COMPOSICIóN. PROCEDIMIENTO E INSTALACIóN PARA OBTENER EN CONTINUO UNA PLANCHA ESPUMADA DE NATURALEZA POLIMéRICA Y

PLANCHA ASí OBTENIDA

CAMPO DE LA INVENCIóN La presente invención se refiere a una instalación para Ia producción de planchas termoplásticas espumadas de naturaleza polimérica, al procedimiento de fabricación de dichas planchas, así como al desarrollo de una nueva formulación en base polipropileno para Ia producción de las planchas espumadas por extrusión en continuo, siendo tales planchas de aplicación en diversos campos y muy especialmente en Ia fabricación de paneles para encofrados tipo sandwich, en los que las planchas constituyen el núcleo del panel.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Los paneles espumados de naturaleza polimérica se han venido empleando en los últimos años en diversas aplicaciones estructurales, tal como se describe a continuación:

En las patentes US 7,048,879 y US 6,399,189 se desarrolla un proceso de producción de paneles espumados de naturaleza polimérica por procesos discontinuos por expansión como alternativa a los clásicos paneles de madera. Sin embargo, y a pesar de Ia sencillez de los métodos presentados en las patentes anteriores, estos se encuentran limitados a pequeñas producciones de paneles plásticos espumados para aplicaciones estructurales.

En las patentes US 6,521 ,675, US 6,383,425 y US 6,231 ,942 se desarrollan procesos de producción en continuo de planchas espumadas de polipropileno con un acabado superficial mejorado. Sin embargo, las planchas así producidas presentan limitaciones en Io que toca a densidad final del material y morfología del mismo, debido a Ia elevada coalescencia celular asociada a Ia espumación de polipropilenos lineales.

En particular, Ia patente US 6,770,697 considera Ia incorporación de cargas nanométricas para incremento de Ia resistencia en fundido de Ia masa polimérica y mejora de las propiedades finales de Ia plancha espumada. Sin embargo, las planchas así obtenidas siguen presentando valores finales de densidad considerados elevados (> 250 kg/m ³ ) para este tipo de materiales y para aplicaciones estructurales.

En Io que se refiere a los paneles de encofrado, desde siempre han estado muy extendidos en el sector de Ia construcción el uso de paneles de madera para encofrados, que aportan múltiples ventajas y entre ellas Ia de proporcionar una buena clavabilidad. Sin embargo, los paneles para encofrado de madera tienen una vida corta por el ambiente en que se desarrolla su actividad, ya que generalmente están expuestos al agua, humedades, materiales abrasivos (cemento, cal, hormigón, etc.), Io que acorta su vida útil.

Por otro lado, una vez deteriorados, necesariamente deben retirarse y sus posibilidades de reparación y reciclado son complicadas y, en cualquier caso, limitadas.

No es desdeñable también, como sucede con todos los productos que se obtienen de Ia madera, el impacto ecológico que supone obtener millones de metros cuadrados de panel para encofrado a partir de madera de los bosques.

Con vistas a Ia durabilidad del panel, se vienen desarrollando desde hace tiempo paneles para encofrado que combinan madera y materiales plásticos. Este tipo de paneles se describen en las Patentes DE 19611413, DE 19611382 y EP 1 426 525.

Generalmente el panel de madera se complementa con bordes y cantos de materiales plásticos, oportunamente ensamblados o fijados al núcleo de madera.

Asimismo, se vienen investigando y desarrollando procedimientos y formulaciones para Ia obtención de paneles compuestos únicamente de materiales plásticos, caucho reciclado o combinaciones de materiales plásticos diversos. Generalmente, esta tecnología trata de cumplir un doble objetivo, por una parte dar salida a Ia inmensa cantidad de residuos plásticos que genera Ia industria del automóvil y buscar una utilización para los mismos a través de su reciclado para Ia

obtención de paneles para Ia construcción.

Un procedimiento para Ia obtención de paneles de materiales reciclados está descrito en Ia Patente WO 2004/111368, que permite Ia obtención de un tablero de composite a base de plástico y caucho de neumáticos triturados. Se obtiene un núcleo al que se Ie añaden pieles estructurales para completar el tablero de encofrado. El tablero obtenido por este procedimiento es bastante denso y no aporta todas las características mecánicas requeridas.

Por otra parte, también se vienen utilizando desde hace años paneles estructurales aislados tipo sandwich, tal y como se describe en las Patentes US 3.305.991 , US 3.555.131 , US 3.838.241 y US 4.120.330. En estas, se desarrolla el proceso de conformación de espumas soldadas térmicamente, elaborando Ia espuma dentro de un molde. Existen muchas Patentes relacionadas con el proceso de espumado para alineaciones estructurales como núcleo de paneles sandwich por extrusión directa continua, empleando un agente espumante de tipo físico. Sin embargo, muchas de ellas se limitan a Ia maquinaría necesaria para producir el panel espumado, olvidándose de Ia formulación del material empleado.

