ES2287457T3 - Placa de policarbonato de paredes multiples y procedimiento de produccion de la misma. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para producir una placa termoplástica de paredes múltiples que comprende: extrudir una composición que comprende una resina de policarbonato fundida con un contenido de Fries de 10 ppm hasta 2000 ppm.
Description
Placa de policarbonato de paredes múltiples y
procedimiento de producción de la misma.
Las placas y perfiles de policarbonato se usan
ampliamente en aplicaciones arquitectónicas que requieren elementos
estructurales transparentes y livianos. Por ejemplo, las placas de
policarbonato se usan frecuentemente como un reemplazo del cristal
en ventanas, claraboyas e invernaderos, y los perfiles de
policarbonato se usan frecuentemente para acristalamientos de
iluminación, especialmente para secciones de paredes delgadas y
uniones de tipo encaje a presión. Cuando se requieren propiedades
aislantes, resulta de preferencia el uso de placas de policarbonato
de paredes múltiples, que se produce típicamente extrusionando una
composición de policarbonato fundido a través de un molde y un
canal de vacío que tiene una forma complicada que corresponde a los
canales deseados en la placa final. Los procedimientos para la
producción de placas de paredes múltiples están descritos, por
ejemplo, en las Patentes de EEUU Nº 4.707.393 de Vetter, 5.846.659
de Lower y col., y 5.972.475 de Beekman.
La fabricación de la placa de paredes múltiples
es un desafío porque la placa que sale del extrusor debe mantener
la forma complicada del molde hasta que la resina alcanza una
temperatura inferior a la de fundido. Para asegurar que la placa de
paredes múltiples no colapse previo al enfriado, debe usarse resina
de policarbonato con una alta resistencia de fundido. En la
práctica esto se logró usando policarbonatos ramificados preparados
mediante la introducción de agentes ramificadores en el
procedimiento llamado procedimiento interfacial. En el procedimiento
interfacial para la síntesis de policarbonato, se combina una
solución acuosa de un fenol dihídrico (por ejemplo,
bisfenol-A) con un disolvente orgánico (por ejemplo,
diclorometano) que contiene un haluro de carbonilo (por ejemplo,
fosgeno). Tras mezclar las fases orgánicas y acuosas inmiscibles, el
fenol dihídrico reacciona con el haluro de carbonilo en la
interfase de las fases. Típicamente, se agrega a la fase acuosa un
catalizador de transferencia de fases, tal como una amina
terciaria, para mejorar la velocidad de reacción. Este procedimiento
tiende a producir un policarbonato esencialmente libre de
ramificaciones. Para alcanzar la elevada resistencia del fundido
requerida para la producción de la placa de paredes múltiples, se
introducen agentes ramificadores intencionalmente dentro de la
mezcla de la reacción.
El procedimiento interfacial tiene varias
desventajas inherentes. En primer lugar, requiere el uso de fosgeno
como un reactivo. Segundo, requiere grandes cantidades de un
disolvente orgánico que puede crear emisiones volátiles de difícil
eliminación e indeseables desde el punto de vista ambiental.
Tercero, requiere una cantidad relativamente importante de
inversión en equipo y capital. Cuarto, el policarbonato producido
por el procedimiento interfacial es propenso a tener un color
irregular, niveles relativamente altos de partículas y un contenido
relativamente alto de cloro que puede causar la corrosión de los
aparatos de fabricación.
Dadas las desventajas del procedimiento
interfacial, sería deseable preparar una placa de paredes múltiples
usando un policarbonato preparado por medio del procedimiento
llamado procedimiento de fundido. En el procedimiento de fundido,
se sintetizan policarbonatos por una reacción de transesterificación
en la que se condensa un diéster de ácido carbónico (por ejemplo,
carbonato de difenilo) con un fenol dihídrico (por ejemplo,
bisfenol-A). Esta reacción se lleva a cabo sin un
disolvente, y se completa mezclando los reactivos bajo presión
reducida y temperatura elevada con destilación simultánea del
alcohol arílico (por ejemplo, fenol) producido por la reacción. La
técnica de fundido es superior a la técnica interfacial porque no
usa fosgeno, no requiere un disolvente, y usa menos equipamiento.
Más aún, el policarbonato producido por el procedimiento de fundido
no contiene contaminación por cloro de los reactivos, tiene niveles
inferiores de partículas y tiene un color más consistente. Sin
embargo, los autores de la presente invención encontraron que el uso
de policarbonatos convencionales fundidos en un procedimiento de
producción de placas de paredes múltiples causa una falta de
uniformidad inaceptable en la distribución de resina de
policarbonato a lo largo del espesor de la placa de paredes
múltiples. Por consiguiente, sigue existiendo la necesidad de un
procedimiento práctico para la preparación de placas de paredes
múltiples usando un policarbonato fundido.
Los inconvenientes mencionados anteriormente y
otros inconvenientes y desventajas de la técnica anterior se
mejoran por medio de un procedimiento para la producción de una
placa termoplástica de paredes múltiples que comprende la extrusión
de una composición que comprende una resina de policarbonato fundida
que tiene un contenido de Fries de 10 partes por millón en peso
(ppm) a 2000 ppm. A continuación se describen en detalle otras
formas de realización, incluyendo una placa de paredes múltiples
preparada por el procedimiento.
