ES2911423T3 - Artículos moldeados por inyección que contiene silicatos con modificación superficial - Google Patents
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Abstract
Artículo moldeado por inyección que contiene: i) 27 a 87 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster constituido por ácidos dicarboxílicos alifáticos y dioles alifáticos; ii) 3 a 15 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster alifático-aromático que contiene: ii-a) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de un ácido dicarboxílico C6-C18; ii-b) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de ácido tereftálico; ii-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de 1,3 propanodiol o 1,4-butanodiol; ii-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes ii-a a ii-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación; iii) 0 a 35 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico; iv) 10 a 35 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de por lo menos un caolín modificado superficialmente.
Description
DESCRIPCIÓN
Artículos moldeados por inyección que contiene silicatos con modificación superficial
La presente invención se refiere a un artículo moldeado por inyección que contiene:
i) 27 a 87 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster eonstituido por ácidos dicarboxílicos alifáticos y dioles alifáticos;
ii) 3 a 15 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster alifático-aromático que contiene: ii-a) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de un ácido dicarboxílico C6-C18;
ii-b) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de ácido tereftálico;
ii-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de 1,3 propanodiol o 1,4-butanodiol;
ii-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes ii-a a ii-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación;
iii) 0 a 35 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico;
iv) 10 a 35 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de por lo menos un caolín con modificación superficial. A partir del documento WO2015/169660 se conocen artículos moldeados por inyección que contienen talco sin modificación superficial. Estos artículos moldeados por inyección no pueden satisfacer completamente respecto a su resistencia al choque en la probeta entallada y el módulo de Young, para elevada exigencia mecánica.
Con ello, fue objetivo de la presente invención suministrar artículos moldeados por inyección que no exhiban las desventajas mencionadas anteriormente. En particular, el objetivo fue fabricar un artículo moldeado por inyección con mayor resistencia al choque en la probeta entallada y un mayor módulo de Young.
De modo sorprendente, el objetivo es alcanzado mediante artículos moldeados por inyección que contienen:
i) 27 a 87 % en peso, preferiblemente 40 a 75 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster constituido por ácidos dicarboxílicos alifáticos y dioles alifáticos;
ii) 3 a 15 % en peso, preferiblemente 5 a 10 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster alifático-aromático que contiene:
ii-a) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de un ácido dicarboxílico C6-C18;
ii-b) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de ácido tereftálico;
ii-c) 98 a 100 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de 1,3-propanodiol o 1,4-butanodiol;
ii-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes ii-a a ii-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación;
iii) 0 a 35 % en peso, preferiblemente 0 a 25 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico;
iv) 10 a 35 % en peso, preferiblemente 15 a 30 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de por lo menos un caolín con modificación superficial.
En particular se prefieren artículos moldeados por inyección que contienen:
i) 27 a 85 % en peso, preferiblemente 30 a 65 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster degradable biológicamente, que contiene:
i-a) 90 a 100 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de ácido succínico;
i-b) 0 a 10 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de uno o varios ácidos dicarboxílicos C6-C20;
i-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de 1,3-propanodiol o 1,4-butanodiol;
i-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes i-a a i-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación;
ii) 3 a 15 % en peso, preferiblemente 5 a 10 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster alifático-aromático, que contiene:
ii-a) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de un ácido dicarboxílico C6-C18;
ii-b) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de ácido tereftálico;
ii-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de 1,3-propanodiol o 1,4-butanodiol;
ii-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes ii-a a ii-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación;
iii) 0 a 35 % en peso, preferiblemente 10 a 30 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico;
iv) 10 a 35 % en peso, preferiblemente 18 a 30 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de por lo menos un caolín con modificación superficial.
Los artículos moldeados por inyección de acuerdo con la invención exhiben, pese al bajo contenido de ácido poliláctico o pese a prescindir completamente de ácido poliláctico, un sorprendentemente elevado módulo de Young; o, a pesar del contenido de ácido poliláctico, exhiben una buena resistencia al choque en la probeta entallada.
A continuación se describe la invención en más detalle.
Se entienden por componente i los poliésteres constituidos por ácidos dicarboxílicos alifáticos y dioles alifáticos.
Como ácidos dicarboxílicos son adecuados diácidos C2-C30 alifáticos o mezclas de ellos o diácidos C6 -C14 aromáticos o mezclas de ellos. Los ácidos dicarboxílicos representan por regla general más de 50, preferiblemente más de 70 % molar, y en particular preferiblemente más de 99 % molar de las unidades ácido que se repiten.
A modo de ejemplo, bajo ácidos dicarboxílicos C2-C30 alifáticos se mencionan: ácido oxalico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido 2-metilglutárico, ácido 3-metilglutárico, ácido a-cetoglutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido brasílico, ácido fumárico, ácido 2,2-dimetilglutárico, ácido subérico (ácido subérico), ácido diglicólico, ácido oxalacético, ácido glutámico, ácido asparágico, ácido itacónico y ácido maleico. Al respecto, pueden usarse los ácidos dicarboxílicos o sus derivados que forman éster, individualmente o como mezcla de dos o más de ellos.