OBJETO DE LA INVENCIóN

La presente invención, además de considerar una nueva instalación y procedimiento para Ia obtención en continuo de planchas espumadas de material termoplástico para aplicaciones estructurales, tiene por objeto el desarrollo de nuevas composiciones en base polipropileno de superior resistencia en fundido, en particular de mezclas de polipropilenos ramificados (PP-ram) y polipropilenos lineales (PP- lineal), posibilitando Ia producción en continuo de las referidas planchas espumadas en base PP de reducida densidad (> 250 kg/m ³ y en particular, regulando Ia formulación, entre 250-500 kg/m ³ ). En particular, estas planchas espumadas de reducida densidad tendrán uso en aplicaciones estructurales, por ejemplo como núcleos espumados de paneles sandwich para tableros de encofrado.

Los polipropilenos ramificados (PP-ram) empleados en Ia presente invención son polímeros lineales químicamente modificados con largas ramificaciones en su

cadena, preparados por métodos químicos conocidos a partir de un polipropileno lineal como se describe por ejemplo en US 3,542,702 o en US 6,875,826, siendo que ya se encuentran disponibles comercialmente (por ejemplo existen grados de polipropilenos ramificados de empresas como Borealis o Basell Polyolefins). Su particular estructura permite además su reciclabilidad.

Con respecto al polipropileno de estructura lineal (PP-lineal) utilizado en Ia presente invención, puede ser cualquier grado de extrusión convencional virgen, reciclado o una mezcla de ambos.

El PP-ram presenta superior viscosidad extensional y a cizalla en estado fundido que el PP-lineal. Esto es particularmente importante durante Ia obtención de Ia plancha espumada, ya que permite que el polímero soporte Ia estructura celular global de Ia espuma durante Ia etapa de expansión de las burbujas de gas por efecto de descompresión, reduciendo los problemas asociados a Ia coalescencia de celdas indicado previamente y observado en el caso del empleo de polipropilenos lineales para aplicaciones de espumación, y en último caso posibilitando alcanzar valores de densidad considerablemente más reducidos. La particular reología del PP-ram permite un crecimiento estable de las burbujas de gas durante Ia etapa de expansión de Ia espuma.

El PP-ram se mezcla en Ia presente composición con PP-lineal en diferentes proporciones, dependiendo del grado de expansión y de las propiedades mecánicas deseadas para el material celular, siendo reprocesable debido a su estructura no entrecruzada.

Así, pues, un objeto de Ia presente invención se refiere a una instalación para Ia producción en continuo de planchas espumadas de naturaleza polimérica termoplástica, en particular de PP, por espumación por extrusión.

Otro objeto de Ia invención se refiere a un procedimiento para Ia obtención de dicha plancha espumada. El procedimiento comprende: colocar en contacto en el interior de una extrusora una masa polimérica (A), previamente fundida y homogeneizada, con un agente espumante (B); obtención en continuo de Ia plancha

espumada por extrusión; calibrado y refrigeración de Ia plancha espumada; y recogida y corte de dicha plancha espumada.

Otro objeto de Ia presente invención se refiere a una nueva composición para Ia preparación de dicha plancha espumada en base polipropileno (PP), y que comprende los siguientes componentes esenciales: una masa polimérica (A), formada por polipropileno ramificado (PP-ram) y polipropileno lineal (PP-lineal). La composición comprende además un agente espumante (B).

Finalmente, otro aspecto Ia invención se refiere a Ia propia plancha espumada.

DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere en un aspecto a una instalación y respectivo procedimiento para Ia producción de planchas espumadas de naturaleza polimérica, en particular de polipropileno, producidas en continuo por espumación por extrusión.

La presente invención se refiere en otro aspecto a una nueva composición formada por una masa polimérica (A), que comprende: polipropileno ramificado (PP- ram) y polipropileno lineal (PP-lineal), para Ia preparación de planchas espumadas con una estructura de celda cerrada empleando un agente espumante. Estos paneles espumados resultan a su vez útiles en diversas aplicaciones estructurales tales como en núcleos empleados en Ia fabricación de paneles de tipo sandwich, en particular para encofrado.

La nueva composición, en adelante composición de Ia invención, para Ia preparación de dichas planchas espumadas incluye: (A) una masa polímérica que comprende:

- 0-70% en peso de PP-ram; - 30-98% en peso de PP-lineal, virgen, reciclado o una mezcla de ambos;

- 0,5-3% en peso de un agente nucleante y/o agente espumante secundario, que no H ₂ O;

- 1-10% en peso de partículas cerámicas organofílicas, con un porcentaje de agua inferior al 0,02 %;

- 0,1-1% en peso de otros aditivos de proceso, y

(B) un agente espumante que no agua (H ₂ O), físico o químico, en una cantidad comprendida entre 0,5 y 5% en peso.

La composición de Ia invención comprende además Ia posibilidad de incorporar entre 0,5-3% en peso de un agente nucleante y/o agente espumante secundario que no H ₂ O, facilitando el crecimiento de las burbujas de gas y el proceso de cristalización de Ia matriz de PP. En una realización particular el agente nucleante empleado es talco. El talco actúa como agente de nucleación de las burbujas de gas durante Ia etapa de descompresión del gas dispersado en Ia masa polimérica fundida (A), además de actuar como nucleante en el proceso de cristalización del PP. El porcentaje utilizado de talco puede variar dependiendo del tipo de morfología celular y de las propiedades mecánicas finales deseadas. Cuanto más elevado sea el porcentaje de talco utilizado más efectivo será el proceso de nucleación de las burbujas de gas, resultando en materiales espumados con tamaños de celda más reducidos y uniformes.

