ES2287515T3 - Mezclas de copolimeros de bloques de dieno conjugado/monovinilareno. - Google Patents
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Abstract
Una mezcla de polímeros que comprende al menos un copolímero de bloques copulado de dieno conjugado/monovinilareno y al menos un polímero estirénico, en el que el copolímero de bloques copulado de dieno conjugado/monovinilareno se produce mediante un procedimiento que comprende poner en contacto secuencialmente en condiciones de polimerización al menos un monómero de monovinilareno, un iniciador organo-metal alcalino, al menos un monómero de dieno conjugado, y después de esto copularlo con un agente de copulación polifuncional para formar el copolímero de bloques; se realizan al menos tres cargas consecutivas de mezcla de monómeros que contienen monómero de monovinilareno y monómero de dieno conjugado para producir al menos tres bloques aleatorios consecutivos de dieno conjugado/monovinilareno en el copolímero de bloques; todo el monómero de monovinilareno y el monómero de dieno conjugado contenido en cada carga se añaden al comienzo de la carga permitiendo que esté presente en el reactor el exceso de monómero; el al menos un monómero de monovinilareno contiene de 8 a 18 átomos de carbono, y el al menos un monómero de dieno conjugado contiene de 4 a 12 átomos de carbono; y el polímero estirénico se selecciona entre el grupo que consiste en al menos un copolímero producido copolimerizando al menos un co-monómero estirénico y al menos un co-monómero insaturado que contiene oxígeno o nitrógeno, en el que la mezcla de polímeros comprende (A) 50 % en peso o menos del polímero estirénico; y (B) 50% en peso o más del copolímero de bloques copulado de dieno conjugado/monovinilareno.
Description
Mezclas de copolímeros de bloques de dieno
conjugado/monovinilareno.
Esta solicitud es una continuación en parte de
la solicitud 09/576.879, actualmente autorizada, que es una
solicitud divisional del documento 08/521.335, actualmente US
6.096.828 y de la solicitud 09/576.408, actualmente autorizada.
Esta invención se refiere a mezclas de polímeros
que comprenden al menos un copolímero de bloques aleatorios de
dieno conjugado/monovinilareno y al menos un polímero
estirenico.
Los copolímeros de dieno
conjugado/monovinilareno son conocidos y útiles para diversos
propósitos. Son de interés particular los polímeros que se pueden
conformar en artículos incoloros, trasparentes, que tienen buenas
propiedades físicas, tal como resistencia al impacto. Tales
artículos son útiles en juguetes, partes de ventanas, recipientes
para bebidas, y envases tales como envases de ampollas.
Los polímeros deberían exhibir también
suficiente estabilidad térmica para ser adecuados para usar con
equipo de moldeado por inyección convencional. Para muchas
aplicaciones se requieren mezclas de copolímeros que contienen
grandes cantidades de estireno. Tales polímeros se preparan
generalmente mezclando ciertos copolímeros de
monovinilareno-dieno conjugado con polímeros de
estireno. Sin embargo, tales mezclas a menudo contienen una
turbiedad indeseable y coloración azul. Por lo tanto sería deseable
desarrollar polímeros y mezclas de polímeros que tengan una
combinación de bajo grado de color azul, buena claridad, dureza,
rigidez, y plasticidad.
Es un objetivo de esta invención proporcionar un
polímero útil para preparar mezclas que tenga buena claridad
óptica.
Es otro objetivo de esta invención proporcionar
un procedimiento para preparar tales polímeros que tienen buenas
propiedades ópticas y mecánicas.
Se proporciona un copolímero de bloques que
comprende al menos tres bloques consecutivos aleatorios de dieno
conjugado/monovinilareno. Como se usa en la presente memoria,
consecutivo significa tres bloques aleatorios secuenciales sin que
intervengan bloques de homopolímeros. Los bloques aleatorios
contienen una mezcla de monovinilareno y dieno conjugado.
De acuerdo con esta invención, una mezcla de
polímeros comprende al menos un copolímero de bloques copulado
dieno conjugado/monovinilareno y al menos un polímero estirénico, en
el que el copolímero de bloques copulado dieno
conjugado/monovinilareno se produce mediante un procedimiento que
comprende poner en contacto secuencialmente en condiciones de
polimerización al menos un monómero de monovinilareno, un iniciador
organo-metal alcalino, al menos un monómero de
dieno conjugado, y después de esto copularlo con un agente de
copulación polifuncional para formar el copolímero de bloques; se
realizan al menos tres cargas consecutivas de mezcla de monómeros
que contienen monómero de monovinilareno y monómero de dieno
conjugado para producir al menos tres bloques aleatorios
consecutivos de dieno conjugado/monovinilareno en el copolímero de
bloques; todo el monómero de monovinilareno y el monómero de dieno
conjugado contenido en cada carga se añaden al comienzo de la carga
permitiendo que esté presente en el reactor el exceso de monómero;
el al menos un monómero de monovinilareno contiene de 8 a 18 átomos
de carbono, y el al menos un monómero de dieno conjugado contiene de
4 a 12 átomos de carbono, y el polímero estirénico se selecciona
entre el grupo que consiste en al menos un copolímero producido
copolimerizando al menos un co-monómero estirénico y
al menos un co-monómero insaturado que contiene
oxígeno o nitrógeno,
- (A)
- 50% en peso o menos del polímero estirénico; y
- (B)
- 50% en peso o más del copolímero de bloques copulado dieno conjugado/monovinilareno.
