ES2339874T3 - Material de carga vitreo para resinas de policarbonato y composicion de resina de policarbonato. - Google Patents
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Abstract
Material de carga vítreo para una resina de policarbonato, que comprende, como componentes inorgánicos del conjunto del material de carga vítreo, entre un 50 y un 60% en masa de dióxido de silicio (SiO2), entre un 7 y un 15% en masa de óxido de aluminio (Al2O3), entre un 10 y un 20% en masa de oxido de calcio (CaO), entre un 0 y un 5% en masa de óxido de magnesio (MgO), entre un 2 y un 8% en masa de óxido de circonio (ZrO2), entre un 0 y un 10% en masa de óxido de zinc (ZnO), entre un 0 y un 10% en masa de óxido de estroncio (SrO), entre un 0 y un 18% en masa de óxido de bario (BaO), entre un 0 y un 2% en masa de óxido de litio (Li2O), entre un 0 y un 2% en masa de óxido de sodio (Na2O), y entre un 0 y un 2% en masa de óxido de potasio (K2O), con la condición de que el contenido total de óxido de litio (Li2O), óxido de sodio (Na2O) y óxido de potasio (K2O) sea del 0 al 2% en masa con respecto al conjunto del material de carga vítreo, que no contiene esencialmente óxido de titanio (TiO2).
Description
Material de carga vítreo para resinas de
policarbonato y composición de resina de policarbonato.
La presente invención se refiere a un material
de carga vítreo para una resina de policarbonato y a una composición
de resina de policarbonato para obtener un producto moldeado de una
resina de policarbonato con una transparencia excelente y en el que
se ha suprimido el amarilleo.
Las resinas de policarbonato se utilizan
ampliamente como material industrial transparente, por ejemplo en
el campo de la electricidad, la mecánica y el automóvil, debido a su
excelente transparencia y resistencia térmica. También se utilizan
como plásticos para materiales ópticos, tales como lentes, discos
ópticos, etc.
Ya se ha propuesto la incorporación de diversos
materiales de carga vítreos para controlar la dilatación térmica de
estas resinas de policarbonato o para aumentar aún más la
resistencia.
Sin embargo, el índice de refracción (índice de
refracción a una longitud de onda de 589 nm: denominado en lo
sucesivo como nD) del vidrio E, como ejemplo de material de fibra de
vidrio común a incorporar con el fin de reforzar una resina de
policarbonato, es de 1,555, mientras que el índice de refracción de
una resina de policarbonato es alto, de 1,580 a 1,590. Así, cuando
una fibra de vidrio E usual se dispersa en una resina de
policarbonato, surge el problema de que la transparencia tiende a
ser baja debido a la diferencia entre los índices de refracción de
ambos.
Por ello se ha llevado a cabo un estudio para
mantener la transparencia de los productos moldeados de resinas de
policarbonato reforzadas con fibra de vidrio donde se aumenta el
índice de refracción del material de carga vítreo al mismo rango
que el correspondiente a una resina de policarbonato, mediante una
modificación de la composición del vidrio.
Por ejemplo, el Documento de Patente 1 da a
conocer una composición de fibra de vidrio a utilizar para el
refuerzo de una resina de policarbonato que comprende, en % en masa,
entre un 50 y un 65% de SiO_{2}, entre un 0 y un 6% de
Al_{2}O_{3}, entre un 0 y un 5% de MgO, entre un 3 y un 10% de
CaO, entre un 2 y un 10% de BaO, entre un 0 y un 7% de ZnO, entre
un 0 y un 5% de SrO, entre un 3 y un 8% de Na_{2}O, entre un 3 y
un 8% de K_{2}O, entre un 0 y un 5% de Li_{2}O, entre un 3 y un
10% de ZrO_{2} y entre un 5,3 y un 10% de TiO_{2}.
Además, el Documento de Patente 2 da a conocer
una composición de vidrio a utilizar para el refuerzo de una resina
de policarbonato que comprende, en % en masa, entre un 54,0 y un
62,0% de SiO_{2}, entre un 8,0 y un 12,0% de Al_{2}O_{3},
entre un 0 y un 5,0% de MgO, entre un 18,0 y un 22,0% de CaO, entre
un 0 y un 5,0% de BaO, entre un 0 y un 5,0% de ZnO, entre un 0 y un
1,0% de Na_{2}O+K_{2}O+Li_{2}O, entre un 0,6 y un 5,0% de
ZrO_{2} y entre un 0,5 y un 1,9% de TiO_{2}, y que tiene un
índice de refracción entre 1,5700 y 1,6000.
Además, el Documento de Patente 3 describe una
fibra de vidrio para reforzar una resina de policarbonato que tiene
un índice de refracción de 1,570 a 1,600 y una constante óptica de
número de Abbe no superior a 50.
También se ha llevado a cabo un estudio para
mejorar resinas de policarbonato mediante fibras de vidrio
comerciales. Por ejemplo, el Documento de Patente 4 da a conocer
una composición de resina que comprende una resina de policarbonato
aromática en la que se emplea un producto de reacción de un alcohol
hidroxiaralquílico con una lactona, como terminador terminal, y un
material de carga vítreo cuyo índice de refracción no se diferencia
del índice de refracción de la resina de policarbonato aromática en
más de 0,01.
Además, el Documento de Patente 5 describe una
composición de resina que incluye una resina de policarbonato
aromática, una fibra de vidrio cuyo índice de refracción no se
diferencia del índice de refracción de la resina de policarbonato
aromática en más de 0,015 y una policaprolactona.
Documento de Patente 1:
JP-A-58-60641
Documento de Patente 2:
JP-A-5-155638
Documento de Patente 3:
JP-A-5-294671
Documento de Patente 4:
JP-A-7-118514
Documento de Patente 5:
JP-A-9-165506
Entre las referencias del estado anterior de la
técnica arriba indicadas, en la composición del Documento de
Patente 1 el contenido de TiO_{2} es relativamente grande, en un
rango del 5,3 al 10%, por lo que el material de carga vítreo tiende
a amarillear. Por consiguiente, en los productos moldeados de una
resina de policarbonato obtenida utilizando el material de carga
vítreo con la composición de vidrio del Documento de Patente 1, el
color tiende a amarillear, y normalmente su uso está limitado en
aquellas aplicaciones donde el color es importante. Además, el
material de carga vítreo del Documento de Patente 1 contiene al
menos un 3% de óxido de sodio (Na_{2}O) y al menos un 3% de óxido
de potasio (K_{2}O) como componentes alcalinos y, en
consecuencia, el material de carga vítreo tiene a presentar una mala
resistencia al agua, ya que contiene una gran cantidad de
componentes alcalinos. Por consiguiente, existe el problema de que
es probable que se produzca una elución de los componentes
alcalinos del material de carga vítreo y los componentes alcalinos
eluidos del material de carga vítreo tienden a reaccionar con la
resina de policarbonato, reduciendo el peso molecular de la misma,
lo que deteriora las propiedades físicas de los productos
moldeados.
Además, el contenido de TiO_{2} de la
composición de vidrio del Documento de Patente 2 oscila entre el 0,5
y el 1,9%, por lo que el material de carga vítreo también tiende a
amarillear. Por consiguiente, su uso normalmente está limitado a
aquellas aplicaciones en las que el color es importante.
Además, la fibra de vidrio para reforzar una
resina de policarbonato del Documento de Patente 3, como muestran
las composiciones de los ejemplos, contiene una gran cantidad (al
menos un 16,5% en peso) de óxido de sodio (Na_{2}O) y de óxido de
potasio (K_{2}O), que son componentes alcalinos. Por consiguiente,
como en el caso del Documento de Patente 1, existe el problema de
que las propiedades físicas del producto moldeado tienden a
deteriorarse debido a una disminución del peso molecular de la
resina de policarbonato.
Además, la composición de resina de
policarbonato aromática del Documento de Patente 4 tiene el problema
de que la materia prima para la resina de policarbonato aromática
es cara, por lo que los productos moldeados a partir de la misma
tienden a ser costosos.