La plancha espumada obtenida se caracteriza por presentar una estructura de celda cerrada con un contenido máximo de celdas abiertas del 15 %, en particular inferior al 10 %, con celdas de tamaño máximo 0,5 mm en distribución unimodal, importante para aplicaciones estructurales, posibilitando que tenga un valor de rigidez específica superior que el de planchas espumadas con estructura de celda abierta.

Asimismo, Ia composición de Ia invención contempla entre 1-10% en peso de partículas cerámicas organofílicas, que se caracterizan por presentar una en su composición un porcentaje de agua inferior al 0,02 %, que actúan incrementando las propiedades mecánicas, en particular su rigidez, del panel espumado. En una realización particular, Ia rigidez del núcleo espumado puede incrementarse utilizando precursores de nanopartículas, en particular arcillas modificadas con un tratamiento superficial organofílico de estructura laminar de tipo esmectita, como Ia montmorillonita y/o Ia hectorita. Estas arcillas, designadas arcillas catiónicas, presentan una estructura cristalina formada por láminas de octaedros de aluminio comprendidas entre dos láminas formadas por tetraedros de sílice con algunos grupos silanol en el espacio

interlaminar, en el cual existen cationes intercambiables. Estas láminas presentan espesores nominales próximos a 1 nm y longitudes de hasta 1 μm. La relación de aspecto se encuentra entre 100 y 1000, con una elevada área superficial (700-800 m ² /g). En una realización particular, las partículas cerámicas, empleadas en un 1 a 10 % en peso en Ia composición de Ia invención presentada previamente, son arcillas catiónicas de tipo esmectita, como Ia montmorillonita y/o Ia hectorita, modificadas superficialmente con un catión cuaternario de tetra-alquil-amonio (referidas en Ia presente patente como "partículas cerámicas organofílicas"), de esta manera organofilizando su superficie, haciéndola más compatible con polímeros poco polares como las poliolefinas, en particular el polipropileno, considerado en Ia composición de Ia presente invención. Incrementando químicamente Ia compatibilidad entre Ia superficie de las láminas de las arcillas y las cadenas de polímero facilita Ia dispersión de las mismas en el seno de Ia matriz polimérica por procesos de mezclado en fundido como el de extrusión.

Además, en las condiciones particulares de mezclado de los componentes de Ia composición de Ia invención, y debido a las débiles fuerzas de cohesión que mantienen las láminas de las partículas cerámicas organofílicas unidas, se consigue una intercalación de las cadenas poliméricas entre las láminas y en condiciones de mezclado muy intenso una exfoliación parcial de las mismas en el seno de Ia masa polimérica (A). Esta intercalación/exfoliación parcial de las láminas de arcilla modificada en Ia masa polimérica permite que se obtengan nanocompuestos poliméricos, esto es, un compuesto en el que al menos una de las dimensiones de las partículas dispersadas en Ia matriz polimérica se encuentra en el rango nanométrico (en este caso el espesor). Esta situación particular permite una elevada área superficial de contacto entre las láminas de arcilla y las cadenas poliméricas, rigidizando localmente las mismas, resultando en una mejora generalizada de las propiedades mecánicas a nivel macroscópico (como el módulo elástico y Ia resistencia), permitiendo además mantener Ia densidad final del núcleo espumado, debido al hecho de que elevadas áreas de contacto polímero-arcilla posibilitan el empleo de porcentajes másicos considerablemente reducidos de arcilla (< 10 % en peso) cuando se comparan con otros refuerzos o cargas más convencionales.

El procedimiento de obtención de Ia plancha espumada, que se describe más

adelante, es un proceso de espumación por extrusión, en el que se mezclan Ia masa polimérica fundida (A) y el agente espumante (B). En este proceso las partículas cerámicas organofílicas pueden actuar junto con el talco como agente nucleante de generación de las burbujas de gas durante Ia etapa de inicio del crecimiento celular, además del proceso de nucleación de cristalización de Ia matriz de PP. Estas partículas cerámicas organofícilas, dispersadas e intercaladas/exfoliadas durante el mezclado, pueden igualmente rigidizar las paredes celulares durante Ia etapa de crecimiento celular, ayudando a incrementar localmente Ia resistencia en fundido de Ia masa polimérica y de esa manera limitando Ia posible rotura de las mismas. Con Ia composición de Ia invención que comprende entre 1 y 10 % en peso de arcilla modificada se pueden obtener planchas espumadas con módulos elásticos específicos, esto es, módulos relativos a Ia densidad del material, superiores a 1 ,2 GPa.cm ³ /g, en particular entre 1 ,4 y 1 ,5 GPa.cm ³ /g.

Las nanopartículas de tipo arcilla previamente organofilizada ("partículas cerámicas organofílicas") son empleadas para regular Ia rigidez de las planchas espumadas designadas de baja (100-200 kg/m ³ ) e intermedia densidad (200-400 kg/m ³ ).

