ES2629026T3 - Método y dispositivo para la preparación de microesferas expandidas - Google Patents

Método y dispositivo para la preparación de microesferas expandidas Download PDF

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ES2629026T3
ES2629026T3 ES14730456.2T ES14730456T ES2629026T3 ES 2629026 T3 ES2629026 T3 ES 2629026T3 ES 14730456 T ES14730456 T ES 14730456T ES 2629026 T3 ES2629026 T3 ES 2629026T3
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Abstract

Un método para la preparación de microesferas termoplásticas expandidas a partir de microesferas termoplásticas expandibles térmicamente no expandidas que comprenden una envoltura de polímero termoplástico que encapsula un agente de soplado, comprendiendo dicho método: (a) alimentar una suspensión de tales microesferas termoplásticas expansibles en un medio líquido en una zona de calentamiento; (b) calentar la suspensión en la zona de calentamiento, sin contacto directo con ningún medio fluido de transferencia de calor, de modo que las microesferas expandibles alcancen al menos una temperatura a la cual habrían comenzado a expandirse a presión atmosférica y manteniendo una presión en la zona de calentamiento suficientemente alta para que las microesferas en la suspensión no se expandan completamente; y, (c) retirar la suspensión de microesferas expandibles de la zona de calentamiento a una zona con una presión suficientemente baja para que las microesferas se expandan.

Description

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DESCRIPCION
Metodo y dispositivo para la preparacion de microesferas expandidas
La presente invencion se refiere a un procedimiento para producir microesferas termoplasticas expandidas y, por tanto, a un dispositivo.
Las microesferas termicamente expansibles son conocidas en la tecnica y se describen en detalle en, por ejemplo, la patente de EE.UU. N.° 3615972. Varios grados de microesferas expandibles, que tienen diferentes temperatures de expansion, estan disponibles comercialmente de AkzoNobel bajo la marca comercial ExpancelTM, tanto en forma de microesferas de flujo libre secas como en una suspension acuosa de microesferas.
Tales microesferas expandibles comprenden un agente de soplado encapsulado dentro de una envoltura termoplastica. Al calentarse, el agente de soplado se evapora para aumentar la presion interna, al mismo tiempo que la cascara se ablanda, dando como resultado una expansion significativa de las microesferas, normalmente de 2 a 5 veces su diametro.
Las microesferas termoplasticas se pueden utilizar en diversas aplicaciones como no expandidas o pre-expandidas. Ejemplos de productos en los que se usan microesferas pre-expandidas secas (esencialmente libres de agua) son como sensibilizante en explosivos de emulsion y como carga ligera en pinturas a base de disolventes y diversos materiales termoendurecibles tales como marmol cultivado, masilla de poliester y madera artificial. En muchos productos, tales como pinturas y recubrimientos a base de agua, papeles de impresion termica, ceramica porosa y explosivos de emulsion, se usan microesferas pre-expandidas humedas, normalmente como una suspension acuosa.
El transporte de microesferas pre-expandidas requiere espacio significativo, por lo que a menudo se transportan al usuario final las microesferas no expandidas para las microesferas expandidas y se expanden in situ. Las microesferas pueden entonces expandirse cerca o directamente en un proceso para producir el producto final, p. ej., cualquiera de los mencionados anteriormente.
Se han desarrollado varios metodos y dispositivos para expandir microesferas termoplasticas.
US 5484815 y US 7192989 describen metodos y dispositivos adecuados para expandir microesferas secas.
JP 2005 254213 describe un aparato que comprende un tubo de reactor en el que las microcapsulas se calientan a una temperatura de expansion y en el que la suspension acuosa de microcapsulas expansibles no expandidas se alimenta forzadamente y en el cual tambien se alimenta forzadamente vapor a alta temperatura aplicando una contrapresion que excede la presion del vapor. Despues de calentar al pasar a traves del tubo a una cierta velocidad de paso, las microcapsulas expansibles por calor son descargadas al aire y expandidas.
US 4513106 describe un metodo y un dispositivo adecuados para expandir microesferas en una suspension acuosa introduciendo vapor en la suspension en una zona de presion en una cantidad suficiente para calentar las microesferas y expandirlas al menos parcialmente, seguido de permitir que las microesferas parcialmente expandidas abandonen la zona de presion bajo una cafda de presion por lo que las microesferas se expanden adicionalmente y se aceleran en una corriente con una velocidad de al menos 1 m/s.