Se usan preferiblemente ácido succínico, ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido brasílico o sus respectivos derivados que forman éster o mezclas de ellos. De modo particular se prefieren ácido succínico, ácido adípico o ácido sebácico o sus respectivos derivados que forman éster o mezclas de ellos. El ácido succínico, ácido azelaico, ácido sebácico y ácido brasílico tienen además como ventaja que son fácilmente accesibles a partir de materias primas renovables.
Se entienden por ácidos dicarboxílicos C6-C14 aromáticos, por regla general ácido naftaleno-1,6-dicarboxílico, ácido naftaleno-2,5-dicarboxílico, ácido ftálico, ácido isoftálico y en particular se prefieren ácido tereftálico o ácido 2,5-furanodicarboxílico, que así mismo es accesible a partir de materias primas renovables.
Se entienden por derivados que forman éster de los ácidos dicarboxílicos alifáticos o aromáticos, sus alquil C1-C6 ésteres, en los que se prefieren particularmente los metil- y etil ésteres de los ácidos dicarboxílicos.
Como dioles entran en consideración dioles C2-C18 alifáticos como etilenglicol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1,2-butanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 2,4-dimetil-2-etilhexano-1,3-diol, 2,2-dimetil-1,3-propanodiol, 2-etil-2-butil-1.3- propanodiol, 2-etil-2-isobutil-1,3-propanodiol y 2,2,4-trimetil-1,6-hexanodiol, en los que se prefieren etilenglicol, 1.3- propanodiol, 1,4-butanodiol y 2,2-dimetil- 1,3-propanodiol (neopentilglicol). Estos últimos tienen además como ventaja que son accesibles a partir de materias primas renovables. También pueden usarse mezclas de diferentes alcanodioles.
Como dioles entran en consideración también dioles C6-C18 cicloalifáticos como 1,4-ciclohexanodimetanol (cis/trans), 1.4- di(hidroximetil)ciclohexano o 2,5-tetrahidrofuranodimetanol, en los que se prefiere 1,4-ciclohexanodimetanol.
Bajo los poliésteres i-A alifáticos se entienden poliésteres de dioles alifáticos y ácidos dicarboxílicos alifáticos como polibutilensuccinato (PBS), polibutilenadipato (PBA), polibutilensuccinato-coadipato (PBSA), polibutilensuccinatocosebacato (PBSSe), polibutilensebacato (PBSe) o los correspondientes poliesteramidas o poliesteruretanos. Los poliésteres alifáticos son comercializados por ejemplo por las compañías Showa Highpolymers bajo el nombre Bionolle y por Mitsubishi bajo el nombre GSPIa. En el documento WO 2010/034711 se describen los desarrollos más recientes.
Se prefieren poliésteres i alifáticos que contienen los siguientes componentes:
i-a) 90 a 100 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de ácido succínico;
i-b) 0 a 10 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de uno o varios ácidos dicarboxílicos C6-C20 y en particular ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico o ácido brasílico;
i-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de 1,3 propanodiol o 1,4-butanodiol;
i- d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes i-a a i-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación.
Los poliésteres alifáticos preferidos son polibutilensuccinato-cosebacato (PBSSe), polibutilensuccinato-coadipato (PBSA) y en particular se prefiere polibutilensuccinato (PBS).
Por regla general, los poliésteres i-a a i-d (A1) contienen de 0 a 2 % en peso, preferiblemente 0,05 a 1,0 % en peso y en particular preferiblemente 0,1 a 0,3 % en peso, referido al peso total del poliéster A1, de un agente de ramificación y/o 0,1 a 1,0 % en peso, referido al peso total del poliéster A1, de un agente de alargamiento de cadena. El agente de ramificación es preferiblemente por lo menos un alcohol trifuncional o un ácido carboxílico por lo menos trifuncional. Como agentes de alargamiento de cadena entran en consideración en particular isocianatos difuncionales, isocianuratos, oxazolinas, anhídridos de ácido carboxílico o epóxidos.
Los agentes de ramificación particularmente preferidos tienen de tres a seis grupos funcionales. A modo de ejemplo se mencionan: ácido tartárico, ácido cítrico, ácido málico; trimetilolpropano, trimetiloletano; pentaeritritol; polietertrioles y glicerina, ácido trimésico, ácido trimelítico, anhídrido trimelítico, ácido piromelítico y dianhídrido piromelítico. Se prefieren polioles como trimetilolpropano, pentaeritritol y en particular glicerina. Mediante los componentes se construyen poliésteres degradables biológicamente, con una viscosidad estructural. Los poliésteres degradables biológicamente se dejan procesar fácilmente.