Por otra parte, la resina de policarbonato
aromática del Documento de Patente 5 tiene el problema de que la
resistencia térmica o las propiedades mecánicas de los productos
moldeados tienden a deteriorarse debido al contenido de
policaprolactona.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención consiste en proporcionar un material de carga vítreo útil
en la práctica para un policarbonato, consiguiéndose que el índice
de refracción del material de carga vítreo esté al mismo nivel que
el índice de refracción de la resina de policarbonato, pudiendo
mantenerse la transparencia de los productos moldeados de la resina
de policarbonato que tiene incorporado un material de carga vítreo
de este tipo y suprimiendo al mismo tiempo el amarilleo, pudiendo
evitarse el deterioro de las propiedades físicas de los productos
moldeados debido a una disminución del peso molecular de la resina
por los componentes alcalinos de la superficie del material de carga
vítreo, durante el moldeo, y siendo posible su producción
industrial; y una composición de resina de policarbonato en la que
se emplea dicho material de carga.
El presente inventor ha llevado a cabo un
extenso estudio y, como resultado del mismo, ha llegado a un
material de carga vítreo y a una composición de resina de
policarbonato con los que se puede alcanzar el objetivo arriba
indicado.
En concreto, el material de carga vítreo para
una resina de policarbonato de la presente invención comprende,
como componentes inorgánicos de todo el material de carga vítreo,
entre un 50 y un 60% en masa de dióxido de silicio (SiO_{2}),
entre un 7 y un 15% en masa de óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}),
entre un 10 y un 20% en masa de oxido de calcio (CaO), entre un 0 y
un 5% en masa de óxido de magnesio (MgO), entre un 2 y un 8% en
masa de óxido de circonio (ZrO_{2}), entre un 0 y un 10% en masa
de óxido de zinc (ZnO), entre un 0 y un 10% en masa de óxido de
estroncio (SrO), entre un 0 y un 18% en masa de óxido de bario
(BaO), entre un 0 y un 2% en masa de óxido de litio (Li_{2}O),
entre un 0 y un 2% en masa de óxido de sodio (Na_{2}O) y entre un
0 y un 2% en masa de óxido de potasio (K_{2}O), con la condición
de que el contenido total de óxido de litio (Li_{2}O), óxido de
sodio (Na_{2}O) y óxido de potasio (K_{2}O) sea del 0 al 2% en
masa con respecto al conjunto del material de carga vítreo, que
esencialmente no contiene óxido de titanio (TiO_{2}).
Con el material de carga vítreo para una resina
de policarbonato de la presente invención, la diferencia del índice
de refracción con respeto a la resina de policarbonato es muy
pequeña y se produce poco amarilleo, por lo que es posible obtener
una composición de resina de policarbonato con una excelente
transparencia. Además, este material de carga vítreo tiene un bajo
contenido de componentes alcalinos, por lo que apenas se produce
elución de tales componentes alcalinos, lo que permite evitar la
disminución del peso molecular de la resina de policarbonato y
evitar así el deterioro de las propiedades físicas de los productos
moldeados.
Preferentemente el material de carga vítreo para
una resina de policarbonato de la presente invención presenta un
índice de refracción de 1,581 a 1,587 a una luz con una longitud de
onda de 589 nm. Gracias a ello, la diferencia con respecto al
índice de refracción de la resina de policarbonato puede ser
sumamente pequeña, lo que permite obtener una composición de resina
de policarbonato de mayor transparencia.
Además, preferentemente, el material de carga
vítreo para una resina de policarbonato de la presente invención
esencialmente no contiene óxido de boro (B_{2}O_{3}). En el paso
de fusión de la composición vítrea, el boro de la masa fundida de
vidrio tiende a evaporarse, por lo que al asegurar un contenido
esencialmente nulo de óxido de boro (B_{2}O_{3}) se puede
reducir la contaminación medioambiental.
Además, el material de carga vítreo para una
resina de policarbonato de la presente invención no contiene
esencialmente óxido de titanio (TiO_{2}). Esto permite suprimir el
amarilleo del material de carga vítreo y obtener un material de
carga vítreo prácticamente incoloro con un índice de refracción
cercano al índice de refracción de la resina de policarbonato.
Además, el contenido de óxido de circonio
(ZrO_{2}) en el material de carga vítreo para una resina de
policarbonato de la presente invención oscila preferentemente entre
un 3 y un 6% en masa. Esto permite acercar el índice de refracción
del material de carga vítreo al índice de refracción de la resina de
policarbonato sin influir negativamente en sus propiedades de
fusión como vidrio.
Además, el contenido total de dióxido de silicio
(SiO_{2}) y óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) en el material de
carga vítreo para una resina de policarbonato de la presente
invención oscila preferentemente entre un 57 y un 70% en masa, con
respecto al conjunto del material de carga vítreo. Esto permite
obtener un material de carga vítreo fuerte y con buenas propiedades
de fusión.
Además, el contenido total de óxido de litio
(Li_{2}O), óxido de sodio (Na_{2}O) y óxido de potasio
(K_{2}O) del material de carga vítreo para una resina de
policarbonato de la presente invención oscila preferentemente entre
un 0 y un 1,5% en masa, con respecto al conjunto del material de
carga vítreo. Esto permite evitar la elución de componentes
alcalinos y obtener un material de carga vítreo con una excelente
resistencia al agua.
Además, el contenido total de óxido de zinc
(ZnO), óxido de estroncio (SrO) y óxido de bario (BaO) del material
de carga vítreo para una resina de policarbonato de la presente
invención oscila preferentemente entre un 5 y un 20% en masa, con
respecto al conjunto del material de carga vítreo.
Además, el contenido total de óxido de calcio
(CaO), óxido de zinc (ZnO), óxido de estroncio (SrO) y óxido de
bario (BaO) del material de carga vítreo para una resina de
policarbonato de la presente invención oscila preferentemente entre
un 25 y un 35% en masa, con respecto al conjunto del material de
carga vítreo.
De acuerdo con cada una de las realizaciones
arriba indicadas, el vidrio apenas tiende a desvitrificarse, lo que
facilita el moldeo del material de carga.
Además, el contenido de óxido de bario (BaO) del
material de carga vítreo para una resina de policarbonato de la
presente invención oscila preferentemente entre un 7 y un 14% en
masa con respecto al conjunto del material de carga vítreo, lo que
mejora las propiedades de fusión en el momento de preparar el vidrio
y también mejora correspondientemente la capacidad de moldeo del
material de carga, facilitando la formación de fibras.
Además, el material de carga vítreo para una
resina de policarbonato de la presente invención se encuentra
preferentemente en forma de fibras, fibras molidas, polvo o escamas,
de forma especialmente preferente en forma de fibras.
Por otra parte, la composición de resina de
policarbonato de la presente invención se caracteriza porque
consiste en una composición que comprende el material de carga
vítreo arriba mencionado y una resina de policarbonato. De acuerdo
con la composición de resina de policarbonato de la presente
invención, incluso después de haber sido reforzada con el material
de carga vítreo, la diferencia entre el índice de refracción de la
resina de policarbonato y el índice de refracción del material de
carga vítreo arriba indicado es muy pequeña, lo que permite obtener
productos moldeados con una transparencia muy alta y muy poco
amarilleo.
El contenido del material de carga vítreo en la
composición de resina de policarbonato de la presente invención
oscila preferentemente entre el 5 y el 60% en masa. Además, la
diferencia entre el índice de refracción de la resina de
policarbonato y el índice de refracción del material de carga vítreo
preferentemente no es mayor de 0,001 en caso de una luz con una
longitud de onda de 589 nm. Por otra parte, cuando se conforma en
una placa plana con un espesor de 0,1 a 5 mm, la transmitancia de
la luz paralela es preferentemente de al menos un 65%.