WO03/051793 describe un aparato que es adecuado para recibir una suspension de microesferas polimericas expandibles no expandidas que se mezclan con vapor para provocar la expansion termica de las microesferas y para proporcionar una corriente resultante de microbalones expandidos humedos.
En el tubo de reaccion, se utiliza un fluido motriz en forma de gas para propulsar la suspension de microesferas que entran en contacto con una corriente de vapor. Mientras que el generador de vapor, el conducto de vapor, el tanque de suspension y el conducto de material fluido estan en comunicacion fluida con la zona de tratamiento, parece que no hay generador de contrapresion en el aparato.
Una ventaja de expandir las microesferas en una suspension acuosa es que se evita el espolvoreo. Sin embargo, es deseable mejorar aun mas la tecnologfa existente de microesferas en expansion en una suspension.
Un objeto de la presente invencion es proporcionar un metodo y un dispositivo para expandir microesferas en una suspension sin necesidad de introducir agua adicional.
Es otro objeto de la invencion proporcionar un metodo y un dispositivo para expandir microesferas en una suspension que sea flexible con respecto a que lfquido se utiliza para la suspension.
Es un objeto adicional de la invencion proporcionar un metodo y un dispositivo para expandir microesferas en una suspension que es flexible con respecto a los medios para calentar las microesferas.
Todavfa es un objeto adicional de la invencion proporcionar un metodo y un dispositivo para expandir microesferas en una suspension con bajo riesgo de aglomeracion de las microesferas.
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Todavfa es un objeto adicional de la invencion proporcionar un metodo y un dispositivo para expandir microesferas en una suspension que se puede usar tambien para una amplia gama de grados de microesferas que tienen diversas temperatures de expansion.
Segun la invencion, se ha encontrado que es posible conseguir estos y otros objetos mediante un metodo y un dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Mas espedficamente, la invencion se refiere a un metodo para la preparacion de microesferas termoplasticas expandidas a partir de microesferas termoplasticas expandibles termicamente no expandidas que comprenden una envoltura polimerica termoplastica que encapsula un agente de soplado, comprendiendo dicho metodo:
(a) alimentar una suspension de tales microesferas termoplasticas expansibles en un medio lfquido en una zona de calentamiento;
(b) calentar la suspension en la zona de calentamiento, sin contacto directo con ningun medio fluido de transferencia de calor, de modo que las microesferas expandibles alcancen al menos una temperatura a la cual habnan comenzado a expandirse a presion atmosferica y manteniendo una presion en la zona de calentamiento suficientemente alta para que las microesferas de la suspension no se expandan completamente; y,
(c) retirar la suspension de microesferas expandibles de la zona de calentamiento a una zona con una presion suficientemente baja para que las microesferas se expandan.
La invencion se refiere ademas a un dispositivo para expandir microesferas termoplasticas expandibles termicamente sin expandir que comprenden una envoltura de polfmero termoplastico que encapsula un agente de soplado, comprendiendo dicho dispositivo una zona de calentamiento que tiene una entrada y una salida y que es capaz de soportar una presion de al menos 4 bares, medios para alimentar una suspension de microesferas termoplasticas expandibles no expandidas en un medio lfquido en la zona de calentamiento y capaz de generar una presion de al menos 4 bares en la zona de calentamiento; y medios para calentar la suspension de microesferas expansibles a una temperatura de al menos 60°C sin contacto directo con ningun medio fluido de transferencia de calor.
Las microesferas termoplasticas expansibles termicamente no expandidas se denominaran en lo sucesivo microesferas expandibles. El tamano de partfculas de las microesferas expandibles puede variar dentro de amplios lfmites y puede seleccionarse con respecto a las propiedades deseadas del producto en el que se usan. En la mayona de los casos, el diametro volumetrico mediano preferido, determinado por dispersion de luz laser en un aparato Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM en muestras humedas, es de 1 pm a 1 mm, preferiblemente de 2 pm a 0,5 mm y particularmente de 3 pm a 100 pm. El diametro de las microesferas aumenta en la expansion, por ejemplo por un factor de 2 a 5.
