ES2281563T3 - Metodo para entrecruzar un polimero espumable. - Google Patents

Abstract

Proceso para tratar un plástico que se puede espumar en el que el plástico se convierte desde un estado inicial con una densidad relativamente alta por medio de un agente propelente en una operación de espumado hacia un estado espumado de densidad más baja, y el plástico (1) se entrecruza por un primer agente de entrecruzamiento antes de la operación de espumado y por un segundo agente de entrecruzamiento durante el proceso de espumado.

Description

Método para entrecruzar un polímero espumable.

La invención se refiere a un método para el tratamiento de un polímero espumable, en el cual el plástico se convierte de un estado inicial con densidad más alta a un estado espumado de densidad relativamente baja por medio de un gas propelente en un proceso de espumado.

Un método así se conoce a partir de la US-A-6 124 370. En este caso se entrecruza el polímero antes del proceso de espumado por medio de un primer agente de entrecruzamiento y después del procedimiento de espumado por medio de un segundo agente de entrecruzamiento.

Los polímeros convencionales que se pueden espumar consisten por lo general de un polímero base, un agente propelente y aditivos. Si el polímero se funde, el agente propelente se activa mediante el calor suministrado y el polímero se espuma. En calidad de ejemplo para los diferentes aditivos se mencionarían colorantes o suavizantes, los cuales proporcionan al polímero espumado los colores deseados o una elasticidad deseada

Una desventaja de estos polímeros capaces de espumarse es que éstos se hunden durante el proceso de espumado debido a la gravedad y por lo mismo el proceso de espumado no transcurre de una forma isotrópica. Por lo general se pierde cualquier estructura o forma dada al polímero antes del proceso de espumado puesto que la fundición de las mismas no es suficientemente "estable".

Por lo tanto, el objetivo de la invención es evitar o mitigar este problema.

El objetivo se logra según la invención mediante un método según la reivindicación 1.

Las otras modalidades ventajosas de la invención se revelan en las reivindicaciones dependientes.

La invención se ilustrará de aquí en adelante por medio de diferentes ejemplos detallados para la realización del método de la invención con referencia a un dibujo. En el se muestran:

Fig. 1 una vista lateral de un dispositivo para irradiar una parte del polímero.

Fig. 2 una vista en perspectiva de un dispositivo para irradiar una parte plástica a través de una máscara.

Fig. 3 una vista en perspectiva de un molde plástico tratado mediante el proceso de acuerdo con la invención, el cual se monta mediante una pieza moldeada al chasis de un automóvil.

Según el método de la invención, se entrecruza un plástico capaz de espumarse ("espumable") mediante un primer agente de entrecruzamiento antes del proceso de espumado y mediante un segundo agente de entrecruzamiento durante el proceso de espumado.

Durante el proceso de espumado, un plástico no entrecruzado pierde considerablemente la forma o estructura que tenía la pieza moldeada de la cual se forma la espuma. Esto se debe, por una parte, a los cambios estructurales mayores que sufre el plástico durante el proceso de espumado y, por otra parte, a la gravedad bajo cuya influencia la espuma se hunde, particularmente durante el enfriamiento en o después del proceso de espumado. Para mantener la forma o la estructura durante el proceso de espumado, el plástico se debe entrecruzar.

Usando un agente para entrecruzamiento, las cadenas del polímero en el plástico se destruyen localmente y se forman radicales en el plástico. Los extremos libres de las cadenas poliméricas y los radicales libres entran en nuevos enlaces unos con otros de modo que los polímeros se entrecruzan parcialmente. Si se calienta un plástico pre-tratado de esta manera más allá de su punto de fusión, la estructura firme del polímero se ablanda dando lugar a la formación de un "material estabilizado" que tiene una viscosidad más alta que el fundido. La viscosidad mayor se puede atribuir al pre-entrecruzamiento parcial del polímero y da lugar al material estabilizado que tiene una cierta estabilidad dimensional. Si, ahora, el proceso de espumado se inicia, por ejemplo, por medio de un agente propelente que se puede activar por calor, la espuma formada del material estabilizado tiene considerablemente la forma o estructura de la pieza moldeada básica. Durante el proceso de moldeado, sin embargo, el material espumado pierde de nuevo un poco de la forma o estructura de la pieza moldeada básica por las razones explicadas arriba. Por consiguiente, este se debe continuar mediante un segundo agente de entrecruzamiento que se activa durante el proceso de espumado. Bajo el efecto del segundo agente de entrecruzamiento, las cadenas poliméricas en el plástico se entrecruzan más para obtener la forma espumada del plástico.

