ES2309747T3 - Composicion mejorada de copolimero aromatico de monovinilideno, modificado con caucho, polimerizado en masa. - Google Patents
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Abstract
Una composición de un copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa que comprende: (i) una fase matriz continua que comprende un copolímero de un monómero aromático monovinilidénico y un monómero nitrílico etilénicamente insaturado y (ii) un componente de caucho dispersado como partículas de caucho separadas en la matriz, que comprende (a) un caucho de polibutadieno con una viscosidad en disolución al 5 por ciento en peso en estireno a 25ºC comprendida entre 15 y 120 cP y (b) un caucho copolímero de bloques de estireno y butadieno, en la que el componente de caucho tiene un contenido de polibutadieno (PBDc) igual o mayor de aproximadamente 14 por ciento en peso, tomando como base el peso de la composición de copolímero y el copolímero matriz tiene un peso molecular promedio en peso (Mw Matriz) representado por la fórmula: (Mw Matriz) >_ 510 - 22*PBDc.
Description
Composición mejorada de copolímero aromático de
monovinilideno, modificado con caucho, polimerizado en masa.
Esta invención se refiere a una composición de
un copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho,
polimerizado en masa, con un equilibrio excelente de propiedades
estéticas, físicas y mecánicas, en especial resistencia a bajas
temperaturas, y a un método para preparar dicha composición.
Los copolímeros aromáticos monovinilidénicos
reforzados con caucho, en especial con caucho dieno, representan
una clase bien conocida de polímeros tecnológicos disponibles
comercialmente ampliamente descritos en la bibliografía. Ejemplos
concretos de esos copolímeros son, por ejemplo, los copolímeros de
acrilonitrilo y estireno, denominados generalmente resinas SAN, que
contienen partículas de caucho, por ejemplo butadieno, dispersadas
en la matriz polimérica, conocidos generalmente como resinas
ABS.
Los copolímeros aromáticos monovinilidénicos
modificados con caucho se pueden preparar mediante procedimientos
por lotes o en continuo y mediante diversos procedimientos de
polimerización en masa, en disolución en masa o en suspensión en
masa, conocidos de forma general como procedimientos de
polimerización en masa. Se describe un procedimiento de
polimerización en masa y en continuo por ejemplo en los documentos
de las patentes de Estados Unidos 2.694.692; 3.243.481 y 3.658.946
y en el documento publicado EP 400.479. Este procedimiento
consiste en disolver el material de tipo caucho en la mezcla de
monómero aromático monovinilidénico y monómero de nitrilo
etilénicamente insaturado, añadir tal vez un iniciador de
polimerización radical y un diluyente inerte y luego polimerizar la
disolución resultante. Inmediatamente después de que la reacción de
polimerización comience, el material de tipo caucho en la mezcla de
monómeros se separa en dos fases, de las cuales, la primera, que
consiste en una disolución del caucho en la mezcla de monómeros,
forma inicialmente la fase continua, mientras que la segunda, que
consiste en una disolución del copolímero resultante en la mezcla de
monómeros, permanece dispersa en forma de gotitas en dicha fase
continua. A medida que se desarrolla la polimerización y, por
tanto, la conversión, la cantidad de la última fase aumenta a
expensas de la primera. Tan pronto como el volumen de la última
fase iguala al de la primera ocurre un cambio de fase, conocido
generalmente como inversión de fase.
Cuando tiene lugar esta inversión de fase, se
forman gotitas de disolución de caucho en la disolución de polímero.
Estas gotitas de disolución de caucho incorporan por si mismas
pequeñas gotitas de lo que ahora se ha convertido en la fase
polimérica continua. Durante el proceso, tiene lugar asimismo el
injertado de las cadenas poliméricas en el caucho.
Generalmente, la polimerización se lleva a cabo
en varias etapas. En la primera etapa de polimerización, conocida
como prepolimerización, la disolución del caucho en la mezcla de
monómeros se polimeriza hasta que se alcanza la inversión de fases.
Luego se continúa la polimerización hasta alcanzar la conversión
deseada.
La polimerización en masa proporciona
copolímeros de compuestos aromáticos monovinilidénicos modificados
con caucho con un buen equilibrio de propiedades estéticas y
mecánicas como resistencia. Las buenas propiedades estéticas se
producen como resultado, en parte, del hecho de que el procedimiento
de polimerización en masa no produce geles y no requiere productos
como ayudas de procesado, tales como emulsionantes, los cuales
pueden producir colores no deseados. Las buenas propiedades
mecánicas, tal como la resistencia, son el resultado, en parte, de
la cantidad y morfología del caucho. La morfología del caucho está
caracterizada por el tamaño de las partículas y por la proporción
volumen de la fase de partículas a caucho. Hay un intervalo de
tamaños de partícula óptimo para una resistencia óptima; si las
partículas de caucho son demasiado pequeñas o demasiado grandes, la
resistencia disminuye. Debido a la naturaleza del procedimiento de
polimerización en masa, existen muchas variables que controlan el
tamaño de las partículas de caucho y su morfología, tales como: la
viscosidad de la mezcla de reacción, los niveles de caucho, los
tipos de caucho, los mecanismos de conformación de las partículas
de caucho, la cinética del injertado, la cinética de acoplamiento,
la composición del diluyente, la velocidad de agitación del
reactor, etc. Estas variables están interrelacionadas y no pueden
variar de manera independiente entre sí.
La resistencia de los artículos fabricados con
copolímeros de compuestos aromáticos monovinilidénicos modificados
con caucho depende también de la temperatura y de la tasa de
deformación. Ciertos artículos con resistencia adecuada a
temperatura ambiente demuestran a veces poseer resistencia
inadecuada a temperaturas reducidas. Por ejemplo, se puede ver el
documento de la patente de Estados Unidos 6.380.304 que describe una
composición de un copolímero aromático vinilidénico modificado con
caucho, polimerizado en masa, con un equilibrio excelente de
propiedades físicas y mecánicas y alto brillo intrínseco a
temperatura ambiente, pero los creadores no mencionan buena
resistencia a bajas temperaturas.
Ha habido numerosos intentos de obtener un
tamaño de partículas de caucho óptimo, controlando la viscosidad
del caucho dieno utilizado en la producción de copolímeros
aromáticos monovinilidénicos modificados con caucho; veánse los
documentos de las patentes US 4.640.959, EP 277.687 y DE 2.620.853.
Sin embargo, estas composiciones tienen también tamaños de
partícula de caucho grandes, que no son convenientes para una
resistencia adecuada.
A la vista de las deficiencias de las
composiciones de copolímeros aromáticos monovinilidénicos
modificados con caucho obtenidas de este modo utilizando cualquiera
de tales métodos, sería altamente deseable y conveniente
proporcionar una composición económica de un copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho que muestre un equilibrio de
propiedades estéticas, físicas y mecánicas, en especial buena
resistencia al impacto a bajas temperaturas.
De acuerdo con ello, la presente invención es
tal composición económica deseable de un copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho que tiene un equilibrio
conveniente de propiedades estéticas, físicas y mecánicas, en
especial buena resistencia al impacto a bajas temperaturas. La
composición comprende: (i) una fase matriz continua que comprende
un copolímero de un monómero aromático monovinilidénico y un
monómero de nitrilo etilénicamente insaturado y (ii) un componente
de caucho disperso como partículas de caucho separadas en la matriz
que comprende: (a) un caucho de polibutadieno, preferentemente un
caucho de polibutadieno ramificado que comprende tres o más ramas y
(b) un caucho de copolímero de bloques de estireno y butadieno,
preferentemente un caucho de copolímero de bloques de butadieno y
estireno lineal, en el que el componente de caucho tiene un
contenido de polibutadieno (PBD_{c}, por sus siglas en inglés)
igual o mayor de aproximadamente 14 por ciento en peso, sobre la
base del peso de la composición de copolímero y el copolímero matriz
tiene un peso molecular promedio en peso (M_{w} Matriz)
representado por la fórmula: (M_{w \ Matriz}) \geq 510 -
22*PBD_{c}, preferentemente (M_{w \ Matriz}) \geq 520 -
22*PBD_{c}, siendo lo más preferible (M_{w \ Matriz}) \geq
530 - 22*PBD_{c}. El copolímero modificado con caucho se prepara
utilizando técnicas de polimerización en masa, en disolución en
masa o en suspensión en masa. El monómero aromático
monovinilidénico preferible es estireno y el monómero de nitrilo
etilénicamente insaturado preferible es acrilonitrilo. En una
realización de la presente invención, el copolímero de bloques es
un copolímero de bloques de butadieno y estireno funcionalizado,
que está funcionalizado preferentemente con
2,2,6,6,-tetrametil-1-piperidiniloxi;
2,2,6,6-tetrametil-1-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-piperidina;
o
3,3,8,8,10,10-hexametil-9-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-1,5-dioxa-9-azaspiro[5.5]undecano.
En otro aspecto, la presente invención es un
procedimiento para preparar una composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho que comprende las etapas de
polimerizar en masa en presencia de un caucho disuelto un monómero
aromático monovinilidénico y un monómero de nitrilo etilénicamente
insaturado, opcionalmente en presencia de un disolvente inerte,
hasta el grado deseado de conversión, y someter la mezcla
resultante a las condiciones suficientes para eliminar cualquier
monómero sin reaccionar y reticular el caucho, en el que el
componente de caucho comprende un caucho de polibutadieno
preferentemente un caucho de polibutadieno ramificado con tres o
más ramas, y un caucho de copolímero de bloques, preferentemente un
caucho copolímero de bloques de butadieno y estireno lineal, en el
que el componente de caucho tiene un contenido de polibutadieno
(PBD_{c}, por sus siglas en inglés) igual o mayor de
aproximadamente 14 por ciento en peso, sobre la base del peso de la
composición de copolímero, y el copolímero matriz tiene un peso
molecular promedio en peso (M_{w} Matriz) representado por la
fórmula: (M_{w \ Matriz}) \geq 510 - 22*PBD_{c}.
