ES2678213T3 - Producción de una mezcla de poliolefina y organopolisiloxano - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la producción de una composición polimérica que comprende un organopolisiloxano disperso en un polímero orgánico termoplástico, en el que en una primera etapa (I) el polímero orgánico termoplástico y el organopolisiloxano se mezclan a una temperatura a la cual tanto el polímero orgánico termoplástico como el organopolisiloxano están en fase líquida, para formar una mezcla madre, y en una segunda etapa (II) la mezcla madre se mezcla con más polímero orgánico termoplástico para formar una composición polimérica que tiene una concentración más baja de organopolisiloxano que la de la mezcla madre, caracterizado porque en la primera etapa (I) el polímero orgánico termoplástico y el organopolisiloxano se mezclan en presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradación termo-radicálica o reticulación del polímero orgánico termoplástico.
Description
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DESCRIPCION
Produccion de una mezcla de poliolefina y organopolisiloxano
La presente invencion se refiere a la produccion de una mezcla polimerica mediante la mezcla de un polfmero organico termoplastico y un organopolisiloxano a una temperatura superior al punto de fusion del polfmero organico termoplastico. Tal proceso de mezcla se puede usar para producir una mezcla polimerica en la cual el organopolisiloxano se dispersa en una matriz del polfmero organico termoplastico. La mezcla polimerica es especialmente util como mezcla madre (“masterbatch”) que se puede mezclar con otro polfmero organico termoplastico para producir una composicion polimerica organica que contiene una proporcion pequena de organopolisiloxano. La mezcla madre se forma habitualmente anadiendo un organopolisiloxano en forma lfquida a un polfmero organico termoplastico en forma lfquida, mezclando los componentes de manera mtima en fase lfquida y enfriando la mezcla para formar la mezcla madre en forma solida. La mezcla madre esta a menudo en forma practica de polvo o granulos.
Los polfmeros organicos termoplasticos se pueden procesar, por ejemplo, mediante combinacion y mezcla o por moldeo, por ejemplo moldeo por inyeccion o extrusion, para producir alambres, cables, pelfculas, fibras o estructuras moldeadas como piezas para el interior de automoviles. Se ha propuesto dispersar una composicion de polisiloxano por toda la estructura de un polfmero organico termoplastico mediante la tecnica de mezcla madre por ejemplo en el documento de la patente de Estados Unidos 5.844,031. El polisiloxano puede mejorar las propiedades del polfmero organico termoplastico, por ejemplo, puede disminuir su coeficiente de rozamiento, aumentar su hidrofobia y/o aumentar su resistencia a la abrasion, su resistencia al rayado y su resistencia al desgaste por el uso.
El documento de la patente CN 1428370 describe una composicion que incluye (% en peso) de 85 a 95 % de polietileno de peso molecular ultraalto, de 3 a 15 % de polisiloxano y de 0,2 a 2 % de antioxidante.
El documento de la patente CN102153831 describe un compuesto de resina de estireno, polietileno clorado y acrilonitrilo que comprende un polvo de injerto de estireno, polietileno clorado y acrilonitrilo, una resina de acrilonitrilo y estireno, una mezcla madre en grano resistente a la intemperie, un agente lubricante un antioxidante y un estabilizante frente al calor.
El documento de la patente JP2001-335691 describe una composicion de resina que contiene una resina de silicona de bajo peso molecular que tiene un peso molecular de 1.000 a 50.000, una resina de silicona de alto peso molecular que tiene un peso molecular de 200.000 a un millon y un amidoacido graso superior. El documento de la patente JP2001-335691 describe una composicion preparada mezclando (A) una resina de silicona de peso molecular comprendido entre 10.000 y 40.000, (b) una resina de silicona de peso molecular comprendido entre 300.000 y 500.000, (C) oleamida, (D) resina de poliolefina, por ejemplo, una resina de polietileno de baja densidad y aditivos opcionales (por ejemplo, antioxidantes, retardantes de llama, pigmentos).
El documento de la patente de Estados Unidos US2003/0212159 describe una composicion polimerica espumable que puede contener uno o mas aditivos, por ejemplo, cargas o rellenos inorganicos, antioxidantes, colorantes, pigmentos, estabilizantes frente a la luz, agentes de blanqueado optico, eliminadores de acidos, absorbentes de radiacion ultravioleta, plastificantes, productos de ayuda para el procesado, aditivos para resistencia a la ignicion, modificadores de la viscosidad, aditivos antiestaticos o productos de ayuda para la extrusion.
Para obtener todas las ventajas de la mezcla madre de silicona, se necesita obtener una dispersion homogenea y muy fina del organopolisiloxano en una matriz del polfmero organico termoplastico para asegurar una larga vida util de almacenamiento de esta composicion fabricada a partir de dos polfmeros incompatibles. Esto requiere una mezcla exhaustiva y minuciosa del polfmero organico termoplastico y del organopolisiloxano en condiciones de alto cizallamiento a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida cuando se forme la mezcla madre. Cuando no se controla bien la dispersion del organopolisiloxano, ello da como resultado rendimientos inconsistentes cuando la mezcla madre se combina con una matriz polimerica organica termoplastica. Por ejemplo, el resultado puede ser la formacion de geles durante la extrusion, variaciones altas en los coeficientes de rozamiento, deslaminacion o transferencia del organopolisiloxano de una superficie a otra durante la produccion de pelfculas. Tambien puede dar como resultado propiedades de resistencia al rayado de bajo nivel o variables cuando se moldean piezas de plastico por inyeccion.
Un siloxano o polisiloxano u organopolisiloxano o silicona es un compuesto que contiene silicio que tiene enlaces Si- O-Si repetitivos. Tales enlaces Si-O-Si repetitivos forman una cadena polimerica. El organopolisiloxano tiene grupos que cuelgan que son grupos qrnmicos situados en los atomos de Si a lo largo de la cadena polimerica. El organopolisiloxano tiene grupos terminales. Un grupo terminal es un grupo qrnmico situado en un atomo de silicio que esta en un extremo de la cadena polimerica.