En el marco de la presente invención, como agentes de alargamiento de cadena se entienden por diisocianatos, sobre todo alquilendiisocianatos lineales o ramificados o cicloalquilendiisocianatos con 2 a 20 átomos de carbono, preferiblemente 3 a 12 átomos de carbono, por ejemplo 1,6-hexametilendiisocianato, isoforondiisocianato o metilenbis(4-isocianatociclohexano). Los diisocianatos alifáticos preferidos particularmente son isoforondiisocianato y en particular 1,6-hexametilendiisocianato.
Bajo epóxidos polifuncionales se entienden como agentes de alargamiento de cadena, en particular un copolímero que tiene grupos epóxido, a base de estireno, ésteres de ácido acrílico y/o ésteres de ácido metacrílico. Las unidades que portan grupos epóxido son preferiblemente glicidil(met)acrilato. Han probado ser ventajosos los copolímeros con una proporción de glicidilmetacrilato de más de 20, de modo particular preferiblemente más de 30 y en particular preferiblemente más de 50 % en peso del copolímero. El peso equivalente de epóxido (EEW) en estos polímeros es preferiblemente 150 a 3000 y en particular preferiblemente 200 a 500 g/equivalente. El promedio de peso molecular (promedio ponderado) Mw de los polímeros es preferiblemente 2000 a 25.000, en particular 3000 a 8.000. El promedio de peso molecular (promedio aritmético) Mn de los polímeros es preferiblemente 400 a 6.000, en particular 1000 a 4.000. La polidispersidad (Q) está en general entre 1.5 y 5. Los copolímeros que tienen grupos epóxido del tipo anterior son distribuidos por ejemplo por la compañía BASF Resins B.V. bajo la marca Joncryl® ADR. Como agente de alargamiento de cadena es particularmente adecuado por ejemplo Joncryl® ADR 4368.
Por regla general, tiene sentido añadir a la polimerización los compuestos que forman ramificación (por lo menos trifuncionales) en un momento temprano.
Los poliésteres i exhiben por regla general un promedio aritmético de peso molecular (Mn) en el intervalo de 5000 a 100000, en particular en el intervalo de 10000 a 75000 g/mol, preferiblemente en el intervalo de 15000 a 38000 g/mol, un promedio ponderado de peso molecular (Mw) de 30000 a 300000, preferiblemente 60000 a 200000 g/mol y una relación Mw/Mn de 1 a 6, preferiblemente 2 a 4. El índice de viscosidad de acuerdo con ISO 1628-5 (medido en solución de 0,05 g/ml de fenol/o-diclorobenceno (1:1)) está entre 30 y 450, preferiblemente de 100 a 400 ml/g (medida en o-diclorobenceno/fenol (relación en peso 50/50). El punto de fusión está en el intervalo de 85 a 130, preferiblemente en el intervalo de 95 a 120 °C.
Bajo poliésteres ii alifáticos-aromáticos, se entienden poliésteres lineales, de cadena alargada, y dado el caso, ramificados y de cadena alargada, como se describen por ejemplo en el documento WO 96/15173 a 15176 o en el documento Wo 98/12242, sobre los cuales se hace referencia expresa. Así mismo, entran en consideración mezclas de diferentes poliésteres parcialmente aromáticos. Los más recientes desarrollos interesantes se basan en materias primas renovables (véase el documento WO2010/034689). En particular, bajo poliésteres ii se entienden productos como ecoflex® (Ba Sf SE).
Entre los poliésteres ii preferidos se cuentan poliésteres, que como componentes esenciales contienen:
ii- a) 30 a 70 % molar, preferiblemente 40 a 60 y en particular preferiblemente 50 a 60 % molar, referido a los componentes ii-a) a ii-b), de un ácido dicarboxílico alifático o mezclas de ellos, preferiblemente como se cita a continuación: ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico y ácido brasílico,
ii-b) 30 a 70 % molar, preferiblemente 40 a 60 y en particular preferiblemente 40 a 50 % molar, referido a los componentes ii-a) y ii-b), de un ácido dicarboxílico aromático o mezclas de ellos, preferiblemente como se cita a continuación: ácido tereftálico,
ii-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes ii-a) a ii-b), de 1,4-butanodiol y 1,3-propanodiol; y ii-d) 0 a 1 % en peso, preferiblemente 0,1 a 0,2 % en peso, referido a los componentes ii-a) a ii-c), de un agente de alargamiento de cadena, en particular un isocianato di- o polifuncional, preferiblemente hexametilendiisocianato y dado el caso un agente de ramificación, preferiblemente: trimetilolpropano, pentaeritritol y en particular glicerina.
Como diácidos alifáticos y los correspondientes derivados ii-a entran en consideración en general aquellos con 6 a 20 átomos de carbono, preferiblemente 6 a 10 átomos de carbono. Ellos pueden ser tanto lineales como también ramificados. Sin embargo, en principio pueden usarse también ácidos dicarboxílicos con un número mayor de átomos de carbono, por ejemplo con hasta 30 átomos de carbono.
A modo de ejemplo se mencionan: ácido 2-metilglutárico, ácido 3-metilglutárico, ácido a-cetoglutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido brasílico, ácido subérico (ácido subérico), y ácido itacónico. Al respecto, pueden usarse los ácidos dicarboxílicos o sus derivados que forman ésteres, individualmente o como mezclas de dos o más de ellos.