En otro aspecto más, la presente invención
implica un método de moldear o extrusionar una composición de un
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho
polimerizado en masa que comprende las etapas de: (A) preparar una
composición de un copolímero aromático monovinilidénico modificado
con caucho polimerizado en masa que comprende: (i) una fase matriz
continua que comprende un copolímero de un monómero aromático de
monovinilideno y de un monómero de nitrilo etilénicamente insaturado
y (ii) un componente de caucho dispersado como partículas separadas
de caucho en la matriz, que comprende: (a) un caucho de
polibutadieno, preferentemente un caucho de polibutadieno
ramificado, de tres o más ramas, y (b) un caucho copolímero de
bloques, en el que el componente de caucho tiene un contenido de
polibutadieno (PBD_{c}, por sus siglas en inglés) igual o mayor a
aproximadamente 14 por ciento en peso, sobre la base del peso de la
composición de copolímero y el copolímero de la matriz tiene un
peso molecular promedio en peso (M_{w \ Matriz}) representado por
la fórmula: (M_{w} M_{atriz}) \geq 510 - 22*PBD_{c} y (B)
moldear o extrusionar dicha composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho en un artículo moldeado o
extrusionado que lo tiene. Preferentemente, el artículo extruido es
una lámina o una lámina coextruida.
Todavía en otro aspecto más, la invención
implica artículos moldeados o extrusionados a partir de una
composición de un copolímero aromático monovinilidénico modificado
con caucho polimerizado en masa que comprende: (i) una fase matriz
continua que comprende un copolímero de un monómero aromático de
monovinilideno y de un monómero de nitrilo etilénicamente
insaturado y (ii) un componente de caucho dispersado como partículas
separadas de caucho en la matriz, que comprende: (a) un caucho de
polibutadieno, preferentemente un caucho de polibutadieno
ramificado, de tres o más ramas, y (b) un caucho copolímero de
bloques, en el que el componente de caucho tiene un contenido de
polibutadieno (PBD_{c}, por sus siglas en inglés) igual o mayor a
aproximadamente 14 por ciento en peso, sobre la base del peso de la
composición de copolímero y el copolímero de la matriz tiene un
peso molecular promedio en peso (M_{w \ Matriz}) representado por
la fórmula: (M_{w \ Matriz}) \geq
510-22*PBD_{c}.
Las composiciones de un copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizado en masa de la
presente invención son especialmente útiles en la preparación de
objetos moldeados, en especial piezas preparadas mediante técnicas
de moldeo por inyección, para aplicaciones tales como aparatos
electrodomésticos, juguetes, piezas de automoción, carcasas de
herramientas eléctricas, cubiertas de teléfonos, cubiertas de
ordenadores, cubiertas de copiadoras, cajas de equipos electrónicos,
etc. Además, las composiciones de un copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizado en masa de la
presente invención son especialmente útiles en la preparación de
objetos extruidos y termoformados, en particular artículos
preparados mediante técnicas de extrusión en las que se desea una
buena estética y un buen equilibrio de propiedades físicas y
mecánicas, especialmente impacto a bajas temperaturas. Por ejemplo,
aplicaciones tales como tubería extrusionada, perfiles
extrusionados, y láminas extruidas o coextruidas para ser usadas en
aplicaciones de electrodomésticos grandes, aplicaciones sanitarias,
aplicaciones en señalización, aplicaciones en equipajes, piezas de
automoción y similares.
Los copolímeros de compuesto aromático
monovinilidénico modificado con caucho adecuados empleados en la
presente invención comprenden un copolímero de un compuesto
aromático de monovinilideno y de nitrilo insaturado etilénicamente
en una matriz o fase continua y partículas de caucho dispersas en la
matriz. La matriz o fase continua de la presente invención es un
copolímero que comprende polimerizado en el mismo un monómero de un
compuesto aromático de monovinilideno y un monómero de un nitrilo
etilénicamente insaturado o un copolímero que comprende
polimerizado en el mismo un monómero de un compuesto aromático de
monovinilideno, un monómero de un nitrilo etilénicamente insaturado
y uno o más monómeros vinílicos que se pueden copolimerizar con
ellos. Según se usa en este documento, el término copolímero define
un polímero que tiene dos o más monómeros interpolimerizados. Estas
composiciones se conocen de forma genérica como SAN o de tipo SAN,
puesto que el ejemplo más común es el
poli(estireno-acrilonitrilo).
El peso molecular promedio en peso (M_{w}) del
copolímero de la matriz es, preferentemente, igual o mayor de
aproximadamente 90, preferentemente igual o mayor de 120, lo más
preferible, igual o mayor de aproximadamente 140. El promedio en
peso M_{w} del copolímero de la matriz es, preferentemente, igual
o menor de aproximadamente 300, preferentemente igual o menor de
240, más preferentemente igual o menor de aproximadamente 200 y, lo
más preferible, igual o menor de aproximadamente 175. El peso
molecular de la matriz, a menos que se indique otra cosa, es el
peso molecular promedio en peso; se mide mediante cromatografía por
permeación en gel (GPC, por sus siglas en inglés) utilizando
estándares de poliestireno de pesos moleculares estrechos, y se da
en unidades de kilogramos por mol (kg/mol).
Entre los monómeros aromáticos monovinilidénicos
se incluyen los descritos en los documentos de las patentes de EE
UU números 4.666.987, 4.572.819 y 4.585.825, si bien la lista no se
limita a ellos; dichos documentos se incorporan a éste como
referencia. Preferiblemente, el monómero tiene la fórmula:
en la que R' es hidrógeno o metilo,
Ar es una estructura de anillo aromática que tiene de 1 a 3 anillos
aromáticos con o sin sustitución alquilo, halo, o haloalquilo,
donde cualquier grupo alquilo contiene 1 a 6 átomos de carbono y
haloalquilo se refiere a un grupo alquilo sustituido con halógeno.
Preferiblemente, Ar es fenilo o alquilfenilo, donde alquilfenilo se
refiere a un grupo fenilo sustituido con alquilo, siendo fenilo el
más preferido. Entre los monómeros aromáticos monovinilidénicos se
incluyen: estireno, alfa-metilestireno, todos los
isómeros de viniltolueno, especialmente paraviniltolueno, todos los
isómeros de etilestireno, propilestireno, vinilbifenilo,
vinilnaftaleno, vinilantraceno y similares y sus
mezclas.
Típicamente, tal monómero aromático
monovinilidénico significará desde una cantidad igual o mayor de
aproximadamente 50 por ciento en peso, preferentemente desde una
cantidad igual o mayor de aproximadamente 60 por ciento en peso,
más preferentemente desde una cantidad igual o mayor de
aproximadamente 65 por ciento en peso y, lo más preferible, desde
una cantidad igual o mayor de aproximadamente 70 por ciento en peso
del peso total del copolímero de la matriz. Típicamente, tal
monómero aromático monovinilidénico constituirá menos o igual de
aproximadamente 95 por ciento en peso, preferentemente menos o igual
de aproximadamente 85 por ciento en peso, más preferentemente menos
o igual de aproximadamente 80 por ciento en peso y, lo más
preferible, menos o igual de aproximadamente 75 por ciento en peso
del peso total del copolímero de la matriz.
Entre los nitrilos insaturados se incluyen:
acrilonitrilo, metacrilonitrilo, etacrilonitrilo, fumaronitrilo y
sus mezclas, si bien las posibilidades no se limitan a ellos.
Generalmente, el nitrilo insaturado se emplea en el copolímero de
la matriz en una cantidad igual o mayor de aproximadamente 5 por
ciento en peso, preferentemente en una cantidad igual o mayor de
aproximadamente 10 por ciento en peso, más preferentemente en una
cantidad igual o mayor de aproximadamente 15 por ciento en peso y,
lo más preferible, en una cantidad igual o mayor de aproximadamente
20 por ciento en peso del peso total del copolímero de la matriz.
Generalmente, el nitrilo insaturado se emplea en el copolímero de
la matriz en una cantidad menor o igual a aproximadamente 50 por
ciento en peso, preferentemente igual o menor de aproximadamente 45
por ciento en peso, más preferentemente menor o igual a
aproximadamente 35 por ciento en peso y, lo más preferible, menor o
igual a aproximadamente 25 por ciento en peso del peso total del
copolímero de la matriz.
También se pueden incluir en el copolímero de la
matriz otros monómeros vinílicos, en forma polimerizada, incluyendo
1,3-dienos conjugados (por ejemplo, butadieno,
isopreno, etc.); ácidos monobásicos alfa o beta insaturados y
derivados de ellos (por ejemplo, ácido acrílico, ácido metacrílico,
etc, y sus correspondientes ésteres, tales como metilacrilato,
etilacrilato, n-butilacrilato, isobutilacrilato,
metilmetacrilato, etc); haluros vinílicos, tales como cloruro de
vinilo, bromuro de vinilo, etc.; cloruro de vinilideno, bromuro de
vinilideno, etc.; ésteres vinílicos como acetato de vinilo,
propionato de vinilo, etc.; ácidos y anhídridos dicarboxílicos
etilénicamente insaturados y sus derivados, tales como: ácido
maleico, ácido fumárico, anhídrido maleico, dialquilmaleatos o
fumaratos, como maleato de dimetilo, maleato de dietilo, maleato de
dibutilo, los correspondientes fumaratos,
N-fenilmaleimida, etc y similares. Estos comonómeros
adicionales se pueden incorporar a la composición de varias
maneras, incluyendo interpolimerización con copolímero de la matriz
de compuesto aromático de monovinilideno y nitrilo etilénicamente
insaturado y/o polimerización en componentes poliméricos que se
pueden combinar, por ejemplo mezclar en la matriz. Si están
presentes, la cantidad de tales comonómeros generalmente será igual
o inferior a aproximadamente 20 por ciento en peso, más
preferentemente igual o inferior a aproximadamente 10 por ciento en
peso y, lo más preferible, inferior o gual a aproximadamente 5 por
ciento en peso del peso total del copolímero matriz.
El copolímero matriz está presente en una
cantidad igual o superior a aproximadamente 40 por ciento en peso,
preferentemente igual o superior a aproximadamente 50 por ciento en
peso, más preferentemente igual o superior a aproximadamente 60 por
ciento en peso y, lo más preferible, igual o superior a
aproximadamente 75 por ciento en peso sobre la base del peso total
del copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho. El
copolímero matriz está presente en una cantidad igual o inferior a
aproximadamente 86 por ciento en peso, preferentemente igual o
inferior a aproximadamente 83 por ciento en peso y, lo más
preferible, inferior o igual a aproximadamente 80 por ciento en
peso del peso total del copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho.