El medio liquido de la suspension de microesferas expandibles puede ser cualquier liquido que sea inerte con respecto a las microesferas y pueda soportar la temperatura a la que se calienta la suspension. En muchos casos, se prefiere el agua o un liquido a base de agua, formando asf una suspension acuosa, pero dependiendo del uso pretendido de las microesferas expandidas, tambien se pueden preferir lfquidos organicos para la suspension, tal como al menos uno de aceite vegetal, aceite mineral y glicerol, cuyos lfquidos organicos pueden estar libres de agua. Puesto que no es necesario anadir vapor o agua en ninguna otra forma a la suspension en el metodo de la invencion, es posible preparar una suspension de microesferas expandidas libre de agua que se pueden usar directamente en aplicaciones donde no se desea agua. Ademas, como no es necesario anadir ningun otro medio fluido a la suspension, es posible preparar una suspension de microesferas expandidas que tengan un contenido alto y controlado de solidos.
En la mayona de los metodos comerciales de produccion de microesferas expandibles, se obtienen usualmente primero en una suspension acuosa, y dicha suspension puede usarse directamente en el metodo de la invencion, opcionalmente despues de dilucion o deshidratacion hasta un contenido deseado de microesferas. Por otra parte, tal suspension acuosa puede secarse para obtener microesferas esencialmente libres de agua que pueden usarse para preparar una suspension en un liquido organico.
El contenido de microesferas expandibles en la suspension depende de lo que se desee para el producto obtenido despues de la expansion. El lfmite superior esta limitado por la capacidad de bombeo de la suspension y por la transportabilidad de la suspension a traves de la zona de calentamiento. En la mayona de los casos, el contenido de microesferas expansibles es adecuadamente de 5 a 50% en peso, preferiblemente de 10 a 40% en peso y lo mas preferiblemente de 15 a 30% en peso.
La suspension de microesferas expansibles fluye a traves de la zona de calentamiento que puede estar constituida por cualquier recipiente, tubena o tubo provisto de una entrada y una salida y que soporte la presion mantenida en el mismo. Los medios para calentar la suspension en el mismo pueden ser, por ejemplo, un medio fluido de transferencia de calor que no este en contacto directo con la suspension, elementos de calentamiento electrico o microondas. Por ejemplo, la zona de calentamiento puede ser un intercambiador de calor que comprende al menos una tubena o tubo rodeado por un medio de transferencia de calor que no esta en contacto directo con la
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suspension de microesferas expansibles. Un intercambiador de calor puede comprender, por ejemplo, varias tubenas o tubos preferentemente paralelos, por ejemplo de 2 a 10 o de 3 a 7 tubenas o tubos, conectados preferiblemente a una entrada comun y a una salida comun. Tambien es posible tener solo una tubena o tubo. El uso de una sola tubena o tubo (es decir, solo uno) implica la ventaja de disminuir el riesgo de distribucion de flujo irregular causada por el atascamiento parcial en una de varias tubenas paralelas. Tal tubena o tubo unico esta preferiblemente rodeado por un medio de transferencia de calor, tal como agua caliente, preferiblemente situado en un recipiente o tanque que contiene el medio de transferencia de calor.
El medio de transferencia de calor puede ser cualquier medio fluido adecuado tal como agua caliente, vapor o aceite. Como alternativa, el calor puede ser proporcionado por elementos calefactores electricos, p. ej., dentro o fuera de la zona de calentamiento o en sus paredes, o cualquier combinacion de las mismas. Como alternativa adicional, el calentamiento puede ser proporcionado por radiacion electromagnetica tal como microondas.
Por medio de la invencion es posible expandir los grados de microesferas que requieren una temperatura mas alta que la que se puede conseguir practicamente mediante vapor de agua, p. ej., utilizando elementos calefactores electricos o aceite caliente como medio de transferencia de calor. Por ejemplo, es posible expandir microesferas que requieren temperaturas superiores a 200°C. Tambien es posible o se pueden expandir microesferas que pueden colapsar o de cualquier otra manera ser danadas a temperaturas demasiado altas usando un medio de transferencia de calor que tiene una temperatura comparativamente baja, por ejemplo de 60 a 100°C, tal como agua caliente.
El recipiente o al menos una tubena o tubo en el que fluye la suspension de microesferas expandibles es preferiblemente de un material termicamente conductor como el acero o el cobre, en particular si el calentamiento de la suspension se realiza por medio de un medio fluido de transferencia de calor o por elementos de calentamiento electrico. Si el calentamiento es proporcionado por radiacion electromagnetica, el recipiente o al menos una tubena o tubo es preferiblemente de un material permeable para tales radiaciones, tales como diversos tipos de materiales polimericos.