El material de carga vítreo para una resina de
policarbonato de la presente invención tiene un índice de refracción
que presenta muy poca diferencia con el índice de refracción de la
resina de policarbonato y tiende muy escasa tendencia al amarilleo,
lo que permite obtener una composición de resina de policarbonato
con una transparencia excelente y prácticamente incolora. Además,
este material de carga vítreo tiene un contenido muy pequeño de
componentes alcalinos, por lo que apenas se produce elución de los
componentes alcalinos y, en consecuencia, se puede evitar la
disminución del peso molecular de la resina de policarbonato y, con
ello, prevenir el deterioro de las propiedades físicas de los
productos moldeados.
Además, la composición de resina de
policarbonato de la presente invención que contiene un material de
carga vítreo de este tipo se puede conformar en un producto de
resina moldeado con excelentes propiedades de transparencia, color
y resistencia mecánica y, en consecuencia, éste es útil como
producto moldeado que presenta dichas propiedades de transparencia
y resistencia, tal como una cobertura para un área de pantalla de un
instrumento eléctrico o electrónico, o como sustituto de una luna
de vidrio utilizada como material para automóviles o para
construcción.
A continuación se describen más detalladamente
el material de carga vítreo para una resina de policarbonato y la
composición de resina de policarbonato de la presente invención. En
la composición del vidrio del material de carga vítreo de la
presente invención, "%" significa "% en masa", a no ser
que se especifique de otro modo. Además, los componentes
constituyentes están representados por los óxidos de los componentes
correspondientes, pero éstos no han de estar contenidos
necesariamente en forma de óxidos.
El material de carga vítreo para una resina de
policarbonato de la presente invención consiste en una composición
de vidrio que comprende, como componentes inorgánicos en el conjunto
del material de carga vítreo, entre un 50 y un 60% de dióxido de
silicio (en lo sucesivo SiO_{2}), entre un 7 y un 15% de óxido de
aluminio (en lo sucesivo Al_{2}O_{3}), entre un 10 y un 20% de
óxido de calcio (en lo sucesivo CaO), entre un 0 y un 5% de óxido
de magnesio (en lo sucesivo MgO), entre un 2 y un 8% de óxido de
circonio (en lo sucesivo ZrO_{2}), entre un 0 y un 10% de óxido
de zinc (en lo sucesivo ZnO), entre un 0 y un 10% de óxido de
estroncio (en lo sucesivo SrO), entre un 0 y un 18% de óxido de
bario (en lo sucesivo BaO), entre un 0 y un 2% de óxido de litio
(en lo sucesivo Li_{2}O), entre un 0 y un 2% de óxido de sodio (en
lo sucesivo Na_{2}O) y entre un 0 y un 2% de óxido de potasio (en
lo sucesivo K_{2}O), con la condición de que el
contenido total de Li_{2}O, Na_{2}O y K_{2}O sea del 0 al 2% en masa con respecto al conjunto del material de carga vítreo.
contenido total de Li_{2}O, Na_{2}O y K_{2}O sea del 0 al 2% en masa con respecto al conjunto del material de carga vítreo.
En la composición del material de carga vítreo
arriba indicada, el contenido de SiO_{2} ha de oscilar entre el
50 y el 60%. Si el contenido de SiO_{2} es inferior al 50%, la
resistencia del material de carga vítreo tiende a ser baja; y si es
superior al 60%, las propiedades de fusión como vidrio tienden a ser
bajas.
El contenido de Al_{2}O_{3} ha de oscilar
entre el 7 y el 15%. Si el contenido de Al_{2}O_{3} es inferior
al 7%, la durabilidad química, por ejemplo la resistencia al agua,
tiende a ser baja; y si es superior al 15%, las propiedades de
fusión como vidrio tienden a ser bajas y el vidrio tiende a no ser
homogéneo.
Además, el contenido total de SiO_{2} y
Al_{2}O_{3} oscila preferentemente entre el 57 y el 70%, de
forma especialmente preferente entre el 57 y el 67%. Si dicho
contenido es inferior al 57%, la resistencia del material de carga
vítreo tiende a ser baja; y si es superior al 67%, las propiedades
de fusión como vidrio tienden a ser bajas.
El contenido de CaO ha de oscilar entre el 10 y
el 20%, preferentemente entre el 15 y el 20%. Si el contenido de
CaO es inferior al 10%, las propiedades de fusión como vidrio
tienden a ser bajas; y si es superior al 20%, es probable que se
produzca una desvitrificación.
El MgO es un componente opcional y puede estar
contenido en una cantidad entre un 0 y un 5%, preferentemente entre
un 0,1 y un 5,0%. Mediante la incorporación de MgO, una parte del Ca
del CaO arriba indicado se puede sustituir por Mg, lo que permite
mejorar las propiedades mecánicas, por ejemplo la resistencia, del
material de carga vítreo. Si el contenido de MgO es superior al 5%,
las propiedades de fusión como vidrio tienden a ser bajas.
El contenido de ZrO_{2} ha de oscilar entre el
2 y el 8%, preferentemente entre el 3 y el 6%. El ZrO_{2} es un
componente para aumentar el índice de refracción del vidrio y
también puede mejorar la durabilidad química del material de carga
vítreo. Si el contenido de ZrO_{2} es inferior al 2%, tiende a ser
inadecuado para aumentar el índice de refracción; y si es superior
al 8%, las propiedades de fusión como vidrio tienden a ser bajas y
es probable que se produzca una desvitrificación.
El ZnO, el BaO y el SrO son componentes
opcionales y la composición puede contener entre un 0 y un 10% de
ZnO, entre un 0 y un 18% de BaO y entre un 0 y un 10% de SrO.
Mediante la incorporación de ZnO, BaO y SrO se puede aumentar el
índice de refracción del material de carga vítreo, o se puede evitar
la desvitrificación. Además, el ZnO, el BaO y el SrO se pueden
utilizar individualmente o en combinación como una mezcla de dos o
más de ellos.
Además, el BaO tiene un notable efecto de
reducción de la viscosidad de fusión del vidrio y, cuando se aumenta
su contenido, las propiedades de fusión serán buenas, pero la
temperatura de desvitrificación del vidrio no variará. Por
consiguiente, si dicho contenido es superior al 15%, la diferencia
entre la temperatura de moldeo y la temperatura de desvitrificación
tiende a ser pequeña y es probable que se produzca una
desvitrificación durante el moldeo. En consecuencia, de forma
especialmente preferente el contenido de BaO oscila entre el 0 y el
15%, y, si el material de carga vítreo está conformado en fibras,
dicho contenido oscila de forma totalmente preferente entre el 7 y
el 14%.
En la presente invención, el contenido total de
ZnO, BaO y SrO oscila preferentemente entre el 5 y el 20% con
respecto al conjunto del material de carga vítreo. Si el contenido
total se sale de este intervalo, es probable que se produzca una
desvitrificación. Además, si el contenido total es inferior al 5%,
ello tiende a dificultar el aumento del índice de refracción.
Ajustando el contenido total de ZnO, BaO y SrO dentro del intervalo
arriba indicado se puede reducir la diferencia del índice de
refracción con respecto a la resina de policarbonato.
Además, en la presente invención el contenido
total de CaO, ZnO, BaO y SrO oscila preferentemente entre el 25 y
el 35% con respecto al conjunto del material de carga vítreo. Si
este contenido total es inferior al 25%, ello tiende a dificultar
el aumento del índice de refracción; y si es superior al 35%, es
probable que se produzca una desvitrificación y el moldeo del
material de carga tiende a ser difícil.
El contenido de Li_{2}O, Na_{2}O y K_{2}O
(también denominados en lo sucesivo como "componentes
alcalinos") puede oscilar en cada caso entre el 0 y el 2%, y el
contenido total de dichos componentes alcalinos ha de oscilar entre
el 0 y el 2% con respecto a todo el material de carga vítreo. Si el
contenido total de estos componentes alcalinos es superior al 2%,
la resistencia del vidrio al agua tiende a ser baja y es probable
que se produzca una elución del álcali. Además, el peso molecular de
la resina de policarbonato tiende a disminuir por los componentes
alcalinos sobre la superficie del vidrio durante el moldeo, lo que
será un factor para el deterioro de las propiedades físicas del
producto moldeado. El contenido total de estos componentes alcalinos
oscila preferentemente entre el 0 y el 1,5% y, con vistas a mejorar
las propiedades de fusión de la composición de vidrio, de forma
especialmente preferente oscila entre el 0,1 y el 1,5%.
