Procedimiento de formación de nanopartículas formando primero el núcleo, nanopartícula y composición.

Un procedimiento de síntesis de una nanopartícula con núcleo-envoltura, que comprende las etapas de:

proporcionar una semilla polimérica en un disolvente

, incluyendo la semilla un monómero monovinílico reticulado con un agente de reticulación para formar el núcleo de la nanopartícula, teniendo el núcleo un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 10.000 nanómeros, y teniendo el núcleo cadenas poliméricas 5 con extremos latentes;

añadir un estabilizador para estabilizar la semilla y evitar que la semilla precipite en la solución; y

injertar y/o polimerizar una especie de la envoltura sobre los extremos latentes del núcleo para formar la envoltura de la nanopartícula.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2009/069680.

Solicitante: BRIDGESTONE CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 10-1, KYOBASHI 1-CHOME CHUO-KU TOKYO 104-8340 JAPON.

Inventor/es: WANG, XIAORONG, KITANO,HIDEKI, CHEN,YAOHONG, RACKAITIS,MINDAUGAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > NANOTECNOLOGIA > NANOESTRUCTURAS FORMADAS POR MANIPULACION DE ATOMOS... > B82B3/00 (Fabricación o tratamiento de nanoestructuras por manipulación de átomos o moléculas individuales, colecciones limitadas de átomos o moléculas como unidades discretas.)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > NANOTECNOLOGIA > NANOESTRUCTURAS FORMADAS POR MANIPULACION DE ATOMOS... > B82B1/00 (Nanoestructuras formadas por manipulación de átomos o moléculas individuales, o colecciones limitadas de átomos o moléculas como unidades discretas.)

PDF original: ES-2527600_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de formación de nanopartículas formando primero el núcleo, nanopartlcula y composición Antecedentes y sumario

Las nanopartículas poliméricas han suscitado una creciente atención en los últimos años en una diversidad de campos que incluyen los catalizadores, la química combinatoria, soportes de proteínas y cristales fotónlcos. De Igual modo, se han preparado micropartículas vinil aromáticas (por ejemplo, pollestlreno) para usos como patrones de referencia en la calibración de diversos instrumentos, en investigación médica y en pruebas diagnósticas médicas. Tales micropartículas de poliestireno se han preparado mediante polimerización en dispersión aniónica y polimerización en emulsión.

Un beneficio del uso de nanopartículas como aditivo en otros materiales es que estas pueden ser partículas discretas que conducen a una dispersión uniforme por toda una composición hospedadora. Para determinadas aplicaciones, las nanopartículas son preferiblemente de tamaño monodlsperso y forma uniforme. Sin embargo, controlar el tamaño de las nanopartículas durante la polimerización y las características superficiales de tales nanopartículas, o ambas, puede ser difícil. Por consiguiente, también es deseable conseguir un mejor control sobre la composición de la superficie de tales nanopartículas poliméricas.

Es deseable el desarrollo de nanopartículas que tengan una capa de superficie o envoltura que pueda Incluir una diversidad de grupos funcionales o monómeros heteroaromáticos que pudieran ser compatibles con una amplia diversidad de materiales de matriz. Sin embargo, el desarrollo de un procedimiento capaz de producir de forma fiable nanopartículas aceptables con una diversidad de grupos funcionales o monómeros heteroaromáticos ha sido un desafío constante. Por ejemplo, la solubilidad de diversos monómeros en disolventes basados en aléanos tradicionales ha hecho de la polimerización en solución un procedimiento difícil por medio del cual conseguir nanopartículas que tengan una diversidad de capas de envoltura. La síntesis en emulsión requiere el uso de soluciones acuosas para sintetizar las nanopartículas y muchos monómeros funcionales e iniciadores no son adecuados para su uso en soluciones acuosas. Además, la síntesis en emulsión también requiere una gran cantidad de tensioactivos, lo cual puede no ser deseable por varias razones. Por otro lado, la funcionallzaclón de nanopartículas con determinados grupos funcionales puede ser difícil, si no Imposible, debido a que el grupo funcional puede ser suficientemente estable para sobrevivir a las etapas de formación de las nanopartículas. Además, la funcionalización después de la formación de nanopartículas puede provocar que las nanopartículas se unan entre sí, conduciendo a la pérdida de su naturaleza discreta. El documento WO 28/14464 describe nanopartículas poliméricas con núcleo-envoltura preparadas por polimerización latente usando estlreno y butadieno.