Preferiblemente se usan ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido brasílico o sus respectivos derivados que forman ésteres o mezclas de ellos. De modo particular preferiblemente se usan ácido adípico o ácido sebácico o sus respectivos derivados que forman ésteres o mezclas de ellos.
En particular se prefieren los siguientes poliésteres alifáticos-aromáticos: polibutilenadipatotereftalato (PBAT), polibutilensebacatotereftalato (PBSeT).
Los ácidos dicarboxílicos aromáticos o sus derivados ii-b que forman ésteres pueden ser usados individualmente o como mezclas de dos o más de ellos. De modo particular preferiblemente se usan ácido tereftálico o sus derivados que forman ésteres, como dimetiltereftalato.
Los dioles ii-c - 1,4-butanodiol y 1,3- propanodiol - son accesibles a partir de materias primas renovables. Pueden usarse también mezclas de los mencionados dioles.
Por regla general se usa 0 a 1 % en peso, preferiblemente 0,1 a 1,0 % en peso y en particular preferiblemente 0,1 a 0,3 % en peso, referido al peso total del poliéster, de un agente de ramificación y/o 0,05 a 1 % en peso, preferiblemente 0,1 a 1,0 % en peso, referido al peso total del poliéster, de un agente de alargamiento de cadena (ii-d). Preferiblemente, los mismos agente de ramificación y agente de alargamiento de cadena (ii-d) son los mismos agente de ramificación y agente de alargamiento de cadena (i-d) descritos con detalle anteriormente.
Los poliésteres ii exhiben por regla general un promedio aritmético de peso molecular (Mn) en el intervalo de 5000 a 100000, en particular en el intervalo de 10000 a 75000 g/mol, preferiblemente en el intervalo de 15000 a 38000 g/mol, un promedio ponderado de peso molecular (Mw) de 30000 a 300000, preferiblemente 60000 a 200000 g/mol y una relación Mw/Mn de 1 a 6, preferiblemente 2 a 4. El índice de viscosidad está entre 50 y 450, preferiblemente de 80 a 250 g/ml (medido en o-diclorobenceno/fenol (relación de peso 50/50). El punto de fusión está en el intervalo de 85 a 150, preferiblemente en el intervalo de 95 a 140 °C.
La MVR (índice de fluidez en volumen) de acuerdo con EN ISO 1133-1 DE (190 °C, peso de 2,16 kg) está en general en 5 a 50, preferiblemente en 7,5 a 25 cm3/10 min. Los índices de ácido de acuerdo con DIN EN 12634 están en general en 0,01 a 1,2 mg de KOH/g, preferiblemente en 0,01 a 1,0 mg de KOH/g y en particular preferiblemente en 0,01 a 0,7 mg de KOH/g.
Como componente iii rígido se usa ácido poliláctico (PLA).
Preferiblemente se usa el ácido poliláctico con el siguiente perfil de propiedades:
• un índice de fluidez en volumen (MVR a 190 °C y 2.16 kg de acuerdo con ISO 1133-1 DE en particular de 30 a 40 cm3/10 minutos)
• un punto de fusión inferior a 240 °C;
• un punto vítreo (Tg) mayor a 55°C
• un contenido de agua menor de 1000 ppm
• un contenido residual de monómeros (lactida) de menos de 0.3%
• un peso molecular mayor a 80000 Dalton.
Los ácidos polilácticos preferidos son por ejemplo NatureWorks® 6201 D, 6202 D, 6251 D, 3051 D y en particular 3251 D así como tipos cristalinos de ácido poliláctico de la compañía NatureWorks.
El ácido poliláctico iii es usado, como se mencionó al principio, en una proporción porcentual en peso, referida a los componentes i y iv, de 0 a 35%, preferiblemente de 0 a 10% en los poliésteres i-B aromáticos. Para los poliésteres i-A alifáticos, el ácido poliláctico es usado en una proporción porcentual en peso, referida a los componentes i y iv, de 0 a 35%, preferiblemente de 10 a 30%. En este caso, preferiblemente el ácido poliláctico iii forma preferiblemente la fase dispersa y el poliéster i forma la fase continua o es parcialmente una fase cocontinua. Las mezclas de polímeros con poliésteres i en la fase continua o como parte de una fase cocontinua exhiben una mayor resistencia a moldeo en caliente, comparada con las mezclas de polímeros en las cuales el ácido poliláctico iii forma la fase continua.
Como se mencionó al principio, los artículos moldeados por inyección de acuerdo con la invención exhiben, a pesar del bajo contenido de ácido poliláctico o también a pesar de prescindir completamente del ácido poliláctico, un módulo de Young asombrosamente elevado.
Por regla general se usa de 10 a 35 % en peso, en particular 20 a 30 % en peso referido al peso total de los componentes i a iv, de por lo menos un caolín con modificación superficial.
