Mezclas de PP/amorfos

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Mezcla PP/Polímeros amorfos

Polipropileno fabricado en reactores / Aleaciones de polímeros no olefínicos

Recientemente, se ha introducido comercialmente una nueva clase de aleaciones "fabricadas en reactores" o mezclas de polipropileno compatibilizadas con copolímeros de injerto "in situ" con otros polímeros amorfos no olefínicos. El nuevo grado consta de aleaciones de polipropileno/poliestireno (PP/PS) se lanzó por primera vez a escala piloto a mediados de 1994 y luego se comercializó por completo en 1996. En su serie hay grados de desarrollo de aleaciones de polipropileno/acrílico, grados experimentales de aleaciones de copolímeros de polipropileno/estireno-anhídrido maleico (SMA). Todas estas aleaciones de PP fabricadas en reactores se producen mediante la tecnología patentada 'Catalloy' o 'reactor granule' de Montell, que es un proceso de polimerización multimonómero de múltiples etapas. La base fundamental de la tecnología de gránulos del reactor comienza con la formación de una partícula de polipropileno altamente porosa, primero mediante la polimerización de monómero de propileno utilizando un sistema iniciador Ziegler-Natta 'superactivo', de tercera generación, que consta de un electrón soportado por MgCl2. Catalizador TiCl4/AlR3 modificado por el donante en un área de superficie muy alta, forma de partícula esférica (proceso 'Spheripol'). Una característica única de este sistema catalizador es la alta porosidad uniforme que se mantiene durante la polimerización en las partículas de PP en crecimiento. A medida que tiene lugar la polimerización, se forma una capa creciente de polímero de PP a partir de los sitios activos en la superficie de la partícula de iniciador en expansión. El control adecuado de la estructura morfológica de las partículas de iniciador y el proceso de polimerización da como resultado la formación de gránulos de PP de estructura reticular altamente porosos. Estos gránulos o perlas de PP altamente porosos se utilizan luego como el "lecho del reactor" para la polimerización posterior de uno o más monómeros no olefínicos, como estireno y metacrilato de metilo. Dado que la última polimerización es generalmente de radicales libres, da como resultado la formación simultánea del polímero no olefínico así como su copolímero de injerto con PP distribuido uniformemente en dominios de escala micrométrica dentro de los gránulos de PP individuales. Este copolímero de injerto generado "in situ" luego compatibiliza y estabiliza eficazmente la morfología de la mezcla de PP durante el procesamiento posterior de la masa fundida, como el moldeo por inyección. Las mezclas exhiben un comportamiento morfológico multifásico típico con el polímero no olefínico formando generalmente la fase fina dispersa en la fase de matriz continua de PP. La matriz de PP puede contener dispersiones adicionales de partículas de caucho (tipo EPR) para endurecer la mezcla por impacto. Las propiedades mecánicas de estas aleaciones fabricadas en reactores ofrecen un equilibrio de rigidez y tenacidad que generalmente no se logra mediante la simple mezcla en estado fundido de los mismos sistemas poliméricos, principalmente debido a la compatibilización eficaz del copolímero de injerto y la buena adhesión interfacial entre las fases del componente. Las mezclas de reactores Hivalloy han sido posicionadas por Montell para competir con las aleaciones de ABS y otras resinas de ingeniería de gama baja basadas en algunas propiedades comparables, así como una mejor resistencia química y una gravedad específica más baja. Se espera que la Tg más alta de la dispersión de polímero amorfo no olefínico (PS, acrílico, SMA) refuerce la matriz de PP produciendo una rigidez, resistencia y temperatura de distorsión por calor algo más altas, mientras que el alto punto de fusión cristalino, ductilidad y resistencia química. y se mantienen las características de alto flujo de fusión del PP. El siguiente es un resumen de las propiedades y aplicaciones de las dos aleaciones de reactores comercialmente importantes, a saber, PP/PS y PP/aleaciones de polímeros acrílicos. Además del moldeo por inyección, las aplicaciones en desarrollo ahora incluyen láminas termoformadas e incluso películas de embalaje de barrera. Los materiales PP/Polímeros amorfos están demostrando ser capaces de reemplazar otros plásticos de ingeniería, incluidos ASA, policarbonato, PC/ABS, PC/PBT, nailon y acetal, en aplicaciones de automoción, construcción, marinas y de consumo. Estos híbridos cristalino/amorfo exhiben un excelente equilibrio rigidez/impacto, baja densidad, estabilidad dimensional, resistencia química y baja absorción de humedad. También son fáciles de colorear. Se dice que la maquinabilidad es otra característica importante de PP/Polímeros amorfos en comparación con otros materiales de ingeniería. Se ha evaluado comercialmente en moldeo por inyección (incluidos los procesos de sobremoldeo asistido por gas y de dos tiempos), moldeo por soplado, extrusión (incluida la coextrusión como capa superior) y termoformado.

