PARTICULAS DE BOEHMITA Y MATERIALES POLIMEROS QUE INCORPORAN LAS MISMAS.

Un material polímero modificado que comprende: una base de polímero;

y partículas de boehmita incorporadas en la base de polímero, comprendiendo las partículas de boehmita principalmente partículas aciculares que tienen una relación de dimensiones de al menos 3:1, siendo la relación de dimensiones la relación de la dimensión más larga a la dimensión más larga siguiente

Partículas de boehmita y materiales polímeros que incorporan las mismas.

La presente invención se refiere a partículas de boehmita y particularmente a partículas de boehmita que están adaptadas en particular para ser utilizadas como cargas para resinas termoplásticas.

La boehmita ha sido reconocida desde hace largo tiempo como una carga adecuada para resinas termoplásticas teniendo en cuenta el tamaño de partícula fino y la relativa inercia respecto al polímero en el que se dispersa. La misma produce mejoras satisfactorias en el módulo y el comportamiento térmico, y ha sido propuesta además como retardante de la llama en USP 6143816.

La forma preferida tal como se cita en cierto número de patentes de los Estados Unidos tales como USP 5360680 y 5401703 es la de escamas finas que se consideraban preferibles dado que los polvos de boehmita de grano fino producidos anteriormente por un proceso de molienda tendían a ser globulares, lo cual es menos eficaz como material de carga. Otros métodos de fabricación de partículas finas de boehmita causaban otros problemas. Por ejemplo, la pirólisis tiende a producir una serie de contaminantes del producto boehmita y los tratamientos hidrotérmicos convencionales tienden a producir aglomerados compactos de prismas rómbicos que no se separan fácilmente. Los tratamientos hidrotérmicos refinados de hidróxidos de aluminio tales como el del documento USP 5194243 (que se construyó sobre un trabajo previo descrito en USPP 2763620; 2915475; 3385663; 4117105; y 4344928), introducían el concepto de sembrar la conversión del precursor de boehmita utilizando núcleos de siembra de boehmita. Se encontró que esto requería un alto nivel de siembra para ser eficaz, utilizando al menos 15% de núcleos de siembra de boehmita a fin de producir una dispersión sub-micrométrica de boehmita con partículas esencialmente equiaxiales.

Todos los esfuerzos citados producían partículas escamosas o equiaxiales de boehmita que no se dispersaban fácilmente como partículas individuales en un polímero a no ser que se trataran previamente con un agente tensioactivo diseñado para mejorar dicha dispersabilidad. Agentes tensioactivos típicos utilizados incluyen amino-silanos que tienen la capacidad de unirse a las superficies hidrófilas de las partículas dando a las mismas una superficie más compatible con el polímero orgánico en el que debían dispersarse. Esto evitaba la aglomeración que tendía a ocurrir sin dicho tratamiento. Esta tendencia se hace mayor con el tamaño decreciente de las partículas, debido a la energía superficial creciente que se produce naturalmente con la disminución de tamaño.

La presente invención proporciona una nueva forma de boehmita que puede dispersarse fácilmente en un polímero termoplástico al nivel de nano-partículas sin necesidad de tratamiento superficial alguno, y que proporciona una mezcla significativamente mejorada de propiedades en comparación con los materiales de carga de boehmita de la técnica anterior.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un material polímero modificado, que incluye una base de polímero y partículas de boehmita proporcionadas en la base de polímero, comprendiendo las partículas de boehmita principalmente partículas de forma anisótropa que tienen una relación de dimensiones de al menos aproximadamente 3:1.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un material polímero modificado, que incluye una base de polímero y partículas de boehmita exentas de agentes de superficie y que están dispersadas en la base de polímero.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un material de boehmita, que tiene principalmente partículas de boehmita que tienen una relación de dimensiones de al menos aproximadamente 3:1.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para formar un producto, que incluye proporcionar un material polímero modificado que tiene una base de polímero y partículas de boehmita que contienen principalmente partículas de forma anisótropa que tienen una relación de dimensiones de al menos aproximadamente 3:1, y extrudir el material polímero modificado para formar un producto extrudido, en donde las partículas de boehmita están dispersadas en el producto extrudido.

