ES2603228T3 - Material compuesto que comprende un bio relleno y un polímero específico - Google Patents

Material compuesto que comprende un bio relleno y un polímero específico Download PDF

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Abstract

Material compuesto que comprende 10-95 % en peso de un relleno granuloso o fibroso derivado de materiales vegetales o animales y al menos 5 % en peso de un poliéster derivado de un polialcohol alifático con 2-15 átomos de carbono y un poliácido, donde el poliácido comprende al menos 10 % en peso de ácido cítrico como ácido tricarboxílico.

Description

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Dependiendo de la naturaleza de los compuestos, esto se puede hacer, por ejemplo, calentando la mezcla a una temperatura a la que el ácido se disolverá en el alcohol, en particular en glicerol. Dependiendo de la naturaleza de los compuestos, esto puede ser, por ejemplo, a una temperatura en el rango de 0200°C, por ejemplo, 40- 200°C, por ejemplo 60-200°C, o 90-200°C. En una forma de realización, la mezcla se puede calentar y mezclar durante un periodo de 5 minutos a 2 horas, más específicamente 10 minutos a 45 minutos, a una temperatura de 100-200°C, en particular 100-150°, más en particular a una temperatura en el rango de 100-130°C.
[0080] Si se añade un solvente, por ejemplo agua, la temperatura puede ser inferior, por ejemplo, en el rango de 40°C o más alta, por ejemplo, a una temperatura de 40-100°C, en particular 50-100°C, debido a que el agua ayudará a disolver el ácido en el alcohol, en particular glicerol. En esta forma de realización, la mezcla se puede calentar y mezclar durante un periodo de 5 minutos a 2 horas, más específicamente 10 minutos a 45 minutos, a una temperatura en el rango definido.
[0081] Si se desea, un catalizador de polimerización se puede añadir a la mezcla reactiva. Los catalizadores adecuados para la producción de poliéster se conocen en la técnica. Éstos incluyen, por ejemplo, éster p-toluensulfónico y oxalato de estaño, y ácido sulfúrico. Está dentro del alcance de la persona experta el seleccionar un catalizador adecuado.
[0082] Se ha descubierto, sin embargo, que el uso de un catalizador generalmente no es requerido.
[0083] El polímero deseado es el producto de reacción de polialcohol y poliácido. Otros componentes puede estar presentes en el medio de reacción, pero preferiblemente no hasta el punto en que interfieran sustancialmente con la naturaleza del producto de reacción. Los componentes adecuados que pueden estar presentes incluyen catalizadores y colorantes. En una forma de realización, menos del 20 % en peso de la mezcla reactiva debería estar compuesta por otros componentes, preferiblemente menos del 15 % en peso, más preferiblemente menos del 10 % en peso. En algunas formas de realización, se puede preferir que la mezcla contenga menos del 5 % en peso de componentes adicionales, o incluso menos del 2 % en peso. Lo anterior se refiere a componentes que acaban en el producto final. Por ejemplo, agua u otros solventes que son evaporados desde el producto final y otros componentes gaseosos que pueden ser añadidos, si los hay, no se incluyen aquí. El relleno y otros constituyentes sólidos tampoco se tienen en cuenta en los cálculos de este párrafo.
[0084] La mezcla líquida que comprende alcohol y ácido se lleva a condiciones de reacción. Las condiciones de reacción incluyen una temperatura de entre 20°C y 200°C, en particular la temperatura de reacción dependerá del tiempo de reacción deseada y de la presencia o ausencia de un catalizador. En una forma de realización, la temperatura de reacción es de entre 50 y 150°C, en particular entre 80 y 130°C. Una temperatura aumentada dará lugar a un tiempo de reacción disminuido. La selección de una temperatura más alta en el rango estipulado aumentará velocidad de reacción, pero también aumentará el riesgo de reacciones secundarias indeseables tales como la descarboxilación. Tener lo anterior en cuenta está dentro del alcance de la persona experta el seleccionar una temperatura de reacción apropiada.
[0085] En una forma de realización, el polímero es un poliéster de glicerol-ácido tricarboxílico, en particular un poliéster de ácido cítrico de glicerol, con un contenido de carbono de como máximo 43,00 % en peso y un contenido de hidrógeno de como máximo 5,40 % en peso.
[0086] En el proceso según la invención, la combinación del relleno con el polímero o un precursor del mismo está sujeta a un tratamiento a temperatura elevada y presión hasta que el polímero se ha solidificado.
[0087] La solidificación del polímero generalmente significa que la mezcla ha alcanzado un grado de polimerización de al menos 70%, en particular al menos 80%, más en particular al menos 90%, en algunas formas de realización al menos 95%.
[0088] Se prefiere que la combinación de polímero y relleno sea sujeta a una temperatura en el rango de 20-200°, en particular 40-150°C, más en particular 80-130°C y una presión de 1-100 bar, en particular 2-50 bar, más en particular 2-20 bar, para un periodo de al menos 5 minutos, hasta que el polímero se ha solidificado. Para otra preferencia en los tiempos de reacción y temperaturas, se hace referencia a lo que se declara en el resto de este documento.
[0089] En una forma de realización, la temperatura de la mezcla reactiva no se eleva por encima de 130°C antes de que una conversión de al menos 90% haya sido obtenida. Esto puede ser atractivo para evitar la descomposición del ácido que puede causar la decoloración del producto y puede afectar a las propiedades del polímero. Se prefiere que la temperatura de la mezcla reactiva no se eleve por encima de 130°C antes de que una conversión