En el presente documento, se proporciona un procedimiento de síntesis de nanopartículas con núcleo-envoltura que incluye las siguientes etapas: proporcionar una semilla pollmérlca (en un disolvente) que Incluye un monómero monovinílico reticulado con un agente de reticulación para formar el núcleo de la nanopartícula, teniendo el núcleo un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 1. nanómeros, y teniendo el núcleo cadenas poliméricas con extremos latentes; añadir un estabilizador para estabilizar la semilla y evitar que la semilla precipite en la solución; e injertar y/o polimerizar una especie de la envoltura sobre los extremos latentes del núcleo para formar la envoltura de la nanopartícula.

Además, se proporciona un procedimiento de preparación de una composición de caucho. El procedimiento comprende las etapas de: preparar nanopartículas con núcleo-envoltura como se ha descrito en el párrafo anterior y añadir las nanopartículas con núcleo-envoltura a una matriz de caucho vulcanizable para formar una composición de

caucho.

También se proporciona un procedimiento de preparación de un neumático. El procedimiento incluye las etapas de preparar nanopartículas con núcleo-envoltura como se ha descrito antes; añadir las nanopartículas con núcleo- envoltura a una composición de caucho; moldear la composición de caucho en una banda de rodadura de un neumático; y construir un neumático usando la banda de rodadura de un neumático.

Además, también se proporciona una nanopartícula con núcleo-envoltura. La nanopartícula con núcleo-envoltura incluye un núcleo formado a partir de una semilla pollmérica que Incluye un monómero monovinílico reticulado con un agente de reticulación, teniendo el núcleo un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 1. nanómetros. Sobre el núcleo se injerta y/o polimeriza una envoltura que comprende una especie de envoltura, estando la envoltura sustanclalmente sin reticular.

En todo el presente documento, a no ser que se indique de forma específica de otro modo: "compuesto hidrocarbonado aromático sustituido con vinilo" y "alquenilbenceno" se usan de forma indistinta; y "caucho" se refiere a compuestos de caucho, incluyendo caucho natural, y elastómeros sintéticos que incluyen caucho de estireno- butadieno y caucho de etileno-propileno, que son conocidos en la técnica. Además, los términos "un" y "el", tal como se usan en el presente documento, significan "uno o más"

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una fotografía SEM con una escala de 1 nm que representa nanopartículas formadas con el proceso que forma primero el núcleo.

La Figura 2 es una fotografía SEM con una escala de 5 nm que representa nanopartículas formadas con el proceso que forma primero el núcleo.

La Figura 3 es una tercera fotografía SEM con una escala de 2 micrómetros que representa nanopartículas formadas con el proceso que forma primero el núcleo.

Descripción detallada

En el presente documento se describe un procedimiento muy versátil de formación de nanopartículas con núcleo- envoltura de diversas especies de envoltura. Este procedimiento forma el núcleo de la nanopartícula antes de la formación de la envoltura sintetizando una semilla reticulada relativamente grande y usando una polimerización latente para estabilizar la semilla con el fin de mantenerla en solución. La envoltura puede entonces injertarse y/o polimerizarse con la semilla, posibilitando el uso potencial de muchos tipos de especies de envoltura, tales como polímeros heteroatómicos, polímeros de compuestos hidrocarbonados, oligómeros, moléculas macrocíclicas y monómeros. En una realización, el procedimiento puede llevarse a cabo en un único lote, y no existe requerimiento de aislar y secar el núcleo antes de injertar y/o polimerizar la envoltura. Este procedimiento de ejemplo permite la producción de nanopartículas funcionales con diferentes tamaños, superficies interna y externa bien definidas, e interfases cuidadosamente diseñadas. Las nanopartículas sintetizadas por este procedimiento han demostrado ser útiles como agentes reforzadores y aditivos mejoradores del comportamiento en compuestos de caucho. Las nanopartículas que tienen una envoltura no reticulada demostraron de forma sorprendente propiedades de viscosidad del compuesto sorprendentemente baja y tracción en húmedo mejorada y sobre nieve posible cuando son Incorporadas en una composición de caucho.