En otro aspecto de la presente invención, el
polímero estirénico (excluyendo los homopolímeros de estireno) se
selecciona entre el grupo que consiste en al menos un copolímero
producido por copolimerización de al menos un
co-monómero estirénico y al menos un
co-monómero insaturado que contiene oxígeno o
nitrógeno; en el que la mezcla de polímeros comprende 60% en peso o
más del copolímero copulado de dieno conjugado/monovinilareno; el
monómero de monovinilareno se selecciona entre el grupo que consiste
en estireno, 2-metilestireno,
3-metilestireno, 4-metilestireno,
4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; el monómero
de dieno conjugado se selecciona entre butadieno, isopreno,
2,3-dimetilbutadieno; el
co-monómero estirénico se selecciona entre el grupo
que consiste en estireno, 2-metilestireno,
3-metilestireno, 4-metilestireno,
4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y el
co-monómero insaturado que contiene oxígeno o
nitrógeno se selecciona entre el grupo que consiste en acrilato de
metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de metilo, acrilato de
glicidilo, metacrilato de glicidilo, acrilonitrilo, y sus
mezclas.
Los materiales básicos de partida y las
condiciones de polimerización para preparar el copolímero de bloques
de dieno conjugado/monovinilareno se describen en las patentes de
EE.UU. números 4.091.053; 4.584.346; 4.704,434; 4.704.435; y
5.227.419.
Los dienos conjugados adecuados que se pueden
usar en los copolímeros de bloques incluyen aquellos que tienen de
4 a 12 átomos de carbono por molécula, siendo preferidos aquellos
que tienen de 4 a 8 átomos de carbono. Ejemplos de tales compuestos
adecuados incluyen 1,3-butadieno,
2-metil-1,3-butadieno,
2-etil-1,3-butadieno,
2,3-dimetil-1,3-butadieno,
1,3-pentadieno,
3-butil-1,3-octadieno,
y sus mezclas. Los dienos preferidos son
1,3-butadieno e isopreno, más preferiblemente
1,3-butadieno.
Los compuestos de monovinilareno adecuados que
se pueden usar en los copolímeros de bloques incluyen aquellos que
tienen de 8 a 18 átomos de carbono por molécula, preferiblemente de
8 a 12 átomos de carbono. Ejemplos de tales compuestos adecuados
incluyen estireno, alfa-metilestireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 2-etilestireno,
3-etilestireno, 4-etilestireno,
4-n-propilestireno,
4-t-butilestireno,
2,4-dimetilestireno,
4-ciclohexilestireno,
4-decilestireno,
2-etil-4-bencilestireno,
4-(4-fenil-n-butil)estireno,
1-vinilnaftaleno, 2-vinilnaftaleno,
y sus mezclas. Estireno es el compuesto monovinilareno
preferido.
La cantidad relativa de dieno conjugado y
monovinilareno en el copolímero de bloques puede variar ampliamente
dependiendo de las características particulares deseadas.
Generalmente, el copolímero de bloques de dieno
conjugado/monovinilareno contendrá monómero de monovinilareno en una
cantidad en el intervalo de aproximadamente 55 por ciento en peso a
aproximadamente 95 por ciento en peso sobre la base del peso total
del copolímero de bloques final, preferiblemente en el intervalo de
aproximadamente 60 por ciento en peso a aproximadamente 95 por
ciento en peso, y más preferiblemente en el intervalo de 65 por
ciento en peso a 90 por ciento en peso.
Generalmente el monómero de dieno conjugado
estará presente en el copolímero de bloques final en una cantidad
en el intervalo de aproximadamente 45 por ciento en peso a
aproximadamente 5 por ciento en peso sobre la base del peso total
del copolímero de bloques final, preferiblemente en el intervalo de
aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 5 por
ciento en peso, y más preferiblemente en el intervalo de 35 por
ciento en peso a 10 por ciento en peso.
Al menos uno de los copolímeros de bloques
aleatorios usados para preparar la mezcla de polímeros de la
presente invención contiene al menos tres bloques aleatorios
consecutivos de dieno conjugado/monovinilareno, que se incorporan
secuencialmente en el copolímero de bloques sin que intervengan los
bloques de homopolímero.
La cantidad de cada monómero en el bloque
aleatorio puede variar ampliamente dependiendo de las
características particulares deseadas. Generalmente el
monovinilareno estará presente en cada bloque aleatorio en una
cantidad en el intervalo de aproximadamente uno por ciento en peso
a aproximadamente 20 por ciento en peso sobre la base del peso
total del copolímero de bloques final, preferiblemente de
aproximadamente 2 por ciento en peso a aproximadamente 15 por
ciento en peso.
Generalmente el dieno conjugado estará presente
en cada bloque aleatorio en una cantidad en el intervalo de
aproximadamente uno por ciento en peso a aproximadamente 15 por
ciento en peso sobre la base del peso total del copolímero de
bloques final, preferiblemente de aproximadamente 2 por ciento en
peso a aproximadamente 12 por ciento en peso. Se prefiere
especialmente que todo el monómero de dieno conjugado presente en el
copolímero de bloques final se incorpore en los bloques
aleatorios.
