ES2324172T3 - Polietileno con carga mineral para revestimientos internos. - Google Patents

Abstract

El uso de polietileno (PE) bimodal con carga mineral para la fabricación de revestimientos internos de frigoríficos y congeladores con aislamiento de espuma.

Description

Polietileno con carga mineral para revestimientos internos.

La presente invención se refiere al uso de un polietileno (PE) bimodal con carga mineral para la fabricación de revestimientos internos de frigoríficos y congeladores con aislamiento de espuma.

Campo de la invención

Se conoce la preparación de revestimientos internos de armarios de frigoríficos y congeladores domésticos mediante el uso de poliestireno (PS), mezclas de PS con otros polímeros o materiales de PS recubiertos. La capa aislante de dichos dispositivos generalmente consiste en espuma de poliuretano (PU) que rellena el espacio entre su revestimiento interno y su carcasa. Para garantizar la buena adherencia de la espuma, generalmente es necesaria la modificación de superficie del material de cubierta.

El documento DE-A-19712140 describe un método para producir un armario de un frigorífico o congelador, estando sus cubiertas interna y externa termorformadas a partir de una sola lámina de material por la que se proporciona una transición sin costura entre la cubierta interna y externa. El material es una placa coextruída que consiste en una capa de poliestireno cubierta con una capa fabricada a partir de una mezcla de poliestireno-polietileno.

Dichos materiales basados en poliestireno proporcionan una buena termoformabilidad, un bajo factor de contracción y una buena resistencia al rayado, así como buenas propiedades de brillo, pero son propensos al agrietamiento por tensión ambiental. El agrietamiento por tensión ambiental (ESC) es el agrietamiento prematuro de un material polimérico debido a la acción combinada de tensión y un fluido. La necesidad de limpieza regular de un compartimento interno de un frigorífico conduce al deterioro del revestimiento interno por ESC, ya que los detergentes provocan el cuarteamiento del material y el plastificado del disolvente. Las áreas alrededor de los orificios de los revestimientos internos, que son necesarios para el proceso de formación de espuma para permitir el escape de propulsores, son más susceptibles al ESC ya que ofrecen a los fluidos y detergentes la oportunidad de entrar en la capa aislante y atacar ambas superficies del material de revestimiento.

En el transcurso del termoformado de revestimientos internos, deben calentarse bastante uniformemente grandes partes, un procedimiento que requiere una amplia ventana de procesamiento del material para minimizar la producción de residuos. Hasta el momento, el PE no es adecuado para el termoformado de revestimientos internos, ya que el material tiene una estrecha ventana de procesamiento, que es técnicamente difícil de proporcionar para partes de las dimensiones necesarias. Inesperadamente, se descubrió que el PE, si es un PE bimodal y con carga mineral, puede usarse para la fabricación de revestimientos internos de frigoríficos y congeladores con aislamiento de espuma. Dicho PE bimodal con carga mineral puede procesarse, debido a su amplia ventana de procesamiento, usando el mismo equipo que el usado para la producción de revestimientos basados en poliestireno. No muestra ESC y tiene una adherencia excelente a la espuma de PU. Los revestimientos internos muestran una baja contracción, buena resistencia al rayado y buenas propiedades de brillo, además de no mostrar blanqueo por tensión ni aparición de rayas cuando se colorean.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención es el uso de polietileno (PE) bimodal con carga mineral para la fabricación de revestimientos internos de frigoríficos y congeladores con aislamiento de espuma.