Aunque el contenido total de estos componentes
alcalinos es bajo, mediante la incorporación de ZrO_{2} en una
cantidad entre el 2 y el 8%, como se menciona más arriba, es posible
aumentar de forma suficiente el índice de refracción del material
de carga vítreo para acercarlo al índice de refracción de la resina
de policarbonato. Además, como el contenido de componentes
alcalinos es bajo, es posible evitar la disminución del peso
molecular por la descomposición de la resina de policarbonato, lo
que permite prevenir el deterioro de las propiedades físicas, tales
como la resistencia, de los productos moldeados.
El material de carga vítreo de la presente
invención no contiene esencialmente óxido de titanio (en lo sucesivo
TiO_{2}). El TiO_{2} es un componente para aumentar el índice
de refracción, pero al incorporar TiO_{2} el material de carga
vítreo tiende a amarillear. Por consiguiente, al no incorporar
esencialmente nada de TiO_{2} se puede obtener un material de
carga vítreo en el que se ha suprimido el amarilleo y que es
prácticamente incoloro. En la presente invención, la expresión
"no contiene esencialmente óxido de TiO_{2}" significa que
el contenido de TiO_{2} es inferior al 0,1%.
Además, preferiblemente, el material de carga
vítreo de la presente invención no contiene esencialmente óxido de
boro (en lo sucesivo B_{2}O_{3}). El boro tiende a volatilizarse
en la masa fundida y, por consiguiente, al no incorporar
esencialmente nada de B_{2}O_{3}, se puede reducir la
contaminación medioambiental. En la presente invención, la
expresión "no contiene esencialmente óxido de B_{2}O_{3}"
significa que el contenido de B_{2}O_{3} es inferior al
0,1%.
Como se ha mencionado anteriormente, el
ZrO_{2}, el BaO, el CaO y el SrO son componentes que pueden
aumentar el índice de refracción del vidrio, y el SiO_{2} y el
Al_{2}O_{3} son componentes que pueden disminuir el índice de
refracción del vidrio. Además, como componentes que pueden aumentar
el índice de refracción del vidrio diferentes a los arriba
indicados se pueden mencionar TiO_{2}, Ta_{2}O_{5},
La_{2}O_{3}, etc., y como componentes que pueden disminuir el
índice de refracción del vidrio diferentes a los arriba indicados
se pueden mencionar P_{2}O_{5}, F_{2}, etc.
Por consiguiente, si por ejemplo el índice de
refracción del vidrio es menor que el índice de refracción deseado,
es decir, el índice de refracción de la resina de policarbonato, una
parte del contenido de SiO_{2} se puede sustituir por ZrO_{2},
lo que permite aumentar el índice de refracción. Específicamente, si
se sustituye por ejemplo un 0,4% del SiO_{2} por un 0,4% de
ZrO_{2}, el índice de refracción del vidrio aumentará
aproximadamente en 0,002.
Por otra parte, si por ejemplo el índice de
refracción del vidrio es mayor que el índice de refracción deseado,
es decir, el índice de refracción de la resina de policarbonato, una
parte del contenido de BaO se puede sustituir por MgO o SrO, lo que
permite disminuir el índice de refracción. Específicamente, si se
sustituye por ejemplo un 1,0% de BaO por un 1,0% de MgO, el índice
de refracción del vidrio disminuirá aproximadamente en 0,002.
Además, si se sustituye un 1,5% del BaO por un 1,5% de SrO, el
índice de refracción del vidrio disminuirá aproximadamente en
0,002.
De este modo, sustituyendo adecuadamente para el
ajuste un componente que puede aumentar el índice de refracción del
vidrio y un componente que puede disminuir el índice de refracción
del vidrio, dentro de los intervalos de la presente invención,
respectivamente, es posible ajustar adecuadamente el índice de
refracción del vidrio y, en consecuencia, obtener un material de
carga vítreo con un índice de refracción dentro del mismo intervalo
que el índice de refracción de una resina de policarbonato
usual.
Además, el material de carga vítreo para una
resina de policarbonato de la presente invención que presenta la
composición arriba indicada preferentemente tiene un índice de
refracción entre 1,581 y 1,587, de forma especialmente preferente
entre 1,583 y 1,586, para una luz con una longitud de onda de 589
nm.
Además, el valor YI del material de carga vítreo
para una resina de policarbonato de la presente invención, medido
mediante un método de transmisión de acuerdo con el método descrito
en JIS K-7105, con respecto a una placa de vidrio
con un espesor de 3 mm preparada a partir del material de carga
vítreo, oscila preferentemente entre 0 y 3. Dado que esencialmente
no se incorpora nada de Ti como materia prima para el vidrio, se
puede evitar el amarilleo y el valor YI se puede mantener dentro
del intervalo arriba indicado.
Por consiguiente, con el material de carga
vítreo de la presente invención, el índice de refracción se puede
mejorar suficientemente en comparación con el índice de refracción
(índice de refracción a una longitud de onda de 589 nm: nD) del
vidrio E usual, que es de aproximadamente 1,555, y la coloración del
propio material de carga vítreo es reducida, por lo que, cuando se
incorpora a una resina de policarbonato, se puede obtener una
composición de resina altamente transparente.
Además de los componentes de vidrio arriba
mencionados, el material de carga vítreo para una resina de
policarbonato de la presente invención también puede contener los
componentes indicados más abajo dentro de un margen que no influya
negativamente en propiedades ópticas tales como el índice de
refracción, en la resistencia al agua, en las propiedades de fusión
del vidrio, en la moldeabilidad, las propiedades mecánicas, etc. Por
ejemplo, como componente para aumentar el índice de refracción del
vidrio puede contener un óxido que incluya un elemento como lantano
(La), ytrio (Y), plomo (Pb), bismuto (Bi), antimonio (Sb), tantalio
(Ta) o wolframio (W). Si el material de carga vítreo contiene estos
componentes, dicho contenido preferentemente es inferior al 3% con
respecto a todo el material de carga vítreo, para mantener bajo el
coste de la materia prima. Entre los componentes arriba
mencionados, es preferible que el material de carga vítreo no
contenga esencialmente ningún óxido que incluya Pb, para reducir la
contaminación medioambiental.
En la materia prima de vidrio necesaria para
obtener el material de carga vítreo para una resina de policarbonato
de la presente invención, el contenido en componentes que incluyen
hierro (Fe) y/o cromo (Cr) como impurezas de la materia prima
preferiblemente es inferior al 0,01%, como óxido de Fe y/o Cr, con
respecto a todo el vidrio, con el fin de evitar la coloración del
vidrio.
Como material de vidrio necesario para obtener
el material de carga vítreo para una resina de policarbonato de la
presente invención se utiliza preferentemente una materia prima que
contenga un carbonato, un nitrato o un sulfato con el fin de
mejorar las propiedades de fusión del vidrio y evitar al mismo
tiempo la coloración del mismo.
En la presente invención, el material de carga
vítreo se emplea preferentemente en forma de fibra de vidrio, polvo
de vidrio, escamas de vidrio, fibras molidas o perlas de vidrio. La
fibra de vidrio es muy eficaz para reforzar la resina de
policarbonato y además tiene propiedades de estirado, resistencia
mecánica, etc. iguales a las de la fibra de refuerzo convencional,
como la fibra de vidrio E o la fibra de vidrio C. En consecuencia,
se utiliza con mayor preferencia que dichas fibras de vidrio.