En otra realización particular, las partículas cerámicas organofílicas empleadas para incrementar Ia rigidez de Ia plancha espumada, son hidróxidos dobles laminares (LDH) de tipo hidrotalcita modificada. Los LDH, también conocidos como arcillas aniónicas, son compuestos laminares con aniones en el espaciado interlaminar. Su estructura consiste en láminas de tipo brucita cargadas positivamente debido a Ia sustitución parcial de cationes divalentes por otros trivalentes, siendo Ia carga contrarrestada por aniones situados entre las láminas. En particular, Ia hidrotalcita, un tipo de LDH considerado en Ia composición de Ia presente invención en un porcentaje comprendido entre el 1 y el 10 % en peso, presenta una estructura formada por láminas octaédricas de hidróxidos dobles de magnesio/aluminio coordinadas por grupos OH ^" compartiendo vértices con tres octaedros contiguos. Los iones divalentes de las láminas pueden ser sustituidos por otros trivalentes (Fe ³⁺ , Al ³⁺ , etc.), generando un exceso de carga positiva que ha de ser contrarrestada por Ia presencia de aniones (CO ₃ ^2" , Cl ^" , OH ^" , etc.) entre sus láminas. Este tipo de partículas cerámicas presenta una dificultad de dispersión por extrusión debida a Ia estabilidad aportada por Ia presencia de estos aniones interlaminares, sobre todo carbonatos (CO ₃ ^2" ). Estas

partículas cerámicas organofílicas se obtienen por modificación química consistente en un intercambio aniónico que reemplaza los aniones carbonato originales por otros de superior volumen, incrementando de esta forma el espaciado interlaminar y, en último instancia, facilitando Ia dispersión de las partículas en el seno de Ia matriz polimérica por extrusión.

En otra realización particular, para rigidizar Ia plancha espumada, se utilizan como partículas cerámicas fibras de vidrio organofílicas, esto es, modificadas superficialmente con agentes de acoplamiento de tipo silano organofuncional. Estas fibras incrementan Ia rigidez, tenacidad y Ia resistencia al impacto de Ia plancha espumada comparativamente con Ia que proporcionan las arcillas organofílicas indicadas previamente. Típicamente se utiliza una fibra de vidrio de una longitud comprendida entre 0,5-10 mm, (designada fibra corta) o > 10 mm (designada fibra larga). De este modo se consiguen paneles espumados con módulos elásticos específicos > 1 ,2 GPa.cm ³ /g, en particular entre 1 ,2-1 ,5 GPa.cm ³ /g. Las fibras organofílicas son empleadas como material de refuerzo en las planchas espumadas designadas de elevada densidad (400-500 kg/m ³ ) permitiendo un ligero aumento de Ia rigidez con respecto a las respectivas planchas sin fibra (1 ,1-1 ,3 GPa.cm ³ /g).

En una realización particular, Ia fibra de vidrio organofílica definida previamente como fibra larga se utiliza en casos particulares de producción de planchas espumadas de elevada densidad (400-500 kg/m ³ ) con propiedades especiales de elevada tenacidad combinada con rigidez, debido a Ia dificultad inherente al proceso de espumación por extrusión, en que sucesivas etapas de mezclado pueden llegar a parcialmente romper las fibras.

La composición de Ia invención contempla además entre 0,1 y 1 % en peso de aditivos de proceso. Dichos aditivos se seleccionan entre colorantes, lubricantes y sus mezclas. Los lubricantes internos reducen el esfuerzo desarrollado por Ia máquina durante el procesado. Esto es particularmente conveniente cuando se utilizan elevados porcentajes de cargas o refuerzos (> 10% en peso), y sobre todo en el caso de empleo de fibra de vidrio larga; en este último caso particular se utiliza típicamente un 1 % de lubricante.

La composición de Ia invención comprende asimismo entre 0,5-5 % en peso de un agente espumante (B) de tipo físico o químico.

En una realización particular el espumante físico es un gas, que se selecciona de entre dióxido de carbono, nitrógeno, n-butano, n-heptano y sus mezclas, dependiendo de las propiedades finales deseadas para Ia plancha espumada. El gas se introduce tal y como se comentará más adelante, durante el procedimiento de obtención de Ia plancha espumada por extrusión, a presión y en condiciones supercríticas en las zonas correspondientes de entrada de gas en Ia extrusora.

Los agentes espumantes químicos se caracterizan porque, a diferencia de los físicos, se descomponen térmicamente en el interior de Ia extrusora liberando gas(es). La presente invención contempla el empleo de agentes espumantes químicos (de 0,5 a un 5% en peso) tanto exotérmicos, como por ejemplo Ia azodicarbonamida, que a una determinada temperatura y durante cierto tiempo, se descompone térmicamente liberando N ₂ y otros gases; como endotérmicos, como por ejemplo los del tipo bicarbonato sódico. Dependiendo del porcentaje de agente espumante químico empleado se pueden conseguir planchas espumadas de densidad intermedia y elevada comprendida entre los 300 y los 500 kg/m ³ . Además, Ia presente invención contempla igualmente Ia posibilidad de empleo de microesferas expandibles de naturaleza polimérica, formadas por una pared de un material termoplástico y en su interior por un gas. Cuando calentadas, Ia presión del gas presente en su interior se ve incrementada, al mismo tiempo que Ia pared polimérica se reblandece, promoviendo Ia expansión de las mismas. En estos casos, Ia presente invención contempla el empleo de un 3-5 % en peso de este tipo de agente espumante, permitiendo alcanzar densidades finales de 300-500 kg/m ³ para las planchas espumadas eximidas.