Descripción detallada de la invención

El PE bimodal tiene un peso molecular promedio en peso M_{W} de 90.000 a 450.000 g/mol, preferiblemente de 150.000 a 400.000 g/mol, y una distribución de pesos moleculares MWD, que se define como la proporción del peso molecular promedio en peso M_{W} con respecto al peso molecular promedio en número M_{n}, de 5 a 40, preferiblemente de 7 a 30, un índice de fluidez MFR_{2} en el intervalo de 0,05 a 4,0 g/10 min, preferiblemente de 0,1 a 0,8 g/10 min, un índice de fluidez MFR_{21} de 7 a 200 g/10 min, preferiblemente de 15 a 70 g/10 min, una proporción de flujo FFR_{21/2}, que se define como la proporción de MFR_{21} con respecto a MFR_{2}, de 40 a 180, preferiblemente de 60 a 120, una densidad de 912 a 960 kg/m^{3}, preferiblemente de 918 a 955 kg/m^{3}, y un contenido de comonómero del 0,5-20% en peso. El MFR_{2} se mide a 190ºC usando un peso de 2,16 kg, el MFR_{21} se mide a 190ºC usando un peso de 21,6 kg, de acuerdo con la norma ISO 1133.

El PE bimodal es un polietileno que contiene una fracción de peso molecular relativamente alto y una fracción de peso molecular relativamente bajo. Comprende del 30 al 70% en peso, preferiblemente del 35 al 55% en peso, basado en el peso del PE bimodal, de un compuesto de bajo peso molecular, y del 70 al 30% en peso, preferiblemente del 65 al 45% en peso, basado en el peso del PE bimodal, de un componente de alto peso molecular.

El componente de bajo peso molecular tiene un MFR_{2} de 10 a 1000, preferiblemente de 50 a 500 g/10 min, mas preferiblemente de 100 a 400 g/10 min. El componente de bajo peso molecular puede ser un homopolímero de PE, que tiene una densidad superior a 965 kg/m^{3}, preferiblemente superior a 970 kg/m^{3}. Siendo un copolímero de PE, su densidad es superior a 930 kg/m^{3}, preferiblemente superior a 940 kg/m^{3}. El contenido de comonómero del copolímero de PE es del 0,5 al 10% en peso, preferiblemente del 0,8 al 5% en peso, basado en el peso del componente de bajo peso molecular. Los comonómeros pueden ser alfa-olefinas C_{3}-C_{8}, tales como 1-propeno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno y 1-octeno, prefiriéndose 1-buteno o 1-hexeno. El peso molecular del componente de alto peso molecular es superior al del componente de bajo peso molecular y contiene más comonómeros que el componente de bajo peso molecular. Tiene un peso molecular y contenido de comonómero que a un reparto dado de los componentes, la composición de polietileno bimodal tiene el índice de fusión y la densidad deseados y un contenido de comonómero total del 0,5 al 20% en peso, basado en el peso del PE bimodal. Los comonómeros del componente de alto peso molecular pueden ser alfa-olefinas C_{3}-C_{8}, tales como 1-propeno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno y 1-octeno, prefiriéndose 1-buteno o 1-hexeno. El PE bimodal para fabricar revestimientos internos tiene una carga mineral. Las cargas minerales son sustancias sólidas en forma de polvo fino, siendo por ejemplo caolín, wollastonita, hidróxido de magnesio, tiza, diferentes arcillas, talco, sílice, sulfato de bario, mica, etc. Entre estas cargas se prefieren especialmente talco y tiza. Puede usarse cualquier tipo de talco, incluyendo talco compactado. El tamaño de partícula puede variar en gran medida entre 0,01 \mum y 70 \mum, siendo normalmente de aproximadamente 20 \mum. La cantidad de cargas varía del 10 al 60% en peso, siendo preferiblemente el límite inferior del 20% en peso, siendo más preferiblemente del 30% en peso, y siendo el límite superior preferido del 50% en peso, en base al peso del PE bimodal con carga mineral.

La composición de polietileno bimodal puede producirse por cualquiera de los métodos para la producción de polietileno bimodal, por ejemplo, in situ, polimerizando o copolimerizando etileno en una cascada de reactores formada por al menos un primer reactor y un segundo reactor en presencia de un catalizador de polimerización. Por ejemplo, la cascada de reactores puede ser un reactor de bucle y un reactor en fase gas posterior, o puede ser una cascada de reactores de tanque de suspensión. Después de recoger el polímero del reactor y de eliminar del mismo los residuos de hidrocarburos, se prepara el compuesto de polímero y se extruye en gránulos.