Los presentes inventores descubrieron que puede
prepararse una placa termoplástica de paredes múltiples con una
excelente uniformidad a lo largo de su espesor por medio de un
procedimiento que comprende la extrusión de una composición que
comprende una resina de policarbonato fundida con un contenido de
Fries desde 10 ppm hasta 2000 ppm.
Sin la intención de estar ligados a ninguna
hipótesis en particular, los autores de la presente invención creen
que el éxito de su invención está relacionado con el uso de un
policarbonato fundido que tiene una cantidad finita, aunque
cuidadosamente controlada, de ramificaciones que surgen del
reordenamiento de Fries del policarbonato durante la síntesis. En
el reordenamiento de Fries, que se representa a continuación, se
reordena el enlace carbonato en un policarbonato lineal (I) para
formar un producto intermedio de Fries (II) que tiene un enlace
éster y un grupo hidroxilo fenólico libre. La posterior
polimerización en el grupo hidroxilo fenólico libre por reacción
de, por ejemplo, bisfenol-A (BPA) y carbonato de
difenilo (DPC) en presencia de un catalizador da como producto un
policarbonato ramificado (III).
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\vskip1.000000\baselineskip
El contenido de Fries del policarbonato
ramificado resultante (III) puede determinarse por metanolisis
seguida por análisis de las cantidades relativas de
bisfenol-A (de unidades no reordenadas) y
2-(4-hidroxibencen)-2-(3-metilcarboxilic-4-hidroxibencen)propano
(de unidades de Fries reordenadas).
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Los autores de la presente invención creen que
la falta de uniformidad de extrusión que se presenta cuando se usan
policarbonatos convencionales fundidos para preparar placas de
paredes múltiples puede estar asociada con el elevado contenido de
Fries de estos policarbonatos. En particular, la ramificación
asociada con elevados contenidos de Fries causa un comportamiento
seudoplástico en el extrusor que lleva a la acumulación de más
policarbonato en los bordes de la placa de paredes múltiples que en
el centro. Estos efectos no deseados se reducen o eliminan cuando
el procedimiento usa un policarbonato fundido que tiene un contenido
de Fries de entre aproximadamente 10 ppm y aproximadamente 2000
ppm.
La resina de policarbonato fundido se produce
por reacción de un fenol dihídrico con un diéster de ácido
carbónico. Como se usa en este documento, la frase "fenol
dihídrico" incluye, por ejemplo, compuestos de bisfenol que
tienen la fórmula (IV):
en la que R^{a} y R^{b} se
seleccionan cada uno independientemente de radicales halógeno,
hidrocarburo monovalentes e hidrocarbonoxi monovalentes; W se
selecciona de radicales hidrocarburo
divalentes,
p y q son cada uno
independientemente números enteros desde 0 hasta 4; y b es 0 ó
1.
Los radicales hidrocarburo monovalentes
representados por R^{a} y R^{b} incluyen los radicales alquilo,
cicloalquilo, arilo, aralquilo y alcarilo. Los radicales alquilo de
preferencia son aquellos que contienen desde 1 hasta
aproximadamente 12 átomos de carbono. Los radicales cicloalquilo de
preferencia son aquellos que contienen desde 4 hasta
aproximadamente 8 átomos de carbono en el anillo. Los radicales
arilo de preferencia son aquellos que contienen desde 6 hasta 12
átomos de carbono en el anillo, por ejemplo, fenilo, naftilo y
bifenilo. Los radicales alcarilo y aralquilo de preferencia son
aquellos que contienen desde 7 hasta aproximadamente 14 átomos de
carbono. Los radicales halógeno de preferencia representados por
R^{a} y R^{b} son cloro y bromo.
Los radicales hidrocarburo divalentes incluyen
los radicales alquileno, alquilideno, cicloalquileno y
cicloalquilideno. Los radicales alquileno de preferencia son
aquellos que contienen desde 2 hasta aproximadamente 30 átomos de
carbono. Los radicales alquilideno de preferencia son aquellos que
contienen desde 1 hasta aproximadamente 30 átomos de carbono. Los
radicales cicloalquileno y cicloalquilideno de preferencia son
aquellos que contienen desde 6 hasta aproximadamente 16 átomos de
carbono en el anillo.
Los radicales hidrocarbonoxi monovalentes
representados por R^{a} y R^{b} pueden estar representados por
la fórmula -OR^{2} en la que la R^{2} es un radical hidrocarburo
monovalente del tipo descrito anteriormente para R^{a} y R^{b}.
Los radicales hidrocarbonoxi monovalentes de preferencia son los
radicales alcoxi y ariloxi.
