UTILIZACION DE UNAS SOLUCIONES DE SALES METALICAS EN LIQUIDOS IONICOS COMO AGENTES ANTIESTATICOS PARA MATERIALES SINTETICOS.

Utilización de soluciones de sales de metales alcalinos en líquidos iónicos como agentes antiestáticos para materiales sintéticos

Utilización de unas soluciones de sales metálicas en líquidos iónicos como agentes antiestáticos para materiales sintéticos.

Es objeto del invento la utilización de unas soluciones de sales metálicas en líquidos iónicos como agentes antiestáticos para materiales sintéticos.

Unos materiales sintéticos, tales como poliolefinas, tales como por ejemplo unos polietilenos de baja densidad (en inglés Low Density) y de alta densidad (en inglés High Density), un polipropileno, un poliestireno, polímeros vinílicos, poliamidas, poliésteres, poliacetales, policarbonatos, poli(cloruros de vinilo) y en particular unos poliuretanos, son aislantes eléctricos, sobre los cuales, durante la producción, la elaboración y el uso de las láminas y piezas moldeadas que se han producido a partir de ellos, pueden acumularse altas cargas eléctricas superficiales.

Estas cargas estáticas conducen a unos efectos indeseados y a graves situaciones de peligro, que se extienden desde la atracción de polvo fino, la adhesión de impurezas peligrosas para la higiene, la destrucción de piezas componentes electrónicas por descargas de chispas, las descargas eléctricas fisiológicamente desagradables, la inflamación de líquidos combustibles dentro de recipientes o tubos, dentro de los cuales éstos se agitan, vierten o transportan, hasta llegar a explosiones de polvo fino, por ejemplo al transvasar unos toneles grandes llenados con polvos finos o harinas, o a la descomposición de la piedra o respectivamente del carbón.

Existe, por lo tanto, desde el empleo de estos materiales sintéticos, la necesidad de impedir adquisiciones de cargas estáticas o sino de minimizarlas en un grado tal, que éstas ya no se puedan hacer peligrosas.

Un método para hacer posible la derivación de cargas eléctricas y minimizar la adquisición de carga estática, consiste en el empleo de agentes antiestáticos, es decir unos compuestos no iónicos o iónicos con actividad interfacial y en particular sales de amonio y de metales alcalinos.

Hoy en día se emplean en lo esencial agentes antiestáticos externos e internos.

Los agentes antiestáticos externos se aplican, en forma de soluciones acuosas o alcohólicas, por atomización, extensión con brocha o inmersión y subsiguiente desecación en aire, sobre la superficie de los materiales sintéticos. La película antiestática remanente es eficaz sobre casi todos los materiales sintéticos, pero tiene la desventaja de que es eliminada de nuevo con mucha facilidad y de manera indeseada por frotamiento o por un líquido.

A causa del efecto de depósito (liberación retardada) ausente de las moléculas de agentes antiestáticos que emigran desde el interior de la masa polimérica hacia fuera (tal como están presentes en el caso de los agentes antiestáticos internos), los agentes antiestáticos externos no presentan ninguna acción a largo plazo.

Por lo tanto, se utilizan de manera preferida unos agentes antiestáticos internos, que se añaden a la masa polimérica, siempre y cuando que sea posible, en una forma pura, o sino en forma de las denominadas "tandas patrón" (en inglés master-batches), es decir unas formulaciones concentradas, antes o durante la elaboración, y se distribuyen en ellas de una manera homogénea durante el proceso de inyección o extrusión.

De acuerdo con los actuales conceptos demostrados por medio de ensayos, las moléculas, a causa de su incompatibilidad condicionada, migran continuamente junto a las superficies de las masas poliméricas y se enriquecen allí, o respectivamente reemplazan a las pérdidas. La parte hidrófoba permanece en este caso en el polímero, la parte hidrófila fija el agua que se encuentra en la atmósfera y forma una capa conductora, que puede derivar hacia la atmósfera cargas eléctricas ya en el caso de algunas decenas o centenas de voltios y no tan solo en el caso de peligrosos voltajes de algunos millares de voltios. De esta manera se garantiza que a lo largo de un prolongado período de tiempo se encuentre junto a la superficie una cantidad eficaz de agentes antiestáticos.

La velocidad de migración (velocidad de difusión) es sin embargo un factor crítico:

Si ella es demasiado grande, pueden formarse unas estructuras (cristalinas) de baja energía, que pierden la capacidad de fijar a la humedad y de esta manera reducen manifiestamente, por una parte, el efecto antiestático y, además, generan junto a la superficie unas indeseadas películas untuosas, con todas las desventajas estéticas y de técnica de elaboración que están vinculadas con ellas, por ejemplo para la industria de la impresión, del envasado o de los alimentos.

Si la velocidad de migración es demasiado pequeña, no se consigue ningún efecto, o ningún efecto suficiente, en los períodos de tiempo ajustados a la práctica.