Pueden añadirse diversos tipos de aditivos como agentes de deslizamiento, estabilizadores, colorantes, estabilizadores del procesamiento, antioxidantes primarios y secundarios, agentes de acoplamiento y desactivadores de metales. La preparación del compuesto puede hacerse con dispositivos como mezcladoras internas o extrusoras de un solo y de doble tornillo, prefiriéndose esta última. Puede ser de tipo co-rotativa, como las producidas por Japan Steel Works, que tienen una denominación JSW CIM-P, por ejemplo, CIM90P, que tiene un diámetro de tornillo de 90 mm. Se prefiere especialmente usar una extrusora de doble tornillo contra-rotativa. La carga particulada puede añadirse a la composición de PE bimodal en esta fase de extrusión o en una etapa distinta o directamente después de la etapa de polimerización.

La expresión "revestimiento interno" comprende el compartimiento interno de frigoríficos, así como el revestimiento de la puerta. Para la producción del revestimiento interno el compuesto obtenido de esta manera se moldea por extrusión o se lamina en láminas. Si se desean características adicionales como condiciones de superficie, brillo o efectos de superficie especiales para el lado que va a estar orientado hacia el compartimento interior del frigorífico, pueden coextruirse recubrimientos que confieran tales características. Como el lado orientado hacia la espuma muestra una adherencia excelente a espuma de PU, no es necesaria ninguna otra modificación de superficie o recubrimiento. Las láminas tienen un espesor de 100 a 5000 \mum, preferiblemente de 250 a 4500 \mum y, más preferiblemente, de 1000 a 4000 \mum. Las placas para el termoformado se dimensionan en espesor y/o en tamaño para proporcionar un espesor de revestimiento después del termoformado de 300 a 1000 \mum, preferiblemente de 500 a 900 \mum.

Puede usarse el mismo equipo que en la producción de revestimientos basados en poliestireno debido a los parámetros de procesamiento similares de los polietilenos bimodales con carga mineral. El revestimiento interno puede producirse en una amplia ventana de procesamiento, siendo una ventaja adicional. El tamaño de la ventana depende de la naturaleza del polímero empleado, la naturaleza de la carga mineral, el tiempo de procesamiento y el tipo de equipo. Normalmente la ventana de procesamiento es de 30ºC, pero también puede ser más amplia. Los revestimientos se producen mediante termoformado por estirado al vacío.

Ejemplos

A partir de las composiciones 1-5 se fabricaron láminas y se termoformaron en una máquina de termoformado de estación única Keifel o de dos estaciones Keifel para producir revestimientos internos.

La herramienta de revestimiento interno estaba hecha de aluminio. Se controló la temperatura del agua de la herramienta, ajustada la temperatura del agua de la herramienta a 85ºC. La temperatura del aceite del molde se ajustó a 110ºC. El patrón térmico consistía en un ajuste inicial de distribución térmica uniforme con un calentamiento extra del 10% en el área del reborde. Los ajustes de válvulas eran: 50% de vacío, apertura de aire al 40%.

Para obtener diferentes composiciones, se preparó el compuesto de PE bimodal con diferentes tipos y cantidades de cargas y aditivos. El PE bimodal tenía un peso molecular promedio en peso M_{W} de 230000, una distribución de pesos moleculares M_{W}/M_{n} de 18, un índice de fluidez MFR_{2} de 0,2 g/10 min, un índice de fluidez MFR_{21} de 20 g/10 min y una densidad de 931 kg/m^{3}.

Composición 1: PE bimodal que contiene el 30% en peso de talco.

Composición 2: PE bimodal que contiene el 35% en peso de talco así como estabilizadores.