La fibra de vidrio se puede obtener mediante un
método de estirado convencional para fibras de vidrio largas. Por
ejemplo, el vidrio se puede conformar en fibras mediante diversos
métodos, tales como fusión directa (direct melt - DM), donde
la materia prima de vidrio se vitrifica de forma continua en un
horno de fusión, después se conduce a un alimentador y después se
estira a través de una boquilla unida al fondo del alimentador; o
un método de refusión, donde el vidrio fundido se procesa en forma
de canica, cullet o barra, después se refunde y a
continuación se estira. En este caso, si la diferencia entre la
temperatura de estirado en el momento de la formación de la fibra
de vidrio y la temperatura de desvitrificación del vidrio es
pequeña, es probable que el vidrio se desvitrifique durante el
estirado de la fibra de vidrio, lo que deteriorará la productividad
de la fibra. Por consiguiente, es necesario diseñar la composición
del vidrio de tal modo que la temperatura de estirado sea
suficientemente mayor que la temperatura de desvitrificación. Por
ejemplo, si la temperatura de estirado está ajustada a una
temperatura en la que la viscosidad de fusión del vidrio es de
10^{3,0} poises, preferentemente la diferencia entre la
temperatura de estirado y la temperatura de desvitrificación del
vidrio es de al menos 50ºC.
El diámetro de la fibra de vidrio no está
sometido a ninguna limitación particular, pero preferentemente se
emplea un diámetro de 3 a 25 \mum. Si el diámetro es inferior a 3
\mum, el área de contacto entre la fibra de vidrio y la resina
aumenta, lo que causa una reflexión difusa que probablemente
influirá negativamente en la transparencia de los productos
moldeados. Si el diámetro es superior a 25 \mum, la resistencia de
la fibra de vidrio tiende a ser baja y, por consiguiente, la
resistencia de los productos moldeados probablemente será
inferior.
La forma de la fibra de vidrio no está sometida
a ninguna limitación particular y se puede seleccionar adecuadamente
en función del método de conformación o de las características
requeridas para los productos moldeados. Por ejemplo, puede
consistir en fibra cortada, fibra continua, fieltro, tela o fibra
molida.
El polvo de vidrio se puede obtener mediante
métodos de producción convencionales. Por ejemplo, la materia prima
de vidrio se puede fundir en un horno de fusión y la masa fundida se
introduce en agua para su pulverización por agua, o la masa fundida
se conforma en una lámina mediante rodillos de enfriamiento y la
lámina se pulveriza para obtener un polvo con el tamaño de
partícula deseado. El tamaño de partícula del polvo de vidrio no
está sometido a ninguna limitación particular, pero preferentemente
se utiliza un polvo con un tamaño de partícula de 1 a
100 \mum.
100 \mum.
Las escamas de vidrio se pueden obtener mediante
métodos de producción convencionales. Por ejemplo, la materia prima
de vidrio se puede fundir en un horno de fusión y la masa fundida se
estira en un tubo para que el espesor del vidrio sea constante.
Después se pulveriza mediante rodillos para obtener una frita con un
espesor específico y la frita se pulveriza para obtener escamas con
la relación de aspecto deseada. El espesor y la relación de aspecto
de las escamas de vidrio no están sometidos a ninguna limitación
particular, pero preferentemente se utilizan escamas con un espesor
entre 0,1 y 10 \mum y una relación de aspecto de 5 a 150.
La fibra molida se puede obtener mediante
métodos convencionales para producir fibra molida. Por ejemplo, un
cordón de fibra de vidrio se puede pulverizar mediante un molino de
martillos o un molino de bolas para obtener fibra molida. El
diámetro de la fibra y la relación de aspecto de la fibra molida no
están sometidos a ninguna limitación particular, pero
preferentemente se emplea una fibra molida con un diámetro de fibra
de 5 a 50 \mum y una relación de aspecto de 2 a 150.
Las perlas de vidrio se pueden obtener mediante
métodos de producción convencionales. Por ejemplo, la materia prima
de vidrio se puede fundir en un horno de fusión y la masa fundida se
pulveriza mediante un quemador para formar perlas de vidrio con el
diámetro de partícula deseado. El diámetro de partícula de las
perlas de vidrio no está sometido a ninguna limitación particular,
pero preferentemente se emplean perlas de vidrio con un diámetro de
5 a 300 \mum.
Además, en la presente invención, la superficie
del material de carga vítreo preferentemente se somete a un
tratamiento con un agente de tratamiento que contiene un agente de
acoplamiento, para aumentar la afinidad entre la resina de
policarbonato y el material de carga vítreo, con el fin de aumentar
la adhesión y evitar así el deterioro de la transparencia de los
productos moldeados debido a la formación de espacios vacíos. Como
agente de acoplamiento se puede utilizar por ejemplo un agente de
acoplamiento de silano, un agente de acoplamiento de borano, un
agente de acoplamiento de aluminato o un agente de acoplamiento de
titanato. De forma particularmente preferente se utiliza un agente
de acoplamiento de silano, ya que proporciona una excelente
adhesión de la resina de policarbonato y el vidrio. Como agente de
acoplamiento de silano se puede utilizar por ejemplo un agente de
acoplamiento de aminosilano, un agente de acoplamiento de
epoxisilano o un agente de acoplamiento de acrilsilano. Entre estos
agentes de acoplamiento de silano, de forma totalmente preferente
se utiliza un agente de acoplamiento de aminosi-
lano.
lano.
Además, como componentes adicionales que pueden
estar incluidos en el agente de tratamiento, además del agente de
acoplamiento, se pueden mencionar, por ejemplo, materiales
filmógenos, lubricantes y agentes antiestáticos, y estos
componentes se pueden utilizar individualmente o en combinación en
forma de una mezcla de dos o más de
ellos.
ellos.
Como material filmógeno se puede emplear un
polímero tal como una resina de acetato de vinilo, una resina de
uretano, una resina acrílica, una resina de poliéster, una resina de
poliéter, una resina fenoxi, una resina de poliamida, una resina
epoxi o una resina de poliolefina, o un producto modificado de
éstas, siendo preferente una resina de uretano. Mediante el uso de
una resina de uretano se puede obtener una composición de resina de
policarbonato con una transparencia excelente. La razón de ello no
está muy clara, pero se considera en que la superficie de contacto
entre la resina de policarbonato y el material de carga vítreo se
puede reducir la tensión debida a la diferencia entre la dilatación
térmica de la resina y la dilatación térmica del vidrio. Además,
como resina de uretano se emplea preferentemente una resina de
uretano que cambie poco de color con el calor. Mediante el uso de
una resina de uretano de este tipo se puede obtener una composición
de resina de policarbonato con poca coloración. Como resina de
uretano que cambia poco de color con el calor, preferentemente se
puede mencionar por ejemplo una resina de uretano de tipo poliéster
que no amarillea.
Como lubricante se puede utilizar un agente
tensioactivo de éster alifático, éter alifático, éster aromático o
éter aromático. Como agente antiestático se puede utilizar una sal
inorgánica, tal como cloruro de litio o yoduro de potasio, o una
sal de amonio cuaternaria de cloruro de amonio o etosulfato de
amonio.
La composición de resina de policarbonato de la
presente invención es una composición de resina que incluye el
material de carga vítreo arriba descrito y una resina de
policarbonato. La resina de policarbonato no está sometida a
ninguna limitación particular y se puede utilizar por ejemplo una
resina de policarbonato obtenible mediante la reacción de bisfenol
A con fosgeno. Su peso molecular a viscosidad media oscila
preferentemente entre 12.000 y 35.000.
El índice de refracción (nD) de la resina de
policarbonato para una luz con longitud de onda de 589 nm oscila
normalmente entre 1,580 y 1,590. Como resina de policarbonato para
la presente invención se puede utilizar una resina de policarbonato
convencional. Como resinas empleadas de forma preferente se pueden
mencionar, por ejemplo, "LEXAN 121R" (marca registradal, GE
Plastics Japan, Ltd.), que tiene un índice de refracción de 1,585,
o "Iupilon S-2000" (marca registrada,
Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation), que
tiene un índice de refracción de
1,583.
1,583.
Además, en la composición de resina de
policarbonato de la presente invención, la diferencia entre el
índice de refracción de la resina de policarbonato y el índice de
refracción del material de carga vítreo preferentemente no es
superior a 0,001 para una luz con una longitud de onda de 589 nm. Si
la diferencia entre el índice de refracción de la resina de
policarbonato y el índice de refracción del material de carga vítreo
es superior a 0,002, la transparencia tiende a ser inadecuada
cuando la composición se conforma en un producto moldeado.