PP/PS

PP/PS comprende grados sin relleno de uso general con densidades de 0,90 a 0,94 g/cc y MFR de 3 a 25 g/10 min. En el último año más o menos, a estos se han unido cinco grados reforzados que contienen 20-35% de vidrio y un compuesto relleno con 35% de carbonato de calcio. Tienen densidades de 1.05 a 1.20 g/cc y 5 a 10 MFR. Se dice que ofrecen un mejor equilibrio rigidez/impacto. El nuevo PP/PS reforzado con vidrio al 30% está reemplazando las cajas de herramientas de aluminio que se almacenan en la parte trasera de camiones o vehículos deportivos utilitarios. También reemplaza al metal un PP/PS de vidrio al 35% que se usa como miembro estructural de un extensor de plataforma de camión. Otra nueva aplicación son los puños calefactados eléctricamente para motocicletas: el núcleo de resina es PP/PS reforzado con vidrio al 35%, que está sobremoldeado con un elastómero TPV olefínico.

PP/PMMA

También se están desarrollando aleaciones PP/acrílicas reforzadas con vidrio. PP/PMMA tiene ventajas sobre la serie PP/PS en resistencia a la intemperie y apariencia brillante. Hay grados sin relleno con densidades de 0,93 a 0,98 g/cc y un rango de MFR de 9 a 23 g/10 min. Se tiene como objetivo desarrollar un compuesto reforzado con vidrio de alto brillo para reemplazar el nailon en las manijas de los electrodomésticos, las carcasas de las herramientas eléctricas y las molduras exteriores de los automóviles. Las muestras de prueba de PP/PMMA reforzado con vidrio al 15% tienen una densidad de 1.02 g/cc, módulo de flexión de 522,000 psi, impacto Izod con muescas de 1.6 ft-lb/in y resistencia a la tracción de 10,500 psi. A modo de comparación, un nailon 6 reforzado con vidrio al 14% tiene una densidad de 1,23, un módulo de 400.000 psi, un Izod con muescas de 1,0 ft-lb/in y una resistencia a la tracción de 12.000 psi. Ya existe una aplicación comercial para PP/PMMA con un contenido de vidrio muy bajo (10%) en una silla para interiores/exteriores que tiene patas ahuecadas moldeadas por inyección asistida por gas.

Aplicaciones

La versatilidad de las mezclas de PP/Polímeros amorfos ha dado como resultado su uso en una amplia gama de aplicaciones comerciales y de desarrollo en los mercados automotriz e industrial/de consumo. Estos usos finales incluyen guardabarros de camiones y postes de pilares automotrices, pantallas de capó y sujetadores. Las aplicaciones no automotrices son las escotillas de cubierta marina, andadores geriátricos, martillos, motos de agua, engranajes helicoidales y ventilaciones de secadoras. La automoción es uno de los principales mercados objetivo de mezcla PP/Polímeros amorfos. Se utiliza o en evaluación para varias aplicaciones interiores y exteriores, incluidos los postes de los pilares "A" y "B", guardabarros de camiones, rejillas de ventilación, sujetadores, carcasas de espejos, cubiertas de ruedas, vigas de parachoques, molduras del panel de instrumentos, componentes de cinturones de seguridad. , puertas de guantera, cubiertas de volante y protectores de rodilla. Hoy en día, el enfoque principal de Montell está en las carcasas de los espejos y las partes estructurales exteriores con colores moldeados en lugar de pintura. El éxito allí depende del buen aspecto de la superficie, la resistencia a la intemperie y la resistencia al rayado y al rayado. Las formulaciones iniciales no estaban a la altura de los estándares automotrices.Pero dice que las modificaciones recientes del producto, principalmente mediante el uso de aditivos, han producido una estética más duradera al tiempo que reducen el CLTE. PP/Polímeros amorfos se encuentra ahora en pruebas para aplicaciones no automotrices, como cascos de esquí para niños, donde la retroalimentación inicial indica que el rendimiento de rayones y marcas es adecuado para reemplazar al policarbonato. Montell también tiene como objetivo reemplazar los carros de golf hechos de materiales pintados como ABS con Hivalloy W moldeado en color. Un nuevo grado PP/PMMA, reemplaza el metal pintado en el faldón de los nuevos tractores. Este grado se convertirá en el nuevo estándar automotriz. Otro nuevo grado, PP/PMMA, forma todo el capó de los nuevos tractores de conducción. Se dice que el material es más resistente a la intemperie y rentable que el PPO/nailon pintado. Otro foco del desarrollo de aplicaciones serán las piezas termoconformadas de gran tamaño. Aquí, PP/PMMA servirá como una capa protectora resistente a la intemperie sobre el PP ramificado de alta resistencia a la fusión o un TPV.

