ES2236030T3 - Espuma para aislamiento termico de politileno metalocenico y metodo para su fabricacion. - Google Patents
Espuma para aislamiento termico de politileno metalocenico y metodo para su fabricacion.Info
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Abstract
Una espuma de poliolefina para aislamiento térmico que se fabrica por extrusión, usando un agente físico de soplado, una composición de espuma que comprende un polietileno metalocénico, un extintor de llamas y un estabilizador de celdas, caracterizada porque dicha composición comprende 77¿92% en peso de polietileno metalocénico, 5¿10% en peso de extintor de llamas, y 3¿8% en peso de estabilizador de celdas.
Description
Espuma para aislamiento térmico de polietileno
metalocénico y método para su fabricación.
La presente invención se refiere a un aislamiento
para tuberías hecho de una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico, a una espuma de poliolefina para aislamiento térmico y a un
método para preparar una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico espumada físicamente y además a la espuma preparada.
Para el aislamiento térmico de tuberías tales
como conductos de agua caliente, tuberías de vapor a alta y baja
presión, y tuberías para aire acondicionado split, calefacción de
distrito, explotaciones de energía solar y la industria de procesos,
se usan a gran escala perfiles huecos que tienen una pared de espuma
sintética. A partir de aquí dichos perfiles serán llamados
aislamientos para tuberías.
Los tipos más importantes de aislamientos para
tuberías que se encuentran disponibles actualmente comercialmente
son aislamientos de PE para tuberías y aislamientos de goma para
tuberías.
El aislamiento para tuberías de PE consiste en
una espuma que está compuesta de termoplásticos y tiene una densidad
de aproximadamente 35 kg/m^{3}. Este tipo de espuma se produce
habitualmente usando agentes físicos de soplado (por ejemplo butano)
y no está entrecruzada. Este tipo de espuma tiene buenas propiedades
de producto tales como el valor de aislamiento, el comportamiento
frente al fuego y la capacidad de absorción de agua. La espuma puede
ser reciclada excelentemente. La espuma se prepara en un único
proceso, es decir, la producción se realiza en una etapa. Un
inconveniente del material de PE para aislamiento de tuberías es que
es menos flexible que el aislamiento de goma para tuberías debido a
lo cual es difícil de aplicar a tuberías angostas y con recodos.
Como consecuencia el material no es conveniente para algunos usos
tales como por ejemplo el aire acondicionado y la refrigeración.
El aislamiento de goma para tuberías consiste en
espuma que está compuesta de elastómeros y tiene una densidad de
aproximadamente 60 kg/m^{3}. Este tipo de espuma es producida a
menudo usando agentes químicos de soplado (por ejemplo compuestos
azo) y habitualmente tiene entrecruzamiento. El aislamiento de goma
para tuberías es una material muy flexible que es fácil de aplicar.
Este tipo de espuma tiene buenas propiedades de producto tal como el
valor de aislamiento y el comportamiento frente al fuego. Un
inconveniente del aislamiento de goma para tuberías es que no puede
ser reciclado y que es relativamente pesado (esto significa que es
necesario mucho material para el aislamiento). La capacidad de
absorción de agua es buena como tal, pero en el caso en que su piel
resulte dañada el material se comporta como una esponja y se pierde
dicha buena propiedad. Otro inconveniente del aislamiento de goma
para tuberías es que el material se produce usando un método que
comprende tres etapas: amasado, extrusión y espumado. En combinación
con la alta densidad esto hace que el precio de coste del
aislamiento de goma para tuberías sea mayor que el aislamiento de PE
para tuberías.
La patente de EE.UU. 6.054.078 divulga un proceso
para fabricar un producto espumado de capas múltiples, íntegramente
unidas, que comprende extrudir primero, usar un agente físico de
soplado, un núcleo espumado, enfriar dicho núcleo, calentar la
superficie del núcleo a una temperatura que se aproxima al punto de
fusión del núcleo y aplicar un recubrimiento de plástico fundido a
la superficie caliente del núcleo para recubrir periféricamente el
núcleo. El núcleo puede comprender un polímero metalocénico, y
aditivos tales como un extintor de llamas y un estabilizador de
celdas.
Existe una necesidad de un aislamiento para
tuberías ultra flexible que sea fácil de aplicar en tuberías con
recodos, que tenga una excelente capacidad de aislamiento término,
que esté hecho de espuma que pueda ser bien reciclada y que tenga
una baja densidad preferiblemente de 35 kg/m^{3} o menor.