Las Figuras 1A y 1B muestran partículas de boehmita finamente dispersadas de la técnica anterior (Figura 1A) y boehmita de forma acicular de acuerdo con la invención (Figura 1B).

Las Figuras 2A, 2B y 2C muestran los espectros UV-visibles de: nailon 6 solo y con dos niveles diferentes de incorporación de boehmita.

Las Figuras 3A, 3B y 3C son espectros 1R de la Transformada de Fourier de las tres formulaciones para las cuales se dan los espectros UV en las Figuras 2A, 2B y 2C.

La Figura 4 muestra los espectros N 1s para las mismas tres formulaciones.

La Figura 5 muestra una micrografía electrónica de transmisión con gran aumento de nailon 6 con 6,62% en volumen de boehmita.

Las Figuras 6A y 6B muestran gráficos de barras para diferentes propiedades físicas relativas a nailon 6 solo, con 3,15% en volumen de boehmita convencional, y con 3,15% en volumen de la boehmita de forma acicular de la invención.

La Figura 7 muestra una micrografía electrónica de transmisión con gran aumento de un poliuretano termoplástico (Isoplast 301, vendido por Dow Chemical Company), con 1,86% en volumen de boehmita.

La Figura 8 es un gráfico de barras que muestra el efecto de los aditivos de amino-silano en la mejora del módulo de memoria de una resina epoxi que tiene 5% en volumen de partículas de boehmita en forma acicular dispersadas en ella.

La presente invención proporciona partículas de boehmita que comprenden cristales de forma acicular (o anisótropos), en los cuales la dimensión más larga es al menos 50 nanómetros y preferiblemente de 50 a 2000, y más preferiblemente de 100 a 1000 nanómetros; y las dimensiones perpendiculares a la longitud son esencialmente iguales y son cada una menor de 50 nanómetros; y la relación de dimensiones, definida como la relación de la dimensión más larga a la dimensión más larga siguiente perpendicular a la longitud, es al menos 3:1, y preferiblemente al menos 6:1. Estas partículas se describirán en lo sucesivo como "de forma acicular" en esta descripción, para mayor claridad.

Inesperadamente, las condiciones hidrotérmicas combinadas con el nivel de núcleos de siembra relativamente bajo y el pH ácido de la mezcla, dieron como resultado un crecimiento preferencial de la boehmita a lo largo de un eje de tal modo que, cuanto mayor era el tiempo de duración del tratamiento hidrotérmico, tanto más largas eran las partículas de boehmita de forma acicular que se producían. Sorprendentemente, estas partículas de boehmita de forma acicular no requieren tratamiento superficial alguno para dispersarse individual y uniformemente, es decir para dar una distribución esencialmente uniforme en el polímero, sin formación sustancial de agregados, por procesos convencionales de composición. Esta cualidad de dispersión uniforme e individual se designa en lo sucesivo "nano-dispersabilidad".

Las partículas de forma acicular de acuerdo con la invención tienen una superficie específica, tal como se mide por la técnica BET, de al menos 75 m²/g, y preferiblemente de 100 a 300 m²/g.

La invención incluye también polímeros modificados por la incorporación de 0,5 a 20%, y preferiblemente de 2 a 10%, en volumen (basado en el volumen combinado de polímero más boehmita), de las partículas aciculares de boehmita de la invención. Los polímeros en los cuales pueden dispersarse las partículas aciculares de boehmita incluyen por ejemplo poliamidas (con inclusión por ejemplo de nailon 6 y nailon 12), poliuretanos termoplásticos, polialquilenglicoles, polímeros etileno/alcohol vinílico, resinas epoxi, resinas basadas en acrilato y análogos. Más generalmente, los polímeros son preferiblemente polímeros termoplásticos debido a que esto aprovecha la ventaja de la dispersabilidad muy satisfactoria utilizada en la tecnología de composición de polímeros convencionales utilizando mezcladores de alta intensidad, extrusores y análogos. Ello implica también que el uso de cargas en la modificación de las propiedades físicas de un polímero es con gran frecuencia un objetivo en el campo de los polímeros termoplásticos. Los productos de esta invención tienen la propiedad singular (probablemente...