La modificación superficial del caolín juega un papel decisivo. Para la modificación superficial se usan preferiblemente silanos. En particular se prefiere caolín modificado con silanos y en este caso en particular preferiblemente con hidroxisilano, aminosilano, epoxisilano, alquilsilano, mercaptosilano, ureidosilano, halogenosilano, o en particular preferiblemente caolines modificados con metacrilsilano o con vinilsilano. El caolín con modificación superficial es distribuido por ejemplo por las compañías Imery, BASF, Amberger Kaolinwerke y en particular de1Hoffmann Gruppe. En los presentes artículos moldeados por inyección, los caolines modificados con silano de la compañía de la compañía BASF, que son distribuidos bajo el nombre comercial Translink®, y en particular los caolines modificados con silano de la compañía Hoffmann Gruppe, que son distribuidos bajo el nombre aktifit, han entregado propiedades mecánicas sobresalientes. Sobre todo para los poliésteres i-A alifáticos se prefieren caolines modificados con aminosilano y se prefieren particularmente los caolines modificados con metacrilsilano o con vinilsilano, puesto que estos materiales de relleno entregan artículos moldeados por inyección con elevado módulo de Young y simultáneamente alta resistencia al choque en la probeta entallada. Aparte de la modificación superficial, el tamaño de grano y la relación de aspecto (relación L/D o de corte transversal), juegan un papel grande.
Un tamaño de grano pequeño conduce, por regla general, a elevada resistencia al choque en la probeta entallada, aunque a un bajo módulo de Young. Preferiblemente se usa un silicato fino, con una proporción de 50 % de partículas (tamaño de grano D50 medido de acuerdo con ISO 13320-1) inferior a 5 |jm, preferiblemente inferior a 2 |jm. Mediante cribado puede elevarse la proporción de partículas por debajo de 16 jm , preferiblemente por debajo de 10 jm a 97 %.
Ha probado ser ventajosa una relación de aspecto de 1 a 15 y preferiblemente 2 a 10 y en particular preferiblemente de 2 a 6. El promedio de relación de aspecto puede ser determinado por medio de mediciones de conductividad, como se describe en el documento EP 528078 B1.
El caolín es un producto natural y exhibe, aparte del componente principal caolinita - un silicato de aluminio hidratado - otros minerales de arcilla y partículas no desintegradas de feldespato.
Una fuente preferida de caolín es la tierra de sílice Neuburger, una mezcla de ácido silícico corpuscular y caolinita laminar. El ácido silícico exhibe en este caso una forma de grano redondo de aproximadamente 200 nm de partículas primarias agregadas grandes.
Preferiblemente se usa caolín fino con un promedio estático de diámetro de partícula equivalente de esfera de 0,3 a 1,5 jm ; y en particular preferiblemente de 0,3 a 1,0 jm y una proporción de 50% las partículas por debajo de 2 jm . Mediante cribado puede elevarse la proporción de partículas inferiores a 10 jm , a 97 %.
La demanda de aceite como medida de la superficie relativa es de 23 g/100 g para un caolín grueso, 45 g/100 g para un caolín y fino 55 g/100 g para un caolín calcinado.
Se prefiere particularmente el caolín calcinado, debido a la elevada superficie específica. Mediante calcinación se expulsa el agua de cristalización de la fracción de caolín. En la tierra silícea Neuburger, la proporción criptocristalina de ácido silícico permanece inerte en la calcinación.
Además, los artículos moldeados por inyección de acuerdo con la invención pueden contener de 0 a 15 % en peso, referido a la mezcla i a iv de polímeros, de otros materiales rellenos minerales elegidos de entre el grupo consistente en: tiza, grafito, yeso, negro de humo conductor, óxido de hierro, cloruro de calcio, carbonato de sodio, dióxido de titanio, y fibras minerales. También, en los artículos moldeados por inyección de acuerdo con la invención pueden estar presentes materiales de relleno de materias primas renovables como almidones, almidones no termoplastificados y en particular plastificados, celulosa, quitina o quitosano, en 0 a 10 % en peso, referido a la mezcla i a iv de polímeros.
El compuesto de acuerdo con la invención puede contener, además de los componentes i a iv, otros aditivos conocidos por los expertos. Por ejemplo, los aditivos usuales en la técnica de los plásticos, como estabilizantes; agentes de formación de núcleo como los materiales de relleno iv minerales mencionados anteriormente o también ácido poliláctico cristalino; lubricantes y agentes de separación como estearato (en particular estearato de calcio);
plastificantes (suavizantes) como por ejemplo ésteres de ácido cítrico (en particular acetil-tributilcitrato), ésteres de ácido glicérico como triacetilglicerina o derivados de etilenglicol, tensioactivos como polisorbatos, palmitatos o lauratos; ceras como por ejemplo erucamida, estearamida o behenamida, cera de abejas o ésteres de cera de abejas; antiestático, agentes que absorben UV; estabilizantes contra UV; agentes contra la niebla o colorantes. Los aditivos son usados en concentraciones de 0 a 2 % en peso, en particular 0,1 a 2 % en peso, referidas al compuesto i a iv de acuerdo con la invención. Los plastificantes pueden estar presentes en 0,1 a 10 % en peso en el compuesto i a iv de acuerdo con la invención.