Tanto Ia cantidad del espumante físico como del químico se regulan de acuerdo con las características finales que se desee tenga el panel espumado, fundamentalmente según Ia densidad a obtener. En este sentido, y para núcleos espumados de baja densidad (100-200 kg/m ³ ), se utilizan típicamente porcentajes comprendidos entre 3 y 5 %; para núcleos espumados de densidad intermedia (200- 400 kg/m ³ ), porcentajes entre 1 y 3 %; y para núcleos de elevada densidad (400-500

kg/m ³ ), porcentajes comprendidos entre 0,5-1 %.

Las propiedades mecánicas y térmicas de Ia plancha espumada pueden regularse variando las cantidades relativas de los componentes de Ia composición de Ia invención previamente indicados, así como su naturaleza particular y los parámetros del procedimiento de obtención. Dichas propiedades pueden regularse por ejemplo variando el tipo y Ia proporción de agente espumante, que en gran parte determina Ia densidad final del panel. En general Ia plancha espumada obtenida a partir de Ia composición de Ia invención presenta típicamente un módulo elástico específico entre 0,8 y 1 ,2 GPa.cm ³ /g, y con un módulo a cizalla de unos 40-100 MPa. Las propiedades mecánicas se incrementan con refuerzos micrométricos y nanométricos alcanzándose módulos elásticos específicos superiores a 1 ,2 GPa.cm ³ /g. Hay que considerar que el panel espumado debe presentar en todo momento unas características que permitan su empleo en aplicaciones estructurales, en particular en paneles para encofrado, Io que incuye una estructura celular de celda cerrada, con un contenido máximo de celdas abiertas del 15 %, en particular inferior al 10 %, con celdas de tamaño micrométrico (tamaño típico inferior a 500 mieras) en distribución unimodal. Esta estructura se consigue regulando de forma adecuada los parámetros del proceso de espumación por extrusión, en combinación con Ia composición específica del material de cada plancha.

La plancha espumada obtenida puede presentar densidades variables, y por tanto distintos grados de expansión (ER), definido como el cociente entre Ia densidad del polímero y Ia de Ia plancha final espumada. La densidad de Ia plancha espumada se encuentra típicamente comprendida entre 100-500 kg/m ³ (ER = 1 ,8-9). En una realización particular de Ia invención Ia plancha espumada, designada de baja densidad, presenta una densidad comprendida entre 100-200 kg/m ³ (ER = 4,5-9). La plancha presenta una anchura comprendida entre 250 y 2400 mm, preferiblemente entre 1000 y 1400. Asimismo presenta un espesor comprendido entre 5 y 35 mm, en particular entre 15 y 35 mm, y su longitud es variable.

En otra realización particular de Ia invención Ia plancha espumada, designada de densidad intermedia, presenta una densidad comprendida entre 200-400 kg/m ³ (ER = 2,25-4,5). La plancha presenta una anchura comprendida entre 250 y 2400 mm, preferiblemente entre 1000 y 1400. Asimismo puede presentar un espesor comprendido entre 5 y 35 mm, en particular entre 10 y 30 mm, y su longitud es variable.

En otra realización particular de Ia invención Ia plancha espumada, designada de densidad elevada, presenta una densidad comprendida entre 400-500 kg/m ³ (ER = 1 ,8 - 2,25). La plancha presenta una anchura comprendida entre 250 y 2400 mm, preferiblemente entre 1000 y 1400. Asimismo puede presentar un espesor comprendido ente 5 y 35 mm, en particular entre 5 y 25 mm, y su longitud es variable.

A continuación se presenta un ejemplo ilustrativo de Ia composición de Ia invención, que se expone para una mejor comprensión de Ia invención y en ningún caso debe considerarse una limitación del alcance de Ia misma.

Ejemplos: Composición de Ia invención

Ejemplo 1 :

- 65% de un PP ramificado (PP-ram) de nombre comercial Daploy WB130HMS, de Borealis;

- 30% de un PP lineal (PP-lineal) indicado para aplicaciones de extrusión, de nombre comercial PP Isplen 050 G1 E, de Repsol-YPF; - 2% en peso de un masterbatch de talco en base PP al 40% de talco, de nombre comercial Isplen PM-440, de Repsol-YPF; y

- 3% de dióxido de carbono como espumante físico que se introduce en Ia extrusora a un caudal constante de 5 kg/h.

Ejemplo 2:

- 98% de un PP lineal (PP-lineal) indicado para aplicaciones de extrusión, de nombre comercial PP Isplen 050 G1 E, de Repsol-YPF;

- 2% de un agente espumante formado por microesferas expandibles de naturaleza polimérica, de nombre comercial Expancel 950 MB 120, de Akzo Nobel.

Con la formulación presentada en el ejemplo 1 se obtiene un núcleo de densidad comprendida entre 200 y 500 kg/m ³ , un módulo elástico específico entre 1 ,0 y 1 ,2 GPa.cm ³ /g y un módulo a cizalla entre 40 y 100 MPa.