La cantidad relativa de cada monómero en el
bloque aleatorio también puede variar ampliamente dependiendo de
las características particulares deseadas. Generalmente el dieno
conjugado estará presente en cada bloque aleatorio en una cantidad
en el intervalo de aproximadamente 0,1 partes a aproximadamente 10
partes por parte de monovinilareno en el bloque aleatorio,
preferiblemente de aproximadamente 0,2 partes a aproximadamente 5
partes por parte de monovinilareno.
El monómero y las mezclas de monómeros se
copolimerizan secuencialmente en presencia de un iniciador. Los
iniciadores pueden ser cualquiera de los compuestos
órgano-monometal alcalinos conocidos para tales
propósitos. Se emplean preferiblemente los compuestos de la fórmula
RM, en el que R es un radical alquilo, cicloalquilo, o arilo que
contiene de 4 a 8 átomos de carbono, más preferiblemente R es un
radical alquilo. M es un metal alcalino, preferiblemente litio. Un
inhibidor preferido es n-butil litio.
La cantidad de iniciador empleado depende del
polímero deseado o del peso molecular de los bloques de incremento,
como es conocido en la técnica, y se determina fácilmente, teniendo
debidamente en consideración trazas de venenos en las corrientes de
alimentación. Generalmente el inhibidor estará presente en una
cantidad en el intervalo de aproximadamente 0,01 pcm (partes en
peso por cien partes en peso de monómero total) a aproximadamente
1,0 pcm, preferiblemente de aproximadamente 0,01 pcm a
aproximadamente 0,5 pcm, y más preferiblemente de 0,01 pcm a 0,2
pcm.
\newpage
También se pueden emplear pequeñas cantidades de
compuestos orgánicos polares, tales como éteres, tioéteres y aminas
terciarias en el diluyente hidrocarbonado para mejorar la
efectividad del iniciador y para hacer aleatorio al menos parte del
monómero de monovinilareno en una carga de monómeros mixta. Se
prefiere tetrahidrofurano. Cuando se emplea, el compuesto orgánico
polar está presente en una cantidad suficiente para mejorar la
efectividad del iniciador. Por ejemplo, cuando se emplea
tetrahidrofurano para mejorar la efectividad del iniciador, el
tetrahidrofurano generalmente está presente en una cantidad en el
intervalo de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1,0 pcm,
preferiblemente de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 1,0
pcm.
El procedimiento de polimerización se lleva a
cabo en un diluyente hidrocarbonado a cualquier temperatura
adecuada en el intervalo de aproximadamente -100ºC a aproximadamente
150ºC, preferiblemente de aproximadamente 0ºC a aproximadamente
150ºC, a presiones suficientes para mantener la mezcla de reacción
sustancialmente en fase líquida. Los diluyentes hidrocarbonados
preferidos incluyen parafinas cíclicas o lineales o sus mezclas.
Ejemplos típicos incluyen pentano, hexano, octano, ciclopentano,
ciclohexano y sus mezclas. Actualmente se prefiere ciclohexano. La
polimerización se lleva a cabo en una ausencia sustancial de oxígeno
y agua, preferiblemente en una atmósfera de gas inerte.
Cada carga de monómero o carga de mezcla de
monómeros se polimeriza en condiciones de polimerización en
disolución de manera que la polimerización de cada carga de
monómero o carga de mezcla de monómeros se completa sustancialmente
antes de cargar una carga posterior.
Secuencias típicas de carga de iniciador,
monómero y mezcla de monómeros incluyen, pero no se limitan a, los
siguientes:
Modo A
- (a)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (b)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (c)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (d)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (e)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno, y
- (f)
- agente de copulación;
\vskip1.000000\baselineskip
Modo B
- (a)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (b)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (c)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (d)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (e)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (f)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno, y
- (g)
- agente de copulación;
\vskip1.000000\baselineskip
Modo C
- (a)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (b)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (c)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (d)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (e)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (f)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (g)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno, y
- (h)
- agente de copulación.
\vskip1.000000\baselineskip
Modo D
- (a)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (b)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno e iniciador,
- (c)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (d)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno, y
- (e)
- agente de copulación.
\vskip1.000000\baselineskip
Modo E
- (a)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (b)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno e iniciador,
- (c)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (d)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (e)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno, y
- (f)
- agente de copulación.
\vskip1.000000\baselineskip
Modo F
- (a)
- monómero de monovinilareno e iniciador,
- (b)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno e iniciador,
- (c)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (d)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (e)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno,
- (f)
- mezcla de monómeros de dieno conjugado/monovinilareno, y
- (g)
- agente de copulación.
\vskip1.000000\baselineskip
La mezcla de monómeros se puede premezclar y
cargar como una mezcla o los monómeros se pueden cargar
simultáneamente. En la etapa (a) el iniciador se puede añadir antes
o después de la carga de monómero de monovinilareno. En el
funcionamiento a gran escala puede ser deseable añadir el monómero
de monovinilareno antes de añadir el iniciador en la etapa (a). En
etapas posteriores que contienen el iniciador, el iniciador debería
añadirse antes del monómero o mezcla de monómeros.