Los fenoles dihídricos adecuados incluyen, pero
no están limitados a
2,2-bis(4-hidroxifenil)propano
(bisfenol-A, BPA);
2,2-bis(3,5-dibromo-4-hidroxifenil)propano;
2,2-bis(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)propano;
1,1-bis(4-hidroxifenil)ciclohexano;
1,1-bis(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)cyclohexano;
1,1-bis(4-hidroxifenil)decano;
1,1-bis(4-hidroxifenil)propano;
1,1-bis(4-hidroxifenil)ciclodecano:
1,1-bis(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)ciclododecano;
4,4-dihidroxifenil éter;
4,4-tiodifenol;
4,4-dihidroxi-3,3-dichlorodifenil
éter; 4,4-tiodifenol;
4.4-dihidroxi-3,3-diclorodifenil
éter;
4,4-dihidroxi-2,5-dihidroxidifenil
éter (BPI);
1,1-bis(4-hidroxifenil)-1-feniletano;
1,1-bis(3-metil-4-hidroxifenil)-1-feniletano,
y similares, y mezclas que comprenden al menos uno de los fenoles
dihídricos anteriores. En una forma de realización, los restos de
fenol dihídrico en el policarbonato comprenden 100 mol % de restos
derivados de BPA.
Opcionalmente, pueden usarse compuestos
polifuncionales en combinación con los fenoles dihídricos. Los
compuestos polifuncionales adecuados usados en la polimerización de
policarbonato ramificado incluyen, pero no se limitan a,
1,1,1-tris(4-hidroxifenil)etano,
4-[4-[1,1-bis(4-hidroxifenil)-etil]-dimetilbencilo],
anhídrido trimelítico, ácido trimelítico, sus derivados cloruro de
ácido, o combinaciones que comprenden al menos uno de los compuestos
polifuncionales anteriores.
Pueden usarse diversos compuestos como el
diéster de ácido carbónico incluyendo, pero no limitado a compuestos
de carbonato de diarilo, compuestos de carbonato de dialquilo y
compuestos de carbonato de alquilarilo. Los diésteres de ácido
carbónico incluyen, pero no se limitan a carbonato de difenilo;
bis(4-t-butilfenil)carbonato;
bis(2,4-diclorofenil)carbonato;
bis(2,4,6-triclorofenil)carbonato;
bis(2-cianofenil)carbonato;
bis(o-nitrofenil)carbonato; carbonato
de ditolilo; carbonato de m-cresol; carbonato de
dinaftilo; bis(difenil)carbonato; carbonato de
dietilo; carbonato de dimetilo; carbonato de dibutilo; carbonato de
diciclohexilo; y composiciones que comprenden al menos uno de los
diésteres anteriores. De éstos, resulta de preferencia el carbonato
de difenilo. Si se usan dos o más de estos compuestos, resulta de
preferencia que uno sea carbonato de difenilo.
Además del fenol dihídrico y del carbonato de
diarilo, la síntesis de policarbonato fundido puede, opcionalmente,
usar un agente de protección de grupos funcionales terminales "end
caping". Los agentes de protección de grupos funcionales
terminales adecuados incluyen compuestos hidroxi aromáticos
monovalentes, derivados haloformato de compuestos hidroxi
aromáticos monovalentes, ácidos carboxílicos monovalentes, derivados
haluro de ácidos carboxílicos monovalentes y composiciones que
comprenden al menos uno de los agentes de protección de grupos
funcionales terminales anteriores. Los agentes de protección de
grupos funcionales terminales específicos incluyen, por ejemplo,
fenol, p-terc-butilfenol,
p-cumilfenol, p-cumilfenolcarbonato,
ácido undecanoico, ácido láurico, ácido esteárico, cloroformato de
fenilo, cloroformato de t-butilfenilo, cloroformato
de p-cumilo, cloroformato de cromano, octilfenilo,
cloroformato de nonilfenilo y similares, y combinaciones que
comprenden al menos uno de los agentes de protección de grupos
funcionales terminales anteriores. Cuando está presente, el agente
de protección de grupos funcionales terminales, se usa, de
preferencia en una cantidad de entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 0,20 moles por 1 mol del fenol dihídrico. Dentro de
este intervalo, resultará de preferencia usar una cantidad de
agente de protección de grupos funcionales terminales de al menos
aproximadamente 0,02 moles. También dentro de este intervalo
resultará de preferencia usar una cantidad de agente de protección
de grupos funcionales terminales de hasta aproximadamente 0,15
moles, de más preferencia de hasta aproximadamente 0,10 moles.
El policarbonato fundido usado en el
procedimiento tiene un contenido de Fries de aproximadamente 10 ppm
hasta aproximadamente 2.000 ppm. Dentro de este intervalo,
resultará de preferencia usar un policarbonato fundido con un
contenido de Fries de al menos aproximadamente 50 ppm, de más
preferencia de al menos aproximadamente 100. También dentro de este
intervalo resultará de preferencia usar un policarbonato fundido con
un contenido de Fries de hasta aproximadamente 1.800 ppm. Cuando el
contenido de Fries es mayor que 2.000 ppm, aumenta la dificultad en
la extrusión del policarbonato fundido.
En una forma de realización de preferencia, el
policarbonato fundido tiene un peso molecular promedio en peso
desde aproximadamente 20.000 unidades de masa atómica (UMA) hasta
aproximadamente 50.000 UMA, medido por medio de cromatografía
líquida de alto rendimiento (HPLC) usando patrones de policarbonato.