Son bien conocidas en la técnica las diversas
técnicas adecuadas para producir copolímeros aromáticos
monovinilidénicos modificados con caucho. Entre los ejemplos de
estos conocidos procedimientos de polimerización se incluyen:
polimerización en masa, en disolución en masa o en suspensión en
masa, conocidos generalmente como procedimientos de polimerización
en masa. Para una buena discusión de como producir copolímeros
aromáticos monovinilidénicos modificados con caucho, véase "Modem
Styrenic Polymers" de Series In Polymer Science (Wiley), Ed. John
Scheirs y Duane Priddy, ISBN 0 471 497525. Asimismo, por ejemplo,
los documentos de las patentes de Estados Unidos 3.660.535,
3.243.481 y 4.239.863, que se incorporan en este documento como
referencias.
En general, las técnicas de polimerización en
masa en continuo se emplean provechosamente para preparar el
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho de la
presente invención. Preferentemente, la polimerización se lleva a
cabo en uno o más reactores sustancialmente lineales, de flujo
estratificado o de los llamados de "gasto tipo pistón", tales
como los que se describen en el documento de la patente de Estados
Unidos número 2.727.884, los cuales pueden comprender o no
recirculación de una parte del producto polimerizado parcialmente
o, de manera alternativa, en un reactor de cubeta agitada, en el
cual los contenidos del reactor son esencialmente uniformes por
todas partes; dicho reactor de cubeta agitada se emplea generalmente
en combinación con uno o más reactores del "tipo pistón". De
manera alternativa, para preparar el copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho de la presente invención
puede también ser adecuado un montaje de reactores en paralelo, como
se enseña en el documento de la patente EP 412801.
Las temperaturas a las cuales se lleva a cabo
más ventajosamente la polimerización dependen de diversos factores,
incluyendo el iniciador específico y el tipo y la concentración del
caucho, de los comonómeros y del diluyente de la reacción, si se
emplea alguno. En general, se emplean temperaturas de 60 a 160ºC
antes de la fase de inversión, mientras que después de la fase de
inversión se utilizan temperaturas de 100 a 190ºC. Se continúa la
polimerización en masa a tales temperaturas elevadas hasta que se
obtiene la conversión deseada de los monómeros en polímero.
Generalmente, se busca obtener porcentajes en peso de conversión de
55 a 90, preferentemente de 60 a 85, de los monómeros añadidos al
sistema de polimerización (esto es, monómero añadido en la corriente
de alimentación y en cualquier corriente adicional, incluyendo
cualquier corriente reciclada).
Tras la conversión de una cantidad deseada de
monómero en polímero, la mezcla de polimerización se somete luego a
condiciones suficientes para reticular el caucho y eliminar
cualquier monómero que quede sin reaccionar. Tales reticulado y
eliminación del monómero sin reaccionar, así como la reacción del
diluyente, si se emplea, y otros materiales volátiles, se lleva a
cabo de manera ventajosa empleando técnicas de desvolatilización
convencionales, tales como introducir la mezcla de polimerización en
una cámara de desvolatilización, vaporizar de manera instantánea el
monómero y otros productos volátiles a temperaturas elevadas, por
ejemplo de 200ºC a 300ºC, bajo vacío, y eliminarlos de la
cámara.
Alternativamente, se emplea una combinación de
técnicas de polimerización en masa y en suspensión. Utilizando
dichas técnicas, después de la inversión de fase y de la posterior
estabilización del tamaño de las partículas de caucho, el producto
polimerizado parcialmente se puede suspender, con monómeros
adicionales o sin ellos, en un medio acuoso que contiene un
iniciador polimerizado y, posteriormente, se puede completar la
polimerización. Posteriormente, el copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho se separa del medio acuoso
mediante acidificación, centrifugación o filtración. Luego, el
producto recuperado se lava con agua y se seca.
El componente de caucho de la presente invención
comprende un caucho de polibutadieno y un caucho de copolímero de
bloques. Además, el componente de caucho puede comprender otros
diversos cauchos, entre los que se incluyen cauchos de propileno y
etileno; cauchos de etileno, propileno y dieno (EPDM, por sus siglas
en inglés); cauchos de acrilato; cauchos de poliisopreno; cauchos
que contienen halógenos; interpolímeros de monómeros formadores de
caucho con otros monómeros copolimerizables y mezclas suyas.
El caucho de polibutadieno preferido es un
homopolímero de 1,3-butadieno. El caucho copolímero
de bloques preferido es un copolímero de bloques de
1,3-butadieno, con uno o más monómeros
copolimerizables, tales como monómeros aromáticos monovinilidénicos
según se describen previamente en el texto, siendo preferido el
estireno. Los copolímeros preferidos de
1,3-butadieno son cauchos de bloques o cauchos de
bloques de variación progresiva de al menos aproximadamente 15% en
peso de caucho de 1,3-butadieno, preferentemente 30
por ciento en peso de caucho de 1,3-butadieno, más
preferentemente desde aproximadamente 50 por ciento en peso, incluso
más preferentemente desde aproximadamente 70 por ciento en peso y,
lo más preferible, desde aproximadamente 90 por ciento en peso de
caucho de 1,3-butadieno y hasta un máximo de
aproximadamente 70 por ciento en peso de monómero aromático
monovinilidénico, más preferentemente hasta un máximo de
aproximadamente 50 por ciento en peso, incluso más preferentemente
hasta aproximadamente 30 por ciento en peso y, lo más preferible,
hasta aproximadamente 10 por ciento en peso de monómero aromático
monovinilidénico, pesos sobre la base del peso del copolímero de
1,3-butadieno.
Los copolímeros de bloques lineales se pueden
representar mediante una de las siguientes fórmulas generales:
S-B;
S_{1}-B-S_{2};
B_{1}-S_{1}-B_{2}-S_{2};
en las cuales S, S_{1} y S_{2}
son bloques de polímero no elástico de un monómero aromático
monovinilidénico, con pesos moleculares iguales o distintos y B, B1
y B2 son bloques de polímero elastomérico basados en un dieno
conjugado, con pesos moleculares iguales o diferentes. En estos
copolímeros de bloque lineales, los bloques de polímero no elástico
tienen un peso molecular comprendido entre 5 kg/mol y 250 kg/mol y
los bloques de polímero elastomérico tienen un peso molecular
comprendido entre 2 kg/mol y 250 kg/mol. Partes con variaciones
progresivas pueden estar presentes entre los bloques de polímeros S,
S_{1}, y S_{2} y B, B_{1} y B_{2}. En la parte con
variación progresiva, el paso entre los bloques B, B_{1}, y
B_{2} y S, S_{1} y S_{2} puede ser gradual, en el sentido de
que la proporción de monómero aromático emonovinilidénico en el
polímero de dieno aumenta progresivamente en la dirección del
bloque de polímero no elastomérico, mientras que la parte de dieno
conjugado disminuye progresivamente. El peso molecular de las
partes con variación progresiva está preferentemente entre 5 kg/mol
y 30 kg/mol. Estos copolímeros de bloque lineales se describen, por
ejemplo, en el documento de la patente de Estados Unidos número
3.265.765 y se pueden preparar mediante métodos bien conocidos en
la técnica. A menos que se establezca otra cosa, el peso molecular
del caucho es el peso molecular promedio en peso determinado
mediante GPC utilizando estándares de poliestireno de intervalo de
peso molecular estrecho y se da en kg/mol. Se dan detalles
adicionales de las características estructurales y físicas de estos
copolímeros en B.C. Allport et al. "Block Copolymers",
Applied Science Publishers Ltd.,
1973.
El caucho de polibutadieno y/o el caucho
copolímero de bloques pueden comprender al menos un caucho de dieno
funcionalizado. Entre los cauchos de dieno funcionalizados adecuados
se incluyen el homopolímero de 1,3-butadieno y
cauchos copolímeros derivados de 1,3-butadieno y un
monómero aromático vinílico. Preferentemente, el copolímero
funcionalizado es un copolímero de bloques funcionalizado en el que
el bloque producido a partir del monómero aromático
monovinilidénico es al menos 8 por ciento, sobre la base del peso
total del copolímero de bloques. Los copolímeros de bloque pueden
contener cualquier número de bloques tales como SB, SBS, SBSB,
SBSBS, SBSBSB y así sucesivamente. Preferentemente, el caucho
copolímero de bloques funcionalizado contiene al menos 8, más
preferentemente al menos 10 y, lo más preferible, al menos de 12 a
40, preferentemente a 35, más preferentemente a 30 y, lo más
preferible, a 25 por ciento en peso de bloques de compuesto
vinilaromático polimerizado, sobre la base del peso total del
copolímero de bloques. Es sabido que en la producción de tales
cauchos de bloques se produce una pequeña cantidad de variación
gradual. El caucho de dieno funcionalizado puede tener cualquier
arquitectura, tal como lineal o ramificado en estrella y una
microestructura que tenga cualquier proporción cis/trans vinílica,
siempre que el caucho de dieno funcionalizado cumpla los otros
requisitos previamente establecidos. Los cauchos de dieno
funcionalizados más preferidos son copolímeros dibloque
funcionalizados de 1,3-butadieno y estireno.
Tales cauchos se conocen ampliamente en la
técnica, así como los métodos para su producción, según se describe
en Science and Technology of Rubber (Academic Press,) Ed. James
E.Mark, Burak Erman, Frederick R.Eirich-Chapter
2.VIII pgs. 60-70.
El caucho funcionalizado contiene un mínimo de
un grupo funcional por molécula de caucho. El grupo funcional se
define como una funcionalidad que permite una polimerización
radicálica controlada. La polimerización radicálica controlada
emplea el principio del equilibrio dinámico entre los radicales
libres crecientes y las especies no reactivas o latentes, según se
describe en "Controlled/Living Radical Polymerization" (2000)
p. 2-7 ACS Symposium series, 768.
La funcionalidad incluida en el caucho
copolímero de bloques funcionalizado puede permitir la
polimerización radicálica controlada mediante varios mecanismos
distintos, entre los que se incluyen:
I) polimerización mediante radicales libres
estables, por ejemplo, polimerización mediada por nitróxido o
polimerización mediada por alquilperoxidiarilborano;
II) polimerización radicálica por trasferencia
de átomos catalizada por metales (ATRP, por sus siglas en
inglés);
III) transferencia de cadenas por fragmentación
y adición reversible (RAFT, por sus siglas en inglés); y
IV) un proceso de transferencia degenerativa
basado en un proceso de intercambio termodinámicamente neutro (en
la etapa de propagación) entre un radical creciente y una especie
latente y
otros procesos de transferencia degenerativa,
según se describe en "Chapter 1 Overview: Fundamentals of
Controlled/Living Radical Polymerization" de Controlled
Radical Polymerization por Matyjaszewski, 1998 páginas
2-30 y Handbook of Radical Polymerization,
Ed. K.Matyjaszewski, T.P. Davis (Wiley) p
383-384.