Subiendo la resistencia al calor

Dos nuevas aleaciones injertadas de desarrollo que están diseñadas para una mayor rigidez y resistencia al calor. Una familia es PP/SMA (anhídrido estireno maleico). El otro es PP/PMMA-co-MAA (PP con un copolímero de PMMA y ácido metacrílico). Tienen densidades bajas (alrededor de 0,98 g/cc) y se dice que se procesan fácilmente. El HDT de PP/SMA modificado por impacto es 230°F a 66 psi y 140°F a 264 psi. Para PP/PMMA-co-MAA modificado por impacto, los HDT son 235°F y 155°F, respectivamente. Estas aleaciones se están probando en el campo en los mercados de la automoción y otros. Wilson dice que un cliente está entusiasmado con PP/SMA en una aplicación de dispositivo. Se están muestreando PP/PMMA-co-MAA con color moldeado para paneles de instrumentos automáticos para reemplazar el PC/ABS pintado o PP relleno. La película de barrera de PP/PMMA-co-MAA también está dirigida al mercado de películas OPP. Se dice que el nuevo terpolímero tiene una barrera a los gases cuatro veces mayor que el OPP convencional. Si bien no iguala el rendimiento de barrera del EVOH, parece proporcionar propiedades de barrera media requeridas para aplicaciones como el envasado de carne, donde puede reemplazar las coextrusiones de PVC o PP. También podría proporcionar una barrera contra la humedad más alta que el PS para envases como cremas.

Deformación

La deformación se mejora drásticamente con respecto a los polímeros semicristalinos como el PET y el acetal, debido al contenido amorfo de las aleaciones. Después del moldeado, no se producen grandes cambios dimensionales por la absorción de agua, como puede ocurrir con el nailon. De hecho, incluso las piezas grandes como las escotillas de cubierta marina hechas de resinas Hivalloy conservan su estabilidad dimensional en ambientes cálidos y húmedos. En general, la contracción aumentará con el aumento del grosor de la pared, la disminución de la presión y / o el tiempo de retención y el aumento de la temperatura de la masa fundida y/o del molde. Las resinas PP/Polímeros amorfos no reforzadas exhibirán contracción isotrópica, mientras que las versiones reforzadas con vidrio mostrarán contracción anisotrópica. Las mediciones de contracción siempre deben tomarse 48 horas después de que la pieza se haya enfriado a temperatura ambiente porque las mediciones anteriores pueden no reflejar con precisión la contracción final de la pieza. Para piezas grandes y/o piezas con tolerancias ajustadas, se debe ejecutar un estudio de contracción en función de las condiciones del proceso en una herramienta y prensa de inyección similares antes de construir un molde.

Resistencia a la intemperie

Excelente resistencia a la intemperie y apariencia de la superficie, además de una buena colorabilidad, son sus reclamos de fama. Al igual que con otros materiales Hivalloy, también se afirma que es fácil de procesar y una buena resistencia química y a la humedad. Se están persiguiendo activamente aplicaciones en los mercados de la construcción de edificios, automotriz y naval. Estos materiales se venden actualmente en cantidades de carga de camión, y también hay muchos programas de desarrollo en marcha para usar estas resinas, informa Dargis.

Construcción de edificios: Hivalloy W está destinado a aplicaciones sujetas a una exposición considerable al sol. El revestimiento de color oscuro es un área clave. Dice Dargis: "La gente está analizando el material para usar como la capa exterior del revestimiento. Entendemos que ASA se ha utilizado de esta manera, pero creemos que Hivalloy puede superar a ASA aquí".

Equipo de recreación marina: PP/PMMA se ha utilizado en lugar de ASA o policarbonato en cubiertas de botes y escotillas, según Dargis. Las pruebas realizadas por un fabricante de embarcaciones indican que PP/PMMA supera a los otros materiales en resistencia a la intemperie y propiedades mecánicas clave. Los grados comerciales de PP/PS ya se han utilizado para fabricar cubiertas para motos de agua, pero ahora se está considerando PP/PMMA para los modelos de color rojo brillante que ahora son populares. "PP/PMMA tiene un índice de refracción muy atractivo, lo que hace que sea mucho más fácil colorear".