Además, cuando la composición de resina de
policarbonato de la presente invención se conforma en una placa
plana con un espesor ente 0,1 y 5 mm, preferentemente presenta una
transmitancia de la luz paralela de al menos un 65%, de forma
especialmente preferente de al menos un 70%. El material de carga
vítreo de la presente invención con la composición arriba indicada,
que se utiliza para obtener la composición de resina de
policarbonato de la presente invención, tiene un índice de
refracción muy cercano al índice de refracción de la resina de
policarbonato, y además el material de carga vítreo es prácticamente
incoloro y no presenta amarilleo. Por consiguiente, los productos
moldeados de resina de policarbonato a obtener tienen excelentes
propiedades de desarrollo de color mediante pigmentos, colorantes o
tonos metálicos, y se pueden emplear adecuadamente como productos
moldeados en lugares en los que se requiera un diseño ornamental o
similar. En la presente invención, la transmitancia de la luz
paralela es un valor medido de acuerdo con JIS
K-7361 y JIS K-7105 A.
Para que la transmitancia de la luz paralela
esté dentro del intervalo arriba mencionado, el índice de refracción
del material de carga vítreo se acerca al índice de refracción de
la resina de policarbonato mediante los métodos arriba mencionados
y la coloración del vidrio se suprime, y, tal como se describe más
abajo, el moldeo se lleva a cabo de modo que la rugosidad
superficial de los productos moldeados sea pequeña, por ejemplo
mediante la realización del moldeo formando una capa (una capa de
piel) que tenga una mayor proporción de la resina en la superficie
exterior del producto moldeado.
El contenido del material de carga vítreo en la
composición de resina de policarbonato de la presente invención no
está sometido a ninguna limitación particular, pero preferentemente
oscila entre el 5 y el 60% en masa, de forma especialmente
preferente entre el 10 y el 55% en masa. Si dicho contenido es
inferior al 5% en masa, el efecto de supresión de la dilatación
térmica tiende a ser inadecuado y la mejora de las propiedades
mecánicas también tiende a ser inadecuada debido a un refuerzo
inadecuado; y si es superior al 60% en masa, el área de contacto
entre la resina y el material de carga vítreo aumenta, lo que tiende
a deteriorar la transparencia de los productos moldeados y la
capacidad de flujo en fusión de la composición de resina durante el
moldeo también tiende a deteriorarse, lo que a su vez tiende a
deteriorar el aspecto de los productos moldeados.
Además, en la composición de resina de
policarbonato de la presente invención se pueden incorporar aditivos
conocidos dentro de un margen que no influya negativamente en
propiedades tales como el índice de refracción. Por ejemplo, un
antioxidante puede evitar la descomposición de la resina durante el
moldeo o durante la producción de la composición de resina de
policarbonato.
La composición de resina de policarbonato de la
presente invención se puede producir mediante métodos
convencionales. Se puede emplear, por ejemplo, un método de amasado
en fusión o un método de pultrusión.
El método de amasado en fusión es un método en
el que la resina fundida, el material de carga vítreo y los
aditivos opcionales se amasan mediante una extrusora. Estos métodos
de amasado en fusión incluyen un método (un método de alimentación
lateral) en el que la resina se funde mediante una extrusora de
husillo doble y el material de carga vítreo se introduce desde una
entrada de alimentación en el recorrido, y un método (un método con
mezcla previa) en el que la resina y el material de carga vítreo,
previamente mezclados mediante una extrusora de husillo doble o
husillo simple, se amasan en fusión con los aditivos opcionales. En
el método de alimentación lateral arriba indicado, los aditivos
opcionales se pueden mezclar previamente con la resina o con el
material de carga vítreo, dependiendo de su naturaleza.
El método de pultrusión se emplea
preferentemente cuando el material de carga vítreo tiene forma de
fibras de vidrio largas y se requiere que el producto moldeado
obtenido tenga una alta resistencia mecánica. La pultrusión
consiste en un método en el que, mientras se estiran cordones de
fibras de vidrio largas continuas, los cordones de fibras se
impregnan con la resina para formar la matriz, e incluye un método
en el que los cordones de fibras pasan a través de un baño de
impregnación que contiene una solución de la resina de matriz para
la impregnación con resina, un método en el que un polvo de la
resina de matriz se pulveriza sobre los cordones de fibras, o los
cordones de fibras se pasan a través de un depósito que contiene el
polvo para unir el polvo de resina de matriz a los cordones de
fibras, y después la resina de matriz se funde para impregnar los
cordones de fibras, y un método en el que, mientras los cordones de
fibras pasan a través de una cruceta, la resina de matriz se
suministra a la cruceta por ejemplo de una extrusora para que los
cordones de fibras se impregnen con la resina. Es preferente un
método en el que se emplea la cruceta.
La composición de resina de policarbonato así
obtenida se somete a un método de moldeo convencional, por ejemplo
moldeo por inyección, moldeo por extrusión, moldeo por compresión o
calandrado, para obtener un producto moldeado de una resina de
policarbonato. Además, el moldeo se puede llevar a cabo mediante un
molde con el interior cubierto por una película de resina o una
lámina de resina.
En principio, el espesor del producto moldeado
puede ser opcional, pero especialmente en caso de un producto
moldeado que deba ser transparente es necesario ajustar el espesor
entre 0,1 y 5 mm, preferentemente entre 0,2 y 2 mm. Si el espesor
del producto moldeado es inferior a 0,1 mm, es probable que se
produzca alabeo, la resistencia mecánica tiende a ser baja y el
moldeo tiende a ser difícil. Por otra parte, si dicho espesor es
mayor de 5 mm, ello tiende a influir negativamente en la
transparencia.
Preferentemente, sobre la superficie del
producto moldeado se forma una película de revestimiento, como una
película de revestimiento duro, una película antivaho, una película
antiestática o una película antirreflectante, y también se puede
formar una película de revestimiento compuesta por dos o más de
éstas. Entre ellas, de modo particularmente preferente se forma una
película de un revestimiento duro, ya que ésta proporciona una
resistencia excelente a los agentes atmosféricos y permite evitar la
abrasión de la superficie del producto moldeado con el tiempo. El
material para la película de revestimiento duro no está sometido a
ninguna limitación particular, pudiendo emplearse un material
conocido tal como un agente de revestimiento duro de acrilato, un
agente de revestimiento duro de silicona o un agente de
revestimiento duro inorgánico.
Las condiciones para la producción de la
composición de resina de policarbonato y las condiciones para
moldear ésta en un producto moldeado de resina de policarbonato se
pueden elegir adecuadamente y no están sometidas a ninguna
limitación particular. No obstante, la temperatura de calentamiento
durante el amasado en fusión o la temperatura de la resina durante
el moldeo por inyección se eligen normalmente dentro de un intervalo
de 220ºC a 300ºC para evitar la descomposición de la resina.
Cuando al menos una parte del material de carga
vítreo está presente en la superficie exterior de un producto
moldeado, la rugosidad superficial de éste tiende a ser grande y la
reflexión difusa en la superficie del mismo tiende a ser
considerable, y, en consecuencia, esto puede influir negativamente
en la transparencia del producto moldeado. Por consiguiente, un
método para reducir al mínimo la rugosidad superficial del producto
moldeado consiste en formar sobre la superficie exterior de éste una
capa (capa de piel) con una alta proporción de la resina para
reducir la rugosidad superficial del producto moldeado. En el caso
del moldeo por inyección, un método para formar esta capa de piel
consiste en que la temperatura del molde sea mayor que en las
condiciones normales, con lo que la resina en contacto con el molde
tiende a fluir con facilidad, lo que puede reducir la rugosidad
superficial de la superficie exterior del producto moldeado. Por
otra parte, en el caso del moldeo por compresión, la rugosidad de
la superficie exterior del producto moldado se puede reducir
ajustando la presión durante el moldeo a un valor mayor que en las
condiciones normales. Reduciendo la rugosidad superficial del
producto moldeado mediante el método arriba descrito se puede
conseguir que la reflexión difusa en la superficie del producto
moldeado sea baja y la opacidad también sea baja y, por
consiguiente, se puede mejorar la transparencia del producto
moldeado.