Para obtener los artículos moldeados por inyección con resistencias al choque en la probeta entallada particularmente elevadas, puede añadirse aparte del caolín modificado superficialmente de acuerdo con la invención, un poliuretano termoplástico (denominado en lo sucesivo también como TPU) o un copoliéster termoplástico (denominado en lo sucesivo también como TPEE).
Los poliuretanos termoplásticos son bien conocidos. La preparación ocurre mediante reacción de (a) isocianatos (fase dura) con (b) compuestos reactivos frente a los isocianatos / poliol con un promedio aritmético de peso molecular de 0,5 x 103 g /mol a 5 * 103 g /mol (fase blanda) y dado el caso (c) agentes de alargamiento de cadena con un peso molecular de 0,05 * 103 g /mol a 0,499 * 103 g /mol, dado el caso en presencia de (d) catalizadores y/o (e) agentes auxiliares y/o aditivos comunes.
El compuesto (b) reactivo frente a isocianato tiene en promedio estadístico por lo menos 1,8 y máximo 3,0 átomos de hidrógeno activos de Zerewitinoff, este número es denominado también como funcionalidad del compuesto (b) reactivo frente a isocianato e indica la cantidad de los grupos que son reactivos con isocianato de la molécula, convertidos en datos individuales a partir de una cantidad de sustancia, teóricamente sobre una molécula. La funcionalidad está preferiblemente entre 1,8 y 2,6, más preferiblemente entre 1,9 y 2,2 y en particular 2.
Son ejemplos de TPUs particularmente preferidos para los artículos moldeados por inyección de acuerdo con la invención, son los distribuidos bajo el nombre comercial Elastollan® de la compañía BASF Polyurethane GmbH como por ejemplo: 685A, S80A, SP 806, 1085A, 785A, 595A, 1598 A, 1295 A, N65A o C85A.
Son ejemplos de TPEEs particularmente preferidos para los artículos moldeados por inyección de acuerdo con la invención, los productos distribuidos bajo los nombres de marca Hytrel®, Arnitel®, Riteflex®, Pebax® o Pelprene®.
En general, la capacidad de degradación biológica conduce a que los (mezclas) de poliésteres se descompongan en un intervalo de tiempo apropiado y detectable. La degradación puede ocurrir de modo enzimático, hidrolítico, oxidativo y/o por acción de la radiación electromagnética, por ejemplo radiación UV y es causada usualmente en parte predominante por la acción de microorganismos como bacterias, levaduras, hongos y algas. La capacidad de degradación biológica es cuantificada por ejemplo mediante la mezcla de poliésteres con compost y almacenamiento durante un tiempo determinado. Por ejemplo, de acuerdo con DIN EN 13432 (con referencia a ISO 14855) se deja fluir aire libre de CO2 a través de compost durante el compostaje y este es sometido a un programa de temperatura definido. Para ello, se define la capacidad de degradación biológica, mediante la relación de liberación neta de CO2 de la muestra (después de deducir la liberación de CO2 por el compost, sin muestra) a la liberación máxima de CO2 de la muestra (calculada a partir del contenido de carbono de la muestra), como grado porcentual de la degradación biológica. Los poliésteres (mezclas) degradables biológicamente muestran por regla general ya después de pocos días de compostaje, claras apariencias de degradación como crecimiento de hongos, formación de rupturas y huecos.
Por ejemplo en ASTM D 5338 y ASTM D 6400-4 se describen otros métodos para la determinación de la capacidad de degradación biológica.
En el moldeo por inyección, también denominado como moldeo a presión o procedimiento de moldeo a presión, se trata de un procedimiento para el moldeo que es usado muy frecuentemente en el procesamiento de plásticos. En el moldeo por inyección se fabrican de modo extremadamente económico en gran número de piezas, artículos moldeados utilizables directamente. De manera simplificada, el procedimiento funciona como sigue: en una máquina de moldeo a presión, que consiste en un cilindro calentable en el cual gira un árbol de tornillo sin fin, se funde el respectivo material termoplástico ("material para moldeo") y se inyecta en un molde de metal ("herramienta"). El espacio hueco de la herramienta determina la forma y estructura superficial del artículo listo. Hoy pueden producirse partes de claramente menos de un gramo hasta en el intervalo de kilogramos con dos dígitos.
Mediante moldeo a presión se producen objetos del día a día con elevada exactitud de modo económico y en corto tiempo. La naturaleza de la superficie del respectivo componente puede al respecto ser elegida casi libremente por los constructores. Desde superficies lisas para aplicaciones ópticas, pasando por texturas superficiales para zonas amigables al contacto, hasta patrones o grabados, se deja representar una multiplicidad de estructuras superficiales.
El procedimiento de moldeo por inyección es adecuado por razones económicas, en particular para la producción de grandes números de piezas, como artículos de empaque.