Dentro de este intervalo, resultará de preferencia usar un
policarbonato fundido con un peso molecular promedio en peso de al
menos aproximadamente 25.000 UMA, de más preferencia de al menos
aproximadamente 30.000 UMA. También dentro de este intervalo,
resultará de preferencia usar un policarbonato fundido con un peso
molecular promedio en peso de hasta aproximadamente 40.000 UMA, de
más preferencia de hasta aproximadamente 35.000 UMA. Cuando el peso
molecular promedio en peso es mayor que aproximadamente 50.000 UMA,
el policarbonato fundido puede resultar altamente viscoso. Para
procesar el policarbonato altamente viscoso en placas o perfiles, se
necesitan temperaturas de procesamiento altas que pueden causar una
degradación térmica no deseada. Cuando el peso molecular promedio
en número es menor que aproximadamente 20.000, el policarbonato
fundido puede resultar insuficientemente viscoso para la extrusión
y la resistencia del fundido puede ser inadecuada, disminuyendo la
resistencia de las placas o perfiles formados.
En una forma de realización de preferencia, la
composición comprende menos que aproximadamente 10 ppm del halógeno
total, de más preferencia menos que aproximadamente 5 ppm de
halógeno total en base al peso de policarbonato fundido. En este
documento se define "halógeno total" a la suma de flúor, cloro,
bromo, yodo y astato elementales. Tales niveles de halógeno bajos
minimizan cualquier corrosión del equipo de fabricación en contacto
con la composición. En una forma de realización de especial
preferencia, el policarbonato fundido comprende menos que
aproximadamente 10 ppm de cloro, de más preferencia menos que
aproximadamente 5 ppm de cloro, en base al peso del policarbonato
fundido. Puede medirse el poder corrosivo del policarbonato fundido
exponiendo las placas de metal en contacto directo con la
superficie con el policarbonato fundido y a continuación midiendo
la decoloración de las placas de acuerdo a la norma ASTM E308. La
determinación de halógenos en el policarbonato puede cuantificarse
mediante pirólisis del policarbonato bajo condiciones controladas
usando un horno con zonas separadas inertes y de combustión que
promueven la combustión completa de cualquier cloro unido
orgánicamente al cloruro de hidrógeno (HCl). El HCl producido puede
transformarse en una célula de valoración coulométrica, en la que
se valora con iones de plata (Ag^{+}) para determinar la
concentración de cloruro.
No hay limitaciones especiales en el
procedimiento para preparar el policarbonato fundido siempre que de
cómo resultado un contenido de Fries de aproximadamente 10 ppm
hasta aproximadamente 2000 ppm. Un procedimiento adecuado para
preparar el policarbonato fundido está descrito en, por ejemplo, la
Patente de EEUU Nº 6.228.973 de McCloskey y col. En esta
referencia, se prepara el policarbonato fundido por oligomerización
y polimerización posterior de un fenol dihídrico y un carbonato de
diarilo en presencia de un catalizador que comprende una sal de
tetraorganofosfonio o derivado de la misma y un metal alcalino y/o
alcalinotérreo o derivados de los
mismos.
mismos.
La composición comprende de preferencia el
policarbonato fundido en una cantidad desde aproximadamente 85
hasta 100% en peso en base al peso total de la composición. Dentro
de este intervalo, puede resultar de preferencia usar una cantidad
de policarbonato fundido de al menos aproximadamente 90% en peso, de
más preferencia, al menos aproximadamente 95% en peso, y de más
preferencia aún al menos aproximadamente 98% en peso, y de más
preferencia aún al menos aproximadamente 99% en peso. También dentro
de este intervalo, puede resultar de preferencia usar una cantidad
de policarbonato fundido de hasta aproximadamente 99,99% en peso, de
más preferencia hasta aproximadamente 99,95%, y de más preferencia
aún hasta aproximadamente 99,9% en peso por ciento.
Opcionalmente, la composición puede comprender
además un aditivo. Los aditivos adecuados incluyen estabilizadores
de calor, compuestos epoxi, absorbentes de rayos ultravioleta,
agentes liberadores de moho, colorantes, agentes antiestáticos,
agentes antideslizantes, agentes antibloqueo, lubrificantes, agentes
antiniebla, aceites naturales, aceites sintéticos, ceras, rellenos
orgánicos, rellenos inorgánicos, retardadores de llama,
antioxidantes, estabilizadores de luz, y similares, así como las
combinaciones que comprenden al menos uno de los aditivos
anteriores.
Los ejemplos de rellenos adecuados incluyen
fibras de vidrio, asbesto, fibras de carbón, sílice, talco,
carbonato de calcio, sulfato de bario, siloxanos y similares, y una
combinación que comprende al menos uno de los rellenos anteriores.