En una realización, se proporciona una semilla polimérica en un disolvente. La semilla comprende un monómero monovinílico polimerizado que está reticulado con un agente de reticulación. Las cadenas poliméricas monovinílicas polimerizadas se mantienen unidas por el agente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de síntesis de una nanopartícula con núcleo-envoltura, que comprende las etapas de:

proporcionar una semilla polimérica en un disolvente, incluyendo la semilla un monómero monovinílico reticulado con un agente de reticulación para formar el núcleo de la nanopartícula, teniendo el núcleo un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 1. nanómeros, y teniendo el núcleo cadenas poliméricas con extremos latentes;

añadir un estabilizador para estabilizar la semilla y evitar que la semilla precipite en la solución; y

Injertar y/o polimerizar una especie de la envoltura sobre los extremos latentes del núcleo para formar la envoltura de la nanopartícula.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la semilla se forma polimerizando el monómero monovinílico usando un iniciador, y reticulando el polímero resultante con un agente de reticulación de monómero multivinílico.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que la especie de la envoltura es un polímero preformado.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el agente de reticulación y un iniciador aniónico se añaden en una carga al disolvente hidrocarbonado, monómero monovinílico y estabilizador.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, con la condición de que para sintetizar la semilla no se use polimerización en emulsión.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el núcleo tiene un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 125 nanómetros.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la especie de la envoltura se selecciona del grupo que consiste en pollvinilo, poliuretano, poliéster, poliéter, poliimida, poliamina, poli(carbonato), poll(epóxido),

poli(siloxano) y poli(alcohol vinílico).

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la especie de la envoltura contiene una especie heteroatómica seleccionada del grupo que consiste en O, N, S, P, halógenos, TI y SI.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la especie de la envoltura es un aceite sintético, un áster de ácido graso, triglicéridos o un aceite vegetal.

1. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la semilla polimérica se pollmerlza mediante polimerización en dispersión aniónica latente.

11. Un procedimiento de preparación de una composición de caucho, comprendiendo el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-1 y comprendiendo el procedimiento además:

añadir las nanopartículas con núcleo-envoltura a una matriz de caucho vulcanizable.

12. Un procedimiento de preparación de un neumático, comprendiendo el procedimiento:

preparar nanopartículas con núcleo-envoltura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-1; añadir las nanopartículas con núcleo-envoltura a una composición de caucho; moldear la composición de caucho en una banda de rodadura de un neumático; y construir un neumático usando la banda de rodadura de un neumático.

13. Una nanopartícula con núcleo-envoltura que comprende:

un núcleo formado a partir de una semilla polimérica que incluye una especie del núcleo de monómero monovinílico reticulado con un agente de reticulación, teniendo el núcleo un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 1. nanómetros;

una envoltura que comprende una especie de la envoltura unida al núcleo, estando la envoltura sustancialmente no reticulada.

14. La nanopartícula con núcleo-envoltura de la reivindicación 13 que comprende un residuo de un estabilizador.

15. La nanopartícula con núcleo-envoltura de la reivindicación 13 o 14, en la que el núcleo tiene un diámetro medio de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 125 nanómetros.

16. La nanopartícula con núcleo-envoltura de cualquiera de las reivindicaciones 13-15, en la que la especie de la envoltura se selecciona del grupo que consiste en polivinilo, poliuretano, poliéster, poliéter, poliimida, poliamina, poli(carbonato), poli(epóxido), poli(siloxano) y poli(alcohol vinílico), aceite sintético, un éster de ácido graso, triglicéridos o aceite vegetal.