Están ampliamente difundidos artículos como depósitos de caja de chocolates, insertos para cartas de juego, ampollas plegables para todos los posibles artículos pequeños sobre tableros de cuadrícula perforada para el comercio al por
menor, tarrinas para yogurt o margarina. Un artículo preferido son tapas para tazas para café u otras tazas para bebidas calientes, así como contenedores para el empaque de alimentos calientes.
Un artículo moldeado por inyección particularmente preferido son las cápsulas para café. Se entienden por cápsulas para café un contenedor de 1 ml a 80 ml de volumen de llenado, preferiblemente 3 a 50 ml. Este contenedor es llenado con un alimento en polvo, en particular café en polvo o una mezcla de alimentos en polvo. Aparte de café, se entienden por alimentos té, leche, cacao y extractos de sopas. La forma del contenedor puede ser simétrica por rotación, simétrica por rotación, esferoide, esferoide, como también angular, sin embargo preferiblemente simétrica por rotación y principalmente cilíndrica. Este contenedor sirve, por un lado, para el almacenamiento de el(los) alimento(s), así como para la preparación de una bebida acuosa caliente, que es preparada mediante el flujo de agua caliente (entre 60 y 100 °C) en una etapa subsiguiente. El agua que atraviesa disuelve al pasar el recipiente, sustancias que dan sabor y amargas, y forma así la bebida caliente.
Este contenedor debería ser manufacturado mediante moldeo por inyección. El espesor de pared usado para ello de la lámina plana a partir de la cual se fabrica(n) en el/los contenedor(es), tiene un espesor de 100 a 1000 |jm, preferiblemente 250 a 800 jm , y en particular de 155 a 550 jm . El artículo puede consistir en una y preferiblemente en varias capas. Por lo menos una capa contiene el material compuesto descrito al principio de los componentes i) a iv). Otra capa del contenedor moldeado listo forma preferiblemente una capa que da barrera. La estructura de varias capas puede ser fabricada mediante extrusión de varias capas durante la fabricación de la lámina plana, y también ser aplicada como una capa, después de la fabricación de la lámina plana, mediante extrusión, compresión, atomización o chisporroteo, en principio con la aplicación de una dispersión, un barniz u otro sistema a base de polímero o que contiene polímero, o la aplicación de una capa que tiene metal o que tiene oxido, preferiblemente sin embargo mediante una capa a base de polímero o metalizada. Como capa metalizada entra en consideración por ejemplo aluminio, como capa a base de polímeros son adecuadas las capas que contienen ácido poliglicólico (PGA), polihidroxialcanoato (PHA) como por ejemplo poli-3-hidroxibutirato (PHB), poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHB(V)), poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato (PHB(H)) o poli-3-hidroxibutirato-co-4-hidroxivalerato; polivinilalcohol (PVOH), cloruro de polivinilideno (PVDC) o etilenvinilalcohohol (EVOH). Esta capa de barrera se caracteriza por una tasa de transmisión de oxígeno (oxigen transmission rate (OTR)), medida en la totalidad del compuesto de la lámina, después de la fabricación del contenedor de acuerdo con ASTM D1434, de 0 a 1000 g/m2/d, y una tasa de transmisión de vapor de agua (water vapor transition rate) de acuerdo con ASTM F1249, de 0 a 1000 g/m2/d, así como preferiblemente simultáneamente una barrera a los aromas.
La buena barrera al oxígeno o barrera a los aromas es alcanzada también mediante un empaque exterior para una o varias cápsulas para café. Los empaques exteriores adecuados pueden ser láminas de plástico o láminas de papel recubiertas con una película de barrera.
Para el procedimiento de moldeo por inyección son adecuados en particular materiales compuestos de los componentes i a iv con un MVR (190 °C, 2,16 kg) de acuerdo con ISO 1133-1 del 1 de marzo de 2012, de 8 a 40 cm3/10 min, en particular preferiblemente 9 a 30 cm3/10 min.
Mediciones técnicas de aplicación:
Los pesos moleculares Mn y Mw de los poliésteres parcialmente aromáticos fueron determinados de acuerdo con DIN 55672-1 por medio de SEC: agente de elución hexafluoroisopropanol (HFIP) 0,05 % en peso de la sal de potasio de ácido trifluoroacético; la calibración ocurrió con estándares de distribución estrecha de polimetilmetacrilato.
La determinación de los índices de viscosidad ocurrió de acuerdo con DIN 53728, parte 3, 3 de enero de 1985, viscosimetría capilar. Se usó un viscosímetro Mikro-Ubbelohde, tipo M-II. Como solvente se usó una mezcla: fenol/odiclorobenceno en la relación de peso 50/50.
El módulo de Young fue determinado mediante un ensayo de tensión sobre barras de tensión, con un espesor de aproximadamente 420 jm de acuerdo con ISO 527-3: 2003.