Por lo tanto, ya se emplean unas combinaciones a base de agentes antiestáticos que migran con rapidez y con lentitud, con el fin de conseguir en el caso de un efecto inicial suficientemente rápido, también un efecto a largo plazo que persiste a lo largo de varias semanas y de varios meses.

Los típicos materiales termoplásticos tienen una resistencia eléctrica superficial comprendida en el intervalo de 10¹⁶ hasta 10¹⁴ ohmios y por lo tanto pueden acumular unas tensiones eléctricas de hasta 15.000 voltios. Los eficaces agentes antiestáticos deberían poder descomponer por lo tanto las resistencias eléctricas superficiales de los materiales sintéticos hasta llegar a 10¹⁰ ohmios o a valores situados por debajo de éste.

Junto a esto, hay que considerar además que los agentes antiestáticos pueden influir sobre las propiedades físicas y técnicas de los polímeros, tales como por ejemplo la imprimibilidad, la aptitud para la selladura, la estabilidad térmica, la estabilidad de forma o la estabilidad frente a las grietas por tensiones. En particular, en el caso de las espumas de poliuretanos, es en cualquier caso indeseada una influencia de los agentes antiestáticos sobre la estructura y la constitución de las celdillas y con ello sobre todas las propiedades físicas. Para la reducción al mínimo de estos efectos, por lo tanto, ellos deberían ser eficaces ya en pequeñas concentraciones.

Ciertas sales metálicas son agentes antiestáticos conocidos y eficaces. Ellas tienen sin embargo la desventaja de que se deben de disolver antes de la aplicación, con el fin de realizar la distribución homogénea en materiales sintéticos. Unos disolventes apropiados son alcoholes, éteres, ésteres, poliéteres, éteres cíclicos, ésteres cíclicos, amidas, amidas cíclicas, compuestos aromáticos o, de manera enteramente general, disolventes orgánicos.

Sin embargo, la solubilidad es en parte muy pequeña, por lo que, para obtener unas concentraciones de empleo suficientemente eficaces, se tienen que utilizar grandes cantidades de disolventes.

Si estas formulaciones de agentes antiestáticos se emplean en materiales sintéticos termoplásticos y también termoestables (duroplásticos) ellas tienen la desventaja de que influyen desventajosamente sobre las propiedades ópticas y ante todo sobre las propiedades físicas del producto final.

En sistemas reactivos de múltiples componentes, tal como por ejemplo en el caso de la preparación de poliuretanos, los grupos reactivos eventualmente presentes del disolvente o respectivamente de otros componentes de las formulaciones de agentes antiestáticos, pueden participar de una manera indeseada en la reacción y de este modo modificar en particular las propiedades físicas del producto final. En la práctica, por lo tanto, las sales metálicas son disueltas de manera preferente en uno de los componentes de la formulación, en el caso de poliuretanos éste es por regla general el componente alcohólico, es decir en di- o polioles, que luego se hacen reaccionar con di- o poliisocianatos para formar la matriz polimérica. A causa del gran número de los polioles que se pueden emplear, debería entonces ponerse a disposición un gran número correspondiente de soluciones. Por lo tanto, estos agentes antiestáticos y estas sales metálicas son disueltos/as frecuentemente en unos disolventes, que son parte componente de todas las formulaciones, tales como p.ej. etilenglicol, propilenglicol o sino otros disolventes orgánicos reactivos. Resulta desventajoso en este caso el hecho de que usualmente la proporción de estos componentes de las formulaciones, que entonces se utilizan no solamente como componentes reactivos en la formulación de poliuretano...

1. Utilización de soluciones de sales de metales alcalinos en líquidos iónicos como agentes antiestáticos para materiales sintéticos.

2. Utilización de soluciones de sales de metales de acuerdo con la reivindicación 1 en mezclas sinérgicas a base de líquidos iónicos y di- y/o polioles como agentes antiestáticos para materiales sintéticos.

3. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2 como agentes antiestáticos para poliuretanos.

4. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los líquidos iónicos se componen de por lo menos un catión de las fórmulas generales (1) hasta (4)

en las cuales

R¹, R², R³, R⁴ son iguales o diferentes y significan hidrógeno, un radical hidrocarbilo alifático con 1 a 30 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, un radical hidrocarbilo cicloalifático con 5 a 40 átomos de carbono, que eventualmente contiene dobles enlaces, un radical hidrocarbilo aromático con 6 a 40 átomos de carbono, un radical alquilarilo con 7 a 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo alifático con átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, interrumpido por uno o varios heteroátomos (oxígeno, NH, NR' con R' igual a un radical alquilo de C₁-C₃₀ que eventualmente contiene dobles enlaces), un radical hidrocarbilo alifático con 2 a 30 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, interrumpido por una o varias funcionalidades, escogidas entre el conjunto formado por -O-C(O)-, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH, -(CH₃)N-C(O)-, -(O)C-N(CH₃)-, -S(O₂)-O-, -O-S(O₂)-, -S(O₂)-NH-, -NH-S(O₂)-, -S(O₂)-N(CH₃)-, -N(CH₃)-S(O₂)-, un radical hidrocarbilo alifático o cicloalifático con 2 a 30 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, funcionalizado en una posición extrema con OH, OR', NH₂, N(H)R', N(R')₂ (con R' igual a un radical alquilo de C₁-C₃₀ que eventualmente contiene dobles enlaces) o un poliéter constituido por bloques o estadísticamente según la fórmula -(R⁵-O)_n-R⁶,