El grupo funcional se puede unir al caucho
utilizando cualquier método aceptable que coloque al menos un grupo
funcional en el esqueleto o en el final de cadena del caucho de
dieno. En una realización el grupo funcional se une al caucho a
través del final de la cadena polimérica y no se producen uniones al
azar del grupo funcional sobre la cadena del polímero de caucho,
para un máximo de dos grupos funcionales, uno a cada extremo.
Ejemplos de ello se incluyen en el documento de la patente de
Estados Unidos 5.721.320. En una realización preferida, el caucho
de dieno funcionalizado no contiene ninguna otra funcionalidad que
sea reactiva durante el proceso de polimerización radicálica
diferente de la insaturación típica presente en los cauchos de
dieno.
En una realización, el grupo funcional generará
un radical libre estable que es capaz de permitir que se produzca
una polimerización mediante radicales libres controlada. Entre los
radicales libres estables se incluyen compuestos que pueden actuar
como inhibidores de la polimerización radicálica tales como
radicales nitróxido, por ejemplo
2,2,6,6,-tetrametil-1-piperidiniloxi
(TEMPO) según se describe en los documentos de las patentes de
Estados Unidos 6.262.179 y 5.721.320, las cuales se incorporan
como referencias en este documento. Otros compuestos adecuados que
pueden generar radicales libres estables son:
2,2,6,6-tetrametil-1-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxil]-piperidina
y 3,3,8,
8,10,10-hexametil-9-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-1,5-dioxa-9-azaspiro[5.5]undecano, si bien no son los únicos.
8,10,10-hexametil-9-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-1,5-dioxa-9-azaspiro[5.5]undecano, si bien no son los únicos.
El grupo radical libre estable se define como un
sustituyente que es capaz de formar un radical libre estable tras
ser activado como se describe en el documento de la patente de
Estados Unidos 5.721.320. Otros compuestos que contienen nitroxi
se pueden encontrar en el documento de la patente de Estados Unidos
4.581.429 por Solomon et al., el cual se incorpora aquí como
referencia.
Los cauchos preferentemente empleados en la
práctica de la presente invención son aquellos polímeros y
copolímeros de bloques que presentan una temperatura de transición
de segundo orden, denominada en ocasiones temperatura de transición
vítrea (Tg), para el fragmento de dieno que no es mayor de 0ºC y
preferentemente no mayor de -20ºC, según se determina utilizando
técnicas clásicas, por ejemplo, el Método de Ensayo ASTM D
746-52 T. Tg es la temperatura o intervalo de
temperaturas a la cual (o al cual) el material polimérico presenta
un cambio abrupto en sus propiedades físicas, incluyendo, por
ejemplo, la resistencia mecánica. Tg puede determinarse mediante
calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en
inglés).
Estructuras preferidas para el caucho disperso
en el copolímero de la matriz son uno o más cauchos ramificados,
uno o más cauchos hiperramificados, uno o más cauchos lineales o
combinaciones de ellos. Un componente de caucho especialmente
preferido comprende un caucho de polibutadieno ramificado y un
caucho copolímero de bloques lineal.
Los cauchos ramificados son bien conocidos en la
técnica, así como sus métodos de preparación. Se describen cauchos
ramificados representativos y métodos de preparación de los mismos
en el documento de la patente de Gran Bretaña número 1.130.485 y en
Macromolecules, Vol. II, No. 5, pg. 8, por R. N. Young y C.
J. Fetters. Un caucho ramificado preferido es un polímero
ramificado en estrella o radial, de los denominados comúnmente
polímeros que tienen una ramificación diseñada. De manera clásica,
los cauchos ramificados en estrella se preparan utilizando un
agente de acoplamiento polifuncional o un iniciador polifuncional y
tienen tres o más segmentos de polímeros, a los que se denomina
algunas veces brazos o ramas; preferentemente tienen de tres a ocho
ramas enlazadas a un único compuesto o elemento polifuncional,
representado por la fórmula (segmento de polímero de
caucho)kQ donde, preferentemente, k es un entero de 3 a 8 y Q
es una porción de un agente de acoplamiento polifuncional.
Iniciadores polifuncionales preferidos son los compuestos aniónicos
organometálicos, en particular compuestos de litio con grupos
alquilo de 1 a 6 átomos de carbono, grupos arilo de 6 átomos de
carbono o grupos alquilarilo de 7 a 20 átomos de carbono.
Preferentemente se emplean agentes de acoplamiento orgánicos
polifuncionales y a base de estaño; más preferentemente, se emplean
agentes de acoplamiento polifuncionales a base de silicio.
Las ramas del caucho ramificado en estrella son
preferentemente uno o más cauchos de 1,3-butadieno,
más preferentemente son todos del mismo tipo del caucho de
1,3-butadieno, es decir, copolímero o copolímeros de
bloques de variación progresiva de 1,3-butadieno,
copolímero o copolímeros de bloque de 1,3-butadieno
u homopolímero u homopolímeros de bloque de
1,3-butadieno o una combinación de ellos. Un caucho
ramificado en estrella con tal estructura se puede representar
mediante la fórmula:
(1)X_{m}Y_{n}Z_{o}Q
donde X es uno o más copolímeros de
bloques de variación progresiva de 1,3-butadieno, Y
es uno o más copolímero de bloques de
1,3-butadieno y Z es uno o más homopolímeros de
1,3-butadieno; Q es una porción de un agente de
acoplamiento polifuncional y m, n, y o son enteros que valen,
independientemente, de 0 a 8 donde la suma de m + n + o es igual al
número de grupos del agente de acoplamiento polifuncional y es un
entero de valor al menos 3 a
8.
Los cauchos ramificados en estrella preferidos
están representados mediante la fórmula (1) en la cual m es igual a
cero, por ejemplo Y_{n}Z_{o}Q. Los más preferidos son los
cauchos ramificados en estrella representados mediante la fórmula
(1) en la que m es igual a cero y n y o son enteros iguales o
mayores de aproximadamente 1 y menores o iguales de aproximadamente
3 y la suma de n + o es igual a aproximadamente 4, por ejemplo
Y_{2}Z_{2}Q, Y_{1}Z_{3}Q, y Y_{3}Z_{1}Q. Incluso más
preferentemente, todas las ramas del caucho ramificado en estrella
son del mismo tipo de caucho, esto es, todos copolímeros de bloque
de variación progresiva de 1,3-butadieno, por
ejemplo X_{m}Y_{n}Z_{o}Q donde n y o son igual a cero, más
preferentemente todos copolímeros de bloque de
1,3-butadieno, por ejemplo X_{m}Y_{n}Z_{o}Q
donde m y o son iguales a cero y, lo más preferido, todos
homopolímeros de 1,3-butadieno, por ejemplo
X_{m}Y_{n}Z_{o}Q, donde m y n son iguales a cero.
Un caucho ramificado en estrella más preferido
tiene aproximadamente cuatro ramas de 1,3-butadieno
representadas mediante la fórmula X_{m}Y_{n}Z_{o}Q en la que
Z es uno o más homopolímeros de 1,3-butadieno, Q es
una mitad de un agente de acoplamiento tetrafuncional, m y n son
iguales a cero y o es igual a aproximadamente 4. Además, un caucho
ramificado en estrella más preferido tiene aproximadamente cuatro
ramas de 1,3-butadieno representadas mediante la
fórmula X_{m}Y_{n}Z_{o}Q en la que Y es un copolímero de
bloques de 1,3-butadieno y estireno, Z representa
uno o más homopolímeros de 1,3-butadieno, Q es una
mitad de una agente de acoplamiento tetrafuncional, m es igual a
cero, n es igual a aproximadamente 1 y o es igual aproximadamente 3.
Además, un caucho ramificado en estrella especialmente preferido
tiene aproximadamente seis ramas representadas mediante la fórmula
X_{m}Y_{n}Z_{o}Q en la que Y representa uno o más copolímeros
de bloques de 1,3-butadieno y estireno, Z
representa uno o más homopolímeros de 1,3-butadieno,
Q es una mitad de un agente de acoplamiento hexafuncional, m es
igual a cero y la suma de n y o es igual a aproximadamente 6.
Cuando m y/o n son distintos de cero, los
comonómeros preferidos que comprenden las ramas de copolímero de
bloques de variación gradual y/o de copolímero de bloques del caucho
ramificado en estrella son estireno y butadieno. A través de un
bloque de estireno se pueden unir al agente de acoplamiento
polifuncional las ramas de copolímeros de bloque de variación
gradual y/o las ramas de copolímero de bloques. De manera
alternativa, se pueden unir al agente de acoplamiento polifuncional
las ramas de copolímeros de bloque de variación gradual y/o las
ramas de copolímero de bloques a través de un bloque de
butadieno.
Son bien conocidos en la técnica los métodos
para preparar polímeros radiales o ramificados en estrella que
tienen ramificaciones diseñadas. Se ilustran métodos para preparar
un polímero de butadieno utilizando un agente de acoplamiento en
los documentos de las patentes de Estados Unidos 4.183.877,
4.340.690, 4.340.691 y 3.668.162, mientras que se describen métodos
para preparar un polímero de butadieno utilizando un iniciador
polifuncional en los documentos de las patentes de Estados Unidos
números 4.182.818, 4.264.749, 3.668.263 y 3.787.510, todas las
cuales se incorporan en este documento como referencias. Otros
cauchos ramificados en estrella útiles en la composición de la
presente invención son los mostrados en los documentos de las
patentes de Estados Unidos números 3.280.084 y 3.281.383, que se
incorporan en este documento como referencias.