Automotriz: Se tiene varios programas en progreso para reemplazar materiales como ASA o PC en aplicaciones donde la resistencia a la intemperie es un problema, como cualquier componente exterior negro como carcasas de espejos. Hivalloy W también es un candidato para aplicaciones de interior para reemplazar materiales como PC/ABS en casos donde la decoloración de colores brillantes puede ser un problema.

La segunda nueva familia de desarrollo son las aleaciones PP/SMA, que se dice que presentan una resistencia al calor mejorada junto con un procesamiento fácil. Todavía se encuentran en etapas experimentales y los datos de propiedad no estaban disponibles. Se dice que las pruebas de campo se están llevando a cabo en los mercados industrial, de consumo y automotriz, y se espera vender cantidades comerciales de camiones de un grado para mediados de año.

Procesar con facilidad

Debido a su estructura olefínica, las resinas PP/Polímeros amorfos ofrecen una excelente procesabilidad y un buen aspecto de la superficie. Más significativamente, las resinas PP/Polímeros amorfos tienen temperaturas de fusión más bajas y propiedades de flujo mejoradas en comparación con muchos termoplásticos de ingeniería convencionales, particularmente los amorfos como el policarbonato. Incluso las calidades de PP/Polímeros amorfos reforzadas con vidrio se pueden procesar fácilmente.

Condiciones de moldeo por inyección para resinas PP/Polímeros amorfos

Secado: Las aleaciones de la serie PP/PS no son higroscópicas y no requieren secado a menos que la humedad de la superficie sea evidente. Las aleaciones acrílicas/PP requieren un secado previo para minimizar los defectos de la superficie, como la extensión, la baba o los huecos. Secar durante 4 horas a 190°F.

Diseño de tornillo: utilice tornillos de medición estándar con relaciones L/D de 20:1 a 24:1 y relaciones de compresión entre 3:1 y 3,5:1.

Boquillas: Se recomiendan boquillas estándar o de cono inverso con orificios pulidos y flujo aerodinámico. Las boquillas calentadas (425-500°F) ayudan a evitar el congelamiento.

Temperaturas de derretimiento y barril: es deseable un tiempo de residencia de 2 a 10 min y se puede lograr equilibrando la capacidad del barril con el tamaño del disparo. El tamaño máximo de disparo debe estar entre el 45% y el 65% de la capacidad del cañón. El rango de temperatura de fusión para la mayoría de los grados es 425-500°F. No exceda los 520°F. No se recomiendan tiempos de residencia prolongados a 475-500°F. La zona de alimentación debe estar un poco más fría para ayudar a eliminar los volátiles.

Contrapresión: la presión hidráulica de la máquina de 50 psi logrará una temperatura de fusión uniforme y un tamaño de inyección constante. Aumente la presión a 100-150 psi cuando use concentrado de color. Si no se puede obtener una mezcla adecuada, intente usar una boquilla de mezcla estática.
Velocidad de inyección: se recomiendan velocidades de inyección lentas para piezas de alto brillo y al moldear en color. Para piezas texturizadas, se permite una inyección de media a rápida.

Tiempo y presión de retención/empaque: Un buen punto de partida para la presión de retención/empaque es 50-75% de la presión de inyección. Las presiones óptimas de empaque no provocan parpadeo y se pueden identificar cuando el peso de la pieza es constante. Un cojín mínimo de 0,1-0,3 pulg. suele ser adecuado.

Fuerza de sujeción: de una a tres toneladas/pulgada cuadrada. es típico. La fuerza exacta dependerá de la presión de la cavidad, que depende de la longitud del flujo, el espesor de la pieza y la temperatura de procesamiento.

Temperatura del molde: Las temperaturas normales del molde son 70-180°F. Haga funcionar los moldes lo más fríos posible para minimizar el tiempo del ciclo sin contribuir a la tensión de moldeado. Se necesitan temperaturas de molde más altas (160-180°F) para superficies de mayor brillo.

Tiempo de enfriamiento: depende del tiempo necesario para obtener la resistencia "verde" adecuada. La temperatura de la pieza debe ser inferior a 150°F, dependiendo de las limitaciones de deformación y geometría.

Desmoldeante: normalmente no se necesitan agentes de desmoldeo.

Triturado: El contenido de triturado debe mantenerse al 2540% de la mezcla total. Las resinas PP/amorfos conservan un alto grado de propiedades originales después de varias pasadas.

Purgado: Use un homopolímero de PP de bajo flujo antes y después del moldeo con resinas PP/amorfos.