Los ejemplos de estabilizadores de calor adecuados incluyen trifenil
fosfito, tris-(2,6-dimetilfenil)fosfito,
tris-(mono y dinonilfenilo mezclados)fosfito, fosfonato de
dimetilbenceno,
tris-(2,4-di-t-butilfenil)fosfito,
fosfato de trimetilo, y similares, y combinaciones que comprenden
al menos uno de los estabilizadores de calor anteriores. Los
ejemplos de antioxidantes adecuados incluyen
octadecil-3-(3,5-di-terc-butil-4-hidroxifenil)propionato,
pentaeritritil-tetrakis[3-(3,5-di-terc-butil-4-hidroxifenil)propionato],
y similares, y combinaciones que comprenden al menos uno de los
antioxidantes anteriores. Los ejemplos de estabilizadores de luz
adecuados incluyen
2-(2-hidroxi-5-metilfenil)benzotriazol,
2-(2-hidroxi-5-terc-octilfenil)-benzotriazol,
2-hidroxi-4-n-octoxi
benzofenona, y similares, y combinaciones que comprenden al menos
uno de los anteriores estabilizadores de luz. Los ejemplos de
agentes antiestáticos adecuados incluyen monoestearato de glicerol,
estearilsulfonato de sodio, dodecilbencensulfonato de sodio, tetra
alquilfosfonio o sales de amonio de perfluorosulfonatos o
perfluorosulfonamidas, y similares, y combinaciones que comprenden
al menos uno de los agentes antiestáticos anteriores. Los ejemplos
de agentes liberadores de moho incluyen estearato de estearilo, cera
de abejas, cera montana, cera de parafina, tetraestearato de
pentaeritritol, poliolefinas de bajo peso molecular, y similares, y
combinaciones que comprenden al menos uno de los agentes liberadores
de moho anteriores. Tales aditivos pueden mezclarse en un momento
adecuado durante la mezcla de los componentes para la formación de
la composición. Como alternativa, pueden mezclarse previamente los
aditivos y agregarse a la composición en forma de una mezcla. Los
aditivos pueden también mezclarse primero para formar una mezcla
compactada. A continuación puede agregarse la mezcla compactada a
la composición. En H. Zweifel, Ed., "Plastics Additives
Handbook", 5º Edición, Hanser Gardner Publications, Inc.,
Cincinnati (2001) se describen aditivos adicionales.
Los expertos en la técnica pueden determinar las
cantidades adecuadas de aditivos sin excesiva experimentación.
La composición puede prepararse mezclando
íntimamente el policarbonato fundido y cualquier aditivo opcional.
No existe ninguna limitación especial en el procedimiento de
mezclado de la composición. En una forma de realización, denominada
mezcla en línea, se realiza la mezcla en un extrusor conectado al
aparato de polimerización del fundido. En otra forma de
realización, denominada mezcla fuera de línea, se realiza la mezcla
en un extrusor compuesto separado del aparato de polimerización del
fundido.
Ya sea en la mezcla en línea como en la mezcla
fuera de línea, puede agregarse cada aditivo en forma separada, los
aditivos pueden agregarse como una mezcla, o uno o más aditivos
pueden agregarse en la forma de un lote maestro o una mezcla
compactada en el policarbonato fundido. El agregado de aditivos como
una mezcla compactada comprende la mezcla de los aditivos, en la
forma de polvos y/o líquidos, compactando a continuación la mezcla
en pellets. El uso de una mezcla compactada evita la formación
excesiva de polvo durante el procesamiento y reduce la separación
de los aditivos durante la mezcla.
El mezclado fuera de línea comprende típicamente
una etapa de premezcla y una etapa de
mezcla-fusión. En la etapa de premezcla, los
componentes se mezclan a una temperatura por debajo de la
temperatura de fusión del policarbonato, formando una premezcla. La
premezcla puede realizarse usando una mezcladora rotativa o una
mezcladora de cinta. Como alternativa, la premezcla puede usar una
mezcladora de alta cizalla tal como el mezclador Henschel, o
similar. En la etapa de mezcla-fusión, la premezcla
se funde y además se mezcla como un fundido. La mezcla en línea
comprende típicamente sólo una etapa de
mezcla-fusión como se describió anteriormente. Como
tal, se omite la etapa de premezcla.
En una forma de realización de preferencia, se
omite la etapa de premezcla y los componentes se agregan
directamente a la sección de alimentación de un dispositivo de
mezcla de fundido (tal como un extrusor) por medio de sistemas de
alimentación separados. En la etapa de
mezcla-fusión, los componentes pueden amasarse
fundidos en una extrusora de doble tornillo, y se forman los
pellets.
Una ventaja importante del presente
procedimiento es que permite que la composición esté uniformemente
extrusionada a lo largo del espesor de la placa de paredes
múltiples. Las placas de paredes múltiples típicamente comprenden
una pluralidad de secciones repetitivas en la dirección del espesor
que tienen un diseño y dimensiones nominalmente idénticos y por lo
tanto tienen masas nominalmente idénticas por área unitaria. Por
ejemplo, una placa de paredes múltiples comprende 9 secciones que
se repiten. Por lo tanto puede medirse la uniformidad de la placa
extrusionada como la desviación estándar relativa en masa por área
unitaria determinada por mediciones efectuadas en al menos 3
secciones nominalmente idénticas. Resulta de preferencia que la
desviación estándar relativa sea menor que aproximadamente 3%, de
más preferencia menor que aproximadamente 2%, de más preferencia aún
menor que aproximadamente 1,5%.