Los cauchos lineales son bien conocidos en la
técnica, así como sus métodos de preparación. El término caucho
lineal se refiere a cadenas rectas de monómeros o comonómeros
polimerizados que incluyen caucho suelto y diacoplado en las que
uno o más segmentos poliméricos se han unido a un agente de
acoplamiento multifuncional representado mediante la fórmula
(segmento de polímero de caucho)_{k}Q, donde k es un entero
de 1 a 2. Los segmentos de polímero de caucho en un caucho lineal
diacoplado que tienen la fórmula (segmento de polímero de
caucho)_{2}Q pueden ser del mismo tipo, es decir, ambos
homopolímeros de 1,3-butadieno, más preferentemente
copolímeros de bloque de variación gradual de
1,3-butadieno y, lo más preferible, copolímeros de
bloque de 1,3-butadieno o bien pueden ser
distintos, por ejemplo, un segmento de polímero de caucho puede ser
un homopolímero de 1,3-butadieno y el otro segmento
de polímero, un copolímero de bloques de
1,3-butadieno. Preferentemente, el caucho lineal
es uno o más homopolímeros de 1,3-butadieno, más
preferentemente uno o más copolímeros de bloque de variación
gradual de 1,3-butadieno y, lo más preferible, uno o
más copolímeros de bloque de 1,3-butadieno o
combinaciones suyas. Los comonómeros preferidos que comprenden el
caucho lineal de copolímero de bloques de variación gradual y/o de
copolímero de bloques son estireno y butadieno.
De manera ventajosa, el contenido cis del caucho
de polibutadieno y del caucho de copolímero de bloques será,
independientemente, igual o menor de 75 por ciento, preferentemente
igual o menor de 55 por ciento y, lo más preferible, igual o menor
de 50 por ciento, según se determina mediante IR convencional.
El caucho de polibutadieno en el copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho de la presente
invención está presente en una cantidad igual o mayor de
aproximadamente 30 por ciento en peso, preferentemente igual o
mayor de aproximadamente 40 por ciento en peso, más preferentemente
igual o mayor de aproximadamente 45 por ciento en peso, tomando
como base el peso total de caucho en la composición del copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho. El caucho de
polibutadieno en el copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho de la presente invención está presente en una
cantidad igual o menor de aproximadamente 95 por ciento en peso,
preferentemente igual o menor de aproximadamente 90 por ciento en
peso, más preferentemente igual o menor de aproximadamente 80 por
ciento en peso y, lo más preferible, igual o menor de
aproximadamente 60 por ciento en peso, tomando como base el peso
total de caucho en la composición del copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho.
Preferentemente, el caucho de butadieno según la
presente invención tiene viscosidades en disolución relativamente
bajas (disolución en estireno al 5 por ciento en peso a 25ºC).
Preferentemente, el caucho de polibutadieno tiene una viscosidad en
disolución igual o mayor de aproximadamente 15 centipoises (cP),
preferentemente igual o mayor de aproximadamente 20 cP y, lo más
preferible, igual o mayor de aproximadamente 25 cP. El caucho de
polibutadieno de la presente invención tiene una viscosidad en
disolución igual o menor de aproximadamente 120 cP, preferentemente
igual o menor de aproximadamente 110 cP y, lo más preferible, igual
o menor de aproximadamente 100 cP.
El peso molecular del caucho de polibutadieno es
igual o mayor de aproximadamente 100, preferentemente igual o mayor
de aproximadamente 150, más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 200 y, lo más preferible, igual o mayor de
aproximadamente 240. El peso molecular del caucho ramificado es
menor o igual de aproximadamente 450, preferentemente menor o igual
de aproximadamente 400, más preferentemente menor o igual de
aproximadamente 350 y, lo más preferible, menor o igual de
aproximadamente 320. A menos que se establezca otra cosa, el peso
molecular del caucho es el peso molecular promedio en peso
determinado mediante GPC utilizando estándares de poliestireno de
intervalo de peso molecular estrecho y se da en kg/mol.
El caucho de copolímero de bloques del
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho de la
presente invención está presente en una cantidad igual o menor de
aproximadamente 70 por ciento en peso, preferentemente igual o
mayor de aproximadamente 60 por ciento en peso, más preferentemente
igual o menor de aproximadamente 55 por ciento en peso y, lo más
preferible, igual o menor de aproximadamente 53 por ciento en peso,
tomando como base el peso total de caucho en la composición del
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho. El
caucho de copolímero de bloques del copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho de la presente invención
está presente en una cantidad igual o mayor de aproximadamente 1 por
ciento en peso, preferentemente igual o mayor de aproximadamente 2
por ciento en peso, más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 3 por ciento en peso, más preferentemente igual o
mayor de aproximadamente 4 por ciento en peso, incluso más
preferentemente igual o mayor de aproximadamente 5 por ciento en
peso y, lo más preferible, igual o mayor de aproximadamente 6 por
ciento en peso, tomando como base el peso total de caucho en la
composición del copolímero aromático monovinilidénico modificado
con caucho.
El componente de caucho, que comprende el caucho
de butadieno y el caucho copolímero de bloques, en el copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho de la presente
invención, está presente en una cantidad igual o mayor de
aproximadamente 12 por ciento en peso, preferentemente igual o mayor
de aproximadamente 13 por ciento en peso, más preferentemente igual
o mayor de aproximadamente 14 por ciento en peso y, lo más
preferible, igual o mayor de aproximadamente 15 por ciento en peso,
tomando como base el peso del copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho. El componente de caucho en el copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho de la presente
invención está presente en una cantidad igual o menor de
aproximadamente 60 por ciento en peso, preferentemente igual o
menor de aproximadamente de aproximadamente 40 por ciento en peso,
más preferentemente igual o menor de aproximadamente 35 por ciento
en peso, incluso más preferentemente igual o menor de
aproximadamente 30 por ciento en peso y, lo más preferible, igual o
menor de aproximadamente 25 por ciento en peso, tomando como base
el peso del copolímero aromático monovinilidénico modificado
con
caucho.
caucho.
En una realización preferida, el componente de
caucho en la composición del copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho comprende de aproximadamente 12 por ciento en
peso a aproximadamente 20 por ciento en peso de caucho de
polibutadieno ramificado, preferentemente caucho ramificado en
estrella y desde aproximadamente 1 por ciento en peso a
aproximadamente 8 por ciento en peso de un caucho copolímero de
bloques de estireno y butadieno lineal; los porcentajes en peso
toman como base el peso de la composición del copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho.
El componente de caucho, con polímeros ocluidos
y/o injertados si están presentes, se dispersa en una fase matriz
continua en forma de partículas discretas. Preferentemente, las
partículas de caucho comprenden una distribución monomodal, una
distribución bimodal o una distribución multimodal. Según se usa en
este documento, el tamaño de partícula promedio de una partícula de
caucho se referirá al diámetro promedio en volumen. En la mayoría
de los casos, el diámetro promedio en volumen de un grupo de
partículas es el mismo que el promedio en peso. La medida del
diámetro de partículas promedio incluye generalmente el polímero
injertado a las partículas de caucho y oclusiones de polímero
dentro de las partículas. El tamaño de partículas promedio de las
partículas de caucho es igual o mayor de aproximadamente 0,1
micrómetros (\mum), preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 0,2 \mum, más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 0,3 \mum, incluso más preferentemente igual o
mayor de aproximadamente 0,4 \mum y, lo más preferible, igual o
mayor de aproximadamente 0,5 \mum. El tamaño de partículas
promedio de las partículas de caucho es igual o menor de
aproximadamente 5 \mum, preferentemente igual o menor de
aproximadamente 4 \mum, más preferentemente igual o menor de
aproximadamente 3 \mum, incluso más preferentemente igual o menor
de aproximadamente 2 \mum y, lo más preferible, igual o menor de
aproximadamente 1 \mum. La resistencia de un copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho puede disminuir
cuando el tamaño de las partículas de caucho disminuye por debajo de
0,5 \mum y cuando dicho tamaño aumenta por encima de 1,0 \mum.
Preferentemente, para obtener la máxima eficacia del polibutadieno
en lo que se refiera a resistencia al impacto a todas las
temperaturas, el copolímero aromático monovinilidénico modificado
con caucho de la presente invención tiene un tamaño de partículas de
caucho entre 0,5 \mum y 1,0 \mum.
El diámetro promedio en volumen se puede
determinar mediante el análisis de los micrográficos electrónicos
de transmisión de las composiciones que contienen las partículas,
según se describe en los ejemplos que aparecen más adelante en el
texto.
La reticulación del caucho se cuantifica
mediante el índice de absorbancia de luz (LAR, por sus siglas en
inglés). En el copolímero modificado con caucho de la presente
invención, se prefiere que las partículas de caucho tengan un
índice de absorbancia de luz preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 1, más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 1,1, incluso más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 1,4 y, lo más preferible, igual o mayor de
aproximadamente 1,7. El índice de absorbancia de luz de la fase
dispersa preferido es menor o igual de aproximadamente 5,
preferentemente menor o igual de aproximadamente 4, más
preferentemente menor o igual de aproximadamente 3, incluso más
preferentemente menor o igual de aproximadamente 2 y, lo más
preferido, menor o igual de aproximadamente 1,8. El índice de
absorbancia de luz es la relación entre la absorbancia de luz para
una suspensión de las partículas de caucho en dimetilformamida y la
absorbancia de luz para una suspensión de las partículas de caucho
en diclorometano, según se describe en los ejemplos que se presentan
más adelante en el documento.
El índice de absorbancia de luz, que es una
medida del grado de reticulación, depende de la cantidad y tipo del
iniciador de la polimerización y de la temperatura y del tiempo de
estancia en la etapa de eliminación de los componentes volátiles.
Depende también de los tipos y cantidades de los monómeros de la
matriz, del antioxidante, del agente de transferencia de cadena,
etc. Una persona conocedora de la técnica puede establecer un
índice de absorbancia de luz adecuado escogiendo las condiciones
adecuadas para el proceso de producción, siguiendo el procedimiento
de ensayo y error.
El contenido de polibutadieno (PBDc) del
componente de caucho en el copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho de la presente invención se define como el
peso total de polibutadieno presente en la composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho (por
ejemplo, para cualquier fuente de caucho, por ejemplo cauchos
ramificados, cauchos lineales, cauchos de polibutadieno, cauchos
copolímeros de bloques, cauchos funcionalizados, mezclas de ellos,
etc), (PBD_{wt}), dividido por el peso total de la composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho,
(composición_{wt}), multiplicado por 100:
PBD_{c} =
PBD_{wt}/composición_{wt}*100
Preferentemente, el contenido de polibutadieno
es una cantidad igual o mayor de aproximadamente 14 por ciento en
peso, preferentemente igual o mayor de aproximadamente 15,5 por
ciento en peso y, lo más preferible, igual o mayor de
aproximadamente 17 por ciento en peso, tomando como base el peso de
la composición de copolímero aromático monovinilidénico modificado
con caucho. Preferentemente, el contenido de polibutadieno en el
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho de la
presente invención es una cantidad igual o menor de aproximadamente
50 por ciento en peso, preferentemente igual o menor de
aproximadamente 40 por ciento en peso, más preferentemente igual o
menor de aproximadamente 30 por ciento en peso, incluso más
preferentemente igual o menor de aproximadamente 25 por ciento en
peso, y, lo más preferible, igual o menor de aproximadamente 20 por
ciento en peso, tomando como base el peso de la composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho.