La espuma formada de esta manera tiene considerablemente la forma de la pieza moldeada básica, Muestra generalmente más volumen por la nucleación y tiene celdas más finas.

Se pueden usar agentes físicos y químicos de entrecruzamiento.

El agente físico de entrecruzamiento puede ser en particular una radiación de alta energía que preferiblemente penetra por todo el plástico. La energía de la radiación debe seleccionarse de modo que la longitud media de camino libre de la radiación en el plástico es mayor que el grosor del polímero en la dirección de incidencia de la radiación. Preferiblemente se usa la radiación electrónica, más particularmente con una dosis de energía entre 100 keV y 10 MeV, aunque también se puede usar la radiación protónica. Dadas densidades suficientemente altas, también se pueden usar para irradiar rayos atómicos o núcleos atómicos ligeros. También es adecuada la radiación gamma o radiación X.

Se pueden usar peróxidos, particularmente peróxidos orgánicos, como agente químico de entrecruzamiento. Se incorporan en el polímero, por ejemplo en estado fundido, antes de la formación de una pieza moldeada a partir de la fundición. A través de la descomposición radical del peróxido el polímero se entrecruza y se forma una pieza moldeada parcialmente entrecruzada. Esta pieza parcialmente moldeada se ubica luego en un dispositivo y se espuma. Adicionalmente, hay agentes químicos de entrecruzamiento que se pueden activar durante el proceso de espumado y entrecruzar parcialmente la espuma formada.

En una primera realización del proceso según la invención (Fig. 1), un polímero espumable 1, más particularmente en la forma de una pieza moldeada de inyección, se expone antes del espumado a la radiación de alta energía 3 a partir de una fuente de radiación 9 a través de un diafragma de ranura 5. La pieza plástica moldeada pre-tratada de esta manera se coloca, por ejemplo, en la carrocería de un automóvil para sellar los espacios huecos en la carrocería.

Si el punto de fusión del plástico se alcanza durante el calentamiento de la pieza moldeada, por ejemplo en una estufa de secado para secar la pintura aplicada al automóvil, el material estabilizado se forma por medio de pre-entrecruzamiento físico. El agente propelente que se puede activar con calor se activa también, preferiblemente a aquella temperatura para que el proceso de espumado se inicie. Durante el proceso de espumado, el segundo agente químico de entrecruzamiento se activa para entrecruzar más las cadenas poliméricas del plástico. El segundo agente de entrecruzamiento también puede ser activable a la temperatura de activación del agente propelente o a una temperatura más alta. Esto último es particularmente ventajoso cuando el plástico usado se puede curar por calor de modo que el plástico se calienta durante el espumado hasta temperaturas muy por encima del punto de fusión del plástico.

Las propiedades del material estabilizado pueden ser esencialmente controladas mediante la dosis de energía aplicada a la cual se expone el plástico. Si la dosis de energía es demasiado baja, no se generan suficientes nuevos puntos de entrecruzamiento, de modo que no se obtiene el efecto deseado. Si las dosis de energía son demasiado altas, el entrecruzamiento es tan denso que el material se estabiliza mucho dando lugar a una reducción considerable en la capacidad de espumarse. Si se usa, no obstante, una dosis de energía entre estos dos extremos, el material se estabiliza suficientemente para retener la estructura de la pieza moldeada, incluso en estado calentado, y retener al mismo tiempo de manera satisfactoria la capacidad del material para espumarse.

La dosis de energía requerida realmente depende del polímero básico, del agente propelente y de los aditivos usados, tales como, por ejemplo, los agentes químicos de entrecruzamiento, estabilizadores, kickers e inhibidores. Cuando se usa un acetato de etileno-vinilo (AEV) como polímero básico y azodicarbonamida como agente propelente, se obtiene el efecto deseado en el rango de dosis de energía entre 1 y 10 KGy y más particularmente en el rango entre 3 y 6 KGy.