En un intercambiador de calor que comprende por lo menos una tubena o tubo, dicho por lo menos una tubena o tubo puede tener, por ejemplo, cada uno un diametro interno de 2 a 25 mm o mas preferiblemente el diametro interior es de 4 a 15 mm o lo mas preferiblemente de 6 a 12 mm. El grosor de las paredes de al menos una tubena o tubo es adecuadamente de 0,5 a 3 mm, preferiblemente de 0,7 a 1,5 mm.
Si el calentamiento se realiza por medio de elementos calefactores electricos, dichos elementos pueden ser, p. ej., al menos una tubena o tubo, por ejemplo una sola tubena o tubo. Dicha tubena o tubo puede tener, por ejemplo, un diametro interior de 20 a 80 mm o de 35 a 65 mm. Por ejemplo, se puede proporcionar un elemento calefactor electrico en el centro dentro de una tubena o tubo para que la suspension de microesferas expandibles fluya en el espacio alrededor de ese elemento calefactor. Tal elemento de calentamiento electrico puede ser por sf mismo una tubena o tubo con la fuente de calentamiento electrico primario dentro de la misma, de modo que el calor es transferido a traves de la pared a la suspension que fluye en la separacion. Preferiblemente, se proporcionan elementos de calentamiento electricos tanto dentro como fuera de la al menos una tubena o tubo.
Las dimensiones optimas y la capacidad de los medios para calentar la suspension se determinan por el caudal de la suspension, la concentracion de la suspension y la temperatura de la suspension entrante y debenan ser suficientes para que la suspension alcance una temperatura suficientemente alta para que las microesferas se expandan cuando la presion disminuye despues de pasar la salida de la zona de calentamiento. Esta temperatura es siempre superior a la temperatura de volatilizacion del agente de soplado de la microesfera espedfica.
La suspension de microesferas expansibles se alimenta a la zona de calentamiento a traves de su entrada, preferiblemente por medio de una bomba que proporciona una presion suficientemente alta en la zona de calentamiento para que las microesferas no se expandan completamente en su interior. Las microesferas pueden expandirse parcialmente dentro de la zona de calentamiento, p. ej., a un volumen del 10 al 80% o del 20 al 70% del volumen despues de la expansion completada fuera de la zona de calentamiento, pero tambien se puede impedir que se expandan en absoluto dentro de la zona de calentamiento. Ejemplos de bombas adecuadas incluyen bombas hidraulicas de diafragma, bombas de piston, bombas de tornillo (por ejemplo, bombas excentricas de tornillo), bombas de engranajes, bombas de lobulos rotativos, bombas centnfugas, etc. Se prefieren particularmente las bombas hidraulicas de diafragma. Preferentemente, la bomba crea tambien la fuerza para transportar la suspension a traves de la zona de calentamiento hasta su salida. El dispositivo puede estar provisto ademas de un conducto para el transporte de la suspension de microesferas expandibles a la bomba, por ejemplo desde un tanque que contiene la suspension.
Con el fin de mantener una presion suficientemente alta en la zona de calentamiento, la suspension de microesferas expansibles se extrae de la zona de calentamiento a traves de una salida de la misma creando una cafda de presion correspondiente a la diferencia de presion entre el interior de la zona de calentamiento y el exterior de la zona de calentamiento. La cafda de presion puede crearse por cualquier medio adecuado, tal como una restriccion del area de flujo, por ejemplo una valvula, una boquilla o cualquier otro tipo de paso estrecho. La salida de la zona de calentamiento puede ser, por ejemplo, una tubena o tubo preferiblemente aislado que tenga opcionalmente una restriccion del area de flujo en su extremo, tal como una abertura que tenga un diametro de 0,9 a 0,05 veces o de
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0,5 a 0,05 veces, preferiblemente de 0,3 a 0,1 veces el diametro interior de dicha tubena o tubo. Sin embargo, no es necesaria una restriccion de area de flujo o cualquier otro medio especial, ya que la cafda de presion creada por una salida que tiene la misma area de flujo que la zona de calentamiento es usualmente suficiente para evitar la terminacion de la expansion de las microesferas dentro de la zona de calentamiento. La tubena o tubo puede ser ngido o flexible, que en este ultimo puede dirigirse facilmente a un punto de salida deseado para las microesferas sin mover el dispositivo completo.