Antes de la copulación, las cadenas de polímeros
típicas preparadas mediante la polimerización secuencial descrita
anteriormente incluyen lo siguiente:
Modo A
- \quad
- S_{1}-S_{2}-B_{1}/S_{3}-B_{2}/S_{4}-B_{3}/S_{5}-Li
- \quad
- S_{2}-B_{1}/S_{3}-B_{2}/S_{4}-B_{3}/S_{5}-Li
\newpage
Modo B
- \quad
- S_{1}-S_{2}-B_{1}/S_{3}-B_{2}/S_{4}-B_{3}/S_{5}-B_{4}/S_{6}-Li
- \quad
- S_{2}-B_{1}/S_{3}-B_{2}/S_{4}-B_{3}/S_{5}-B_{4}/S_{6}-Li
\vskip1.000000\baselineskip
Modo C
- \quad
- S_{1}-S_{2}-B_{1}/S_{3}-B_{2}/S_{4}-B_{3}/S_{5}-B_{4}/S_{6}-B_{5}/S_{7}-Li
- \quad
- S_{2}-B_{1}/S_{3}-B_{2}/S_{4}-B_{3}/S_{5}-B_{4}/S_{6}-B_{5}/S_{7}-Li
\vskip1.000000\baselineskip
Modo D
- \quad
- S_{1}-B_{1}/S_{2}-B_{2}/S_{3}-B_{3}/S_{4}-Li
- \quad
- B_{1}/S_{2}-B_{2}/S_{3}-B_{3}/S_{4}-Li
\vskip1.000000\baselineskip
Modo E
- \quad
- S_{1}-B_{1}/S_{2}-B_{2}/S_{3}-B_{3}/S_{4}-B_{4}/S_{5}-Li
- \quad
- B_{1}/S_{2}-B_{2}/S_{3}-B_{3}/S_{4}-B_{4}/S_{5}-Li
\vskip1.000000\baselineskip
Modo F
- \quad
- S_{1}-B_{1}/S_{2}-B_{2}/S_{3}-B_{3}/S_{4}-B_{4}/S_{5}-B_{5}/S_{6}-Li
- \quad
- B_{1}/S_{2}-B_{2}/S_{3}-B_{3}/S_{4}-B_{4}/S_{5}-B_{5}/S_{6}-Li
en los que "S" es un bloque de
monovinilareno, "B/S" es un bloque aleatorio que contiene una
mezcla de monovinilareno y dieno conjugado "B", y "Li" es
el residuo catiónico procedente de un iniciador de metal
alcalino.
El agente de copulación se añade después de
completarse la polimerización. Agentes de copulación adecuados
incluyen compuestos di- o multi-vinilareno, di- o
multi-epóxidos, di- o
multi-isocianatos, di- o
multi-iminas, di- o
multi-aldehídos, di- o
multi-cetonas, compuestos de alcoxitina, di- o
multi-haluros, particularmente haluros de silicio y
halosilanos, mono-, di- o multi-anhídridos, di- o
multi-ésteres, preferiblemente los ésteres de monoalcoholes con
ácidos policarboxílicos, diésteres que son ésteres de alcoholes
monohídricos con ácidos dicarboxílicos, diésteres que son ésteres
de ácidos monobásicos con polialcoholes tal como glicerol, y
similares, y mezclas de dos o más de tales compuestos.
Agentes de copulación multifuncionales útiles
incluyen aceites vegetales epoxidados tales como aceite de soja
epoxidado, aceite de linaza epoxidado y similar o sus mezclas. El
agente de copulación actualmente preferido es aceite vegetal
epoxidado. El actualmente preferido es aceite de soja epoxidado.
Se puede emplear cualquier cantidad efectiva de
agente de copulación. Aunque no se cree que la cantidad sea
crítica, generalmente una cantidad estequiométrica con relación al
metal alcalino del polímero activo tiende a promover máxima
copulación. Sin embargo, se puede usar más o menos de las cantidades
estequiométricas para variar la eficacia de la copulación cuando se
desea para productos particulares. Típicamente, la cantidad total
de agente de copulación empleado en la polimerización está en el
intervalo de aproximadamente 0,1 pcm a aproximadamente 20
pcm,
preferiblemente de aproximadamente 0,1 pcm a aproximadamente 5 pcm, y más preferiblemente de 0,1 pcm a 2 pcm.
preferiblemente de aproximadamente 0,1 pcm a aproximadamente 5 pcm, y más preferiblemente de 0,1 pcm a 2 pcm.
Después de completarse la reacción de
copulación, la mezcla de reacción de polimerización se puede tratar
con un agente de finalización tal como agua, alcohol, fenoles o
ácidos mono-dicarboxílicos lineales alifáticos
saturados para eliminar el metal alcalino del copolímero de bloques
y para el control del color. El agente de finalización preferido es
agua y dióxido de carbono.
El cemento polímero (polímero en disolvente de
polimerización) normalmente contiene aproximadamente 10 a 40 por
ciento en peso de sólidos, más normalmente 20 a 35 por ciento en
peso de sólidos. El cemento polímero se puede expandir rápidamente
para evaporar una parte del disolvente de manera que aumente el
contenido de sólidos a una concentración de aproximadamente 50 a
aproximadamente 99 por ciento en peso de sólidos, seguido por
secado en estufa de vacío o en extrusora de volatilización para
eliminar el disolvente remanente.
El co-polímero de bloques se
puede recuperar y trabajarlo a la forma deseada, mediante técnicas
tales como laminado, extrusión o moldeo por inyección. El
copolímero de bloques aleatorios también puede contener aditivos
tales como agentes antioxidantes, agentes de
anti-adhesión, agentes desmoldantes, agentes de
carga, agentes extendedores, y agentes colorantes, y similares
siempre que las cantidades y tipo no interfieran con los objetivos
de esta invención.