1. Un material polímero modificado que comprende:

una base de polímero; y partículas de boehmita incorporadas en la base de polímero, comprendiendo las partículas de boehmita principalmente partículas aciculares que tienen una relación de dimensiones de al menos 3:1, siendo la relación de dimensiones la relación de la dimensión más larga a la dimensión más larga siguiente.

2. El material de la reivindicación 1, en donde la relación de dimensiones es al menos 6:1.

3. El material de la reivindicación 1, en donde la dimensión más larga de las partículas de boehmita está comprendida entre 50 y 2000 nanómetros.

4. El material de la reivindicación 1, en donde la dimensión más larga de las partículas de boehmita está comprendida entre 100 y 1000 nanómetros.

5. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita comprenden 0,5 a 20% en volumen del material polímero modificado.

6. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita comprenden 2 a 10% en volumen del material polímero modificado.

7. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita están exentas de agentes tensioactivos.

8. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita están dispersadas en la base de polímero.

9. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita están dispersadas individual y uniformemente en la base de polímero.

10. El material de la reivindicación 9, en donde las partículas de boehmita están exentas de aglomerados en la base de polímero.

11. El material de la reivindicación 1, en donde la base de polímero comprende un polímero termoplástico.

12. El material de la reivindicación 11, en donde la base de polímero termoplástico comprende poliamida.

13. El material de la reivindicación 12, en donde la base de polímero termoplástico comprende nailon.

14. El material de la reivindicación 1, en donde la base de polímero comprende una resina termoendurecible.

15. El material de la reivindicación 14, en donde la base de polímero comprende al menos una de una resina de base fenólica y una resina de base acrilato.

16. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita están alineadas por regla general direccionalmente en la base de polímero.

17. El material de la reivindicación 16, en donde el material polímero modificado comprende un producto extrudido.

18. El material de la reivindicación 1, en donde las partículas de boehmita están exentas de agentes tensioactivos.

19. Un material de boehmita que comprende principalmente partículas aciculares de boehmita que tienen una relación de dimensiones de al menos 3:1, siendo la relación de dimensiones la relación de la dimensión más larga a la dimensión más larga siguiente.

20. El material de la reivindicación 19, en donde dicha relación de dimensiones es al menos 6:1.

21. El material de la reivindicación 19, en donde la dimensión más larga de las partículas de boehmita está comprendida entre 50 y 2000 nanómetros.

22. El material de la reivindicación 19, en donde la dimensión más larga de las partículas de boehmita está comprendida entre 100 y 1000 nanómetros.

23. El material de la reivindicación 19, en donde las partículas de boehmita tienen una superficie específica de al menos 75 m²/g.

24. El material de la reivindicación 19, en donde las partículas de boehmita tienen una superficie específica de al menos 100 m²/g.

25. Un método para formar un producto, que comprende:

proporcionar un material polímero modificado que comprende una base de polímero y partículas de boehmita que comprenden principalmente partículas aciculares que tienen una relación de dimensiones de al menos 3:1, siendo la relación de dimensiones la relación de la dimensión más larga a la dimensión más larga siguiente; y

extrudir el material polímero modificado para formar un producto extrudido, en donde las partículas de boehmita están dispersadas en el producto extrudido.

26. El método de la reivindicación 25, en donde las partículas de boehmita están alineadas en el producto extrudido.

27. El método de la reivindicación 25, en donde el material polímero modificado se extruye en un molde para formar un artículo.

28. El método de la reivindicación 25, en el cual la base de polímero comprende un polímero termoplástico.

29. El método de la reivindicación 28, en donde el polímero termoplástico comprende una poliamida.

30. El método de la reivindicación 25, en donde la relación de dimensiones es al menos 6:1.

31. El método de la reivindicación 25, en donde la dimensión más larga de las partículas de boehmita está comprendida entre 50 y 2000 nanómetros.

32. El método de la reivindicación 25, en donde las partículas de boehmita comprenden 0,5 a 20% en volumen del material polímero modificado.

33. El método de la reivindicación 25, en donde las partículas de boehmita se dispersan individual y uniformemente.