La presion exacta requerida en la zona de calentamiento depende de la temperatura y el tipo de microesfera. Preferiblemente, la presion mantenida en la zona de calentamiento es de al menos 4 bares, lo mas preferiblemente al menos 10 bares. El lfmite superior esta determinado por consideraciones practicas y puede ser, por ejemplo, de hasta 40 bares o de hasta 50 bares. La zona de calentamiento debe preferiblemente ser capaz de soportar tal presion.
La temperatura de las microesferas expansibles en la zona de calentamiento es usualmente esencialmente la misma que la temperatura de la suspension en la misma. La temperatura exacta a la que se calienta la suspension depende del grado de las microesferas. Para la mayona de los grados de microesferas, la temperatura esta preferiblemente en el intervalo de 60 a 160°C, preferiblemente de 80 a 160°C o de 100 a 150°C, aunque temperaturas mas altas, tales como 200°C o incluso 250°C o mas pueden ser necesarias para algunos grados de microesferas. Los medios para calentar la suspension debenan preferiblemente ser capaces de calentar la suspension a tal temperatura.
En la zona de calentamiento se transporta un flujo de una suspension de microesferas expandibles desde la entrada a la salida y se calienta a presion hasta una temperatura lo suficientemente alta como para que las microesferas se expandan opcionalmente parcialmente en la misma y al menos para expandirse cuando la presion cae a la salida de la zona de calentamiento y entran en la zona con una presion suficientemente baja. La presion en esa zona es normalmente esencialmente presion atmosferica pero puede mantenerse mas alta o mas baja dependiendo de la temperatura de las microesferas. En esta fase, las microesferas generalmente tambien son enfriadas por el aire circundante en esa zona. El tiempo de residencia medio de las microesferas en la zona de calentamiento es preferiblemente lo suficientemente largo como para asegurar que se alcanza una temperatura suficientemente alta de la suspension y se mantiene para la expansion posterior. Con el fin de asegurar la produccion de una calidad alta y uniforme, el dispositivo puede opcionalmente estar provisto ademas de un amortiguador de pulsaciones que estabilice el flujo de la suspension.
Cuando la expansion continua o comienza en la cafda de presion en la salida de la zona de calentamiento, el flujo de microesferas tambien se acelera significativamente. Al mismo tiempo, las microesferas se enfnan automaticamente a una temperatura tan baja que la expansion se detiene, formando el punto donde se completa la expansion. Con el fin de optimizar la desintegracion de las microesferas y evitar la aglomeracion, se prefiere que la cafda de presion tenga lugar en una distancia lo mas corta posible en la direccion del flujo.
A medida que la desintegracion y el enfriamiento de las microesferas despues de pasar la cafda de presion a la salida de la zona de calentamiento ocurren rapidamente, las microesferas expandidas estan usualmente sustancialmente libres de aglomerados. Las microesferas expandidas pueden utilizarse inmediatamente para el fin previsto o se pueden envasar en bolsas de plastico, cartuchos u otros envases adecuados.
El metodo y el dispositivo de la invencion son particularmente utiles para la expansion in situ en la produccion de,
p.ej., explosivos de emulsion, pintura, masilla de poliester, formulaciones de madera artificial a base de poliester, poliuretano o epoxi, marmol de cultivo a base de epoxi, ceramica porosa, placas de yeso, recubrimientos de bajos de carrocenas, elastomeros, rellenos de grietas, selladores, adhesivos, resinas fenolicas, estuco, compuesto aislante de cables, arcilla de modelado, espumas de poliuretano microcelular, recubrimientos para papel de impresion termica y otros tipos de revestimientos. El flujo de microesferas expandidas que salen del dispositivo puede ser entonces anadido directamente a las lmeas de produccion de tales productos. Por ejemplo, el flujo de microesferas expandidas puede ser anadido directamente en el flujo de emulsion durante la produccion de explosivos de emulsion o directamente en el flujo de emulsion durante el llenado de una perforacion con explosivos de emulsion
procedentes de un camion. En este ultimo caso, los explosivos pueden ser sensibilizados en el sitio minero y
transportados sin sensibilizar a la mina.
El metodo y el dispositivo de expansion segun la invencion se pueden utilizar para todos los tipos conocidos de microesferas termoplasticas expansibles, tales como las comercializadas bajo la marca comercial Expancel™. Las microesferas termoplasticas expansibles utiles y su preparacion tambien se describen en, por ejemplo, las patentes de EE.UU. 3615972, 3945956, 4287308, 5536756, 6235800, 6235394 y 6509384, 6617363 y 6984347, en Publicaciones de Patentes de EE.UU. US 2004/0176486 y 2005/0079352, en EP 486080, EP 566367, EP 1067151, EP 1230975, EP 1288272, EP 1598405, EP 1811007 y EP 1964903, en WO 2002/096635, WO 2004/072160, WO 2007/091960, WO 2007/091961 y WO 2007/142593, y en las patentes japonesas abiertas a inspeccion publica N.° 1987-286534 y 2005-272633.