En una realización de esta invención, los
copolímeros de bloques se mezclan con los polímeros estirénicos.
Los polímeros estirénicos para la presente
invención se seleccionan entre los copolímeros que tienen al menos
un co-monómero estirénico y al menos un
co-monómero insaturado que contiene oxígeno o
nitrógeno (heteroátomo).
El co-monómero estirénico
preferido se selecciona entre aquellos que tienen de 8 a 18 átomos
de carbono por molécula, preferiblemente de 8 a 12 átomos de
carbono. Ejemplos de tales co-monómeros adecuados
incluyen estireno, \alpha-metilestireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 2-etilestireno,
3-etilestireno, 4-etilestireno,
4-n-propilestireno,
4-t-butilestireno,
2,4-dimetilestireno,
4-ciclohexilestireno,
4-decilestireno,
2-etil-4-bencilestireno,
4-(4-fenil-n-butil)estireno,
1-vinilnaftaleno, 2-vinilnaftaleno,
y sus mezclas. Estireno es el co-monómero más
preferido.
El co-monómero que contiene
oxígeno o nitrógeno incluye monómeros insaturados que contienen
grupos carboxilo tales como ácido acrílico, ácido metacrílico,
ácido crotónico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido fumárico, y
similares (preferiblemente ácido metacrílico), ésteres hidroxi
alquílicos C_{2}-_{8} del ácido
(met)acrílico (preferiblemente ácido metacrílico) tales como
(met)acrilato de 2-hidroxietilo,
(met)acrilato de 2-hidroxipropilo,
(met)acrilato de 3-hidroxipropilo,
(met)acrilato de hidroxibutilo y similares, monoésteres entre
un poliéter poliol (por ejemplo, polietilén glicol, polipropilén
glicol o polibutilén glicol) y un ácido carboxílico insaturado
(preferiblemente ácido metacrílico); monoéteres entre un poliéter
poliol (por ejemplo, polietilén glicol, polipropilén glicol o
polibutilén glicol) y un monómero insaturado que contenga grupos
hidroxilo (por ejemplo, 2-hidroxil metacrilato);
aductos entre un ácido carboxílico insaturado y un compuesto
monoepoxi; aductos entre (met)acrilatos de glicidilo
(preferiblemente metacrilato) y un ácido monobásico (por ejemplo,
ácido acético, ácido propiónico, ácido
p-t-butilbenzoico o un ácido graso);
monoésteres o diésteres entre compuestos insaturados que contienen
grupos anhídrido de ácido (por ejemplo, anhídrido maleico o
anhídrido itacónico) y un glicol (por ejemplo etilén glicol,
1,6-hexanodiol o neopentil glicol); monómeros que
contienen grupos cloro, bromo, flúor e hidroxilo tales como
met(acrilato) de
3-cloro-2-hidroxipropilo
(preferiblemente metacrilato) y similares; ésteres de alquilo
C_{1-24} o ésteres de cicloalquilo del ácido
(met)acrílico (preferiblemente ácido metacrílico), tales
como metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de
propilo, metacrilato de isopropilo, metacrilato de n-, sec-, o
t-butilo, metacrilato de hexilo, metacrilato de
2-etilhexilo, metacrilato de octilo, metacrilato de
decilo, metacrilato de laurilo, metacrilato de estearilo,
metacrilato de ciclohexilo y similares, ésteres de alcoxialquilo
C_{2-8} del ácido (met)acrílico
(preferiblemente ácido metacrílico), tales como metacrilato de
metoxibutilo, metacrilato de metoxietilo, metacrilato de etoxietilo,
metacrilato de etoxibutilo y similares; amidas polimerizables tales
como (met)acrilamida,
N-metil(met)acrilamida,
(met)acrilonitrilo, y similares; monómeros de vinilo que
contienen grupos glicidilo tales como los (met)acrilatos de
glicidilo. Todos estos monómeros se pueden usar solos o como mezcla
de dos o más de dos.
Los polímeros estirénicos se pueden preparar por
cualquier método conocido en la técnica. Los polímeros estirénicos
se preparan habitualmente calentando estireno y cualquier comonómero
a temperaturas en el intervalo de aproximadamente 100ºC a
aproximadamente 200ºC y a presión suficiente para polimerizar los
monómeros. La polimerización también se puede llevar a cabo a
temperaturas más bajas por adición de catalizadores peróxidos que
generan radicales libres, tales como peróxido de benzoílo, peróxido
de acetilo, peróxido de di-t-butilo
y similares. Alternativamente, la polimerización se puede llevar a
cabo en suspensión para producir un polvo seco o en emulsión,
normalmente dando lugar a un látex de poliestireno que se puede
coagular para dar el poliestireno sólido pulverulento. La
polimerización también se puede llevar a cabo en disolución con
precipitación del producto. Se puede eliminar el disolvente
mediante técnicas estándar tales como destilación con vapor o
evaporación del disolvente.
También se puede emplear poliestireno de alto
impacto en mezclas con los copolímeros de bloques. Los poliestirenos
de alto impacto se pueden preparar polimerizando estireno en
presencia de elastómero, típicamente caucho de polibutadieno.