El polímero básico del plástico usado en el presente ejemplo de realización es acetato de etileno/vinilo, y la porción de acetato de vinilo constituye entre 5 y 25% en peso de la porción de AEV. En calidad de gas propelente se emplea azodicarbonamida, el cual se activa por medio de calor en la fusión. En una forma preferida de realización el gas propelente se introduce al plástico antes de la irradiación aunque también se puede introducir después de la irradiación.

Tal como se muestra en la Fig. 2, se pueden escudar secciones del plástico de la radiación 3 mediante una máscara 7. Si la dosis de energía se selecciona de tal modo que aquellas partes del plástico 1 que no se han escudado por una máscara reciben una dosis de energía promedio según la invención, la pieza moldeada formada se entrecruza por secciones. Si el proceso de espumado se inicia, la parte irradiada del polímero se espuma de manera substancialmente isotrópica mientras que el proceso de espumado de la parte no irradiada del plástico es influenciada por el efecto de la gravedad. De esta manera, el espumado de la pieza moldeada puede influenciarse o controlarse según se requiera.

En una variante, la máscara es parcialmente permeable a la radiación. Si, ahora, la pieza moldeada se expone a una alta dosis de energía, la parte del plástico que se expuso a una dosis alta de energía se entrecruza en gran medida. Aquella parte del polímero que se protegió con la máscara parcialmente de la radiación sólo absorbe una dosis promedio de energía. Durante el proceso de espumado, las regiones que han absorbido una dosis promedio de energía se espuman isotrópicamente mientras que el proceso de espumado en las regiones que han absorbido una dosis alta de energía se inhibe de una manera más o menos seria. Estas últimas regiones se pueden usar en particular como elementos de soporte para una pieza plástica moldeada en un dispositivo puesto que aún tienen cierta estabilidad, incluso en el estado calentado.

En una variación, un elemento de soporte está presente como un elemento separado del mismo plástico, o algún otro material, en calidad de parte plástica irradiada y se fija al mismo para sostenerlo por medio del elemento de soporte, por ejemplo en un espacio vacío por sellarse con el plástico que se va a espumar, más particularmente en la carrocería de un vehículo a motor.

Si el plástico irradiado se hace a partir de un intermediario, por ejemplo materia prima, polvo o granulado, el intermediario usado para producir una pieza o un moldeado se puede irradiar en lugar de la pieza o moldeado mismos.

Si una pieza moldeada de plástico se combina con otras piezas moldeadas, más particularmente de plástico, para formar una pieza combinada o compleja, esta combinación plástica se puede exponer a la radiación ya sea enteramente o solo localmente.

Adicionalmente, una o más piezas plásticas (piezas moldeadas) se pueden irradiar antes de combinarse con otros componentes para formar una combinación plástica.

En un segundo ejemplo de realización del método de la invención, se incorpora un peróxido orgánico a un material fundido de un plástico espumable de modo que el plástico se entrecruce parcialmente. Sin embargo, este entrecruzamiento parcial se limita de modo que la pieza moldeada y a continuación extrudida a partir del material fundido se entrecruza adecuadamente mediante radiación de alta energía antes del proceso de espumado. De esta manera, la pieza moldeada incorporada a continuación forma un material adecuadamente estabilizado al calentar.

Como resultado del entrecruzamiento químico y físico, el material estabilizado se forma inicialmente durante el calentamiento de la pieza moldeada. El agente propelente se activa preferiblemente a esa temperatura y espuma al material estabilizado. El agente químico de entrecruzamiento se reactiva durante el proceso de espumado que conduce a más entrecruzamiento y a la solidificación local de la espuma.