El organopolisiloxano puede ser un organopolisiloxano que comprende al menos una de las siguientes unidades: unidad M (mono-funcional), unidad D (di-funcional), unidad T (tri-funcional), unidad Q (tetra-funcional). Las unidades M tienen la formula R3SO1/2 donde R es un sustituyente, preferiblemente un sustituyente organico y cada R puede ser igual o diferente en cada atomo individual de Si. Las unidades D tienen la formula R2SO2/2 donde R es un sustituyente, preferiblemente un sustituyente organico y cada R puede ser igual o diferente en cada atomo individual
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de Si. Las unidades Q tienen la formula SO4/2. Las unidades T tienen la formula RSO3/2 donde R es un sustituyente, preferiblemente un sustituyente organico. Cada sustituyente R se puede escoger por ejemplo entre grupos alquilo, arilo, alquenilo, acrilato, metacrilato y otros. Por ejemplo, puede ser un grupo alquenilo que tiene de 1 a 6 atomos de carbono, por ejemplo, un grupo vinilo o un grupo hexenilo.
Un organopolisiloxano ramificado contiene tipicamente al menos una unidad T y/o al menos una unidad Q. Un organopolisiloxano lineal contiene tipicamente unidades D y, opcionalmente, unidades M. Un polfmero es un compuesto que contiene unidades de repeticion que forman tipicamente al menos una cadena polimerica. Un polfmero se denomina polfmero organico cuando las unidades de repeticion contienen atomos de carbono. Un polfmero organico se denomina polfmero organico termoplastico cuando se hace lfquido cuando se calienta.
Hemos encontrado que cambios pequenos en las condiciones de procesado usadas en la preparacion de la mezcla madre pueden afectar a la estructura molecular del organopolisiloxano. A su vez, ello puede afectar a las propiedades de la composicion de polfmero organico termoplastico con la cual se combine la mezcla madre. Existe la necesidad de un procedimiento en el cual no cambie la estructura molecular del organopolisiloxano durante la produccion de la mezcla madre o bien que dicha estructura molecular sea menos sensible a las variaciones en las condiciones de procesado durante la produccion de la mezcla madre.
La presente invencion proporciona un procedimiento para la produccion de una composicion polimerica que comprende un organopolisiloxano dispersado en un polfmero organico termoplastico susceptible de degradacion termo-radicalica o reticulacion cuando se somete a una alta energfa de combinacion a una temperatura por encima de su punto de fusion, en el que en una primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida, para formar una mezcla madre, y en una segunda etapa (II) la mezcla madre se mezcla con mas polfmero organico termoplastico para formar una composicion polimerica que tiene una concentracion mas baja de organopolisiloxano que la de la mezcla madre, caracterizado porque en la primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradacion termo- radicalica o el reticulado del polfmero organico termoplastico.
La invencion proporciona un procedimiento de acuerdo con ello para la produccion de una composicion polimerica que comprende un organopolisiloxano dispersado en un polfmero organico termoplastico en el que en una primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida, para formar una mezcla madre, y en una segunda etapa (II) la mezcla madre se mezcla con mas polfmero organico termoplastico para formar una composicion polimerica que tiene una concentracion mas baja de organopolisiloxano que la de la mezcla madre, caracterizado porque en la primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico.
El polfmero organicotermoplastico es con frecuencia susceptible de la degradacion termo-radicalica o reticulacion cuando se somete a una combinacion y mezcla de alta energfa a una temperatura por encima de su punto de fusion.
Segun la invencion, hemos encontrado que la presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradacion termo- radicalica o el reticulado del polfmero organico termoplastico puede evitar que cambie la estructura molecular del organopolisiloxano durante el proceso de formacion de la mezcla madre. Generalmente, los organopolisiloxanos no son susceptibles de degradacion termo-radicalica o reticulacion cuando se someten a cizallamiento a alta temperatura; las reacciones conocidas de degradacion de los organopolisiloxanos implican generalmente hidrolisis y/o condensacion de siloxano.
Preferiblemente, un polfmero organico es un polfmero en el cual los atomos de carbono representan al menos el 50 % de los atomos de la cadena principal del polfmero. Ejemplos de polfmeros organicos termoplasticos son poliolefinas como polipropileno, polietileno y copolfmeros de propileno y/o de etileno; poli(cloruro de vinilo), poliestireno, copolfmeros de estireno, butadieno y acrilonitrilo, poliamidas y poliaminas, poliesteres, polfmeros acnlicos, acetales y polfmeros de olefinas fluoradas. Todos estos polfmeros organicos termoplasticos son en alguna medida susceptibles de degradacion termo-radicalica o reticulacion cuando se someten a cizallamiento a temperaturas por encima de su punto de fusion. La invencion es especialmente ventajosa cuando el polfmero organico termoplastico es una poliolefina. El polipropileno es especialmente susceptible a la degradacion termo- radicalica cuando se somete a altas energfas de mezcla y combinacion a temperaturas superiores a su punto de fusion. El polfmero puede ser polipropileno orientado biaxialmente (BOPP, por sus siglas en ingles). El polietileno es susceptible a la reticulacion termo-radicalico cuando se somete a altas energfas de mezcla y combinacion a temperaturas mas altas que su punto de fusion. El polfmero organico es preferiblemente polipropileno o polietileno.
En algunas realizaciones preferidas, el polfmero organico termoplastico es un caucho, incluso si la mayona de los cauchos no tienen un comportamiento verdaderamente termoplastico. Un caucho es tfpicamente un elastomero de un dieno. Mediante la expresion “elastomero de un dieno” se quiere decir aqrn un polfmero que tiene propiedades elasticas a temperatura ambiente, a la temperatura de mezcla o a la temperatura de uso, que se puede obtener por polimerizacion a partir de un monomero que es un dieno. Tfpicamente, un elastomero de un dieno es un polfmero
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que contiene al menos un grupo eno (un doble enlace carbono C=C) que tiene un atomo de hidrogeno sobre el carbono alfa contiguo al enlace C=C. El elastomero de dieno puede ser un polfmero natural, como caucho natural o puede ser un poKmero sintetico derivado al menos en parte de un dieno.