Como alternativa, puede medirse la uniformidad
de extrusión como la desviación máxima relativa para cualquier
sección de la placa. Por ejemplo, si la masa objetivo por área
unitaria es 2000 gramos por metro cuadrado (g/m^{2}), y existen
tres secciones nominalmente idénticas de la placa con masas reales
por área unitaria de 2002, 1970 y 2012 g/m^{2}, la desviación
máxima relativa es (100)(2000-1970)/2000 = 1,5%.
Resulta de preferencia, que la desviación máxima relativa en masa
por área unitaria, medida en al menos tres secciones sea menor que
aproximadamente 4%, de más preferencia menor que aproximadamente 3%,
de más preferencia aún menor que aproximadamente 2%.
En una forma de realización de preferencia, la
composición tiene una velocidad de fluidez volumétrica (MVR) de
aproximadamente 4 hasta aproximadamente 6 centímetros cúbicos por 10
minutos (cm^{3}/10 minutos), medida a 300ºC y 1,2 kilogramos de
acuerdo con ISO 1133. Dentro de este intervalo, resultará de
preferencia usar un policarbonato fundido con una MVR de al menos
aproximadamente 4,5 cm^{3}/10 minutos. También dentro de este
intervalo, resultará de preferencia usar un policarbonato fundido
con una MVR de hasta aproximadamente 5,5 cm^{3}/10 minutos.
En otra forma de realización, la composición
tiene un relación de índice de fluidez (MIR) de aproximadamente 1,3
hasta aproximadamente 1,7, donde la relación de índice de fluidez se
define como la relación de la velocidad de fluidez volumétrica
mediad a 300ºC y 2,16 kilogramos. Dentro de este intervalo,
resultará de preferencia tener una relación de índice de fluidez de
al menos aproximadamente 1,35. También dentro de este intervalo,
resultará de preferencia tener una relación de índice de fluidez de
hasta aproximadamente 1,65.
Las placas de paredes múltiples pueden tener una
masa por área unitaria, medida en kilogramos por metro cuadrado
(kg/m^{2}) de aproximadamente 0,5 kg/m^{2} hasta aproximadamente
8 kg/m^{2}. Dentro de este intervalo, resultará de preferencia
tener una placa de paredes múltiples con una masa por área unitaria
mayor o igual que aproximadamente 1 kg/m^{2}, de más preferencia
mayor o igual que aproximadamente 2 kg/m^{2}. También dentro de
este intervalo, resultará de preferencia tener una placa de paredes
múltiples con una masa por área unitaria menor o igual que
aproximadamente 7 kg/m^{2}, de más preferencia menor o igual que
aproximadamente 6 kg/m^{2}. Las placas de paredes múltiples
pueden tener un espesor de aproximadamente 2 hasta aproximadamente
50 milímetros (mm). Dentro de este intervalo, resultará de
preferencia tener una placa de paredes múltiples con un espesor
mayor o igual que aproximadamente 4 mm. También dentro de este
intervalo, resultará de preferencia tener placas de paredes
múltiples con un espesor menor o igual que aproximadamente 40
mm.
En una forma de realización, el procedimiento
comprende además la extrusión de la composición a través de un
filtro de fusión a una temperatura de aproximadamente 300ºC hasta
aproximadamente 350ºC. Dentro de este intervalo, resultará de
preferencia extrudir a una temperatura mayor o igual que
aproximadamente 310ºC, de más preferencia mayor o igual que
aproximadamente 320ºC. También dentro de este intervalo, resultará
de preferencia extrudir a una temperatura menor o igual que
aproximadamente 340ºC, de más preferencia menor o igual que
aproximadamente 330ºC. El filtro de fusión puede tener un tamaño de
poro menor o igual que aproximadamente 50 micrometros, de
preferencia menor o igual que aproximadamente 30 micrometros, y de
más preferencia menor o igual que aproximadamente 10
micrometros.
La placa de policarbonato de paredes múltiples
puede prepararse extrusionando una composición de policarbonato
fundida a través de un molde y un canal de vacío con una forma
correspondiente a los canales deseados de la placa final. No existe
limitación especial en la estructura o geometría de las placas de
paredes múltiples. Los procedimientos para la producción de placas
de paredes múltiples se describen, por ejemplo, en las Patentes de
EEUU Nº 4.707.393 de Vetter, 5.846.659 de Lower y col. y 5.972.475
de Beekman. En una forma de realización de preferencia, la placa de
paredes múltiples se coextrusiona con una capa que absorbe los rayos
UV adherida a una superficie de la placa de paredes múltiples. Por
ejemplo, como se describe en la Patente de EEUU Nº 4.707.393 de
Vetter, la placa de paredes múltiples puede coextrudirse con una
capa de recubrimiento y una capa que absorbe rayos UV interpuestas
entre la placa de paredes múltiples y la capa de recubrimiento. Como
alternativa, la placa de paredes múltiples extrusionada puede
recubrirse con una capa basada en acrílico o basada en silicona que
contiene aditivos tales como absorbedores de UV para protección UV,
tensioactivos para proporcionar propiedades antiestática o
antipolvo, o colorantes y/o pigmentos para efectos visuales.
