MX2011004597A - Poliester celular hecho de escamas posconsumo y uso de los productos hechos del mismo. - Google Patents

Abstract

Se describe la fabricación de materiales expandidos basados en poliéster hechos principalmente de poliéster posconsumo compuestos o previamente limpios aumentando la viscosidad intrínseca (IV) durante un proceso de extrusión. Por la selección cuidadosa de las condiciones y parámetros de procesamiento, es posible obtener el material de espuma de poliéster de baja densidad con una buena estructura celular y bajo condiciones de procesamiento estables.

Description

POLIESTER CELULAR HECHO DE ESCAMAS POSCONSUMO Y USO DE LOS PRODUCTOS HECHOS DEL MISMO Campo de la Invención Esta invención se refiere a la fabricación de materiales expandidos basados en poliéster hechos de poliéster posconsumo compuesto y previamente limpio aumentando la viscosidad intrínseca (IV por sus siglas en inglés) durante un proceso de extrusión, fabricación de tales materiales y uso de los productos hechos de los mismos.

Antecedentes de la Invención El término "posconsumo" se define como material que es nuevamente procesado - es decir que se recicla - después de su uso anterior, por ejemplo como las botellas de PET.

Los polímeros de poliéster expandido, es decir espuma de poliéster o esponja, son de mayor importancia para un gran número de aplicaciones relacionadas al aislamiento contra gradientes de temperatura, protección del ruido, amortiguación de la vibración, construcción de poco peso, etc. El espumado de poliésteres y el uso de poliéster posconsumo son más bien nuevas tecnologías, y únicamente pueden encontrarse un número limitado de la técnica anterior. &G Polimeri describe (EP 0866089) que la viscosidad intrínseca (IV) de la resina (IV > 1.2 ml/g) es significativamente más alta que el estándar de lo que se requiere para hacer espuma física de poiiéster, especialmente cuando se especifican densidades más bajas. Se requiere una viscosidad alta para acumular la presión necesaria para que ocurra la espuma y prevenga el colapso de la célula.

Tradicionalmente el estado sólido de la polimerización se utiliza para aumentar el peso molecular y por lo tanto la viscosidad al nivel requerido.

La reutilización del material de poiiéster posconsumo no es novedad. Las hojas de alta densidad y sólidas moldeadas se han hecho usando las materias primas posconsumo.

Los documentos CI-1686082 y JP2000169613 describen la fabricación de tales productos, pero se limitan a los productos moldeados debido a la viscosidad intrínseca baja de los poliésteres posconsumo realizables durante tales procesos.

Además las mezclas del material de poiiéster, polipropileno y rellenos posconsumo se han utilizado para hacer este poiiéster espumoso (ver JP2001129867), pero la cantidad posible de poiiéster posconsumo es muy limitada.

El documento JP2003165861 describe la expansión de resinas de poiiéster usando el material posconsumo pero limitado al uso de agentes sopladores químicos bajo el término adicional del uso de un agente espesante <=20 g/10 min del índice de flujo del estado fundido (MFR) para aumentar la viscosidad intrínseca al nivel requerido.

Todos estos procesos no permiten el uso de altas cantidades de poliéster posconsumo y/o conducen a propiedades mecánicas dañinas comparadas a los materiales de poliéster sin tratar.

Cierto trabajo fue incluso hacerse para mejorar la viscosidad intrínseca del poliéster posconsumo por la polimerización en estado sólido, por ejemplo el documento US 6130261 describe el reciclaje de la espuma de poliéster por densificación y posteriormente el secado del material, pero el proceso lleva varias horas, limitadas al poliéster expandido como materias primas.

Se conoce ampliamente que la extrusión reduce la viscosidad intrínseca por la degradación térmica y mecánica de poliésteres que son perjudiciales para hacer espuma. Esto hace absolutamente difícil el uso el poliéster posconsumo, especialmente para los procesos de producción de espuma que requieren altas viscosidades intrínsecas.

Se ha descubierto ahora inesperadamente que una etapa de extrusión adicional de poliéster posconsumo antes de los resultados del proceso de extrusión en espumas superiores, iguala a las espumas hechas de poliéster sin tratar.