Los polímeros estirénicos, es decir, los
producidos por copolimerización de al menos un
co-monómero estirénico y al menos un
co-monómero insaturado que contienen oxígeno o
nitrógeno, debe tener 50% en peso (sobre la base del peso total de
la mezcla de polímeros final) o menos de polímero estirénico en la
mezcla de polímeros. Así, debe tener 50% en peso o más, más
preferiblemente 60% en peso o más, lo más preferiblemente 70% o más
de al menos un copolímero de bloques aleatorios triple (tres
consecutivos) en la mezcla. Está dentro de la presente invención
tener otros copolímeros de bloques aleatorios simples, dobles,
triples o de mayor nivel en la mezcla de polímeros. También se
pueden mezclar copolímeros de bloques no aleatorios en el producto
final.
Las mezclas de polímeros descritas anteriormente
exhiben una combinación de características deseables. Las mezclas
de polímeros exhiben turbiedad inferior a aproximadamente 15 por
ciento, preferiblemente inferior a aproximadamente 10 por ciento
medido según la norma ASTM 1003, usando muestras de ensayo de 1,27
mm (50 mil) de espesor y un instrumento tal como un Gardner
Hazemeter. Cuando se usan muestras de ensayo de 0,38 mm (15 mil) de
espesor y un instrumento tal como un HunterLab ColorQuest, la
turbiedad preferiblemente será inferior a 5 por ciento.
Las mezclas de polímeros preferiblemente exhiben
una resistencia al impacto Izod con muesca mayor que aproximadamente
10,7 J/m (0,2 ft-lb/inch), preferiblemente mayor
que 16,0 J/m (0,3 ft-lb/inch), más preferiblemente
mayor que 21,4 J/m (0,4 ft-lb/inch), medido según
la norma ASTM D-256.
Las mezclas de polímeros también exhiben bajo
grado de color azul, teniendo preferiblemente un número absoluto de
color azul menor que 20, medido con HunterLab D25 M Optical Sensor
usando tres discos apilados de resina moldeada por inyección [177ºC
(350ºF)/27,2 t (30 ton)/2 minutos] de 1,27 mm (50 mil) de espesor
medido frente a un fondo negro calibrado. Los números positivos
representan amarillo y los números negativos representan azul.
Cuando se emplean láminas extruídas [204ºC (400ºF)/0,51 mm (20 mil)
de calibre nominal de matriz] de 0,38 mm (15 mil) de espesor, el
número absoluto de color azul será preferiblemente menor que 15, más
preferiblemente menor que 5.
El mezclado se puede llevar a cabo mediante
cualquier método conocido en la técnica incluyendo mezclado en
fundido y mezclado por disolución. Preferiblemente los polímeros se
mezclan en fundido empleando cualquiera de los medios deseados,
tales como una mezcladora Banbury, un laminado en caliente, o una
extrusora. Más preferiblemente los polímeros se mezclan en fundido
empleando técnicas de mezclado con extrusoras. Se pueden utilizar
extrusoras de tornillo sin fin simple o doble. Los polímeros y
cualquiera de los otros ingredientes o aditivos se pueden mezclar
en seco antes del mezclado en fundido.
Las condiciones de mezclado dependen de la
técnica de mezclado y de los polímeros empleados. Si se emplea un
mezclado en seco inicial del polímero, las condiciones de mezclado
en seco pueden incluir temperaturas desde temperatura ambiente
hasta un poco por debajo de la temperatura de fusión del polímero, y
tiempos de mezclado en el intervalo de unos pocos segundos a horas,
por ejemplo, 2 segundos a 30 minutos.
Durante el mezclado en fundido, la temperatura a
la cual se combinan los polímeros en la mezcladora estará
generalmente en el intervalo entre el punto de fusión más alto de
los polímeros empleados hasta aproximadamente 100ºC por encima de
tal punto de fusión.
El tiempo requerido para el mezclado en fundido
puede variar ampliamente y depende del método de mezclado empleado.
El tiempo requerido es el tiempo suficiente para mezclar
minuciosamente los componentes. Generalmente, los polímeros
individuales se mezclan durante un tiempo de aproximadamente 10
segundos a aproximadamente 15 minutos.
Las mezclas de polímeros pueden contener
aditivos tales como agentes estabilizantes, agentes
anti-oxidantes, agentes de
anti-adhesión, agentes desmoldantes, agentes
colorantes, pigmentos, y agentes retardantes del fuego, así como
agentes de carga y agentes de refuerzo, tales como fibras de vidrio,
siempre que las cantidades y tipos no interfieran con los objetivos
de esta invención.
Los copolímeros de bloques y las mezclas de
polímeros preparadas según la invención son útiles para la
producción de artículos preparados mediante moldeo por fresado,
extrusión, soplado o inyección.
Los siguientes ejemplos se presentan para
ilustrar adicionalmente la invención y no se tiene la intención con
ellos de limitar el alcance.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
I
El siguiente ejemplo muestra la preparación de
copolímeros de bloques y la combinación de propiedades mecánicas y
de claridad de varias mezclas de polímeros.
Se preparó el copolímero de bloques
estireno/butadieno (SB) empleando una polimerización en disolución
secuencial en atmósfera de nitrógeno. Las operaciones de
polimerización se llevaron a cabo en un reactor agitado de acero al
carbono de 0,379 m^{3} (100 galones USA) con serpentines
refrigerantes internos empleando compuestos reaccionantes y
condiciones esencialmente anhidros.