El elastomero de dieno puede ser caucho natural. De forma alternativa, el elastomero de dieno puede ser un polfmero sintetico que es un homopolfmero o un copolfmero de un monomero dienico (un monomero que porta dos dobles enlaces carbono-carbono, ya sean conjugados o no). Preferiblemente, el elastomero es un elastomero dienico “esencialmente insaturado”, que es un elastomero dienico que resulta al menos en parte de monomeros dienicos conjugados, que tienen un contenido de partes o unidades de origen dienico (dienos conjugados) mayor de 15 % en moles. Mas preferiblemente, es un elastomero dienico “altamente insaturado” que tiene un contenido de unidades de dieno de origen (dienos conjugados) que es mayor del 50 % en moles. Tambien se pueden usar, de manera alternativa, aunque son menos preferidos, elastomeros de dienos como los cauchos butilicos, copolfmeros de dienos y elastomeros de alfa-olefinas del tipo monomero dieno etileno-propileno (EPDM, por sus siglas en ingles), los cuales se pueden describir como elastomeros de dienos “esencialmente saturados” que tienen un bajo contenido (menor del 15 % en moles) de unidades de dieno de origen.
El elastomero de dieno puede ser, por ejemplo:
(a) cualquier homopolfmero obtenido mediante polimerizacion de un monomero de tipo dieno conjugado que tiene de 4 a 12 atomos de carbono;
(b) cualquier copolfmero obtenido mediante copolimerizacion de uno o mas dienos conjugados juntos o con uno o mas compuestos aromaticos vimlicos que tienen de 8 a 20 atomos de carbono;
(c) un copolfmero ternario obtenido mediante copolimerizacion de etileno, de una alfa-olefina que tiene de 3 a 6 atomos de carbono con un monomero de tipo dieno no conjugado que tiene de 6 a 12 atomos de carbono, tal como, por ejemplo, los elastomeros obtenidos a partir de etileno, a partir de propileno con un monomero de tipo dieno no conjugado del tipo previamente mencionado, como, en particular, 1,4-hexadieno, etiliden- norborneno o diciclopentadieno;
(d) un copolfmero de isobuteno e isopreno (caucho butilico) y tambien las versiones haolgenadas de este tipo de copolfmero, en particular las versiones cloradas o bromadas.
Dienos conjugados adecuados son, en particular, los compuestos siguientes: 1,3-butadieno, 2-metil-1,3-butadieno, 2,3-di-(alquil (grupo alquilo con 1 a 5 atomos de carbono))-1,3-butadienos, como, por ejemplo, 2,3-dimetil-1,3- butadieno, 2,3-dietil-1,3-butadieno, 2-metil-3-etil-1,3-butadieno, 2-metil-3-isopropil-1,3-butadieno, un aril-1,3- butadieno, 1,3-pentadieno y 2,4-hexadieno. Compuestos vinil-aromaticos adecuados son, por ejemplo, estireno, orto, meta y para-metilestireno, la mezcla comercial “viniltolueno”, para-ter-butilestireno, metoxiestirenos, cloroestirenos, vinilmesitileno, divinilbenceno y vinilnaftaleno.
Los copolfmeros pueden contener entre 99 % y 20 % en peso de unidades de dieno y entre 1 % y 80 % en peso de unidades vinilaromaticas. Los elastomeros pueden tener cualquier microestructura, la cual es funcion de las condiciones de polimerizacion usadas, en particular de la presencia o ausencia de un agente modificador y/o aleatorizador y de las cantidades de agente modificador y/o aleatorizador usadas. Los elastomeros pueden ser, por ejemplo, elastomeros de bloques, estadfsticos, secuenciales o microsecuenciales y se pueden preparar en dispersion o en disolucion; pueden ser acoplados o en estrella o, de manera alternativa, funcionalizados con un agente de acoplamiento y/o de distribucion en estrella o de funcionalizacion. Ejemplos de copolfmeros de bloques preferidos son los copolfmeros de bloque de estireno/butadieno/estireno (SBS, por sus siglas en ingles) y los copolfmeros de bloques estireno-etileno/butadieno/estireno (SEBS, por sus siglas en ingles).
Los preferidos son los polibutadienos, y en particular aquellos que tienen un contenido de unidades 1,2 entre 4 % y 80 %, o aquellos que tienen un contenido de cis-1,4 de mas de 80 %, los poliisoprenos, los copolfmeros de butadieno y estireno, y en particular los que tienen un contenido de estireno comprendido entre 5 % y 50 % en peso y, mas particularmente, entre 20 % y 40 %, un contenido de enlaces 1,2 de la fraccion de butadieno comprendido entre 4 % y 65 % y un contenido de enlaces 1,4 trans comprendido entre 20 % y 80 %, los copolfmeros de butadieno e isopreno y, en particular, aquellos que tienen un contenido de isopreno de entre 5 % y 90 % en peso. En el caso de los copolfmeros de butadieno, estireno e isopreno, aquellos que son adecuados son, en particular, los que tienen un contenido de estireno comprendido entre 5 % y 50 % en peso y, mas en particular, entre 10 % y 40 %, un contenido de isopreno comprendido entre 15 % y 60 % en peso y, mas particularmente, entre 20 % y 50 %, un contenido de butadieno entre 5 % y 50 % en peso y mas particularmente entre 20 % y 40 %, un contenido de unidades 1,2 de la fraccion de butadieno entre 4 % y 85 %, un contenido de unidades trans 1,4 de la fraccion de butadieno comprendido entre 6 % y 80 %, un contenido de unidades 1,2 mas 3,4 de la fraccion de isopreno entre 5 % y 70 % y un contenido de unidades trans 1,4 de la fraccion de isopreno comprendido entre 10 % y 50 %.