Para alcanzar esto, el poliéster posconsumo tiene que limpiarse previamente del polvo y humedad y después componerse y filtrarse en un extrusor. Durante esta etapa la humedad y el oxígeno pueden extruirse por la desgasificación de la fusión para prevenir que el material sufra degradación oxidativa e hidrolítica adicional. Adicionalmente los aditivos de extensión de cadena pueden agregarse para aumentar la viscosidad intrínseca. Después se granula el material.

Durante la extrusión espuma posterior, es necesario agregar los aditivos de extensión de cadena para incrementar la viscosidad intrínseca a un nivel arriba de 1.2 ml/g. Otros aditivos, por ejemplo agentes nucleares, rellenos, retardantes de llama pueden agregarse para ajustar las propiedades de la espuma.

Esta invención se enfoca en hacer espuma una resina o una mezcla de resinas, donde la mayor parte del polímero consiste del material posconsumo, tal como escamas de botella PET lavada. Diferentes tipos de fuentes de posconsumo se evaluaron y se utilizaron en diferentes niveles. Durante este trabajo se ha utilizado un aditivo reactivo (RA) que aumenta la viscosidad por la extensión de cadena y ramificación de cadena lateral durante la extrusión (descrita como extensión de cadena concentrada en la Solicitud de Patente Europea 09 006 678.8). La química de este paquete se describe más detalladamente en la Solicitud de Patente mencionada.

En todos los ensayos anteriores, se utilizo un extrusor de doble husillo modificado de Berstorff. El extrusor se equipó con husillos especiales hechos para PET espumado, que tiene una relación compresiva más grande que 2.0, y L/D más grande que 28. Los elementos invertidos adicionales necesitan utilizarse para prevenir el escape de gas hacia atrás desde el área de inyección.

Además, la tubería de alimentación usada en la dosificación de la estación se equipó con el dispositivo vibrante donde la frecuencia de la vibración podría controlarse. Esto permitió la alimentación constante de las escamas de la botella de poliéster posconsumo amorfas, y previno la unión del material.

El agente de soplado físico se inyectó después de la zona de fusión bajo presión alta, y consecuentemente la fusión se mezclo por medio de elementos de husillo y mezclador estático. El nivel del agente de soplado se ajustó para alcanzar la densidad específica. La mezcla del agente de soplado y el polímero se enfrío durante la extrusión cerca del punto de cristalización y se mantuvo suficiente presión que controló la viscosidad de la resina y la temperatura de la mezcla.

El aditivo reactivo (RA) se utilizó en diferentes niveles para ajustar la viscosidad y presión a un suficiente nivel (normalmente min. 60 bars medidos en la cabeza del extrusor). Ya que la mezcla salió del extrusor, la disminución de presión rápida causó el espumado rápido del polímero, por lo que el tamaño de la célula se controló por el nivel del agente de nucleación especial; el agente de nucleación podría ser un material inorgánico, en este caso un talco que contiene una mezcla madre, material orgánico o material gaseoso. Además un aditivo retardante de flama, tal como fosfato, halógeno, borato, melamina o un componente que contiene algo similar puede utilizarse para aplicaciones donde se requiere el retardo de fuego. La espuma se enfrío después y analizó posteriormente en el laboratorio. Todas las materias primas se secaron para contener una humedad debajo de 100 ppm antes de la alimentación en el extrusor.

En esta invención se han utilizado escamas posconsumo que tienen una IV inicial significativamente más bajo, donde por medio de la extrusión de espuma reactiva la IV del polímero se aumenta en una sola etapa a un nivel satisfactorio mientras que al mismo tiempo un agente de soplado físico se introduce a la mezcla. Ya que la mezcla sale del extrusor, la IV ha alcanzado un nivel superior a 1.2 ml/g, y por lo tanto mediante la disminución de presión repentina el agente soplador físico se expande rápidamente y hace el espumado.

Ejemplo comparativo 1: La resina PET comercialmente disponible de Sabic (BC-1 2) se alimento en el extrusor con un rendimiento de 400 kg/hr junto con el aditivo reactivo previamente mencionado y un agente de nucleación. El agente soplador físico se ajustó a un nivel que resultaría en un producto final que tiene una densidad de 100 kg/m3. En un nivel RA de 3.4% en peso y el nivel de NA de 2.5% en peso se obtuvo una espuma muy agradable con la estructura de célula homogénea y la forma rectangular uniforme. La resina PET virgen se caracterizó por tener un MFR medio de 38.3 g/10 min a 260°C usando 2.16 kg en peso (matriz con L = 8 mm y D = 2.095 mm).