En una realización preferida de la presente
invención, el peso molecular promedio en peso del copolímero de la
matriz (M_{w \ Matriz}) es, preferentemente, igual o mayor de 510
menos veintidós multiplicado por el contenido de polibutadieno
(M_{w \ Matriz} \geq510 - 22*PBD_{c}), más preferentemente
M_{w \ Matriz} 520 - 22_{*}PBD_{c} y, lo más preferible,
M_{w \ Matriz} \geq 530 - 22*PBD_{c}.
La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho de la presente invención
tiene preferentemente una velocidad de flujo de fusión (MFR, por
sus siglas en inglés), determinada en condiciones de 220ºC de
temperatura y una carga aplicada de 10 kg, igual o mayor de
aproximadamente 0,1, más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 1, más preferentemente igual o mayor de
aproximadamente 3 y, lo más preferible, igual o mayor de
aproximadamente 5 g/10 min. Generalmente, la velocidad de flujo de
fusión del copolímero modificado con caucho es igual o menor de
aproximadamente 100, preferentemente igual o menor de
aproximadamente 50, más preferentemente menor o igual de
aproximadamente 20 y, lo más preferible, igual o menor de
aproximadamente
10 g/10 min.
10 g/10 min.
La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho de la presente invención se
puede emplear en mezclas o aleaciones con otras resinas de polímeros
y/o copolímeros, por ejemplo mezclas con nilones, polisulfonas,
poliéteres, polieterimidas, polifenilenóxidos, policarbonatos y
poliésteres. Además, la composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho reivindicada puede contener
también opcionalmente uno o más aditivos de los que son
habitualmente utilizados en las composiciones de este tipo. Entre
los aditivos preferidos de este tipo se incluyen los siguientes, si
bien la lista no se limita a ellos: rellenos, reforzantes, aditivos
para resistir a la ignición, estabilizantes, colorantes,
antioxidantes, compuestos para convertir el producto en
antiestático, modificadores de impacto, aceites de silicona,
potenciadores del flujo, liberadores de molde, agentes de
nucleación, etc. Adicionalmente, se pueden usar aditivos para la
resistencia a la inflamación tales como los que se indican a
continuación (si bien no son los únicos): hidrocarburos
halogenados, oligómeros de carbonato halogenados, diglicidiléteres
halogenados, compuestos organofosforados, olefinas fluoradas, óxido
de antimonio o sales metálicas de compuestos de azufre aromáticos, o
mezclas de ellos. Además, se pueden usar compuestos que
estabilicen las composiciones de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizado en masa frente
a la degradación provocada por el calor, la luz y el oxígeno, o
combinaciones suyas, aunque no solo por ellos.
Si se emplean, tales aditivos pueden estar
presentes en cantidades de al menos aproximadamente 0,01 por ciento
en peso, preferentemente al menos aproximadamente 0,1 por ciento en
peso, más preferentemente al menos aproximadamente 1 por ciento en
peso, más preferentemente al menos aproximadamente 2 por ciento en
peso y, lo más preferible, al menos aproximadamente 5 por ciento en
peso, tomando como base el peso de la composición de copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho. Generalmente, el
aditivo está presente en una cantidad menor o igual de
aproximadamente 25 por ciento en peso, preferentemente menor o igual
de aproximadamente 20 por ciento en peso, más preferentemente menor
o igual de aproximadamente 15 por ciento en peso, más
preferentemente menor o igual de aproximadamente 12 por ciento en
peso y, lo más preferible, menor o igual de aproximadamente 10 por
ciento en peso, tomando como base el peso de la composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho.
Preferentemente, se incluye en el copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho un aditivo de bajo
peso molecular que tiene una tensión superficial inferior a 30
dinas/cm (ASTM D1331, 25ºC). En especial, se emplea un aceite de
silicona de bajo peso molecular para mejorar las propiedades de
impacto, como se describe en el documento de la patente de Estados
Unidos número 3.703.491, el cual se incorpora a esta memoria como
referencia. Preferentemente, el aceite de silicona es
polidimetilsiloxano con una viscosidad de 5 a 1000 cP,
preferentemente de 25 a 500 cP. Típicamente, la composición
contiene el aceite de silicona de bajo peso molecular en una
cantidad de 0,01 a 5,0 por ciento en peso, tomando como base el peso
de copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho,
preferentemente de 0,1 a 2,0 por ciento en peso. El efecto de tal
aceite de silicona se realza con la incorporación de otros
aditivos, tales como cera y sebo, cada uno de los cuales se
incorpora también a un nivel de 0,5 a 1,5 por ciento en peso,
tomando como base el peso de copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho. De forma alternativa, se pueden usar como
aditivos de bajo peso molecular compuestos fluorados tales como un
perfluoropoliéter o un polímero de tetrafluoroetileno. También se
pueden usar mezclas de tales aditivos.
La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho de esta invención es
termoplástica. Cuando se ablandan o se funden mediante la
aplicación de calor, las composiciones de esta invención pueden
conformarse o moldearse usando técnicas convencionales tales como
moldeo por compresión, moldeo por inyección, moldeo por inyección
asistida con gas, calandrado, conformado a vacío, termoconformado,
moldeo por soplado y/o extrusión, solas o en combinación. La
composición de copolímero aromático monovinilidénico modificado con
caucho de esta invención es ideal para conformar láminas o láminas
coextrusionadas con uno o más polímeros diferentes. Si es
coextrusionada, la lámina puede tener dos o más capas, por ejemplo,
puede haber 2, 3, 4, 5, etc. capas. Polímeros adecuados para la
coextrusión son el propio copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho rectificado/reciclado, un copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho diferente, elastómero
termoplástico (TPE), poliuretano termoplástico (TPU), vulcanizados
termoplásticos (TPV), fluoruro de polivinilideno (PVDF),
policarbonato (PC), mezclas de policarbonato con un copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho (por ejemplo,
PC/ABS), poliolefinas compatibilizadas, poliolefinas termoplásticas
(TPO), composiciones acrilato/butilacrilato (por ejemplo, película
de marca KORAD^{TM} comercializada por Spartech), siendo
preferidos el poli(metilmetacrilato) (PMMA) y el terpolímero
de acrilonitrilo, estireno y ácido acrílico (ASA).
La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho de esta invención es ideal
para conformar o moldear artículos que requieren buen rendimiento
frente al impacto a bajas temperaturas, por ejemplo según se
determina mediante el ensayo de impacto con entalla Charpy (DIN
534543). Preferentemente, los artículos conformados o moldeados
que comprenden la composición de copolímero aromático
monovinilidénicoo modificado con caucho de la presente invención
tienen un impacto con entalla Charpy a -30ºC igual o mayor de 18
kilo Joule por metro cuadrado (kJ/m^{2}), más preferentemente,
igual o mayor de 19 kJ/m^{2}, más preferentemente igual o mayor
de 20 kJ/m^{2}, incluso más preferentemente igual o mayor de 25
kJ/m^{2} y, lo más preferible, igual o mayor de aproximadamente 30
kJ/m^{2}.
Las composiciones de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizadas en masa también
se pueden conformar, tejer u obtener en forma de películas, fibras,
laminados multicapa o láminas extruidas, incluyendo láminas
revestidas, tales como láminas revestidas de plasma atmosférico, o
se pueden combinar con una o más sustancias orgánicas o
inorgánicas, en cualquier máquina adecuada para dicho propósito.
Entre algunos de los artículos fabricados se incluyen
electrodomésticos, juguetes, piezas de automóviles, tuberías
extrusionadas, perfiles y láminas para aplicaciones sanitarias.
Estas composiciones pueden usarse incluso en cubiertas de
instrumentos como herramientas eléctricas o en equipos para
tecnologías de la información como teléfonos, ordenadores,
copiadoras, etc.
Para ilustrar la práctica de esta invención,
seguidamente se ponen de manifiesto ejemplos de realizaciones
preferidas. Sin embargo, estos ejemplos no restringen de ninguna
manera el alcance de esta invención.
Las composiciones de los ejemplos 1 a 5 son
resinas de terpolímero de acrilonitrilo, butadieno y estireno
producidas en masa, en las que se disolvió el caucho en una
corriente de alimentación de estireno, acrilonitrilo, opcionalmente
acrilato de n-butilo y etilbenceno para formar una
mezcla. La mezcla se polimerizó en un proceso en continuo,
mientras se agitaba. La polimerización se produjo en un sistema de
reactores multietapas con un perfil creciente de temperaturas.
Durante el proceso de polimerización, algunos de los copolímeros que
se forman se injertan a las moléculas de caucho, mientras que otros
no se injertan y, en lugar de ello forman el copolímero matriz.
Se carga de forma continua un equipo de
polimerización en continuo compuesto de (a) tres o (b) cuatro
reactores de tipo pistón conectados en serie o (c) combinados con
un reactor en paralelo cuya alimentación se sitúa entre el segundo
y el tercer reactor del montaje lineal, donde cada reactor de tipo
pistón se divide en tres zonas de igual tamaño, cada una de las
cuales tiene un control de temperatura diferente, separado y está
equipada con un agitador, en la zona 1 (y en la primera zona del
reactor en paralelo para el montaje (c)) con una corriente de
alimentación compuesta de un componente de caucho, estireno,
acrilonitrilo y etilbenceno, a una velocidad tal que el tiempo de
estancia en el equipo sea de aproximadamente 7 horas. Se añade
1,1-di(t-butilperoxi)-ciclohexano
a la corriente de alimentación del primer reactor (y al reactor en
paralelo en el montaje(c)); se añade
n-dodecilmercaptano (nDM) (agente de transferencia
de cadena) a diferentes zonas para optimizar la distribución de
tamaños de las partículas de caucho y el peso molecular de la
matriz. La tabla 1 contiene detalles adicionales respecto de la
composición de la corriente de alimentación. Tras pasar a través de
los 3 (o 4) reactores, la mezcla de polimerización se conduce a una
etapa de separación y recuperación de monómeros utilizando un
precalentador y luego, seguido, un desvolatilizador. La resina
fundida se obtiene en forma de hebra y se corta en gránulos. Los
monómeros y el etilbenceno se reciclan y se alimentan al equipo de
polimerización.