En una realizacion preferida de la presente invencion, el polfmero organico termoplastico es polipropileno de peso molecular relativamente alto que tiene un mdice de fluidez (MFI, por sus siglas en ingles) inferior a 20. El MFI del polipropileno puede estar por ejemplo en el intervalo de 5 a 15. El polipropileno de bajo MFI necesita mucha energfa
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para su procesado o combinacion y mezcla, pero se necesita mucha ene^a tambien para mezclar minuciosamente un poliorganosiloxano con cualquier poliolefina.
El poliorganosiloxano puede ser un polfmero lineal de siloxano, tal como un polidiorganosiloxano, o puede ser un organopolisiloxano ramificado, un poKmero de organosiloxano dclico o una resina de siloxano ramificada, o una mezcla de de dos o mas de los mencionados.
Preferiblemente, el organopolisiloxano comprende un polfmero de siloxano predominantemente lineal. Tal organopolisiloxano lineal esta sustancialmente libre de unidades T y de unidades Q. Tal organopolisiloxano lineal comprendera esencialmente unidades D y unidades M sin unidades T y sin unidades Q, o bien estara exclusivamente formado por unidades D y unidades M sin unidades T y sin unidades Q.
Preferiblemente, el organopolisiloxano es distinto de una mezcla de polfmeros de organopolisiloxano de intervalos de peso molecular significativamente diferentes.
Preferiblemente, la composicion esta libre de oleoamida.
Preferiblemente, el organopolisiloxano comprende un polfmero de siloxano predominantemente lineal que tiene un peso molecular alto. Tfpicamente, su grado de polimerizacion (DP, por sus siglas en ingles) es mayor de 4000. Tal polfmero de siloxano lineal de alto valor de DP se denomina con frecuencia “goma de silicona”. Una goma de silicona es tipicamente un polfmero de tipo polidialquilsiloxano predominantemente lineal, por ejemplo un polfmero de tipo polidimetilsiloxano lineal de alta viscosidad. Preferiblemente, la viscosidad de una goma de silicona es al menos de 600.000 mm2/s. La goma de silicona puede tener al menos un grupo funcional en posicion terminal, preferiblemente al menos dos. El polfmero de siloxano lineal de alto DP puede tener por ejemplo un valor de DP en el intervalo de 5000 hasta un maximo de 7000 o 10000. El polfmero de siloxano lineal de alto DP se puede usar como el unico organopolisiloxano o bien se puede mezclar con un organopolisiloxano ramificado, un polfmero de organosiloxano dclico, un polfmero de siloxano lineal de DP mas bajo y/o una resina de siloxano ramificada. Preferiblemente, el polfmero de siloxano lineal de alto DP representa al menos el 50 % en peso de cualquier mezcla de tales organopolisiloxanos.
Un organopolisiloxano ramificado puede comprender por ejemplo partes unidas mediante unidades de ramificacion escogidas entre unidades RSO3/2 y unidades SO4/2, donde R representa un grupo organico. Un polfmero de organosiloxano dclico puede ser, por ejemplo, un oligomero dclico tal como decametilciclopentasiloxano u octametilciclotetrasiloxano. Una resina de siloxano ramificada puede ser por ejemplo una resina de silsesquiloxano o una resina que comprende unidades SO4/2 o unidades R3SO1/2, donde R representa un grupo organico.
Preferiblemente, la goma de silicona tiene plasticidad alta. Se considera que la plasticidad es alta cuando su valor es de al menos 50, preferiblemente al menos 55 y mas preferiblemente al menos 60 milesimas de pulgada. La plasticidad se mide a temperatura ambiente (20, 23 o 25°C) usando el procedimiento descrito en el estandar ASTM D926.
Los grupos organicos en el organopolisiloxano son preferiblemente grupos metilo; el polfmero de siloxano lineal de alto DP es preferiblemente un polidimetilsiloxano. De manera alternativa, los grupos organicos pueden ser grupos etilo o superiores o pueden comprender grupos fenilo.
Hemos encontrado que la presencia del aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico durante el procesado para obtener una mezcla madre tiene un efecto mas marcado sobre el organopolisiloxano que sobre el polfmero organico termoplastico. El aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico evita un cambio en la estructura molecular del organopolisiloxano que se nota en las propiedades de la composicion polimerica final formada mezclando en la segunda etapa (II) la mezcla madre con mas polfmero organico termoplastico. Si bien creemos que el efecto inicial del aditivo es inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico durante la produccion de la mezcla madre, tal degradacion o reticulacion del polfmero organico termoplastico no se nota habitualmente despues de que la mezcla madre se haya mezclado con mas polfmero organico termoplastico en la segunda etapa (II). No es perceptible, por ejemplo, cuando se combina polipropileno con una carga o material de relleno a una temperatura por encima de su punto de fusion para formar una mezcla madre y la mezcla madre se mezcla despues con mas polfmero organico termoplastico. Sin embargo, creemos que la degradacion termo- radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico puede iniciar un cambio en la estructura molecular del organopolisiloxano. De este modo, un problema que se aprecia como un cambio en la estructura molecular del organopolisiloxano se resuelve utilizando un aditivo que tiene su efecto inicial sobre el polfmero organico termoplastico.
El organopolisiloxano de la mezcla madre segun la presente invencion es capaz de permanecer estable despues de que se forme la composicion polimerica final. Esto se puede observar midiendo el peso molecular del organosiloxano antes de formar la mezcla madre y despues del procesado (es decir, despues de mezclar la mezcla madre con el polfmero organico termoplastico). El cambio en el peso molecular para mezclas madres segun la presente invencion es significativamente mas bajo que el cambio de peso molecular del organopolisiloxano para mezclas madres que no contienen el aditivo.