Las microesferas termoplasticas adecuadas tienen preferiblemente una envoltura termoplastica hecha de polfmeros o copolfmeros obtenibles por polimerizacion de diversos monomeros etilenicamente insaturados, que pueden ser monomeros que contienen nitrilo, tales como acrilonitrilo, metacrilonitrilo, alfa-cloroacrilonitrilo, alfa-etoxiacrilonitrilo,
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fumaronitrilo, crotonitrilo, esteres acnlicos tales como acrilato de metilo o acrilato de etilo, esteres metacnlicos tales como metacrilato de metilo, metacrilato de isobornilo o metacrilato de etilo, haluros de vinilo tales como cloruro de vinilo, halogenuros de vinilideno tales como cloruro de vinilideno, vinilpiridina, esteres vimlicos tales como acetato de vinilo, estirenos tales como estireno, estirenos halogenados o alfa-metil-estireno, o dienos tales como butadieno, isopreno y cloropreno. Tambien se pueden usar mezclas de los monomeros mencionados anteriormente.
A veces puede ser deseable que los monomeros para la envoltura polimerica comprendan tambien monomeros multifuncionales de reticulacion, tales como uno o mas de divinilbenceno, di(met)acrilato de etilenglicol, di(met)acrilato de dietilenglicol, di(met)acrilato de trietilenglicol, di(met)acrilato de propilenglicol, di(met)acrilato de 1,4-butanodiol, di(met)acrilato de 1,6-hexanodiol, di(met)acrilato de glicerol, di(met)acrilato de 1,3-butanodiol, di(met)acrilato de neopentilglicol, di(met)acrilato de 1,10-decanodiol, tri(met)acrilato de pentaeritritol, tetra(met)acrilato de pentaeritritol, hexa(met)acrilato de pentaeritritol, di(met)acrilato de dimetilol triciclodecano, tri(met)acrilato de trialilformal, metacrilato de alilo, tri(met)acrilato de trimetilolpropano, triacrilato de trimetilolpropano, di(met)acrilato de tributanodiol, di(met)acrilato de PEG n° 200, di(met)acrilato de PEG n° 400, di(met)acrilato de PEG n° 600, monoacrilato de 3-acriloiloxiglicol, triacril-formal o isocianato de trialilo, isocianurato de trialilo, etc. Si estan presentes, dichos monomeros de reticulacion constituyen preferiblemente de 0,1 a 1% en peso, lo mas preferiblemente de 0,2 a 0,5% en peso de las cantidades totales de monomeros para la envoltura de polfmero. Preferiblemente, la envoltura polimerica constituye del 60 al 95% en peso, lo mas preferiblemente del 75 al 85% en peso, de la microesfera total.
La temperatura de reblandecimiento de la envoltura polimerica, que corresponde normalmente a su temperatura de transicion vftrea (Tg), esta preferiblemente en el intervalo de 50 a 250°C, o de 100 a 230°C.
El agente de soplado en una microesfera es normalmente un lfquido que tiene una temperatura de ebullicion no mayor que la temperatura de reblandecimiento de la envoltura de polfmero termoplastico. El agente de soplado, a veces tambien denominado agente espumante o propulsor, puede ser al menos un hidrocarburo como n-pentano, isopentano, neopentano, butano, isobutano, hexano, isohexano, neohexano, heptano, isoheptano, octano e isooctano, o mezclas de los mismos. Tambien pueden usarse otros tipos de hidrocarburos, tales como eter de petroleo e hidrocarburos clorados o fluorados, tales como cloruro de metilo, cloruro de metileno, dicloroetano, dicloroetileno, tricloroetano, tricloroetileno, triclorofluormetano, etc. Agentes de expansion particularmente preferidos comprenden al menos uno de isobutano, isopentano, isohexano, ciclohexano, isooctano, isododecano y mezclas de los mismos, preferiblemente isooctano. El agente de soplado compone adecuadamente de 5 a 40% en peso de la microesfera.