Los intervalos de temperatura para (a) los tres
reactores son: reactor 1: (Zona 1, 104-107ºC),
(Zona 2, 106-110ºC) y (Zona 3,
108-114ºC); reactor 2: (Zona 4,
110-116ºC), (Zona 5, 110-120ºC) y
(Zona 6, 110-125ºC); y reactor 3: (Zona
7,125-140ºC), (Zona 8, 140-155ºC) y
(Zona 9, 150-165ºC).
Los gránulos se usan para preparar muestras de
ensayo en una máquina de moldeo por inyección Demag modelo D
150-452, que tiene las siguientes condiciones de
moldeo: ajustes de temperatura del tambor de 220, 230 y 240ºC;
temperatura del inyector de 250ºC; temperatura de la barra caliente
de 245ºC; temperatura del molde de 50ºC; presión de inyección: 70
bar; presiones de retención 1/2/3: 60/50/35 bar; contrapresión:
5 bar; tiempo de inyección: 10 segundos; Secuencia de presiones
1/2/3: 5/4/2 segundos; Tiempo de enfriamiento: 20 segundos y
velocidad de inyección: 18 centímetros cúbicos por segundo
(cm^{3}/s).
El contenido de la formulación, las
características del producto y las propiedades de los ejemplos 1 a 5
se dan en la tabla 1 que va más adelante en el texto. Los
porcentajes en peso se dan tomando como base el peso de la
composición de copolímero aromático monovinilidénico modificado con
caucho. En la tabla 1:
"PB" es un caucho de butadieno polimerizado
aniónicamente con 35 por ciento de cis y acoplado con componente
tetrafuncional a una estructura ramificada en estrella que tiene una
viscosidad en disolución al 5 por ciento de 25 cP, disponible como
ASAPRENE^{TM} 720 y comercializado por Asahi;
"SB-1" es un copolímero
dibloque de estireno/butadieno 30/70 con 38 por ciento cis y que
tiene una viscosidad en disolución al 5 por ciento de estireno de
25 cPoise (cP), disponible como STEREONT^{TM} 730A y
comercializado por Firestone;
"SB-2" es un copolímero
dibloque de estireno/butadieno 30/70 polimerizado aniónicamente con
41 por ciento cis y que tiene una viscosidad en disolución al 5 por
ciento de estireno de 25 cPoise (cP), disponible como
SOLPRENE^{TM} 1322 y comercializado por Dyanasol LLC;
"SB-3" es un caucho
funcionalizado que comprende un caucho copolímero de bloques de
estireno/butadieno 13/87 polimerizado aniónicamente, con 38 por
ciento cis que tiene 13,5 por ciento en peso de estireno terminado
con
8,8,10,10-Tetrametil-9-[1-(4-oxiranilmetoxi-fenil)-etoxi]-1,5-dioxi-9-aza-spiro[5.5]undecano,
que tiene una viscosidad en disolución al 5 por ciento en estireno
de 25 cP según se describe en el documento de la patente WO
02/48109.
"M_{w \ Matriz}" es el peso molecular
promedio en peso del copolímero de la matriz medido mediante
cromatografía de permeación de gel utilizando estándares de
poliestireno de peso molecular bien definido, determinaciones y un
detector de índice de refracción (RI, por sus siglas en inglés);
"M_{n \ Matriz}" es el peso molecular
promedio en número del copolímero de la matriz medido mediante
cromatografía de permeación de gel utilizando estándares de
poliestireno de peso molecular bien definido; las determinaciones se
realizaron con un detector RI UV;
"Polidispersidad" es la relación entre el
peso molecular de la matriz promedio en peso y el peso molecular de
la matriz promedio en número: M_{w \ Matriz}/ M_{n \
Matriz};
"RPS_{coulter \ counted}" es el tamaño de
partículas del caucho dado como diámetros de partícula promedio en
volumen, determinado mediante un contador Coulter;
"RPS_{LS230}" es el tamaño de partículas
del caucho dado como diámetros de partícula promedio en volumen,
determinado mediante un equipo de dispersión de luz Coulter;
"RPS_{Shimadzu}" es el tamaño de
partículas del caucho dado como diámetros de partícula promedio en
volumen, determinado mediante un equipo Shimadzu
SALD-2001;
"AN_{ftir}" es el porcentaje de
acrilonitrilo en la composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho que se mide mediante
espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier;
"PBD_{ftir}" es el contenido de
polibutadieno en la composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho que se mide mediante
espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier y se da en
porcentaje en peso, tomando como base el peso de la composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho;
"STY_{ftir}" es el contenido de estireno
en la composición de copolímero aromático monovinilidénico
modificado con caucho medido mediante espectroscopía infrarroja por
transformada de Fourier y dado en porcentaje en peso, tomando como
base el peso de la composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho; y
"LAR" es la relación de absorbancia de luz
determinada utilizando un colorímetro de exploración Brinkmann
modelo PC 800 equipado con un filtro de longitud de onda de 450 nm,
de Brinkmann Instruments Inc., Westbury, New York, o equivalente.
En un primer vial, se disuelve una muestra de 0,4 gramos (g) de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho en 40
mililitros (ml) de dimetilformamida (DMF). De este primer vial, se
toman 5 ml de la disolución de DMF resultante y se añaden a un
segundo vial que contiene 40 ml de DMF. Del primer vial, se toman 5
ml de la disolución resultante de DMF y se añaden a un tercer vial
que contiene 20 ml de diclorometano (DCM). La sonda se ajusta a
cero en DMF sola. Se determinan la absorción de la disolución de
DMF del segundo vial y la absorción de la disolución de DCM del
tercer vial. La relación de absorbancias de luz se calcula mediante
la siguiente ecuación:
LAR =
\left(\frac{\text{Absorbancia de la muestra en
DMF}}{\text{Absorbancia de la muestra en
DCM}}\right)
Se han llevado a cabo los siguientes ensayos
sobre los ejemplos 1 a 5; los resultados de estos ensayos se
muestran en la tabla 1:
Los ensayos de "fluencia a la tracción",
"elongación de rotura por tracción" y "coeficiente de
tracción" se llevaron a cabo según ISO 527-2.
Las probetas de ensayo para ensayos de tracción tipo 1 se
acondicionan a 23ºC y 50 por ciento de humedad relativa 24 horas
antes del ensayo. El ensayo se realiza a 23ºC utilizando un aparato
de ensayos mecánicos Zwick 1455;
"MFR @ 230 y 3,8 kg": en este ensayo, la
velocidad de fluencia del fundido se determina según el estándar
ISO 1133 en un plastómetro Zwick 4105 01/03 a 230ºC y con una carga
aplicada de 3,8 kg; las muestras se acondicionan a 80ºC durante 2
horas, antes del ensayo;
"MFR @ 220 y 10 kg": en este ensayo, la
velocidad de fluencia del fundido se determina según el estándar ISO
1133 en un plastómetro Zwick 4105 01/03 a 220ºC y con una carga
aplicada de 10 kg; las muestras se acondicionan a 80ºC durante 2
horas, antes del ensayo;
"Charpy con entalla_{23^{o}C}": la
resistencia al impacto se determina según DIN 53453 a 23ºC;
"Charpy con entalla_{-30^{o}C}": la
resistencia al impacto se determina según DIN 53453 a - 30ºC;
"Izod con entalla_{23^{o}C}": la
resistencia al impacto se determina según el estándar ISO 180/4A a
23ºC; y
"Brillo intrínseco": se determina mediante
brillo 60º Gardner sobre probetas preparadas a partir de muestras
moldeadas, 30 minutos después del moldeo, según ISO 2813 con un
reflectómetro "Dr. Lange RB3".
\vskip1.000000\baselineskip
Las probetas para el brillo intrínseco se
moldean en una máquina de moldeo por inyección Arburg 170 CMD
Allrounder, que tiene las siguientes condiciones de moldeo: ajustes
de temperatura del tambor de 210, 215 y 220ºC; temperatura de
inyector de 225ºC, temperatura del molde de 30ºC; presión de
inyección: 1500 bar; presión de retención: 50 bar; tiempo de
retención: 6 segundos; presión del cambio de cavidad: 200 bar;
tiempo de enfriamiento: 30 segundos; y velocidad de inyección: 10
centímetros cúbicos por segundo (cm^{3}/s).
Las dimensiones de la placa moldeada son: 64,2
mm x 30,3 mm x 2,6 mm. El brillo intrínseco se mide en el centro
de la placa sobre la superficie en la cual se mide la presión. Los
materiales se inyectan a través de un punto de inyección situado en
el medio del lado corto del molde. Durante el moldeo por inyección,
la presión de inyección cambia a presión de retención cuando la
presión de la cavidad alcanza el valor preestablecido. El
transductor de presión se sitúa a una distancia de 19,2 mm del punto
de inyección. Utilizando un valor de presión de cavidad
preestablecido, el peso de las placas moldeadas es el mismo para
materiales con diferentes características de flujo.
El pulido del molde es según el estándar
SPI-SPE1 de la Society of Plastic Engineers.
El ejemplo 6 es una lámina extrusionada sólida
de 4 mm de espesor fabricada a partir de la composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho del
ejemplo 3. Se produce en un extrusionador Reifenhauser de 70 mm que
tiene un tornillo con agujero de ventilación con una relación
longitud/diámetro (L/D) de 30. Las temperaturas del tambor aumentan
desde 180ºC en la primera zona hasta 210ºC en la última zona. La
temperatura del adaptador es aproximadamente 220ºC, la temperatura
de la boquilla de extrusión es aproximadamente de 230ºC, la
temperatura del fundido medida es aproximadamente 235ºC. La línea
está equipada con una bomba de engranajes MAAG. Los rodillos de
brillo tienen una configuración de pila hacia abajo
("down-stack") y un diámetro de 300 mm y una
anchura de rodillo de 1.200 mm. La temperatura del primer rodillo
se fija a 80ºC, la del rodillo del medio a 85ºC y la del rodillo de
abajo a 102ºC.