Las líneas se limpiaron con 0,5 kg de
ciclohexano después de cada carga. Se permitió que continuara la
polimerización hasta completarse después de cada carga de monómero
o mezcla de monómeros. La temperatura de polimerización varió en el
intervalo de aproximadamente 38ºC a aproximadamente 120ºC, y la
presión varió en el intervalo de aproximadamente 0,11 MPa. (2 psig)
a aproximadamente 0,51 MPa. (60 psig). El peso total de monómero fue
aproximadamente 90 kg. La secuencia de cargas de tetrahidrofurano
(THF), estireno (S), iniciador de n-butil litio
(i), mezcla butadieno/estireno (B/S), y agente de copulación (CA)
fue como sigue.
\vskip1.000000\baselineskip
0,5 THF, 0,05i_{1}, 30S_{1}, 0.05i_{2},
20S_{2}, (5B_{1}/10S_{3}),
(10B_{2}/10S_{4}),(10B_{3}/55S_{5}), CA. (cantidades en
partes/100 partes de monómero).
\vskip1.000000\baselineskip
0,1 THF, 0,05i_{1}, 30S_{1}, 0.05i_{2},
20S_{2}, (5B_{1}/10S_{3}),
(10B_{2}/10S_{4}),(10B_{3}/5S_{5}), CA. (cantidades en
partes/100 partes de monómero).
Después de completarse las polimerizaciones
secuenciales, se cargó al reactor Vikoflex® 7170 (un agente de
copulación que comprende aceite de soja epoxidado vendido por Viking
Chemical Co.). Después de completarse la reacción de copulación, se
finalizó la reacción añadiendo CO_{2} y 0,2 pcm de agua. Los
copolímeros de bloques de estireno/butadieno se estabilizaron con
0,25 pcm (partes por cien de resina) de Irganox® 1076 y 1,0 pcm de
fosfito de tris(nonilfenilo). Vikoflex es una marca comercial
registrada de Viking Chemical Company. Irganox es una marca
comercial registrada de Ciba Geigy Corporation.
Los copolímeros de bloques A1 y A2 exhibieron
índices de fluidez de 7,2 y 6,5g/10 min respectivamente, medidos
según la norma ASTM D-1238, condición G.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
II
Se formaron las mezclas de polímeros mezclando y
combinando al menos un copolímero de bloques aleatorio fabricado a
partir de estireno y butadieno, y al menos un polímero estirénico
fabricado a partir de estireno y metacrilato de metilo. Se
mezclaron Nova 9203 y NAS 90, ambos copolímeros de estireno y
metacrilato de metilo, disponibles en Novacor Plastics División,
con al menos un copolímero de bloques aleatorios triple de
estireno-butadieno a diversas relaciones en
peso.
Los resultados se resumen en la Tabla 1. El
grado de color azul, el valor triestímulo "b", una medida del
color azul y amarillo, se midió con un HunterLab D25 M Optical
Sensor usando láminas extruidas [204ºC (400ºF)/0,51 mm (20 mil) de
calibre nominal de matriz] de 0,38 mm (15 mil). Las medidas se
realizaron frente a un fondo negro calibrado. Un número positivo
representa amarillo y un número negativo representa azul. La
turbiedad en porcentaje se midió según la norma ASTM 1003 en
láminas de 0,38 mm (15 mil) usando un instrumento HunterLab
ColorQuest. El grado de color azul se midió como se describió
anteriormente. Otras propiedades (Izod con muesca, resistencia a la
flexión, etc.) se midieron según las bien establecidas y aceptadas
normas ASTM o por métodos estándar.
El copolímero usado es un copolímero de bloques
aleatorios triple de estireno/butadieno empleado. El polímero
estirénico usado es un copolímero de estireno y metacrilato de
metilo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados de las Tablas 1 y 2 demuestran
que las mezclas de polímeros empleando un copolímero de bloques que
contiene tres bloques aleatorios exhiben una combinación de buena
claridad y buena resistencia al impacto cuando la cantidad de
copolímero de bloques aleatorios triple de
estireno-butadieno es 50% en peso o más,
particularmente 60% en peso o más del peso total de la mezcla de
polímeros.
Claims (13)
1. Una mezcla de polímeros que comprende al
menos un copolímero de bloques copulado de dieno
conjugado/monovinilareno y al menos un polímero estirénico, en el
que
el copolímero de bloques copulado de dieno
conjugado/monovinilareno se produce mediante un procedimiento que
comprende poner en contacto secuencialmente en condiciones de
polimerización al menos un monómero de monovinilareno, un iniciador
organo-metal alcalino, al menos un monómero de
dieno conjugado, y después de esto copularlo con un agente de
copulación polifuncional para formar el copolímero de bloques;
se realizan al menos tres cargas consecutivas de
mezcla de monómeros que contienen monómero de monovinilareno y
monómero de dieno conjugado para producir al menos tres bloques
aleatorios consecutivos de dieno conjugado/monovinilareno en el
copolímero de bloques;
todo el monómero de monovinilareno y el monómero
de dieno conjugado contenido en cada carga se añaden al comienzo de
la carga permitiendo que esté presente en el reactor el exceso de
monómero;
el al menos un monómero de monovinilareno
contiene de 8 a 18 átomos de carbono, y el al menos un monómero de
dieno conjugado contiene de 4 a 12 átomos de carbono; y
el polímero estirénico se selecciona entre el
grupo que consiste en al menos un copolímero producido
copolimerizando al menos un co-monómero estirénico
y al menos un co-monómero insaturado que contiene
oxígeno o nitrógeno,
en el que la mezcla de polímeros comprende
- (A)
- 50% en peso o menos del polímero estirénico; y
- (B)
- 50% en peso o más del copolímero de bloques copulado de dieno conjugado/monovinilareno.