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de al menos 95% haya sido obtenida, más en particular una conversión de al menos 98%. Se cree que cuando la reacción es completa o sustancialmente completa, el polímero tolerará temperaturas más altas, porque en este punto de tiempo el ácido ya ha sido polimerizado, reduciendo el riesgo de descarboxilación. Por ejemplo, se ha descubierto que cuando el grado deseado de conversión es alcanzado, el polímero se puede calentar más a una temperatura de, por ejemplo, 150°C sin más problema. Esto significa que se puede usar en muchas aplicaciones industriales y tecnológicas. En una forma de realización se prefiere que la temperatura de la mezcla reactiva no se eleve por encima de 125°C antes de que una conversión de al menos 90% haya sido obtenida. Una temperatura máxima de 120°C puede ser más preferida. También se prefiere que no se alcancen temperaturas por encima de estos valores antes de que una conversión de al menos 95% haya sido obtenida, más en particular una conversión de al menos 98%.
[0090] En una forma de realización, se prefiere que la reacción se lleve a cabo, durante al menos parte del tiempo, por encima el punto de ebullición del agua, es decir, por encima del punto donde la presión del vapor del líquido iguala a la presión medioambiental que rodea al líquido. Cuando la reacción se realiza a presión atmosférica, por lo tanto, se prefiere que la reacción se efectúe a una temperatura por encima de 100°C, más en particular a 105°C o más alta. Cuando la reacción se lleva a cabo a presión reducida dentro de esta forma de realización, la reacción se puede realizar a bajas temperaturas, por ejemplo, una temperatura de entre 80°C y 100°C a una presión de 0,10 mbar.
[0091] El tiempo de polimerización dependerá de la temperatura de polimerización y del grado de polimerización deseado, y puede variar entre rangos amplios. En una forma de realización, el tiempo de polimerización es de entre 5 minutos y 5 días. En presencia de un catalizador a temperaturas elevadas, el tiempo de polimerización podría, por ejemplo, estar en el rango de 5 minutos a 12 horas, más en particular de 0,5 horas a 6 horas. El tiempo de polimerización también puede ser al menos 1 hora, o al menos 2 horas, o al menos 4 horas. En una forma de realización, el tiempo de polimerización está en el rango de 2 horas a 5 días, en particular 2 horas a 24 horas, más en particular en el rango de 4 a 18 horas, todavía más en particular en el rango de 8-20 horas.
[0092] Se pueden prever combinaciones de varios regímenes de temperatura y de presión.
[0093] En una forma de realización, la mezcla reactiva se mantiene a una temperatura de entre 100°C y 130°C durante al menos parte del periodo desde el inicio de la reacción hasta que se obtiene una conversión de al menos 90%. Más específicamente, puede ser deseable mantener la mezcla reactiva a una temperatura de entre 100°C y 130°C durante el periodo entero desde el inicio de la reacción hasta que se obtiene el grado deseado de conversión.
[0094] En una forma de realización, el alcohol y el ácido se mezclan a una temperatura de 50-200°C durante un periodo de 5 minutos a una hora. El relleno se añade, y la mezcla es luego vertida en un molde y mantenida en él a una temperatura de 50-200°C, en particular 80-150°C, más en particular 90-150°C durante un periodo de 0,5 horas a 5 horas diarias, en particular 2-36 horas.
[0095] En otra forma de realización, el alcohol y el ácido se mezclan con agua en una cantidad de, por ejemplo, 2-10 % en peso, calculada sobre el total de ácido a una temperatura en el rango de 40-100°C, en particular 40-80°C durante un periodo de 5 minutos a una hora. El relleno se añade, y la mezcla puede luego ser vertida en el molde y procesada como se ha descrito anteriormente.
[0096] En una forma de realización, el prepolímero está a temperatura elevada cuando se combina con el relleno, por ejemplo, a una temperatura de por encima de 60°C, en particular por encima de 80°C. En una forma de realización, la temperatura está entre 100 y 150°C. La ventaja de que el prepolímero tenga una temperatura relativamente alta cuando se combina con el relleno es que permite el procesamiento de un polímero con un grado de polimerización relativamente alto a viscosidad aceptable. Esto asegura que el paso de curado del compuesto final pueda ser relativamente corto.
[0097] El índice de la polimerización se puede aumentar sembrando la mezcla con polímero pulverizado, por ejemplo, en una cantidad de 1-20 % en peso. Se cree que esto resulta en un material con una densidad inferior.
[0098] Se ha descubierto que los polímeros muestran una adherencia fuerte al vidrio y al metal. Las últimas etapas de la reacción de polimerización, incluyendo el tratamiento de calor y de presión del polímero y el relleno, son por lo tanto preferiblemente realizadas en un vaso provisto de un recubrimiento no-adhesivo. Este puede ser, por ejemplo, un recubrimiento de teflón, o un recubrimiento de caucho de silicona. Los materiales de recubrimiento adecuados se conocen en la técnica.
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(preparada como en el Ejemplo 2) a 75°C. La muestra fue polimerizada entre dos hojas de caucho de silicona colocadas entre dos azulejos de cerámica bajo una presión de 2 kg peso.
[0146] Se obtuvo una hoja lisa de compuesto curtido (aproximadamente 10*10 cm y 0,5 mm grosor) .
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