La formulación presentada en el ejemplo 2 emplea como agente espumante microesferas expandibles de naturaleza polimérica, permitiendo alcanzar, sin necesidad de empleo de polipropilenos ramificados, planchas espumadas de densidad comprendida entre 300-500 kg/m ³ , con módulos elásticos específicos ligeramente inferiores, entre 0,7-1 ,0 GPa.cm ³ /g, a los alcanzados tanto con agentes espumantes físicos del tipo CO ₂ como con agentes espumantes químicos.

Es objeto de Ia presente invención, Ia instalación y respectivo procedimiento para Ia producción de paneles espumados de naturaleza polimérica en base PP de celda cerrada para aplicaciones estructurales. Esta instalación consta de las siguientes zonas claramente diferenciadas:

- Zona de espumación por extrusión

- Zona de calibrado y refrigeración - Zona de recogida

- Zona de corte

La extrusora constituye Ia primera etapa de Ia instalación y en ella ha de prepararse el material para las siguientes etapas de calibración y refrigeración y las etapas finales de recogida y corte, necesarias para obtener el producto acorde con Ia invención.

La extrusora que se emplea es de tipo monohusillo, de diámetro 120 mm y con una relación L/D (longitud/diámetro) de 48, estando el husillo situado en el interior de una cámara designada cilindro o camisa; el husillo cumple tres funciones básicas:

- Transporte del material alimentado en estado parcialmente sólido o reblandecido

- Fusión del material alimentado y compresión del mismo

- Mezclado, homogeneización y dosificación al cabezal de extrusión para Ia

producción de planchas espumadas de densidad y espesor variable.

Los materiales que intervienen en el proceso son inicialmente colocados en una tolva e introducidos en Ia extrusora a través de Ia garganta de alimentación, que se encuentra refrigerada para evitar Ia posible formación de tapones de plástico.

La camisa se encuentra calefactada mediante resistencias eléctricas y Ia refrigeración se efectúa por un circuito de agua.

Inicialmente el husillo se encuentra diseñado para producir Ia compresión del material plástico en estado fundido, pasando posteriormente a una zona de gasificación donde se inyecta un gas a través de boquillas a presión, que se mezcla con el material plástico fundido. A continuación el husillo posee una tercera etapa a través de Ia cual y una vez mezclado el material plástico con el gas introducido a presión en su seno se procede a efectuar nuevamente Ia compresión de Ia masa de plástico fundido y gas, juntamente con una homogeneización y mezclado del producto en una etapa posterior. Además se contempla Ia posibilidad de empleo tanto de agentes espumantes químicos del tipo azodicarbonamida como de agentes espumantes formados por microesferas expandibles de naturaleza polimérica. En ambos casos, el agente espumante es introducido en forma de aditivo de proceso junto con los materiales poliméricos a procesar (en Ia tolva), en una proporción comprendida entre 0,5 y 5% en peso, fundido y mezclado en Ia extrusora junto con los polipropilenos y demás aditivos, siendo Ia espumación regulada por las temperaturas de las distintas zonas de Ia extrusora. En el caso de empleo de agentes espumantes formados por microesferas expandibles de naturaleza polimérica, Ia espumación se consigue por calentamiento brusco justo en las últimas zonas de Ia extrusora.

Como Ia presente invención pretende emplear en primera instancia un agente espumante de tipo físico (CO ₂ , N ₂ ,...), introducido en Ia extrusora a través de bombonas a presión, Ia posterior descripción de Ia instalación de producción de las planchas espumadas de naturaleza polimérica por extrusión directa considera las particularidades de este tipo de proceso, aunque en ningún caso debe considerarse una limitación del alcance de Ia misma.

A continuación del husillo se encuentra el cabezal de extrusión. El cabezal tiene una geometría plana, adecuada para Ia obtención de planchas eximidas y con un diseño que garantiza Ia buena homogeneización de Ia mezcla del polímero fundido con el gas, siendo que se debe evitar Ia presencia de zonas de descompresión antes de que Ia mezcla alcance los labios del cabezal, Ia zona situada justo al final del mismo.

Las descompresiones suelen estar asociadas a incrementos de Ia sección del cilindro de Ia extrusora o del cabezal de extrusión, resultando en el crecimiento total o parcial de las burbujas de gas dispersadas en el seno del polímero fundido. Esta espumación total o parcial en el interior de Ia máquina origina normalmente Ia rotura y colapso de celdas por efecto de estirado, ya que en esas zonas Ia mezcla se encuentra a más temperatura y normalmente no posee una resistencia en fundido suficiente como para soportar simultáneamente el crecimiento de las burbujas y el estirado del material.

El cabezal que Ia invención propone tiene como característica mas relevante el tener un canal distribuidor en forma de T adaptado al citado proceso de Ia invención y además incluyendo barra restrictora y labios flexibles de apertura. El cabezal de extrusión lleva acopladas diferentes resistencias eléctricas que aseguran el calentamiento de todo el material que Io atraviesa.