2. La mezcla de polímeros de la reivindicación
1, en la que
el monómero de monovinilareno se selecciona
entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
el monómero de dieno conjugado se selecciona
entre butadieno, isopreno, 2,3-dimetilbutadieno.
3. La mezcla de polímeros de la reivindicación
1, en la que
el co-monómero estirénico se
selecciona entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
el co-monómero insaturado que
contiene oxígeno o nitrógeno se selecciona entre el grupo que
consiste en acrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato
de metilo, acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo,
acrilonitrilo, y sus mezclas.
4. La mezcla de polímeros de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende 60% en peso o más del
copolímero de bloques copulado dieno conjugado/monovinilareno.
5. La mezcla de polímeros de la reivindicación
4, en la que
el monómero de monovinilareno se selecciona
entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
el monómero de dieno conjugado se selecciona
entre butadieno, isopreno, 2,3-dimetilbutadieno y
sus mezclas.
6. La mezcla de polímeros de la reivindicación
1, en la que
el monómero de monovinilareno se selecciona
entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas;
el monómero de dieno conjugado se selecciona
entre butadieno, isopreno, 2,3-dimetilbutadieno y
sus mezclas;
el co-monómero estirénico se
selecciona entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
\newpage
el co-monómero insaturado que
contiene oxígeno o nitrógeno se selecciona entre el grupo que
consiste en acrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato
de metilo, acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo,
acrilonitrilo, y sus mezclas.
7. La mezcla de polímeros de la reivindicación
6, que comprende 60% en peso o más del copolímero de bloques
copulado de dieno conjugado/monovinilareno.
8. La mezcla de polímeros de la reivindicación
1, en la que
la mezcla de polímeros comprende 60% en peso o
más del copolímero de bloques copulado de dieno
conjugado/monovinilareno;
el monómero de monovinilareno se selecciona
entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno, y sus
mezclas;
el monómero de dieno conjugado se selecciona
entre butadieno, isopreno, y sus mezclas;
el co-monómero estirénico se
selecciona entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno, y sus mezclas;
y
el co-monómero insaturado que
contiene oxígeno o nitrógeno se selecciona entre el grupo que
consiste en acrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato
de metilo, y sus mezclas.
9. Un método para fabricar una mezcla de
polímeros, que comprende mezclar al menos un copolímero de bloques
copulado de dieno conjugado/monovinilareno y al menos un polímero
estirénico, en el que:
el copolímero de bloques copulado de dieno
conjugado/monovinilareno se produce mediante un procedimiento que
comprende poner en contacto secuencialmente en condiciones de
polimerización al menos un monómero de monovinilareno, un iniciador
organoalcalino, al menos un monómero de dieno conjugado, y después
de esto copularlo con un agente de copulación polifuncional para
formar el copolímero de bloques;
se realizan al menos tres cargas consecutivas de
mezcla de monómeros que contienen monómero de monovinilareno y
monómero de dieno conjugado para producir al menos tres bloques
aleatorios consecutivos de dieno conjugado/monovinilareno en el
copolímero de bloques;
todo el monómero de monovinilareno y el monómero
de dieno conjugado contenido en cada carga se añaden al comienzo de
la carga permitiendo que esté presente en el reactor el exceso de
monómero;
el al menos un monómero de monovinilareno
contiene de 8 a 18 átomos de carbono, y el al menos un monómero de
dieno conjugado contiene de 4 a 12 átomos de carbono; y
el polímero estirénico se selecciona entre el
grupo que consiste en al menos un copolímero producido
copolimerizando al menos un co-monómero estirénico
y al menos un co-monómero insaturado que contiene
oxígeno o nitrógeno,
en el que la mezcla de polímeros comprende
- (A)
- 50% en peso o menos del polímero estirénico; y
- (B)
- 50% en peso o más del copolímero de bloques copulado de dieno conjugado/monovinilareno.
10. El método de la reivindicación 9, en el
que
el monómero de monovinilareno se selecciona
entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
el monómero de dieno conjugado se selecciona
entre butadieno, isopreno, 2,3-dimetilbutadieno.
11. El método de la reivindicación 9, en el
que
el co-monómero estirénico se
selecciona entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
el co-monómero insaturado que
contiene oxígeno o nitrógeno se selecciona entre el grupo que
consiste en acrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato
de metilo, acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo,
acrilonitrilo, y sus mezclas.
12. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, en el que la mezcla de polímeros comprende
60% en peso o más del copolímero de bloques copulado de dieno
conjugado/monovinilareno.
13. El método de la reivindicación 12, en el
que
el monómero de monovinilareno se selecciona
entre el grupo que consiste en estireno,
2-metilestireno, 3-metilestireno,
4-metilestireno, 4-etilestireno,
4-t-butilestireno,
\alpha-metilestireno, y sus mezclas; y
el monómero de dieno conjugado se selecciona
entre butadieno, isopreno, 2,3-dimetilbutadieno y
sus mezclas.
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