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Esto es sorprendente, especialmente para mezclas madre que contienen organopolisiloxanos que contienen grupo(s) funcional(es) tales como grupos funcionales que se esperana que experimentasen modificaciones qmmicas en el proceso de mezcla. La presencia del aditivo parece ser capaz de evitar que ocurran reacciones en la etapa siguiente del proceso (etapa (II)), lo cual puede conducir a rendimientos diferentes de aplicacion a aplicacion. Preferiblemente, el organopolisiloxano comprende al menos un grupo funcional, es decir un grupo distinto al formado exclusivamente por un grupo alquilo.
Tal grupo alquilo es capaz de reaccionar por ejemplo mediante reaccion radicalica. Preferiblemente, el organopolisiloxano comprende mas de un grupo funcional, es decir, contiene grupos funcionales.
Un grupo funcional puede estar en posicion terminal en el organopolisiloxano. De manera alternativa, o adicional, puede ser un grupo colgante, situado a lo largo de la cadena. Preferiblemente el grupo funcional esta en posicion terminal. Preferiblemente, al menos dos posiciones terminales del polfmero estan sustituidas por grupos funcionales. Cuando el organopolisiloxano es lineal, se prefiere que ambas unidades terminales esten sustituidas por grupos funcionales.
El grupo reactivo puede ser un grupo qmmico que contiene una o mas de las funciones siguientes:
- alilo, por ejemplo, vinilo;
- un grupo dclico que contiene al menos un enlace C=C insaturado , como por ejemplo un grupo fenilo;
- acriloxi, acrilo, metacriloxi, metacrilo, epoxi, amina, carboxilo, hidroxi, mercapto, carbinol, ester, acilo.
Preferiblemente, el grupo o grupos funcionales presentes en el organopolisiloxano estan libres de grupos que contienen SiH. Preferiblemente, el grupo funcional contiene una o mas de las funciones siguientes: vinilo, metacriloxi y acriloxi.
El aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o la reticulacion del polfmero organico termoplastico es preferiblemente un antioxidante.
Por lo tanto, la invencion proporciona un procedimiento para la produccion de una composicion polimerica que comprende un organopolisiloxano dispersado en un polfmero organico termoplastico, en el que, en una primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida, para formar una mezcla madre, y en una segunda etapa (II) la mezcla madre se mezcla con mas polfmero organico termoplastico para formar una composicion polimerica que tiene una concentracion mas baja de organopolisiloxano que la de la mezcla madre, caracterizado porque en la primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en presencia de un antioxidante.
El aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o la reticulacion del polfmero organico termoplastico puede ser cualquiera de los tipos de antioxidantes listados en la seccion 1.5 del “Plastics Additives Handbook”, (“Manual de aditivos para plasticos”), 6a edicion, publicado por Hanser Publishers, 2009, de los autores Hans Zweifel, Ralph D. Maier y Michael Schiller, paginas 10-19. El aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o la reticulacion del polfmero organico termoplastico puede ser por ejemplo un dador de H, un producto para descomponer hidroperoxidos, un eliminador de radicales alquilo, un desactivador de metales o un estabilizante multifuncional, tal como se define en “Plastics Additives Handbook”, o bien se puede usar una combinacion de uno o mas de estos estabilizantes.
Entre los ejemplos de dadores de H se incluyen los fenoles, en particular los antioxidantes fenolicos estericamente impedidos y las aminas aromaticas secundarias. Ejemplos de antioxidantes fenolicos estericamente impedidos son el 2,6-di-(ter-butil)-fenol y sus esteres tales como el tetrakis(3-(3,5-di-ter-butil-4-hidroxifenil)propionato) de pentaeritritol que esta disponible comercialmente con la marca registrada “Irganox 1010”.
Entre los ejemplos de productos para descomponer hidroperoxidos se incluyen compuestos organicos de fosforo trivalente como fosfitos o fosfonitos y compuestos organicos de azufre como sulfuros organicos, esteres del acido 3,3-ditiopropionico, sales metalicas de dialquilditiocarbamatos y sales metalicas de ditiofosfato.
Ejemplos de eliminadores de radicales alquilo son estabilizantes de aminas impedidas como la 2,2,6,6-tetrametil- piperidina y derivados suyos, N-hidroxil-aminas, derivados de 3-arilbenzofuranona y fenoles modificados con grupos acriloMo.
Estabilizantes multifuncionales son aquellos que combinan en una molecula mas de una funcion escogida entre la funciones de dador de H, de descomponer hidroperoxidos, de eliminar radicales alquilo y de desactivar metales. Por ejemplo, los fenoles estericamente impedidos con sustituyentes de sulfuros organicos actuan tanto como dadores de H como productos que descomponen los hidroperoxidos. Los fenoles modificados con grupos acriloMo que contienen al menos un grupo ter-butilo en posicion orto respecto del grupo hidroxilo fenolico actuan tanto como dadores de H como eliminadores de radicales alquilo. Un ejemplo es el acrilato de 2-(2'-hidroxi-3'-ter-butil-5-metil)a-metilbencil-4-
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metil-6-ter-butil-fenilo. Un desactivador de metales, que forma un complejo estable con metales como cobre, puede contener grupos fenolicos estericamente impedidos. Un ejemplo es 3-(3'.5'-di-ter-butil-4-hidroxi)fenilpropionamida.
El aditivo estabilizante capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del poKmero organico termoplastico esta presente, preferentemente, en una cantidad de al menos 0,1 % en peso respecto del total de peso conjunto del polfmero organico termoplastico y el poliorganosiloxano en la mezcla madre. Generalmente, el estabilizante esta presente en una cantidad de como maximo 2 % en peso y habitualmente no mas de 1 % en peso. Se pueden usar niveles de estabilizante mayores de 2 % pero generalmente no son necesarios para estabilizar la estructura molecular del organopolisiloxano.
El polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan para formar una mezcla madre a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida. Los organopolisiloxanos, por ejemplo, las gomas de silicona, son sustancias habitualmente lfquidas a temperatura ambiente y/o por encima de la temperatura ambiente. En un procedimiento preferido, la primera etapa del proceso de la invencion, (I), comprende las etapas de (I)(a) mezclar primero el polfmero organico termoplastico y (I)(b) mezclar el polfmero organico termoplastico fundido asf producido con el organopolisiloxano. Preferiblemente, en la etapa (I)(a) el polfmero organico termoplastico se funde en presencia del aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico. De manera alternativa, el aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico se puede anadir con el organopolisiloxano.
Preferiblemente, el polfmero organico termoplastico de la mezcla madre es de la misma naturaleza que la matriz del polfmero organico termoplastico. En otras realizaciones preferidas, el polfmero organico termoplastico de la mezcla madre es distinto del polfmero organico termoplastico de la matriz. Se necesita entonces alguna compatibilidad entre los polfmeros. Preferiblemente, la mezcla madre contiene solo el polfmero organico termoplastico, el organopolisiloxano y el aditivo. En otras realizaciones preferidas, la mezcla madre contiene el polfmero organico termoplastico, un orgnaopolisiloxano, un aditivo y otro(s) componente(s).
Un equipo preferido para llevar a cabo la primera etapa (I) del procedimiento de la invencion es un extrusor de husillo doble. El polfmero organico termoplastico se puede fundir en la primera etapa del extrusor de husillo doble, preferiblemente en presencia del aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion. El organopolisiloxano se puede anadir a traves de una portilla del extrusor colocada de tal forma que el organopolisiloxano se anade al polfmero organico termoplastico fundido. El extruido se puede, por ejemplo, enfriar y dividir en granulos (“pellets”), que es una forma conveniente de mezcla madre, para mezclar con mas polfmero organico termoplastico en la etapa (II).
La temperatura a la cual el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano de mezclan en la primera etapa (I) del procedimiento de la invencion es generalmente igual o superior a la temperatura de fusion del polfmero organico termoplastico e inferior a la temperatura a la cual se degrada el polfmero organico termoplastico (incluso sin combinacion y mezcla de alta energfa). Para muchos polfmeros organicos termoplasticos, incluyendo por ejemplo el polipropileno y el polietileno, una temperatura conveniente y eficaz para la primera etapa (I) del procedimiento de la invencion es una temperatura en el intervalo de 180°C a 250°C, por ejemplo, una temperatura del extrusor en este intervalo. Se pueden preferir temperaturas en el intervalo de 200°C a 23o°C.
Puesto que los organopolisiloxanos son incompatibles con la mayona de los polfmeros organicos termoplasticos, se necesita una alta energfa de combinacion (“compounding”) para lograr una mezcla eficaz, es decir una alta energfa en el extrusor o en otro dispositivo de mezcla por unidad de peso de polfmero mezclado (polfmero organico termoplastico mas organopolisiloxano). La energfa de combinacion es preferiblemente lo bastante alta como para que el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclen de modo que el tamano de dominios promedio de la fase de organopolisiloxano dispersada en la composicion de polfmero sea de 1 a 10 pm. Se necesita una alta energfa de combinacion que produzca una dispersion de la fase de organopolisiloxano muy fina y homogenea para conseguir todas las prestaciones de la mezcla madre de silicona que se prepara a partir de dos polfmeros incompatibles. Tambien es necesario conseguir una alta regularidad entre lotes, que es necesaria para los usuarios finales (las entidades que combinan plasticos, que mezclan la mezcla madre con otros polfmeros organicos termoplasticos). Cuando no se controla bien la dispersion de silicona, ello da como resultado rendimientos irregulares cuando la mezcla madre se combina con una matriz polimerica organica termoplastica. Por ejemplo, puede dar como resultado que se formen geles durante la extrusion, que se produzcan grandes variaciones en los coeficientes de rozamiento, la deslaminacion o la transferencia de la silicona de una superficie a otra durante la produccion de pelfculas. Tambien pueden dar como resultado una baja y variable resistencia al rayado cuando se moldean piezas de plastico por inyeccion.
Para un dispositivo de mezcla continuo tal como un extrusor, la energfa de combinacion E = Par de fuerzas x N (velocidad de rotacion del husillo en rpm) / Q (caudal en kg/h) (E = T.N/Q). El par de fuerzas T es proporcional a la potencia del dispositivo de mezcla. Para un dispositivo de mezcla impulsado electricamente a voltaje constante, la potencia es tambien proporcional a la intensidad de corriente electrica I. En este caso se puede calcular una magnitud E' proporcional a la energfa de combinacion, que es E' = intensidad de corriente I (en amperios) x N (velocidad de rotacion del husillo en rpm) / Q (caudal en kg/h) (E = I.N/Q). Para un extrusor de doble helice
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funcionando con una fuente de alimentacion de 380 voltios, una energfa de composicion calculada segun lo anterior de 150 unidades se puede considerar como una ene^a de combinacion alta que puede afectar a la estructura molecular y a la distribucion de pesos moleculares del organopolisiloxano, por ejemplo, aumentando la polidispersividad del organopolisiloxano. La polidispersividad se define como el peso molecular promedio en peso Mw dividido por el peso molecular promedio en numero Mn. Para un extrusor de doble husillo que funciona con una fuente de alimentacion de 380 voltios, una energfa de composicion por encima de aproximadamente 250 unidades tendra generalmente un efecto sustancial sobre la estructura molecular y sobre la distribucion de pesos moleculares del organopolisiloxano.