En un tercer ejemplo de realización, tanto el primer agente de entrecruzamiento como el segundo agente de entrecruzamiento son químicos. El primer agente de entrecruzamiento se activa a una temperatura que es más baja que aquella a la cual se activa el segundo agente de entrecruzamiento. Si ambos agentes de entrecruzamiento se adicionan a una fusión de plástico, sólo se activa el primer agente de entrecruzamiento por medio de un control de temperatura adecuado, de modo que el material fundido se entrecruza parcialmente. En un paso siguiente, una pieza moldeada 11 mostrada en la Fig. 3 se extrude a partir del plástico fundido y se combina con otra pieza moldeada 13, más particularmente de un plástico más duro. La combinación plástica formada de esta manera se usa, por ejemplo, en una sección del chasis 15 de un automóvil. El plástico espumable que forma la pieza moldeada 11 se funde luego en una estufa de secado, de modo que el agente propelente se activa. La temperatura en la estufa de secado es tan alta que también se activa el segundo agente químico de entrecruzamiento y entrecruza parcialmente a la espuma formada. Se previene que el material fundido fluya hacia una pared lateral de la sección de chasis 15 mediante el entrecruzamiento y la espuma llena completamente la sección transversal de la sección de chasis. Se forma así un material combinado a partir de espuma y el acero de la sección de chasis 15, de modo que el chasis se estabiliza adicionalmente en esta región y el espacio hueco se sella de manera
confiable.

En cada realización del proceso el agente propelente para el plástico y/u otros aditivos se pueden introducir al plástico antes, durante o incluso después del primer paso de entrecruzamiento.

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 3 \+ Radiación\cr  5 \+ Placa orificio de ranura\cr  7 \+
Máscara\cr  9 \+ Fuente de radiación\cr  11 \+ Pieza moldeada de
plástico espumable\cr  13 \+ Pieza moldeada\cr  15 \+ Sección de
carrocería de un automóvil.
 \hskip3mm \cr}

Claims (15)

1. Proceso para tratar un plástico que se puede espumar en el que el plástico se convierte desde un estado inicial con una densidad relativamente alta por medio de un agente propelente en una operación de espumado hacia un estado espumado de densidad más baja, y el plástico (1) se entrecruza por un primer agente de entrecruzamiento antes de la operación de espumado y por un segundo agente de entrecruzamiento durante el proceso de espumado.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer agente de entrecruzamiento es un agente físico de entrecruzamiento.

3. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo agente de entrecruzamiento es un agente físico de entrecruzamiento.

4. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer agente de entrecruzamiento es una gente químico de entrecruzamiento.

5. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el Segundo agente de entrecruzamiento es un agente químico de entrecruzamiento.

6. Proceso según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque se usa radiación de energía (3) en calidad de agente físico de entrecruzamiento.

7. Proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque la radiación electrónica, la radiación \beta, la radiación protónica o la radiación atómica, o los núcleos atómicos ligeros, se usa o se usan en calidad de radiación de alta energía (3).

8. Proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque se usa radiación X o radiación gamma en calidad de radiación de alta energía (3).

9. Proceso según una de las reivindicaciones 6 hasta 8, caracterizado porque se usa la radiación cuya longitud de camino libre promedia en el plástico (1) es mayor que el grosor del material del plástico en la dirección de incidencia de la radiación.

10. Proceso según alguna de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque se lleva a cabo un entrecruzamiento físico desde al menos dos direcciones.

11. Proceso según alguna de las reivindicaciones 6 hasta 10, caracterizado porque al plástico (1) se suministra una dosis de energía de 1-10 kGy, en particular de 3-6 kGy, mediante radiación (3).

12. Proceso según una de las reivindicaciones 6 hasta 11, caracterizado porque se usa una máscara (7) para irradiar (a) una sección seleccionada (s) del plástico (1), de la parte del plástico o de la parte de combinación de plásticos.

13. Proceso según una de las reivindicaciones 6 a 12, caracterizado porque las regiones locales de un plástico o de partes de plástico se irradian con diferentes dosis de energía.

14. Proceso según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque se usan peróxidos, particularmente peróxidos orgánicos en calidad de agente de entrecruzamiento.

15. Proceso según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el plástico se entrecruza por medio del primer agente de entrecruzamiento en forma de polvo, de un gránulo, de un fundido, de una parte plástica, de una parte plástica moldeada o de una combinación de plásticos.