El punto de ebullicion del agente de soplado a presion atmosferica puede estar dentro de un amplio intervalo, preferiblemente de -20 a 200°C, lo mas preferiblemente de -20 a 150°C, y lo mas preferiblemente de -20 a 100°C.
La temperatura a la que las microesferas expandibles comienzan a expandirse depende de una combinacion del agente de soplado y la envoltura polimerica y las microesferas que tienen diversas temperaturas de expansion estan disponibles comercialmente. La temperatura a la que las microesferas comienzan a expandirse a presion atmosferica se denomina Tcomienzo. Las microesferas expansibles utilizadas en la presente invencion tienen preferiblemente una Tcomienzo de 40 a 230°C, lo mas preferiblemente de 60 a 180°C.
La figura adjunta ilustra una realizacion de la invencion.
La figura muestra un dispositivo que comprende una bomba de diafragma hidraulica 1 conectada a un intercambiador de calor 4 (que forma una zona de calentamiento) y un amortiguador de pulsaciones 2. El intercambiador de calor 4 esta provisto de una entrada 10 y una salida 8 en forma de una tubena provista de una restriccion del area de flujo en el extremo en forma de una boquilla. El intercambiador de calor comprende ademas uno o una pluralidad de tubos (no mostrados) rodeados por un medio de transferencia de calor (no mostrado) tal como agua caliente, vapor o aceite. El dispositivo comprende ademas un manometro 3, una valvula de seguridad 5, una valvula de control 6, un termometro 7 y una valvula de 3 vfas 9.
El dispositivo se hace funcionar bombeando una suspension de microesferas expansibles, p. ej., desde un tanque de suspension (no se muestra), mediante la bomba hidraulica de diafragma 1 a traves del intercambiador de calor 4, en el que se calienta por el medio de transferencia de calor a una temperatura a la cual las microesferas comienzan a expandirse o al menos habnan comenzado a expandirse a presion atmosferica. La bomba de diafragma hidraulica crea una presion suficiente para transportar la suspension a traves del intercambiador de calor 4 e impedir la expansion completa de las microesferas en su interior. La suspension caliente fluye hacia el aire libre a traves de la salida 8, provista opcionalmente de una restriccion del area de flujo, creando una cafda de presion a la presion atmosferica, dando como resultado una rapida expansion y enfriamiento de las microesferas en aire libre. El amortiguador de pulsaciones 2 inhibe las fluctuaciones del flujo de la suspension desde la bomba hidraulica de diafragma 1. La presion y la temperatura en el intercambiador de calor se pueden controlar mediante el manometro 3 y el termometro 7, respectivamente. El equipo se puede limpiar intercambiando la suspension de microesferas expandibles por, por ejemplo, agua de lavado con la ayuda de la valvula de 3 vfas 9 antes de la bomba 1. El flujo y la presion del medio de transferencia de calor utilizado en el intercambiador de calor 4 esta regulado por la valvula de control 6.
Ejemplo 1:
Las microesferas expandibles Expancel ™ 051-40 de AkzoNobel se expandieron usando un dispositivo de acuerdo con la Figura adjunta. Se bombeo una suspension acuosa de microesferas al 15% en peso a una temperatura de 20°C a una velocidad de 3 litros/min a traves del intercambiador de calor que comprendfa siete tubos, cada uno con 5 un diametro interior de 10 mm, un diametro exterior de 12 mm y una longitud de 1,95 metros, rodeado de vapor caliente como medio de transferencia de calor. La bomba genero una presion de 30 bares que se mantuvo dentro del intercambiador de calor y la energfa termica transferida por el vapor suficiente para calentar la suspension a 130°C. Las microesferas salieron del intercambiador de calor a traves de la salida provista de una boquilla que tema una abertura de 1,5 mm al aire libre de 20°C y se expandieron para alcanzar una densidad de 22 g/dm3. El producto 10 de microesferas expandidas tema un contenido de solidos del 15% en peso y la investigacion microscopica mostro que el producto estaba completamente libre de aglomerados.
Ejemplo 2
Las microesferas expansibles Expancel™ 031 de AkzoNobel se expandieron utilizando un dispositivo que comprendfa un solo tubo de cobre de 5,8 m de longitud situado en un tanque lleno de agua caliente mantenida a una 15 temperatura de 100°C. La tubena de cobre tema un diametro interior de 6,3 mm y un diametro exterior de 7,8 mm, pero no tema ninguna restriccion de area de flujo. Se bombeo una suspension acuosa de microesferas al 20% en peso a una temperatura de 20°C con una bomba de diafragma a una velocidad de 80 litros/hora a traves del tubo de cobre rodeado por el agua caliente como medio de transferencia de calor. La bomba de diafragma genero una presion de 6 bares. Las microesferas salieron del intercambiador de calor del tubo de cobre a traves de la salida y 20 alcanzaron despues de la expansion final una densidad de 24 g/dm3. El producto de microesferas expandidas tema un contenido de solidos del 20% en peso y la investigacion microscopica mostro que el producto estaba esencialmente libre de aglomerados.