Otra forma de realización es una placa
termoplástica de paredes múltiples fabricada extrusionando una
composición que comprende una resina de policarbonato fundida que
tiene un contenido de Fries de aproximadamente 10 hasta
aproximadamente 2000 ppm.
Otra forma de realización es una placa
termoplástica sólida, de capa única, fabricada extrusionando una
composición que comprende una resina de policarbonato fundida con
un contenido de Fries de aproximadamente 10 hasta aproximadamente
2000 ppm. La placa termoplástica puede tener una masa por área
unitaria de aproximadamente 0,5 hasta aproximadamente 15
kg/m^{2}. Dentro de este intervalo, resultará de preferencia tener
una placa termoplástica con una masa por área unitaria mayor o
igual que aproximadamente 1 kg/m^{2}, de más preferencia mayor o
igual que aproximadamente 5 kg/m^{2}. También dentro de este
intervalo, resultará de preferencia tener una placa termoplástica
con una masa por área unitaria menor o igual que aproximadamente 12
kg/m^{2}, de más preferencia menor o igual que aproximadamente 10
kg/m^{2}. La placa termoplástica puede tener un espesor de
aproximadamente 0,5 mm hasta aproximadamente 15 mm. Dentro de este
intervalo, resultará de preferencia tener una placa termoplástica
con un espesor mayor o igual que aproximadamente 1 mm. También
dentro de este intervalo, resultará de preferencia tener una placa
termoplástica con un espesor menor o igual que aproximadamente 12
mm.
La placa termoplástica puede coextrudirse con un
recubrimiento basado en acrílico o basado en silicona que contiene
aditivos, tales como absorbedores de rayos UV para protección UV,
tensioactivos para proporcionar propiedades antiestáticas o
antipolvo, o colorantes y/o pigmentos para efectos visuales. El
recubrimiento se adhiere a la superficie de la placa
termoplástica.
La invención se ilustra además por medio de los
siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplo 1, Ejemplos comparativos 1
y
2
Se prepararon tres composiciones. El Ejemplo
Comparativo 1 se usó como policarbonato producido por medio de
síntesis interfacial. El Ejemplo Comparativo 2 se usó como
policarbonato fundido con un contenido de Fries mayor que 2000 ppm.
Cada composición incluyó el agente de procesamiento tetraestearato
de pentareitritol (PETS) y el estabilizador de calor de fosfito
tris(2,4-di-terc-butilfenil)
fosfito obtenido como IRGAFOS® 168. El Ejemplo Comparativo 1 se
preparó de acuerdo con el procedimiento de mezclado fuera de línea.
Se mezclaron los aditivos en un polvo de policarbonato para formar
un concentrado, y a continuación se agregó el concentrado a la
composición de policarbonato por medio de mezclado y fundido en un
extrusor. Las composiciones del Ejemplo Comparativo 2 y del Ejemplo
1 se prepararon usando el procedimiento en línea. En primer lugar se
mezclaron los aditivos juntos, y a continuación se formaron pellets
compactados. Posteriormente se agregaron los pellets al
policarbonato fundido. El peso molecular promedio en peso del
policarbonato (M_{w}) se determinó por medio de cromatografía
líquida de alto rendimiento usando patrones de policarbonato. Las
velocidades de fluidez volumétrica (MVR) se determinaron a
temperaturas y masas especificadas y de acuerdo con ISO 1133. Las
relaciones de índices de fluidez (MIR) se calcularon a continuación
usando los valores de MVR determinados y la siguiente fórmula:
MIR = [MVR a
300ºC/21,6 kg/MVR a 300ºC/2,16
kg]/10
Se midió el porcentaje de transmisión de luz y
la turbiedad en un intervalo de longitudes de onda desde 380 hasta
750 nm en una muestra con un espesor de 2,5 milímetros de acuerdo
con la norma ASTM D 1003 usando un colorímetro Gardner XL835. Se
usó el mismo equipo para medir el Índice de Amarillo (YI) en el
mismo intervalo de longitudes de onda y en el mismo espesor de
muestra de acuerdo con la norma ASTM D1925.
El contenido de Fries se midió por metanolisis
con KOH de resina y se informó como partes por millón (ppm). El
contenido de Fries para cada uno de los policarbonatos fundidos que
se presentan en la Tabla 1 se determinó de la siguiente manera.
Primero, se disolvieron 0,50 gramos de policarbonatos en 5,0 ml de
tetrahidrofurano (que contenía p-terfenilo como
patrón interno). A continuación, se agregó a esta solución 3,0
mililitros de hidróxido de potasio al 18% en metanol.
Se agitó la mezcla resultante durante dos horas
aproximadamente a 23ºC. Posteriormente, se agregó 1,0 mililitro de
ácido acético y se agitó la mezcla durante 5 minutos. Se dejó
cristalizar el acetato de potasio durante 1 hora. Se filtró el
sólido y se analizó el filtrado resultante por cromatografía líquida
de alto rendimiento usando p-terfenilo como patrón
interno.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Las composiciones y los valores de las
propiedades se muestran en la Tabla 1, a continuación.