Ejemplo comparativo 2: El ejemplo comparativo 1 se repitió, pero se sustituyo el material BC-112 con escamas de RE-PET posconsumo. El polímero se alimentó en el extrusor con el rendimiento de 400 kg/hr junto con el aditivo reactivo (RA) y el agente de nucleación (NA). El agente soplador físico se ajustó a un nivel que resultaría en un producto final que tiene una densidad de 100 kg/m3. El proceso se encontró muy inestable, debido principalmente a los problemas de dosificación y a enormes variaciones en la reactividad del aditivo (el RA se utilizó en el nivel de 6.5% y NA en el nivel de 2.5%). La espuma se obtuvo, pero visualmente no era buena su apariencia, conteniendo algunas áreas colapsadas, y en promedio las células más grandes que el ejemplo 1. Además la forma no era rectangular, sino colapsada desde el centro. Adicionalmente se notifico que la matriz del extrusor se bloqueo parcialmente después de un corto tiempo debido a las impurezas presentes en las escamas posconsumo, las cuales causaron una estructura celular desigual.

Ejemplo comparativo 3: El materia! PET posconsumo granulado del PTP (PET- ) se alimentó en el extrusor con un rendimiento de 400 kg/hr junto con el aditivo reactivo (RA) y el agente de nucleación (NA). El agente soplador físico se ajustó a un nivel que resultaría en un producto final que tiene una densidad de 100 kg/m3. El nivel de RA se mantuvo igual que el ejemplo comparativo 2 (6.5% en peso). Se obtuvo espuma de apariencia pobre, con colapso significativo de la célula y característica de superficie áspera y las presiones fueron bajas en el extrusor.

Ejemplo comparativo 4: El ejemplo comparativo 3 se repitió pero con el nivel de RA de 6.0% en peso. La presión en el extrusor permaneció siendo baja y únicamente una calidad de espuma insatisfactoria se obtuvo (mejorada ligeramente del ejemplo 3).

Ejemplo innovador 1: La receta del ejemplo 3 se utilizó, pero 15% en peso de PET-M se sustituyeron por la resina sin tratar de BC- 12. Inmediatamente la viscosidad aumentó a un nivel suficiente y se obtuvo buena apariencia de la espuma con la estructura de célula uniforme y forma rectangular usando RA en el nivel de 6.5% en peso. El proceso se encontró absolutamente estable.

Ejemplo innovador 2: Las escamas de RE-PET posconsumo se constituyeron y filtraron en una compañía de composición externa según lo recibido usando un extrusor de doble husillo a 300 rpm. El material granulado tuvo un promedio MFR de 261 g/10 min a 260°C usando 2.16 kg en peso.

Ejemplo innovador 3: Las escamas de RE-PET posconsumo se constituyeron y filtraron en una compañía de composición externa usando un extrusor de doble husillo que se equipó con puerto de vacío y la velocidad de husillo se fijo a 150 rpm. También el material se limpio previamente de polvo y humedad antes de la composición. El material granulado tuvo un promedio MFR de 33.3 g/10 min en 260°C usando 2.16 kg en peso.

Ejemplo innovador 4: Las escamas posconsumo de RE-PET se filtraron y constituyeron en una compañía de composición externa usando un extrusor de doble husillo con el puerto de vacío y una velocidad de husillo de 150 rpm (como en el ejemplo innovador 3). Además un nivel relativamente bajo de aditivo reactivo (RA=1.5% en peso) se constituyo con las escamas. El material granulado tuvo un MFR promedio de 14.3 g/10 min a 260°C usando 2.16 kg en peso. Ejemplo innovador 5: La materia prima granulada de acuerdo al ejemplo innovador 2 se alimento en el extrusor con el rendimiento de 400 kg/hr junto con el aditivo reactivo y el agente de nucleación (NA). El agente soplador físico se ajustó a un nivel que resultaría en el producto final que tiene una densidad de 100 kg/m3. El RA se ajustó al nivel de 8.0% en peso, el NA a un nivel de 2.5% en peso y el proceso se encontró inestable con variaciones de alta presión y se obtuvo espuma de apariencia pobre. La espuma se caracterizó por tener un tamaño de célula más grande que el usual promedio y una superficie áspera, que pueden vincularse para el espumado previo del material.