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para la preparacion de microesferas termoplasticas expandidas a partir de microesferas termoplasticas expandibles termicamente no expandidas que comprenden una envoltura de polfmero termoplastico que encapsula un agente de soplado, comprendiendo dicho metodo:
    (a) alimentar una suspension de tales microesferas termoplasticas expansibles en un medio lfquido en una zona de calentamiento;
    (b) calentar la suspension en la zona de calentamiento, sin contacto directo con ningun medio fluido de transferencia de calor, de modo que las microesferas expandibles alcancen al menos una temperatura a la cual habnan comenzado a expandirse a presion atmosferica y manteniendo una presion en la zona de calentamiento suficientemente alta para que las microesferas en la suspension no se expandan completamente; y,
    (c) retirar la suspension de microesferas expandibles de la zona de calentamiento a una zona con una presion suficientemente baja para que las microesferas se expandan.
  2. 2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que la presion en la zona de calentamiento se mantiene de 5 a 50 bares.
  3. 3. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, en el que la suspension de microesferas expandibles se calienta en la zona de calentamiento a una temperatura de 60 a 160°C.
  4. 4. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que la suspension de microesferas expandibles fluye a traves de una zona de calentamiento que es un intercambiador de calor que comprende al menos una tubena o tubo rodeado por un medio de transferencia de calor que no esta en contacto directo con la suspension de microesferas expandibles.
  5. 5. Un metodo segun la reivindicacion 4, en el que al menos una tubena o tubo tienen cada uno un diametro interior de 2 a 25 mm.
  6. 6. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que el calor es proporcionado por elementos de calentamiento electrico.
  7. 7. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, en el que la suspension de microesferas expansibles se extrae de la zona de calentamiento a traves de una salida de la misma creando una cafda de presion correspondiente a la diferencia de presion entre el interior de la zona de calentamiento y fuera de la zona de calentamiento.
  8. 8. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el que la salida esta provista de una restriccion de area de flujo para crear la cafda de presion.
  9. 9. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, en el que la suspension de microesferas expansibles se retira de la zona de calentamiento a una zona de presion atmosferica.
  10. 10. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, en el que la suspension de microesferas expansibles se alimenta a la zona de calentamiento por medio de una bomba que proporciona una presion suficientemente alta en la zona de calentamiento para que las microesferas no se expandan completamente en su interior.
  11. 11. Un dispositivo para la expansion de microesferas termoplasticas expandibles termicamente no expandidas que comprenden una envoltura de polfmero termoplastico que encapsula un agente de soplado, comprendiendo dicho dispositivo una zona de calentamiento que tiene una entrada y una salida y que es capaz de soportar una presion de al menos 4 bares, medios para alimentar una suspension de microesferas termoplasticas expansibles no expandidas en un medio lfquido en la zona de calentamiento y capaces de generar una presion de al menos 4 bares en la zona de calentamiento; y medios para calentar la suspension de microesferas expansibles a una temperatura de al menos 60°C sin contacto directo con ningun medio fluido de transferencia de calor.
  12. 12. Un dispositivo segun la reivindicacion 11, en el que la salida esta provista de una restriccion de area de flujo suficiente para crear una cafda de presion correspondiente a la diferencia de presion entre el interior de la zona de calentamiento y fuera de la zona de calentamiento.
  13. 13. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 - 12, en el que la zona de calentamiento es un intercambiador de calor que comprende al menos una tubena o tubo rodeado por un medio de transferencia de calor que no esta en contacto directo con la suspension de microesferas expansibles.
  14. 14. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 - 13, en el que la zona de calentamiento comprende una unica tubena o tubo rodeado por un medio de transferencia de calor que no esta en contacto directo con la suspension de microesferas expansibles.
  15. 15. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 - 12, en el que la zona de calentamiento comprende al menos una tubena o tubo y elementos de calentamiento electricos provistos dentro y/o fuera de dicha al menos una tubena o tubo.
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