Posteriormente se probó el poder corrosivo de
las formulaciones. Con el objetivo de imitar la potencial corrosión
en el equipamiento para extrusión, se realizaron pruebas de
corrosión en acero de bajo grado. Para estas pruebas, se cortaron
dos placas de acero (15 centímetros x 10 centímetros) de la misma
placa, y se limpiaron ambas con acetona. Se recubrió una placa con
50 gramos de Ejemplo Comparativo 1 en pellets y se envolvió en una
hoja de aluminio. La segunda placa se recubrió con 50 gramos de
Ejemplo 1 en pellets y se envolvió en una hora de aluminio. Se
colocaron ambas placas en un horno de aire caliente y se expusieron
a temperaturas de 170ºC durante 15 horas y 200ºC durante 5 horas.
Previamente y tras los tratamientos con calor, se midieron los
valores de L, a y b en las placas de acero de acuerdo con ASTM E308.
El cambio de color total debido a la corrosión puede calcularse a
partir de la diferencia en los valores correspondientes de L, a y b
y los valores de \DeltaE resultantes, como puede verse en la Tabla
2 a conti-
nuación.
nuación.
La corrosión de las placas se observó como una
decoloración marrón rojiza. La placa recubierta con la composición
del Ejemplo 1 mostró un valor de \DeltaE menor y menos
decoloración comparada con la placa recubierta con la composición
del Ejemplo Comparativo 1.
Cada una de las formulaciones se usó a
continuación para preparar placas de paredes múltiples. Se
observaron varias ventajas de fabricación para las formulaciones de
policarbonato fundido, Ejemplo Comparativo 2 y Ejemplo 1.
Específicamente, el tiempo necesario tras el inicio para obtener una
placa de paredes múltiples aceptable, por ejemplo, una placa con
una distribución de peso dentro de las especificaciones deseadas, se
acorta en comparación con la formulación de síntesis interfacial,
Ejemplo Comparativo 1.
La Tabla 3 muestra las masas por área unitaria
de secciones de una placa de paredes múltiples de 210 centímetros
(cm) de ancho con una masa objetivo de 2700 gramos por metro
cuadrado (g/m^{2}). La masa por área unitaria de cada sección se
calcula por medio de la masa de cada sección dividida por el
producto de la longitud y el ancho de la sección. Para cada
formulación, se midió la masa por área unitaria para tres muestras a
lo largo de la red. Una diferencia de 50 g/m^{2} o más,
correspondiente a una desviación relativa de 1,85%, se consideró un
fallo.
Como puede verse mediante los datos en la Tabla
3, la distribución de pesos para las tres muestras del Ejemplo
Comparativo 2 variaron ampliamente y mostraron valores fuera del
intervalo especificado de 2650 a 2750 g/m^{2}. Este resultado
pudo deberse al mayor nivel de producto Fries en el Ejemplo
Comparativo 2, que a su vez pudo haber causado un efecto de
comportamiento seudoplástico. Sin embargo, como se observa en las
muestras del Ejemplo 1, un nivel de Fries inferior (2000 ppm) dio
como resultado una distribución de pesos más coherente.
Aunque la invención se describió con referencia
a una forma de realización de preferencia, los expertos en la
técnica comprenderán que pueden realizarse diversos cambios y pueden
sustituirse equivalentes por elementos de los mismos sin apartarse
del alcance de la invención. Además, pueden realizarse muchas
modificaciones para adaptar una situación o material particular a
las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial
de la misma. Por consiguiente, la invención no tiene la intención de
estar limitada a la forma de realización particular descrita como la
mejor manera contemplada de llevar a cabo esta invención, sino que
la invención incluirá todas las formas de realización que caigan
dentro del alcance de las reivindicaciones.
Todas las patentes, solicitudes de patente, y
otras referencias citadas se incorporan en este documento por
referencia en su totalidad.
Claims (7)
1. Un procedimiento para producir una placa
termoplástica de paredes múltiples que comprende:
extrudir una composición que comprende una
resina de policarbonato fundida con un contenido de Fries de 10 ppm
hasta 2000 ppm.
2. El procedimiento de la Reivindicación 1, en
el que la resina de policarbonato fundida tiene un contenido de
Fries de 50 a 2000 ppm.
3. El procedimiento de la Reivindicación 1, en
el que la resina de policarbonato fundida tiene un contenido de
Fries de 100 a 1800 ppm.
4. El procedimiento de la Reivindicación 1, en
el que la composición comprende un porcentaje de policarbonato
fundido mayor o igual a 85 por ciento en peso.
5. El procedimiento de la Reivindicación 1, en
el que la placa termoplástica de paredes múltiples comprende una
pluralidad de secciones que tienen una desviación estándar relativa
en masa por área unitaria menor que 2%.
6. Una placa termoplástica de paredes múltiples
fabricada por medio del procedimiento de la Reivindicación 1.
7. La placa de paredes múltiples de la
Reivindicación 6, que comprende una pluralidad de secciones que
tiene una desviación relativa máxima en masa por área unitaria
menor que 2%.
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