La resistencia al impacto Charpy fue determinada de acuerdo con DIN EN 179-1/1eU:2000+Amd .A (medida a 23 °C, 50 % h. rel.). La muestra (80mm x 10 mm x4 mm), almacenada cerca a sus extremos como barra horizontal, es puesta a prueba mediante un golpe individual de un péndulo, en el que la línea de choque está en el centro entre los dos extremos de apoyo de la muestra, y es flexionada (la muestra) con una velocidad nominalmente constante elevada (2,9 o 3,8 m/s).
La resistencia a la deformación en caliente HDT-B fue determinada de acuerdo con DIN EN ISO 75-2:2004-9. Se deja una muestra estándar bajo carga constante bajo flexión de tres puntos, para generar una tensión de flexión (HDT/B 0.45 MPa), que es indicada en la parte concerniente de este estándar internacional. La temperatura es aumentada con velocidad uniforme (120 K/h), y se mide el valor de temperatura en el cual se alcanza una deflexión estándar establecida, que corresponde a la elevación de elongación de flexión establecida (0.2%).
Sustancias de partida
Poliéster i:
i- 1 Polibutilensuccinato: GS-Pla® FZ71-PD de la compañía Mitsubishi Chemical Corporation (MVR a 22 cm3/10 min (190 °C, 2,16 kg))
Poliéster ii:
ii- 1 polibutilenadipato-cotereftalato: ecoflex® FS A1300 de la compañía BASF SE (MVR a 8,5 cm3 /10 min (190 °C, 2,16 kg)
Componente iii:
iii- 1 ácido poliláctico (PLA) Ingeo® 3251 D de la compañía NatureWorks (MVR a 35 cm3/10 min (190 °C, 2,16 kg)) Componente iv:
iv- 1 Santintone 5HB; caolín en no modificado superficialmente, de la compañía BASF Corporation
iv-2 Tremin 283600 MST, Amberger Kaolinwerke, wolastonita modificada con metacrilsilano
iv-3 Translink 555 de la compañía BASF Corporation, caolín modificado con aminosilano con un promedio de diámetro de partícula de 0,8 |jm
iv-4 Aktifit AM de la compañía Hoffmann Gruppe, caolín modificado con aminosilano
iv-5 Aktifit VM de la compañía Hoffmann Gruppe, caolín modificado con vinilsilano
1. Formación del material compuesto
Se manufacturaron los materiales compuestos citados en la Tabla 1, en un extrusor del tipo Coperion MC 40. Se ajustaron las temperaturas de salida a 250 °C. A continuación se produjeron gránulos del extrudido bajo agua. Después de la producción de granulado, se secó éste a 60 °C.
2. Producción del artículo (procedimiento general AV)
Se realiza el material compuesto en una máquina de moldeo por inyección del tipo Ferromatik Millacron K65 con un tornillo sinfín de 30,00 mm. La herramienta de moldeo por inyección era una herramienta de cavidad simple o cavidad múltiple con canal caliente abierto. Se manufacturó mediante la herramienta CAMPUS de las normas ISO 179/1 eU y ISO 527-1/-2. La temperatura de la herramienta fue de 30 °C, la herramienta fue llenada con una presión de 560 bar y una porción posterior de 800 bar.
Tabla 1
Tabla 2: Artículos moldeados por inyección que tienen ácido poliláctico
Claims (9)
1. Artículo moldeado por inyección que contiene:
i) 27 a 87 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster eonstituido por ácidos dicarboxílicos alifáticos y dioles alifáticos;
ii) 3 a 15 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliéster alifático-aromático que contiene: ii-a) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de un ácido dicarboxílico C6-C18;
ii-b) 30 a 70 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de ácido tereftálico;
ii-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes ii-a a ii-b, de 1,3 propanodiol o 1,4-butanodiol;
ii-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes ii-a a ii-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación;
iii) 0 a 35 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico;
iv) 10 a 35 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de por lo menos un caolín modificado superficialmente.
2. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el poliéster i es un poliéster alifático degradable biológicamente, que contiene:
i-a) 90 a 100 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de ácido succínico;
i-b) 0 a 10 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de uno o varios ácidos dicarboxílicos C6-C20;
i-c) 99 a 100 % molar, referido a los componentes i-a a i-b, de 1,3 propanodiol o 1,4-butanodiol;
i-d) 0 a 1 % en peso, referido a los componentes i-a a i-c, de un agente de alargamiento de cadena y/o agente de ramificación.
3. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el caolín modificado superficialmente exhibe una relación de aspecto de 1 a 15.
4. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el caolín exhibe una superficie modificada con metacrilsilano o vinilsilano.
5. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con la reivindicación 2, que contiene de 10 a 30 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico.
6. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene 0 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de ácido poliláctico.
7. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con la reivindicación 1 a 6, que contiene de 0,5 a 10 % en peso, referido al peso total de los componentes i a iv, de un poliuretano termoplástico.
8. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, con una resistencia al choque en la probeta entallada de acuerdo con DIN EN 179-1/1eU:2000 de más de 8 kJ/m2.
9. Artículo moldeado por inyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 con un módulo de Young de acuerdo con ISO 527-3:2003 de más de 1500 MPa.
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