El cabezal de Ia invención garantiza el incremento gradual de Ia presión del fundido y de esta manera posibilita un control adecuado de las primeras etapas del proceso de expansión o espumación del gas disuelto en Ia masa fundida por descompresión justo a Ia salida de los labios. Los labios, juntamente con Ia barra restrictora situada antes de los mismos, son regulables y permiten controlar Ia presión ejercida sobre Ia masa fundida y, como tal, regular junto con Ia cantidad de agente espumante Ia densidad de Ia plancha final.

Aunque el proceso de enfriamiento y estabilización final de Ia plancha espumada sea conseguido fundamentalmente por acción de los calibradores de contacto por vacío, este diseño de cabezal, novedoso en cuanto a Ia distribución de flujo de material, garantiza que Ia masa polimérica fundida con el gas o gases disueltos, previamente homogeneizada por acción de Ia extrusora, llegue a Ia salida del mismo, es decir, a Ia zona de los labios, sin haber espumado.

La espumación controlada, conseguida justo a Ia salida de los labios del cabezal de extrusión garantiza que Ia plancha presente una distribución unimodal de tamaños de celda, tanto en anchura como en espesor del panel, así como Ia estabilización adecuada por acción de los calibradores de contacto de Ia estructura celular del panel, que se pretende de celda cerrada.

El sistema de calibrado sirve para regular, no sólo el grado de expansión final de Ia espuma, como también el acabado superficial del panel espumado, necesario para Ia colocación de pieles estructurales de cara a su aplicación como núcleo espumado de paneles sandwich en aplicaciones de encofrado. Consta además de un calibrador formado por dos conjuntos de placas horizontales paralelas metálicas, cada una con una longitud comprendida 500 y 1000 mm, una anchura entre 300 y 3000 mm, en particular entre 800-2500 mm, entre entre las que se produce el contacto de Ia plancha espumada eximida. Dichas placas disponen de un circuito interno de líquido refrigerante. La separación entre las placas de este sistema de calibración se regula entre 5 y 35 mm. Dispone asimismo de una bañera donde se produce el vacío entre las placas y Ia plancha espumada. La presencia de estos calibradores constituye una de las principales novedades de Ia presente patente, siendo simultáneamente los responsables del enfriamiento de Ia superficie del panel espumado y, como tal, de Ia estabilización de Ia estructura celular de Ia espuma, así como del buen acabado superficial de Ia misma.

Este sistema consta asimismo de un sistema de tracción de tipo oruga, que transporta a una velocidad constante Ia lámina espumada hasta el sistema final de corte, que define las dimensiones de Ia plancha espumada en anchura y longitud.

BREVE DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

Para completar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado Io siguiente:

La Figura 1 representa un esquema de Ia línea de producción de Ia plancha

espumada en base PP.

La Figura 2 representa un esquema del diseño del tornillo y del tubo de enfriamiento. La Figura 3 representa en detalle Ia zona de gasificación y de las respectivas entradas de gas en Ia extrusora.

La Figura 4 representa una plancha espumada según Ia invención.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE UN MODO PREFERIDO DE REALIZACIóN

En Ia figura 1 se representa un esquema de Ia línea de producción de Ia plancha espumada en base PP en Ia que se observan los cinco siguientes sistemas:

- Extrusora (1)

- Sistema de calibrado y bañera de refrigeración (2 y 3)

- Sistema de tracción (4) - Sistema de corte (5)

La extrusora (1) es de tipo monohusillo, estando el husillo (10), de diámetro 120 mm, situado en el interior de un cilindro (11) con calefacción controlada por resistencias eléctricas (13) y refrigerado por un circuito interno de agua. En el interior del husillo se desarrollan las siguientes tres funciones básicas:

- Transporte del material inicialmente en estado parcialmente sólido o reblandecido.

- Fusión del material alimentado y compresión del mismo.

- Mezclado, homogeneización y dosificación al cabezal de extrusión plano para Ia producción de planchas espumadas de densidad y espesor variable.

Los materiales que intervienen en el proceso son inicialmente introducidos en una tolva de alimentación (12).

A continuación del husillo (10) y del cilindro (11) se encuentra una bomba de engranajes (14) y a continuación de esta el cabezal de extrusión (15). Esta bomba de engranajes permite regular Ia producción, eliminando posibles fluctuaciones de presión en el cabezal de extrusión.

HOJA DE SUSTITUCIóN (REGLA 26)

El agente espumante o bien es introducido como aditivo de proceso junto con los materiales poliméricos en Ia tolva de alimentación (caso de los espumantes químicos o formados por microesferas expandibles de naturaleza polimérica) o bien es introducido en Ia extrusora a partir de bombonas a presión (16), caso de los espumantes físicos del tipo CO ₂ o N ₂ , de esta manera garantizando un estado de fluido supercrítico y por tanto Ia máxima solubilidad con Ia masa de plástico fundido. La máquina dispone preferentemente de cuatro entradas de gas (17) situadas en distintos puntos de Ia zona de gasificación a Io largo del cilindro (11), permitiendo regular el nivel de mezclado con Ia masa polimérica fundida.