5. Utilización de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque se utilizan unos cationes que se derivan de compuestos cíclicos saturados o insaturados así como de compuestos aromáticos, que en cada caso tienen por lo menos un átomo de nitrógeno de tres enlaces en un anillo heterocíclico de 4 a 10 miembros de las fórmulas generales (5), (6) y (7), pudiendo los anillos heterocíclicos contener eventualmente otros heteroátomos

y en que los sustituyentes tienen los siguientes significados:

R¹ y R² poseen en este contexto los significados antes mencionados,

6. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 o 5, como agentes antiestáticos para poliuretanos.

7. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque se utilizan conjuntamente los líquidos iónicos a base de por lo menos un catión de la fórmula general (8)

en los cuales

R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹² son iguales o diferentes y significan hidrógeno, un radical hidrocarbilo alifático con 1 a 30, de manera preferida con 1 a 8, en particular con 1 a 4 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, un radical hidrocarbilo cicloalifático con 5 a 40 átomos de carbono, que eventualmente contiene dobles enlaces, un radical hidrocarbilo aromático con 6 a 40 átomos de carbono, un radical alquilarilo con 7 a 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo alifático con 1 a 30 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, interrumpido por uno o varios heteroátomos (oxígeno, NH, NR' con R' igual a un radical alquilo de C₁-C₃₀ que eventualmente contiene dobles enlaces), un radical hidrocarbilo alifático con 1 a 30 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, interrumpido por una o varias funcionalidades, que se seleccionan entre el conjunto formado por -O-C(O)-, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH, -(CH₃)N-C(O)-, -(O)C-N(CH₃)-, -S(O₂)-O-, -O-S(O₂)-, -S(O₂)-NH-, -NH-S(O₂)-, -S(O₂)-N(CH₃)-, -N(CH₃)-S(O₂)-, un radical hidrocarbilo alifático o cicloalifático con 1 a 30 átomos de carbono, lineal o ramificado, que eventualmente contiene dobles enlaces, funcionalizado en una posición extrema con OH, OR', NH₂, N(H)R', N(R')₂ (con R' igual a un radical alquilo de C₁-C₃₀ que eventualmente contiene dobles enlaces) o un poliéter constituido por bloques o estadísticamente a base de -(R⁵-O)_n-R⁶, realizándose que

8. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque los líquidos iónicos contienen un anión, seleccionado entre el conjunto de los halogenuros, los bis(perfluoroalquil-sulfonil)amiduros o respectivamente -imiduros tales como p.ej. el bis(trifluorometilsulfonil)imiduro, los alquil- y aril-tosilatos, los perfluoroalquil-tosilatos, el nitrato, el sulfato, el hidrógeno-sulfato, los alquil- y aril-sulfatos, los poliéter-sulfatos y -sulfonatos, los perfluoroalquil-sulfatos, el sulfonato, los alquil- y aril-sulfonatos, los alquil- y aril-sulfonatos perfluorados, los alquil- y aril-carboxilatos, los perfluoroalquil-carboxilatos, el perclorato, el tetracloroaluminato, el sacarinato, de manera preferida los aniones de los compuestos tiocianato, isotiocianato, dicianamiduro, tetrafenilborato, tetraquis(pentafluorofenil)borato, tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, fosfato y poliéter-fosfatos.

9. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los líquidos iónicos contienen un catión seleccionado entre compuestos de las fórmulas generales (1) y/o (7) y un anión de dicianamiduro, tiocianato, isotiocianato y hexafluorofosfato.

10. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se emplean unas mezclas a base de dos o más líquidos iónicos, que se componen de cationes de las fórmulas generales (1) hasta (8), en cada caso combinados con por lo menos un anión.

11. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque estas mezclas contienen como sales conductoras por lo menos una sal seleccionada entre el conjunto de las sales particularmente de metales alcalinos con los aniones bis(perfluoroalquilsulfonil)amiduros o respectivamente -imiduros tales como el bis(trifluorometilsulfonil)imiduro, los alquil- y aril-tosilatos, los perfluoroalquil-tosilatos, el nitrato, el sulfato, el hidrógeno-sulfato, los alquil- y aril-sulfatos, los poliéter-sulfatos y -sulfonatos, los perfluoroalquil-sulfatos, el sulfonato, los alquil- y aril-sulfonatos, los alquil- y aril-sulfonatos perfluorados, los alquil- y aril-carboxilatos, los perfluoroalquil-carboxilatos, el perclorato, el tetracloroaluminato, el sacarinato, el tiocianato, el isotiocianato, el dicianamiduro, el tetrafenilborato, el tetraquis(pentafluorofenil)borato, el tetrafluoroborato, el hexafluorofosfato, el fosfato y los poliéter-fosfatos.