Se ha encontrado que esa necesidad puede
cumplirla un aislamiento para tuberías que consiste en una capa de
una espuma de poliolefina que solamente comprende polietileno
metalocénico como poliolefina.
La presente invención proporciona una espuma de
poliolefina para aislamiento térmico que se fabrica por extrusión,
usando un agente físico de soplado, una composición de espuma que
comprende un polietileno metalocénico, un extintor de llamas y un
estabilizador de celdas, caracterizada en que dicha composición
comprende 77-92% en peso de polietileno
metalocénico, 5-10% en peso de extintor de llamas, y
3-8% en peso de estabilizador de celdas.
En una realización la espuma de poliolefina para
aislamiento térmico comprende además un estabilizador para el
extintor de llamas y/o catalizador para el extintor de llamas,
siendo la cantidad total de dicho extintor de llamas, de dicho
catalizador para el extintor de llamas y de dicho estabilizador para
el extintor de llamas 5-18% en peso. En otra
realización la espuma de poliolefina para aislamiento térmico
comprende además 0-5% en peso de aditivos habituales
para espumas.
Preferiblemente la espuma tiene una densidad
menor que 35 kg/m^{3}, particularmente menor que 30
kg/m^{3}.
El grado de flexibilidad de la espuma puede
indicarse por la resistencia a la indentación de acuerdo con DIN
53577. Preferiblemente es 0,020 N/mm^{2} o menor a una indentación
del 10%, 0,035 N/mm^{2} a una indentación del 20%, y 0,100
N/mm^{2} a una indentación del 50%.
Debido a la alta flexibilidad de la espuma, el
aislamiento para tuberías hecho de espuma de acuerdo con la
invención se aplica fácilmente a tuberías con recodos. Debido a que
la espuma se prepara usando agentes físicos de soplado y no está
entrecruzada químicamente, puede reciclarse fácilmente.
El término "polietileno metalocénico" se
refiere a polietilenos que se preparan polimerizando etileno en
presencia de un catalizador tipo metalocénico. Para preparar y
procesar polietileno metalocénico se hace referencia a por ejemplo
Kurt W. Schwogger, An outlook for metallocene and single site
catalyst technology into the 21^{st} century, Antec 98, Processing
Metallocene Polyolefines, Conference Proceedings, Octubre de 1999,
Rapra Technology, and Proceedings of 2^{nd} International Congress
on Metallocene Polymers, Scotland Conference Proceedings. Marzo de
1998.
Una poliolefina conveniente para la preparación
de espuma de poliolefina de acuerdo con la invención es por ejemplo
un elastómero poliolefínico que tiene una densidad de
880-920 kg/m^{3}, un índice de fluidez (MFI) de
entre 0,5 y 4,5 g/10 min. a 190ºC, un pico de fusión determinado por
DSC de entre 98 y 107ºC y una resistencia a la tracción (ASTM
D-683M-90, 50 mm/min) de entre 20 y
60 MPa.
La invención proporciona además un método para
preparar por extrusión una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico espumada físicamente, usando un agente físico de soplado,
una composición que comprende un polietileno metalocénico, un
extintor de llamas y un estabilizador de celdas, comprendiendo dicho
método las etapas de a) mezclar en una extrusora
77-92% en peso de polietileno metalocénico y
5-10% en peso de un extintor de llamas para obtener
una mezcla, b) adicionar a dicha mezcla 3-8% en peso
de un estabilizador de celdas, c) fundir dicha mezcla en las zonas
de fundido de la extrusora ajustada a temperaturas de 180 a 240ºC, a
una presión creciente desde 1 bar hasta 400 bar, d) inyectar dicho
agente físico de soplado a una temperatura de inyección de 140 a
180ºC y a una presión de inyección de 200 a 300 bar, e) enfriar la
mezcla fundida en las zonas de enfriado de la extrusora, ajustada a
temperaturas de 60 a 110ºC, y f) extrudir la mezcla mediante una
boquilla de extrusión ajustada a una temperatura de 85 a 110ºC, de
modo que la mezcla se expanda a una espuma a una presión de 1
atmósfera.
En una realización se mezcla un estabilizador
para el extintor de llamas y/o un catalizador para dicho extintor de
llamas con la mezcla en la etapa a) del método de la invención,
siendo la cantidad total de dicho extintor de llamas, de dicho
catalizador para el extintor de llamas y de dicho estabilizador para
el extintor de llamas 5-18% en peso. En otra
realización se mezclan 0-5% de aditivos habituales
para espumas con la mezcla en la etapa a) del método de la
invención.