El sistema de calibrado (2) sirve para regular, no sólo el grado de expansión final de Ia espuma, sino también el acabado superficial del panel espumado, en particular en aplicaciones en que sea necesario colocar pieles estructurales a Ia plancha espumada. Una superficie final muy poco rugosa del panel espumado resulta esencial para el ensamble adecuado de las referidas pieles estructurales. El sistema consta de preferentemente cuatro calibradores planos (18), (19), (20) Y (21) en línea y con capacidad de aplicar el vacío, con apertura regulable de 5 a 35 mm, siendo el primero (18), es decir el más próximo al cabezal de extrusión (15), junto con Ia proporción empleada de agente espumante, el que regula el espesor final del panel espumado mientras que los otros tres (19), (20) Y (21) regulan el acabado superficial final. Junto con los calibradores, esta zona consta de una bañera de refrigeración (3) que permite el enfriamiento adecuado del panel (5) por contacto directo con agua refrigerada.

El sistema de tracción (4) del panel espumado es de tipo oruga, transportando a una velocidad constante de 1-10 m/min Ia plancha espumada hasta el sistema de corte.

Por último, el sistema de corte (5) se encarga de cortar en anchura y longitud el panel espumado de acuerdo con las dimensiones requeridas y previamente indicadas.

En Ia figura 2 se representa un esquema del diseño del tornillo y del tubo de enfriamiento (34). En esta figura se observa el husillo (10) y Ia camisa (11), así como las cuatro posibles entradas de gas (17) en Ia extrusora.

Para efectuar una descripción de una realización práctica del husillo las medidas de las diversas zonas estarán dadas respecto al diámetro del mismo. Así de un modo particular Ia longitud del husillo representado en (35) oscila entre 36 y 42 veces el diámetro del mismo (D = 120 mm), con una relación de compresión comprendida entre 2 y 3 y con un tubo de enfriamiento (34), situado justo después del husillo de extrusión, con medidas que oscilan entre 10 y 14 veces el diámetro, siendo Ia zona donde se bombea y enfría Ia mezcla de polímero y gas; esta zona es necesaria para eliminar por efecto de Ia bomba de engranajes (14) las posibles fluctuaciones de presión originadas en el cabezal y enfriar progresivamente Ia masa de material procesada.

EL husillo se encuentra subdividido en cuatro zonas diferenciadas:

- Zona de alimentación (30) - Zona de compresión (31)

- zona de gasificación (32)

- Zona de dosificación (33)

La zona de alimentación (30) es Ia encargada de transportar el material reblandecido proveniente de Ia tolva de alimentación (12) y puede tener una longitud que oscila aproximadamente entre 6 y 10 veces el diámetro del husillo.

La zona de compresión (31), donde se efectúa Ia fusión y compresión del material, posee una longitud entre 6 y 10 veces el diámetro del husillo, y en el que una de las secciones es de doble filete para incremento de Ia eficacia de fusión.

La zona de gasificación (32) es Ia zona del husillo donde se encuentran las distintas entradas de gas (17) en Ia camisa de Ia extrusora (11). La longitud de esta zona también oscila entre 10 y 14 veces el diámetro del husillo y presenta zonas especiales de mezclado dispersivo y distributivo del material fundido con el gas o gases dispersados, intercaladas con zonas de transporte.

Por último Ia zona de dosificación (33) donde se realiza Ia homogeneización y mezclado del material fundido con el gas posee una longitud entre 4 y 8 veces el

diámetro del husillo.

En Ia figura 3 se muestra un detalle ampliado de Ia zona de gasificación (32). De esta figura destacan además de las entradas de gas (17), el menor diámetro del eje del husillo comparativamente con Ia zona anterior, creando un espaciado superior respecto a las paredes de Ia camisa (11), de esa manera facilitando el mezclado del gas con el plástico; en segundo lugar Ia presencia de zonas especiales (36) de mezclado del material fundido con el gas o gases dispersados, intercaladas con zonas de transporte (37).

El cabezal que Ia invención propone tiene como característica mas relevante el tener un canal distribuidor en forma de T adaptado al citado proceso de Ia invención que incluye un adaptador situado en Ia zona final de los labios, con posibilidad de refrigeración interna a través de un circuito de agua y que permite estabilizar Ia estructura global de Ia espuma durante el inicio de Ia etapa de expansión de Ia misma a Ia salida de los labios por descompresión.

Los labios, juntamente con Ia barra restrictora situada antes de los mismos, son regulables y permiten controlar Ia presión ejercida sobre Ia mezcla en fundido y, como tal, regular junto con Ia cantidad de agente espumante Ia densidad de Ia plancha final.

Aunque el proceso de enfriamiento y estabilización final de Ia plancha espumada sea conseguido fundamentalmente por acción de los calibradores de contacto por vacío, este diseño de cabezal, novedoso en cuanto a Ia distribución de flujo de material, garantiza que Ia masa polimérica fundida con el gas o gases disueltos, previamente homogeneizada por acción de Ia extrusora, llegue a Ia salida del mismo, es decir a Ia zona de los labios sin haber espumado.

La espumación controlada, conseguida justo a Ia salida de los labios del cabezal de extrusión, garantiza que Ia plancha presente una distribución unimodal de tamaños de celda, tanto en anchura como en espesor del panel, así como Ia estabilización adecuada por acción de los calibradores de contacto de Ia estructura celular global del mismo.