Composición 3: PE bimodal que contiene el 40% en peso de tiza, así como estabilizadores.

Composición 4: PE bimodal que contiene el 35% en peso de talco, así como el 0,1% de agente de deslizamiento, el 3,5% en peso de mezcla madre de color blanco y estabilizadores.

En los siguientes ejemplos, se moldearon diversas composiciones para revestimientos internos.

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Ejemplo 1

Termoformado de revestimientos internos de un compartimento interno de un frigorífico

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TABLA 1 Condiciones de termoformado y propiedades de revestimientos internos termoformados

1

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Los revestimientos internos obtenidos de acuerdo con la Tabla 1 mostraron que no había formación de orificios, formas definidas de rebordes, desmoldeo sencillo sin blanqueo por tensión en las áreas de presión y sin formación de rebabas, y se aprobaron.

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Ejemplo 2

A partir de láminas fabricadas con la Composición 4 se termoformó un revestimiento interno de una puerta de frigorífico en una máquina de termoformado de dos estaciones Keifel. La temperatura a diferentes posiciones de la placa estaba entre 140 y 165ºC. El termoformado de la placa dio como resultado un revestimiento interno sin orificios, con una forma definida de rebordes y sin formación de rebabas, siendo posible un desmoldeo sencillo sin blanqueo por tensión en las áreas de presión.

Claims (12)

1. El uso de polietileno (PE) bimodal con carga mineral para la fabricación de revestimientos internos de frigoríficos y congeladores con aislamiento de espuma.

2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el polietileno (PE) bimodal tiene un peso molecular promedio en peso M_{W} de 90.000 a 450.000 g/mol, una distribución de pesos moleculares M_{W}/M_{n} de 5 a 40, un índice de fluidez MFR_{2} de 0,05 a 4,0 g/10 min, un índice de fluidez MFR_{21} de 7 a 200 g/10 min, una proporción de flujo FFR_{21/2} de 40 a 180 y una densidad de 912 a 960 kg/m^{3}.

3. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el PE bimodal comprende

(i)

del 30 al 70% en peso, basado en el peso del PE bimodal, de un componente de bajo peso molecular que tiene un MFR_{2} de 10 a 1.000 y una densidad superior a 930 kg/m^{3}, y

(ii)

del 70 al 30% en peso, basado en el peso del PE bimodal, de un componente de alto peso molecular que es un copolímero de PE que tiene un peso molecular y un contenido de comonómero tal que a un reparto dado de los componentes, el polietileno bimodal tiene el índice de fusión y la densidad deseados.

4. El uso de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el componente de bajo peso molecular es un homopolímero de PE que tiene un índice de fluidez MFR_{2} de 100 a 500 g/10 min y una densidad superior a 965 kg/m^{3}.

5. El uso de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el componente de bajo peso molecular es un copolímero de PE que tiene un MFR_{2} de 10 a 1000.

6. El uso de acuerdo con la reivindicación 3 y/o la reivindicación 5, caracterizado por que el copolímero de PE tiene alfa-olefina C_{3}-C_{8} como comonómero.

7. El uso de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el comonómero de alfa-olefina C_{3}-C_{8} está presente en una cantidad del 0,5% en peso al 20% en peso, basado en el peso del PE bimodal.

8. El uso de acuerdo con la reivindicación 3 y/o la reivindicación 5, caracterizado por que el copolímero de PE tiene 1-buteno como comonómero.

9. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la carga mineral se selecciona del grupo que consiste en caolín, wollastonita, hidróxido de magnesio, tiza, diferentes arcillas, talco, sílice, sulfato de bario y mica.

10. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la carga mineral es talco o tiza.

11. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de la carga mineral es del 10 al 60% en peso, preferiblemente del 20 al 50% en peso, basado en el peso del PE bimodal con carga mineral.

12. Revestimientos internos para frigoríficos y congeladores con aislamiento de espuma, caracterizados por que comprenden un polietileno bimodal con carga mineral.