Como extintor de llamas se puede usar cualquier
extintor de llamas usado normalmente en la técnica siempre y cuando
no afecte las propiedades de la espuma. Ejemplos de extintores de
llama para usar en la invención incluyen extintores de llama que
contienen halógenos. Los extintores de llama que contienen halógenos
se usan habitualmente en combinación con un estabilizador tal como
el pentaeritritol y un catalizador tal como por ejemplo trióxido de
antimonio. La proporción de mezclado entre el trióxido de antimonio
y el componente que contiene halógeno puede ser por ejemplo de 1:3 o
1:2. También es posible usar diversos extintores de llama. La
cantidad total adicionada de extintor de llamas incluyendo el
estabilizador y el catalizador opcionales es aproximadamente
5-8% en peso, basado en la cantidad total de
polímero y aditivos. Cuando el extintor de llamas se usa en una
cantidad menor que 5% en peso, las propiedades de resistencia a la
llama de la espuma pueden ser insuficientes. El uso de una cantidad
de extintor de llamas mayor que 10% puede dar como resultado que las
propiedades de la espuma (flexibilidad) resulten afectadas.
El estabilizador de celdas evita que el agente de
soplado escape del polímero fundido inmediatamente después de la
inyección, consecuencia de lo cual no se forma la espuma. Como
estabilizador de celdas se puede usar cualquier estabilizador de
celdas usado normalmente en la técnica, siempre y cuando no afecte
las propiedades de la espuma. Ejemplos de estabilizadores de celda
convenientes incluyen estabilizadores de celdas del tipo amida del
ácido esteárico, monoestearato de glicol y ácidos grasos de glicina.
También es posible usar más de un estabilizador de celdas. La
cantidad total de estabilizador de celdas adicionada es
aproximadamente 3-8% en peso, basado en la cantidad
total de polímero y aditivos. El estabilizador de celdas se adiciona
convenientemente por medio de por ejemplo un dispositivo lateral de
dosificación, a la mezcla del polímero, el extintor de llamas y los
otros aditivos opcionales antes de fundir la mezcla.
Además del extintor de llamas y los
estabilizadores de celdas se pueden adicionar a la espuma los
aditivos habituales para espumas de poliolefinas. Ejemplos no
limitantes de éstos incluyen colorantes, pigmentos, rellenos,
agentes nucleantes y estabilizadores.
Como agente de soplado se puede usar cualquier
sustancia que sea líquida a alta presión, particularmente a la
presión que prevalece en la extrusora que se usa para llevar a cabo
el método, pero una sustancia que se evapore a una presión más baja.
Ejemplos no limitantes de agentes de soplado comprenden alcanos que
tienen 3 a 8 átomos de carbono, tal como por ejemplo propano,
butano, isobutano y hexano. El agente de soplado se lleva a una
temperatura de 140 a 180ºC y a una presión de 200 a 300 bar y se
inyecta continuamente en la mezcla fundida en la extrusora.
Es importante que cuando se están mezclando el
polietileno metalocénico, el extintor de llamas y los aditivos
opcionales, se funda bien la mezcla en la extrusora, es decir, el
polímero se lleva a fase líquida lo que da por resultado un
comportamiento viscoelástico tal que el polímero y los aditivos se
mezclan bien uno con el otro y que en la última etapa también se
incorpora el agente de soplado dentro de la mezcla del polímero.
Cuando para la preparación de la espuma de poliolefina de acuerdo
con la invención se usa un mezclador en el cual solamente se ejercen
sobre la mezcla fuerzas de cizallamiento bajas, es ventajoso elegir
una temperatura tal que el comportamiento viscoelástico del polímero
y los aditivos sea casi igual. Un parámetro para expresar el
comportamiento viscoso es el índice de fluidez (MFI) (el
comportamiento del material a una cierta temperatura y presión). Con
el presente método los valores de MFI de polímeros y aditivos están
convenientemente entre 0,5 y 4,5 g/10 minutos a 190ºC.
El método de la invención puede ser llevado a
cabo convenientemente en una extrusora de un tornillo con un L/D
entre 30 y 60, provista de partes para mezclar y un mezclador
estático que tiene por ejemplo un rendimiento total de 50 a 150
kg/h.
El material para aislamiento de tuberías de
acuerdo con la invención convenientemente tiene una pared de un
grosor de 3 a 30 mm y un diámetro interno de
4-130.