La etapa (II) del procedimiento de la invencion, en la cual se mezcla la mezcla madre con polfmero organico termoplastico adicional para formar una composicion polimerica que tiene una concentracion de poliorganosiloxano mas baja que la de la mezcla madre, no necesita el empleo de una cantidad de energfa de composicion y mezcla especialmente alta. La alta energfa de composicion usada en la etapa (I) del procedimiento de la invencion proporciona una dispersion muy fina, homogenea, de la fase de organopolisiloxano en el polfmero organico termoplastico de forma que la mezcla con mas polfmero organico termoplastico en la etapa (II) comprende esencialmente mezclar el polfmero organico termoplastico con el mismo o con un polfmero organico termoplastico compatible. La mezcla madre o “masterbatch” se puede vender a los clientes sin que estos necesiten emplear tecnicas de mezcla muy intensas.
Otro objeto de la invencion se refiere a las composiciones de polfmero obtenidas / directamente obtenidas mediante el procedimiento de la invencion.
Las composiciones producidas segun la invencion, que comprenden polfmeros organicos termoplasticos que contienen organopolisiloxanos, se pueden emplear en diversas aplicaciones. Las composiciones de poliolefinas y poliesteres se pueden extrudir en forma de pelfculas que se usan, por ejemplo, como materiales de envasado, o se pueden extrudir en forma de fibras que se pueden emplear para fabricar textiles tejidos o no tejidos. El organopolisiloxano proporciona propiedades de bajo rozamiento a las superficies, lo cual facilita la extrusion de las pelfculas y las fibras. Se pueden usar composiciones de poliaminas y poliamidas en aplicaciones que requieran capacidad de repeler el agua y los aceites y resistencia a altas temperaturas; todas esas propiedades son realzadas por el organopolisiloxano. El polipropileno es uno de los materiales principales para usar en las piezas de interiores de automoviles. Las composiciones de polipropileno segun la invencion se pueden moldear para formar piezas de automoviles en las cuales el organopolisiloxano proporciona una resistencia mejorada al rayado y al desgaste producido por el uso. Tambien se pueden usar las composiciones segun la invencion en otras aplicaciones tales como la fabricacion de cables y alambres. Las composiciones segun la invencion se pueden usar en la fabricacion de pelfculas, fibras o estructuras moldeadas, por ejemplo, piezas del interior de automoviles.
La invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de una composicion polimerica que comprende un organopolisiloxano dispersado en un polfmero organico termoplastico. Tal polfmero organico termoplastico es, a menudo, susceptible de degradacion termo-radicalica o de reticulacion cuando se somete a una alta energfa de composicion y mezcla a una temperatura superior a la de su punto de fusion. En una primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida, para formar una mezcla madre, y en una segunda etapa (II) la mezcla madre se mezcla con mas polfmero organico termoplastico para formar una composicion polimerica que tiene una concentracion mas baja de organopolisiloxano que la de la mezcla madre. En la primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico. El organopolisiloxano permanece estable durante el procesado.
La invencion se amplfa al uso de un antioxidante para estabilizar un organopolisiloxano de peso molecular promedio en peso Mw en el intervalo de 10.000 a 1.000.000, preferiblemente de 100.000 a 1.000.000, durante el proceso de mezcla en estado fundido del organopolisiloxano con un polfmero organico termoplastico susceptible de degradacion termo-radicalica o reticulacion cuando se somete una alta energfa de composicion y mezcla a una temperatura superior a la de su punto de fusion.
La invencion se ilustra con los ejemplos siguientes, en los cuales las partes y los porcentajes lo son en peso. Ejemplos 1 y 2
Se premezclaron granulos de homopolfmero de polipropileno de mdice de fluidez (MFI por sus siglas en ingles) 12 (medido a 230°C / 2,16 kg) con 0,5 % de antioxidante Irganox 1010 puro y se introdujo la mezcla en un extrusor de doble husillo co-rotativo que tema una relacion L/D (longitud a diametro) de 48 y un diametro del husillo de 45 mm. La temperatura promedio en el husillo estaba entre 200 y 230°C, que es superior a la temperatura de fusion del polipropileno (165°C). El polipropileno se fundio en la primera seccion del extrusor. Se anadio una goma de silicona a la fase de polipropileno ya fundido en el extrusor usando una bomba de engranajes. La goma de silicona era un polidimetilsiloxano sustancialmente lineal con funcionalidades vinilo de Mn 343600 y Mw 649900 (DP de aproximadamente 4650, MWD 1,89). La goma de silicona se anadio al polipropileno en cantidades iguales de peso.
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El extrusor de doble husillo funcionaba a 380 voltios. En los ejemplos 1 y 2 se usaron diferentes velocidades de husillo, amperajes del motor y caudales de polfmeros, como se muestra en la tabla 1. Segun la velocidad del husillo y el amperaje del motor, el tiempo de estancia del fundido variaba entre 50 y 150 segundos.
El extruido comprendfa una dispersion de la goma de silicona en la matriz de polipropileno. El extruido se enfrio con agua hasta temperatura ambiente y se granulo. Los granulos se analizaron mediante espectroscopfa de fotoelectrones de rayos X (XPS, por las siglas en ingles) para determinar la distribucion de tamanos de partfculas de silicona. Se extrajeron muestras con xileno y se analizaron mediante cromatograffa de permeacion en gel para determinar la informacion relativa a los pesos moleculares (Mn y Mw) y se calculo la polidispersividad MWD. Todos los datos se recogen en la tabla 1.
En los ejemplos para comparacion C1 y C2, el polipropileno y la goma de silicona se mezclaron y extrudieron en las mismas proporciones y sustancialmente en las mismas condiciones de los ejemplos 1 y 2, respectivamente, pero sin anadir el Irganox 1010 o cualquier otro aditivo. Los resultados se muestran en la tabla 1.
En los ejemplos de comparacion C1a y C2a, el polipropileno y la goma de silicona se mezclaron y extrudieron en las mismas proporciones y en las mismas condiciones de los ejemplos 1 y 2, respectivamente, pero reemplazando el Irganox 1010 por 1,5 % de un concentrado al 25 % de sflice Cab-O-Sil (marca registrada) tratada con un siloxano tapado con un silanol corto (sflice pirogenica), que es un aditivo conocido para estabilizar gomas de silicona, en el homopolfmero de polipropileno de MFI 12. Los resultados se muestran en la tabla 1.