Se lleva a cabo un ensayo Izod con entalla según
ISO 180/1A a 23ºC (73ºF), -20ºC (-4ºF) y -40ºC (-40ºF) sobre
muestras fabricadas a partir de la lámina de 4 mm en las direcciones
paralela y perpendicular al flujo. Los valores del ensayo Izod con
entalla se dan en kJ/m^{2}; entre paréntesis se da la desviación
estándar basada en 6 muestras. Se determina la contracción sobre
lámina extrusionada de 4 mm según ISO 15015 después de calentarla a
170ºC durante 20 minutos. Los valores del ensayo Izod con entalla y
del test de contracción se dan en la Tabla 2.
Los ejemplos 7 y 8 son láminas coextrusionadas
sólidas fabricadas a partir de la composición de copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho del ejemplo 3 como
una capa de sustrato de 3,18 mm (0,125 pulgadas) situada debajo de
una capa superior de 0,31 mm (0,012 pulgadas) de PMMA (Ejemplo 7) o
ASA (Ejemplo 8). El material PMMA es SOLARKOTE^{TM}A
suministrado por Atofina Chemicals, Inc. y el ASA es LURAN^{TM}
797 de BASF Corporation. La capa sustrato se extrusiona con un
extrusionador que tiene un tornillo de diámetro 63,5 mm (2,5
pulgadas) con una relación L/D de 32. Las temperaturas a lo largo
del extrusionador del sustrato se establecen así: 220ºC en la
primera zona, 245ºC a lo largo de las otras zonas del tambor, 240ºC
en el cambiador de tornillo y la línea de transferencia y 235ºC en
las zonas de la boquilla de extrusión, de la bomba de fundido de
engranajes y del mezclador estático. La capa superior se extrusiona
con un extrusionador que tiene un tornillo de 31,75 mm de diámetro
(1,25 pulgadas). Las regulaciones de temperatura a lo largo del
extrusionador de la capa superior son: 210ºC en la primera zona,
220ºC en la segunda zona y 240ºC a lo largo del resto de tambores,
bomba de engranajes y zonas de transferencia. La capa superior y el
sustrato se combinan en un bloque múltiple y se extrusionan a
través de una boquilla plana de 355 mm (14 pulgadas).
Se lleva a cabo un ensayo Izod con entalla según
ISO 180/1A a 23ºC, -20ºC y -40ºC sobre muestras cortadas de la
lámina coextrusionada en las direcciones paralela y perpendicular al
flujo. Se miden las propiedades de flexión sobre muestras a 23ºC
según la norma ASTM D790-97, sobre muestras en las
que el lado de la capa superior estaba en compresión durante el
ensayo. La resistencia a la flexión se da en libras por pulgada
cuadrada (psi, por sus siglas en inglés) y el módulo de flexión se
da en unidades de 10^{5} psi. Los resultados del ensayo Izod con
entalla y las propiedades de flexión se dan en la tabla 3:
Claims (22)
1. Una composición de un copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa que
comprende:
- (i)
- una fase matriz continua que comprende un copolímero de un monómero aromático monovinilidénico y un monómero nitrílico etilénicamente insaturado y
- (ii)
- un componente de caucho dispersado como partículas de caucho separadas en la matriz, que comprende
- (a)
- un caucho de polibutadieno con una viscosidad en disolución al 5 por ciento en peso en estireno a 25ºC comprendida entre 15 y 120 cP y
- (b)
- un caucho copolímero de bloques de estireno y butadieno,
- en la que el componente de caucho tiene un contenido de polibutadieno (PBD_{c}) igual o mayor de aproximadamente 14 por ciento en peso, tomando como base el peso de la composición de copolímero y el copolímero matriz tiene un peso molecular promedio en peso (Mw Matriz) representado por la fórmula:
(Mw Matriz)
\geq 510 -
22*PBD_{c}.
2. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que el nitrilo etilénicamente insaturado es
de aproximadamente 10 a aproximadamente 35 por ciento en peso del
copolímero.
3. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que el monómero aromático monovinilidénico es
estireno y el monómero de nitrilo etilénicamente insaturado es
acrilonitrilo.
4. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 que comprende además un comonómero escogido entre
acrilato de n-butilo o
N-fenil-maleimida.
5. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que:
- (i)
- el copolímero está presente en una cantidad de aproximadamente 40 a 86 por ciento en peso y
- (ii)
- el componente de caucho está presente en una cantidad de aproximadamente 60 a 14 por ciento en peso,
donde los porcentajes en peso se
dan tomando como base el peso de la composición de copolímero
aromático monovinilidénico modificado con
caucho.
6. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que:
- (a)
- el caucho de polibutadieno comprende un caucho lineal, un caucho ramificado, un caucho hiperramificado o una mezcla de ellos y
- (b)
- el caucho copolímero de bloques de estireno y butadieno comprende un caucho lineal, un caucho ramificado, un caucho hiperramificado o una mezcla de ellos.
7. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que:
- (a)
- el caucho de polibutadieno es un caucho ramificado de tres o más ramas y
- (b)
- el caucho copolímero de bloques de estireno y butadieno es un caucho lineal.
8. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que el componente de caucho comprende un
caucho copolímero de bloques de butadieno y estireno
funcionalizado.
9. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 6 en la que el copolímero de bloques se funcionaliza
con
2,2,6,6,-tetrametil-1-piperidiniloxi;
2,2,6,6-tetrametil-1-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-piperidina;
o
3,3,8,8,10,10-hexametil-9-[1-(4-oxiranilmetoxifenil)-etoxi]-1,5-dioxa-9-azaspiro[5.5]undecano.
10. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 en la que las partículas de caucho tienen un tamaño
de partícula promedio de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1
micrómetro.
11. La composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 que tiene una relación de absorbancia de luz de
aproximadamente 1 a aproximadamente 3.
12. Una composición de copolímero aromático
monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa de la
reivindicación 1 que tiene una resistencia al impacto Charpy con
entalla igual o mayor de 18 kJ/m^{2} a una temperatura de
-30ºC.
13. Un método para preparar una composición de
copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho
polimerizada en masa que comprende las etapas de:
- (i)
- polimerizar mediante técnicas de polimerización en masa, en disolución en masa o en suspensión en masa, en presencia de un componente de caucho disuelto, un monómero aromático monovinilidénico y un monómero de nitrilo etilénicamente insaturado, opcionalmente en presencia de un disolvente inerte, hasta el grado de conversión deseado y
- (ii)
- someter la mezcla resultante a condiciones suficientes para eliminar cualquier monómero que no ha reaccionado y para reticular el caucho,
- en el que el monómero aromático monovinilidénico y el monómero de nitrilo etilénicamente insaturado polimerizados comprenden un copolímero de matriz y
- en el que el componente de caucho
- (a)
- comprende un caucho de polibutadieno con una viscosidad en disolución al 5 por ciento en estireno a 25ºC comprendida entre 15 y 120 cP y un caucho copolímero de bloques de estireno y butadieno y
- (b)
- tiene un contenido de polibutadieno (PBD_{c}) igual o mayor de aproximadamente 14 por ciento en peso tomando como base el peso de la composición de copolímero
- y el copolímero matriz tiene un peso molecular promedio en peso (Mw Matriz) representado mediante la fórmula: (Mw Matriz) \geq 510 - 22*PBD_{c}.
14. El método de la reivindicación 13 en el que
el monómero aromático monovinilidénico es estireno y el monómero de
nitrilo etilénicamente insaturado es acrilonitrilo.
15. El método de la reivindicación 13 en el que
el caucho de polibutadieno es un caucho ramificado con tres o más
ramas y el copolímero de bloques de butadieno y estireno, un caucho
lineal.
16. El método de la reivindicación 13 en el que
el copolímero de bloques de estireno y butadieno se funcionaliza
con
2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi;
2,2,6,6-tetrametil-1-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-piperidina;
o
3,3,8,8,10,10-hexametil-9-[1-[4-(oxiranilmetoxi)fenil]etoxi]-1,5-dioxa-9-azaspiro[5.5]undecano.
17. Un método para producir un artículo
extrusionado o moldeado a partir de una composición de copolímero
aromático monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en
masa, que comprende las etapas de:
- (A)
- preparar una composición de copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa que comprende
- i)
- una fase matriz continua que comprende un copolímero de un monómero aromático monovinilidénico y un monómero nitrilo etilénicamente insaturado y
- (ii)
- un componente de caucho dispersado como partículas de caucho separadas en la matriz, que comprende
- (a)
- un caucho de polibutadieno con una viscosidad en disolución al 5 por ciento en peso en estireno a 25ºC comprendida entre 15 y 120 cP y
- (b)
- un copolímero de bloques de estireno y butadieno,
- en la que el componente de caucho tiene un contenido de polibutadieno (PBD_{c}) igual o mayor de aproximadamente 14 por ciento en peso, tomando como base el peso de la composición de copolímero y el copolímero matriz tiene un peso molecular promedio en peso (Mw Matriz) representado por la fórmula:
(Mw Matriz)
\geq
510-22*PBD_{c},
y
- (B)
- moldear o extrusionar dicha composición de copolímero aromático monovinilidénico modificado con caucho polimerizada en masa en un artículo moldeado o extrusionado que la contiene.
18. El método de la reivindicación 17 en el que
el artículo moldeado o extrusionado es una lámina o una lámina
coextrusionada con otro polímero.
19. El método de la reivindicación 18 en e que
el otro polímero es PMMA o ASA.
20. El método de la reivindicación 17 en el que
el artículo moldeado o extrusionado es un electrodoméstico, un
juguete, una pieza de automóvil, una tubería extrusionada, un perfil
extrusionado, una lámina, una pieza para uso sanitario, una
cubierta o carcasa de una herramienta eléctrica, una carcasa de un
teléfono, una carcasa de un ordenador, elementos de señalización,
maletas, o carcasas o cubiertas de copiadoras.
21. La composición de la reivindicación 1 en
forma de un artículo moldeado o extrusionado.
22. El artículo moldeado o extrusionado de la
reivindicación 21 es un electrodoméstico, un juguete, una pieza de
automóvil, una tubería extrusionada, un perfil extrusionado, una
lámina, una pieza para uso sanitario, una carcasa de una
herramientas eléctricas, una carcasa de teléfono, una carcasa de un
ordenador o una carcasa o cubierta de una copiadora.
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