Ejemplo innovador 6: La materia prima granulada según el ejemplo innovador 3 se alimentó en el extrusor con rendimiento de 400 kg/hr junto con el aditivo reactivo (RA) y el agente de nucleación (NA). El agente soplador físico se ajustó a un nivel que resultaría en un producto final que tiene una densidad de 100 kg/m3. El RA se ajustó al nivel de 6.5% en peso, el NA al nivel de 2.5% en peso y se obtuvo espuma de apariencia agradable, caracterizada por la estructura de célula uniforme y una forma casi rectangular. El proceso se encontró absolutamente estable bajo estas condiciones, con algunas variaciones en la presión.

Ejemplo innovador 7: La materia prima granulada según el ejemplo innovador 4 se alimentó en el extrusor con rendimiento de 400 kg/hr junto con el RA y el agente de nucleación (NA). El agente soplador físico se ajustó a un nivel que resultaría en el producto final que tiene una densidad de 100 kg/m3. En el nivel de RA de 5.5% en peso el proceso de extrusión se encontró muy estable y la espuma tuvo una apariencia idéntica a la espuma obtenida del ejemplo comparativo .

Ejemplo innovador 8: Una espuma según el ejemplo innovador 7 se manufacturo, donde dos diferentes retardantes de flama se mezclaron adicionalmente con la receta, más específicamente 5% en peso de Exolit 950 y 1% en peso de Mastertek 372815 se utilizó. Además el agente soplador se ajustó a un alto nivel de modo que una densidad de 70 kg/m3 (±5%) se alcanzó. La espuma tuvo una apariencia muy buena, con células ligeramente más grandes que las obtenidas en el ejemplo innovador 7, y el proceso se encontró estable. La espuma se caracterizó por tener la clasificación B2 de acuerdo a DIN 4102 y E-class de acuerdo a ISO 11925.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un material celular, expandido que comprende por lo menos 50% en peso de la resina de poliéster posconsumo por lo que la viscosidad intrínseca de los polímeros se aumenta durante el proceso de extrusión de la espuma y la viscosidad intrínseca de la espuma saliente se caracteriza por ser más alta de 1.2 ml/g, preferiblemente aproximadamente 1.35 ml/g y la densidad está entre 40 y 200 kg/m3, preferiblemente entre 50 y 150 kg/m3.

2. El material celular, expandido de acuerdo con la reivindicación 1, comprende menos de 50% en peso de la resina de poliéster sin tratar, y en donde la viscosidad intrínseca de la espuma saliente se caracteriza por ser más alta de 1.4 ml/g.

3. El material celular, expandido de acuerdo con la reivindicación 1 y reivindicación 2, en donde el agente soplador físico es un hidrocarburo, fluocarbono, argón, nitrógeno, C02, o una mezcla de los mismos.

4. El material celular, expandido de acuerdo con las reivindicaciones anteriores el cual además comprende un retardante de flama o una mezcla de retardantes de flama para mejorar las propiedades del fuego.

5. El material celular, expandido de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que además comprende agentes de nucleación y rellenos.

6. Un proceso para producir un material celular, expandido de acuerdo con ia reivindicación 1 a 5, en donde la resina de poliéster posconsumo se limpia cuidadosamente, compone y filtra en un extrusor y se granula después.

7. El proceso de acuerdo a la reivindicación 6, en donde la viscosidad intrínseca de la resina de poliéster posconsumo es más alta de 0.6 ml/g, preferiblemente más alta de 0.65 ml/g, y la resina posconsumo se aumenta por medio de la extrusión reactiva, durante el proceso de composición.

8. El proceso de acuerdo a la reivindicación 6 ó 7, en donde se agrega un aditivo de extensión de cadena.

9. El proceso de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde una extrusión de espuma posterior se conduce con los aditivos de extensión de cadena.

10. El proceso de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde se agregan los agentes de nucleación y rellenos.

11. Un artículo que comprende la espuma de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

12. El uso de un artículo de acuerdo con la reivindicación para el aislamiento térmico y/o acústico.

13. El uso de un artículo de acuerdo con la reivindicación 11, para propósitos de equipamiento y construcción tales como espumas centrales para los productos altamente durables, de carga pesada (por ejemplo láminas de molino de viento), o elementos de construcción tales como paneles o azulejos (por ejemplo pared, techo, azotea, piso) o perfiles (por ejemplo para pernos prisioneros, ventanas).