Los productos moldeados de resina de
policarbonato obtenibles mediante el moldeo de la composición de
resina de policarbonato de la presente invención son útiles en
aplicaciones en las que se requiera durabilidad. Como ejemplos se
pueden mencionar: 1) materiales ópticos como lentes ópticas, espejos
ópticos, prismas o placas de difusión de la luz, y materiales para
componentes eléctricos/electrónicos; y 2) componentes médicos, como
recipientes de medicamentos líquidos para inyección, viales,
ampollas, jeringuillas con carga previa del medicamento, bolsas
para transfusiones, recipientes para medicamentos o recipientes para
muestras médicas. También pueden resultar útiles en aplicaciones en
las que sea necesario distinguir el interior de los productos
moldeados, por ejemplo placas exteriores, alojamientos o materiales
de apertura. Específicamente, como ejemplos se pueden mencionar: 3)
componentes para equipos de precisión, como estuches y cubiertas por
ejemplo para máquinas de precisión, como teléfonos móviles, PDA,
cámaras, proyectores de diapositivas, relojes, calculadoras,
medidores o equipos de visualización; 4) componentes para equipos
eléctricos, como diversos componentes por ejemplo para
televisiones, radiocasetes, cámaras de vídeo, grabadores de vídeo,
reproductores de audio, reproductores de DVD, teléfonos, pantallas,
ordenadores, registradores, copiadoras, impresoras o telefaxes,
placas exteriores y diversos componentes para alojamientos; 5)
componentes para automóviles, como techos solares, viseras de
puerta, ventanillas traseras o ventanillas laterales; 6) componentes
de construcción como vidrios para edificios, paredes de
insonorización, cocheras, terrazas interiores y rejillas; y 7)
componentes domésticos como cubiertas de iluminación o persianas, y
equipos interiores.
La presente invención se describe más
detalladamente a continuación con referencia a los ejemplos.
Se prepararon cullets de vidrio de los
Ejemplos de Preparación 1 a 14 con las composiciones (% en masa)
mostradas en las Tablas 1 y 2. En los cullets de vidrio
obtenidos se midieron las propiedades de fusión del vidrio y el
color (valor a, valor b y valor YI). Los resultados también se
muestran en las Tablas 1 y 2. En relación con las propiedades de
fusión del vidrio, la materia prima de vidrio preparada para que
tuviera la composición de vidrio prescrita se fundió a 1.550ºC
durante 4 horas y después se evaluó visualmente la presencia o
ausencia de sustancias no disueltas. Además, en relación con el
color (valor a, valor b y valor YI), una pieza de ensayo con un
espesor de 3 mm se midió mediante un método de transmisión de
acuerdo con el método de JIS K-7105 empleando
\Sigma90, fabricado por Nippon Denshoku Co. Ltd.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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De acuerdo con los resultados mostrados en las
Tablas 1 y 2, los cullets de vidrio de los Ejemplos de
Preparación 1 a 4 y 6 a 14 presentaban un amarilleo extremadamente
bajo en comparación con el cullet de vidrio del Ejemplo de
Preparación 5, que contenía TiO_{2}. Además, de acuerdo con la
observación visual, los cullet de vidrio de los Ejemplos de
Preparación 2 a 4 y 6 a 14 tenían colores con el mismo nivel que el
cullet de vidrio del Ejemplo de Preparación 1.
Además, en el cullet de vidrio del
Ejemplo de Preparación 8, en el que el contenido de ZrO_{2}
sobrepasaba el límite superior de la presente invención, al
observar las propiedades de fusión se observó una sustancia no
disuelta y la vitrificación era difícil.
Ejemplos 1 a
9
Las fibras de vidrio de los Ejemplos 1 a 8 se
prepararon utilizando los cullets de vidrio de los Ejemplos
de Preparación 1 a 4, 9 y 11 a 14 arriba descritos. Las fibras de
vidrio se produjeron por estirado con un diámetro de fibra de 13
\mum mediante un método convencional y como aglutinante se utilizó
aminosilano + resina de uretano de tipo poliéster, que no
amarillea, en una cantidad de un 0,5% en masa.
La fibra de vidrio del Ejemplo 10 se preparó
utilizando el cullet de vidrio del Ejemplo de Preparación 9
arriba descrito. La fibra de vidrio se produjo por estirado con un
diámetro de fibra de 13 \mum mediante un método convencional, y
como aglutinante se utilizó aminosilano + resina epoxi de bisfenol A
en una cantidad de un 0,5% en masa.
La fibra de vidrio del Ejemplo 11 se preparó
utilizando el cullet de vidrio del Ejemplo de Preparación 9
arriba descrito. La fibra de vidrio se produjo por estirado con un
diámetro de fibra de 13 \mum mediante un método convencional, y
como aglutinante se utilizó aminosilano + resina acrílica en una
cantidad de un 0,5% en masa.
Ejemplos comparativos 1 a
4
Las fibras de vidrio de los Ejemplos
Comparativos 1 a 4 se prepararon utilizando los cullets de
vidrio de los Ejemplos de Preparación 5 a 8 arriba descritos. Las
fibras de vidrio se produjeron por estirado con un diámetro de
fibra de 13 \mum mediante un método conocido, y como aglutinante
se utilizó aminosilano + resina de uretano de tipo poliéster, que
no amarillea, en una cantidad de un 0,5% en masa.
Después se midieron los índices de refracción y
los números de Abbe de las fibras de vidrio obtenidas. Los
resultados se muestran en las Tablas 3 y 4.
Para determinar el índice de refracción (nD) de
las fibras de vidrio para una luz con una longitud de onda de 589
nm se midió una muestra de ensayo mediante un método de inmersión de
acuerdo con el método B de JIS K-7142. El número de
Abbe se obtuvo mediante cálculo con la fórmula \nu =
(nD-1) / (nF-nC) utilizando los
índices de refracción a longitudes de onda de 486 nm (nF), 589 nm
(nD) y 656 nm (nC) (se requieren como mínimo 4 dígitos detrás de la
coma decimal). Además, las propiedades de estirado se evaluaron de
tal modo que, al conformar el cullet de vidrio en fibras, los
casos excelentes se representaron con \varocircle, los casos
buenos se representaron con \medcirc, los casos con una
eficiencia de estirado deficiente se representaron con \Delta, y
los casos en los que el estirado era imposible se representaron con
\times.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
La fibra de vidrio del Ejemplo Comparativo 1
producida a partir del cullet de vidrio que contenía
TiO_{2} (Ejemplo de Preparación 5) tenía un índice de refracción
de 1,585, que era cercano al índice de refracción de la resina de
policarbonato y sus propiedades de estirado eran buenas, pero había
adquirido un color amarillo.
Las fibras de vidrio de los Ejemplos
Comparativos 2 y 3, para las que se emplearon los cullets de
vidrio que no contenían nada de TiO_{2} y que además tenían un
contenido de ZrO_{2} menor que valor límite inferior de la
presente invención (Ejemplos de Preparación 6 y 7), tenían índices
de refracción bajos: inferiores a 1,581.
En cambio, las fibras de vidrio de los Ejemplos
1 a 11, para las que se emplearon los cullets de vidrio que
tenían las composiciones de la presente invención (Ejemplos de
Preparación 1 a 4, 9 y 11 a 14), estaban libres de coloración del
vidrio y podían ser sometidas a estirado para formar fibras, y sus
índices de refracción oscilaban entre 1,581 y 1,585, que eran
cercanos al índice de refracción de la resina de policarbonato.
En los Ejemplos 2, 6 y 7, las propiedades de
estirado eran buenas, pero la temperatura de estirado era alta en
comparación con el Ejemplo 1.
Por otra parte, la fibra de vidrio del Ejemplo
7, para la que se empleó el cullet de vidrio del Ejemplo de
Preparación 12, tenía un índice de refracción de 1,581, mientras que
la fibra de vidrio del Ejemplo 6, para la que se empleó el
cullet de vidrio del Ejemplo de Preparación 11 obtenido
principalmente cambiando la proporción entre la cantidad de
SiO_{2} y la cantidad de ZrO_{2}, tenía un índice de refracción
de 1,584.