Tabla 1
- Ejemplo
- 1 C1 C1a 2 C2 C2a
- Velocidad del husillo, rpm
- 550 550 550 250 250 250
- Intensidad de corriente en el motor, amperios
- 45 45 45 85 85 85
- Caudal kg/hora
- 50 50 50 80 100 80
- % de Irganox 1010
- 0,5 0 0 0,5 0 0
- % de concentrado de sflice
- 0 0 1,5 0 0 1,5
- Mn
- 379200 476400 550700 375300 364600 388600
- Mw
- 728500 1436000 1518000 666300 706500 7474100
- MWD
- 1,92 3,01 2,76 1,78 1,95 1,92
- Tamano de partfculas de silicona, pm
- 3 30 30 1 1 3
La comparacion del ejemplo 1 con los ejemplos de comparacion C1 y C1a muestra que el peso molecular del fundido de goma de silicona mezclado con polipropileno en las condiciones del ejemplo 1 sin ningun estabilizador (C1) aumenta de manera sustancial, al igual que la polidispersividad MWD. El peso molecular y la polidispersividad del fundido de goma de silicona mezclado con polipropileno en presencia del estabilizante a base de sflice conocido para polisiloxanos (C1a) aumenta aproximadamente en la misma proporcion que la mezcla preparada sin ningun estabilizante, pero el peso molecular del fundido de goma de silicona mezclado en presencia del antioxidante Irganox 1010 aumenta solo ligeramente, indicando que el Irganox 1010 funciona como estabilizante de la silicona en este proceso mientras que el estabilizante a base de sflice no tiene efecto ninguno. Ademas, el tamano de partfculas de silicona de la dispersion de silicona en polipropileno en el ejemplo 1 es mucho menor que el de las dispersiones
de silicona de los ejemplos de comparacion C1 y C1a, lo cual indica que la estabilizacion del peso molecular de la
goma de silicona permitfa la formacion de una dispersion mas fina.
La comparacion del ejemplo 2 con los ejemplos de comparacion C2 y C2a muestra que en las condiciones del ejemplo 2 el peso molecular del fundido de goma de silicona mezclado con polipropileno sin ningun estabilizante (C2) aumenta ligeramente. El peso molecular del fundido de goma de silicona mezclado con polipropileno en
presencia del estabilizante a base de sflice conocido para polisiloxanos (C2a) aumenta en aproximadamente la
misma proporcion que el de la mezcla preparada sin estabilizante, pero el peso molecular del fundido de goma de silicona mezclado en presencia del antioxidante Irganox 1010 no presenta un aumento significativo.
Claims (12)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Un procedimiento para la produccion de una composicion polimerica que comprende un organopolisiloxano disperso en un polfmero organico termoplastico, en el que en una primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan a una temperatura a la cual tanto el polfmero organico termoplastico como el organopolisiloxano estan en fase lfquida, para formar una mezcla madre, y en una segunda etapa (II) la mezcla madre se mezcla con mas polfmero organico termoplastico para formar una composicion polimerica que tiene una concentracion mas baja de organopolisiloxano que la de la mezcla madre, caracterizado porque en la primera etapa (I) el polfmero organico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico.
- 2. Un procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el aditivo capaz de inhibir la degradacion termo- radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico es un antioxidante.
- 3. Un procedimiento segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que el aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico es un antioxidante fenolico estericamente impedido, preferiblemente tetrakis(3-(3,5-di-ter-butil-4-hidroxifenil)propionato) de pentaeritritol.
- 4. Un procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico esta presente en una cantidad de 0,1 % a 2 % en peso, respecto del peso combinado de polfmero organico termoplastico y poliorganopolisiloxano en la mezcla madre.
- 5. Un procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el organopolisiloxano es un polfmero de siloxano predominantemente lineal que tiene un grado de polimerizacion mayor de 4000.
- 6. Un procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el polfmero organico termoplastico es una poliolefina, preferiblemente polipropileno.
- 7. Un procedimiento segun la reivindicacion 6, en el que el polipropileno tiene un mdice de fluidez inferior a 20.
- 8. Un procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que en la etapa (I) el polfmeroorganico termoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en una proporcion de 10 a 50 partes en peso de organopolisiloxano por 90 a 50 partes en peso de polfmero organico termoplastico para formar la mezcla madre.
- 9. Un procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que la primera etapa (I) comprende las etapas de (I)(a) mezclar primero el polfmero organico termoplastico en presencia del aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico y (I)(b) mezclar el polfmero organico termoplastico fundido asf producido con el organopolisiloxano.
- 10. Un procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que el polfmero organicotermoplastico y el organopolisiloxano se mezclan en un extrusor de doble husillo a una temperatura en el intervalo de 180 a 250°C y en el que preferiblemente el extruido se enfna y se divide en granulos (“pellets”).
- 11. Un procedimiento para la produccion de una composicion polimerica segun cualquiera de lasreivindicaciones precedentes en el que el organopolisiloxano se estabiliza durante el proceso de mezcla del organopolisiloxano con un polfmero organico termoplastico, siendo dicha mezcla a una temperatura por encima del punto de fusion del polfmero organico termoplastico, caracterizado porque el organopolisiloxano y el polfmero organico termoplastico se mezclan en presencia de un aditivo capaz de inhibir la degradacion termo-radicalica o reticulacion del polfmero organico termoplastico.
- 12. Uso de un antioxidante para estabilizar un organopolisiloxano de peso molecular promedio en peso Mw en el intervalo de 10.000 a 1.000.000, preferiblemente de 100.000 a 1.000.000 durante el proceso de mezcla en estado fundido del organopolisiloxano con el polfmero organico termoplastico, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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