Se proporcionó una extrusora de un tornillo del
tipo de la descrita anteriormente con un espacio abierto de
5-100 mm^{2}, después de lo cual el número de
revoluciones se ajustó a 15-40 rpm.
Se adicionó una mezcla del polímero y los
aditivos (extintor de llamas, estabilizadores de celdas) en las
proporciones de mezcla mencionadas anteriormente. Las zonas de
fusión de la extrusora se ajustaron a 200-240ºC. Las
zonas de enfriado se ajustaron a 60-95ºC. El agente
de soplado (propelente) se inyectó a una presión de inyección de
200-250 bar y una temperatura en la masa de 80 a
105ºC en una cantidad de 20-25 l/h (en forma
líquida). La presión de la extrusora se disminuyó a aproximadamente
10-30 bar en la boquilla de la extrusora, después de
lo cual la mezcla se expandió a una espuma con una densidad de 20 a
25 kg/m^{3} en la forma de un aislamiento para tuberías con un
diámetro interno de 18-28 mm y un grosor de pared de
20-30 mm.
El material de aislamiento para tuberías de
acuerdo con la invención tuvo las siguientes propiedades.
Claims (11)
1. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico que se fabrica por extrusión, usando un agente físico de
soplado, una composición de espuma que comprende un polietileno
metalocénico, un extintor de llamas y un estabilizador de celdas,
caracterizada porque dicha composición comprende
77-92% en peso de polietileno metalocénico,
5-10% en peso de extintor de llamas, y
3-8% en peso de estabilizador de celdas.
2. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un
estabilizador para el extintor de llamas y/o catalizador para el
extintor de llamas, siendo la cantidad total del extintor de llamas,
de dicho catalizador para el extintor de llamas y de dicho
estabilizador para el extintor de llamas 5-18% en
peso.
3. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que comprende además
0-5% en peso de otros aditivos habituales para
espumas.
4. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
que tiene una densidad no mayor que 35 kg/m^{3}.
5. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
que tiene una densidad no mayor que 30 kg/m^{3}.
6. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
que tiene una resistencia a la indentación medida de acuerdo con DIN
53577 de:
- \leq0,020 N/mm^{2} a una indentación del 10%,
- \leq0,035 N/mm^{2} a una indentación del 20%, y
- \leq0,100 N/mm^{2} a una indentación del 50%,
7. Una espuma de poliolefina para aislamiento
térmico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-6, que tiene la forma de un aislamiento para
tuberías.
8. Un método para preparar por extrusión una
espuma de poliolefina para aislamiento térmico espumada físicamente,
usando un agente físico de soplado, una composición que comprende un
polímero metalocénico, un extintor de llamas y un estabilizador de
celdas, comprendiendo dicho método las etapas de a) mezclar
77-92% en peso de polietileno metalocénico y
5-10% en peso de un extintor de llamas en una
extrusora para obtener una mezcla, b) adicionar a dicha mezcla
3-8% en peso de un estabilizador de celdas, c)
fundir dicha mezcla en las zonas de fundido de la extrusora ajustada
a temperaturas de 180 a 240ºC, a una presión creciente desde 1 bar
hasta 400 bar, d) inyectar dicho agente físico de soplado a una
temperatura de inyección de 140 a 180ºC y a una presión de inyección
de 200 a 300 bar, e) enfriar la mezcla fundida en las zonas de
enfriado de la extrusora, ajustada a temperaturas de 60 a 110ºC, y
f) extrudir la mezcla a través de una boquilla de extrusión ajustada
a una temperatura de 85 a 110ºC, de modo que la mezcla se expanda a
una espuma a una presión de 1 atmósfera.
9. Un método para preparar una espuma de
poliolefina para aislamiento térmico espumada físicamente de acuerdo
con la reivindicación 8, en el que un estabilizador para el extintor
de llamas y/o un catalizador para el extintor de llamas se mezclan
con la mezcla en la etapa a), siendo la cantidad total del extintor
de llamas, de dicho estabilizador para el extintor de llamas y de
dicho catalizador para el extintor de llamas 5-18%
en peso.
10. Un método para preparar una espuma de
poliolefina para aislamiento térmico espumada físicamente de acuerdo
con la reivindicación 8 ó 9, en el que se mezclan
0-5% en peso de aditivos habituales para espuma con
la mezcla en la etapa a).
11. Un método para preparar una espuma de
poliolefina para aislamiento térmico espumada físicamente de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en
el que la mezcla se expande a una espuma con la forma de un
aislamiento para tuberías.
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