La fibra de vidrio del Ejemplo 9, para la que se
empleó el cullet de vidrio del Ejemplo de Preparación 14,
tenía un índice de refracción de 1,581, mientras que la fibra de
vidrio del Ejemplo 8, para la que se empleó el cullet de
vidrio del Ejemplo de Preparación 13 obtenido principalmente
cambiando la proporción entre la cantidad de SiO_{2} y la
cantidad de BaO y la cantidad de MgO, tenía un índice de refracción
de 1,584.
Utilizando las fibras de vidrio de los Ejemplos
1, 5, 10 y 11 y el Ejemplo Comparativo 1 se llevó a cabo la
composición y el moldeo por inyección bajo las condiciones descritas
más abajo para preparar productos moldeados de resina de
policarbonato reforzada con fibra de vidrio.
Condiciones de la composición:
Resina de policarbonato: LEXAN 121R (producida
por GE Plastics Japan, Ltd., peso molecular 21.000, nD = 1,585).
Fibra de vidrio: Fibra cortada con un diámetro
de 13 \mum y una longitud de 3 mm, número de filamentos en haz:
400 filamentos.
Contenido de fibra de vidrio: 10% en masa, 20%
en masa.
Extrusora: TEM-35B (fabricada
por Toshiba Machine Co., Ltd.).
Temperatura de extrusión: 280ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
Condiciones de moldeo por inyección:
Máquina de moldear: IS-80G
(fabricada por Toshiba Machine Co., Ltd.).
Temperatura de cilindro: 300ºC.
Temperatura de moldeo: 120ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades ópticas y las propiedades
mecánicas de los productos moldeados arriba indicados se resumen en
la Tabla 5. Los valores de transmitancia de la luz total y la
transmitancia de la luz paralela, como propiedades ópticas, se
obtuvieron midiendo una muestra con un espesor de 2 mm de acuerdo
con JIS K-7361, mediante un sensor de NDH fabricado
por Nippon Denshoku Co., Ltd., y el valor de opacidad es un valor
obtenido midiendo una muestra con un espesor de 2 mm de acuerdo con
el método A de JIS K-7105, mediante un sensor NDH
fabricado por Nippon Denshoku Co., Ltd. Además, el color (valor L,
valor a, valor b y valor YI) es un valor obtenido midiendo una
muestra de ensayo con un espesor de 3 mm mediante un método de
reflexión de acuerdo con JIS K-7105, empleando
\Sigma90, fabricado por Nippon Denshoku Co., Ltd. Por otra parte,
la resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad de flexión,
como propiedades mecánicas, son valores obtenidos midiendo una
muestra con un espesor de 3 mm de acuerdo con ASTM
D-790.
De acuerdo con los resultados mostrados en la
Tabla 5, es evidente que los productos moldeados de los Ejemplos
tienen propiedades mecánicas del mismo nivel que las de los
productos moldeados Ejemplos Comparativos; el valor de opacidad es
bajo en comparación con los Ejemplos Comparativos; la transmitancia
de la luz paralela es alta en comparación con los Ejemplos
Comparativos; y la transparencia es mejor. Además, los productos
moldeados de los Ejemplos tenían valores YI bajos, no presentaban
amarilleo y tenían prácticamente una transparencia incolora.
Por otra parte, en relación con los Ejemplos 14
a 16, el producto moldeado del Ejemplo 14, en el que se emplea
aminosilano + resina de uretano de tipo poliéster que no amarillea
como componente aglutinante, tiene unas propiedades mecánicas
superiores a las del producto moldeado del Ejemplo 15, en el que se
emplea aminosilano + resina epoxi de bisfenol A, o a las del
Ejemplo 16, en el que se emplea aminosilano + resina acrílica, y el
valor de opacidad es bajo, la transmitancia de la luz paralela es
alta y la transparencia también es alta. Además, el valor YI es
bajo y el producto no presentaba y tenía prácticamente una
transparencia incolora.
El material de carga vítreo para una resina de
policarbonato a obtener mediante la presente invención y la
composición de resina de policarbonato en la que se emplea el mismo
son útiles para productos moldeados que deban tener propiedades
físicas tanto de transparencia como de resistencia, tales como tapas
para áreas de pantalla de instrumentos eléctricos o electrónicos, o
como sustitutos para lunas de vidrio utilizadas como material para
automóviles o para construcción.
Claims (15)
1. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato, que comprende, como componentes inorgánicos del
conjunto del material de carga vítreo, entre un 50 y un 60% en masa
de dióxido de silicio (SiO_{2}), entre un 7 y un 15% en masa de
óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}), entre un 10 y un 20% en masa de
oxido de calcio (CaO), entre un 0 y un 5% en masa de óxido de
magnesio (MgO), entre un 2 y un 8% en masa de óxido de circonio
(ZrO_{2}), entre un 0 y un 10% en masa de óxido de zinc (ZnO),
entre un 0 y un 10% en masa de óxido de estroncio (SrO), entre un 0
y un 18% en masa de óxido de bario (BaO), entre un 0 y un 2% en masa
de óxido de litio (Li_{2}O), entre un 0 y un 2% en masa de óxido
de sodio (Na_{2}O), y entre un 0 y un 2% en masa de óxido de
potasio (K_{2}O), con la condición de que el contenido total de
óxido de litio (Li_{2}O), óxido de sodio (Na_{2}O) y óxido de
potasio (K_{2}O) sea del 0 al 2% en masa con respecto al conjunto
del material de carga vítreo, que no contiene esencialmente óxido de
titanio (TiO_{2}).
2. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según la reivindicación 1, que tiene un índice de
refracción de 1,581 a 1,587 para una longitud de onda de 589 nm.
3. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según la reivindicación 1 ó 2, que esencialmente no
contiene nada de óxido de boro (B_{2}O_{3}).
4. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque su contenido en óxido de circonio
(ZrO_{2}) oscila entre el 3 y el 6% en masa.
5. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque su contenido total en óxido de silicio
(SiO_{2}) y óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) oscila entre el
57 y el 70% en masa con respecto al conjunto del material de carga
vítreo.
6. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque su contenido total en óxido de litio
(Li_{2}O), óxido de sodio (Na_{2}O) y óxido de potasio
(K_{2}O) oscila entre el 0 y el 1,5% en masa con respecto al
conjunto del material de carga vítreo.
7. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque su contenido total en óxido de zinc
(ZnO), óxido de estroncio (SrO) y óxido de bario (BaO) oscila entre
el 5 y el 20% en masa con respecto al conjunto del material de carga
vítreo.
8. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque su contenido total en óxido de calcio
(CaO), óxido de zinc (ZnO) y óxido de estroncio (SrO) y óxido de
bario (BaO) oscila entre el 25 y el 35% en masa con respecto al
conjunto del material de carga vítreo.
9. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque su contenido en óxido de bario (BaO)
oscila entre el 7 y el 14% en masa con respecto al conjunto del
material de carga vítreo.
10. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en
forma de fibras, fibras molidas, polvo o escamas.
11. Material de carga vítreo para una resina de
policarbonato según la reivindicación 10, en forma de fibras.
12. Composición de resina de policarbonato que
comprende el material de carga vítreo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 y una resina de policarbonato.
13. Composición de resina de policarbonato según
la reivindicación 12, caracterizada porque su contenido en
material de carga vítreo oscila entre el 5 y el 60% en masa.
14. Composición de resina de policarbonato según
la reivindicación 12 ó 13, caracterizada porque la diferencia
entre el índice de refracción de la resina de policarbonato y el
índice de refracción del material de carga vítreo no es mayor de
0,001 para una luz con una longitud de onda de 589 nm.
15. Composición de resina de policarbonato según
cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada
porque, cuando se conforma en una placa plana con un espesor de 0,1
a 5 mm, presenta una transmitancia de luz paralela de al menos un
65%.
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