MATERIALES NANOCOMPUESTOS CON PROPIEDADES DE BARRERA A LA RADIACION ELECTROMAGNETICA Y PROCEDIMIENTO PARA SU OBTENCION.

Materiales nanocompuestos con propiedades de barrera a la radiación electromagnética y procedimiento para su obtención.

Materiales nanocompuestos con propiedades de barrera a la radiación electromagnética comprenden nanoaditivos laminares con o sin modificación superficial orgánica y/o inorgánica; y una matriz polimérica, procedimiento para su obtención y uso de dichos materiales nanocompuestos en aplicaciones de envasado, films de invernadero, recubrimientos, etc

Materiales nanocompuestos con propiedades de barrera a la radiación electromagnética y procedimiento para su obtención.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a materiales nanocompuestos con propiedades de barrera a la radiación electromagnética y al desarrollo de los mismos para conferirles la capacidad ventajosa de bloquear o filtrar radiación, especialmente infrarroja y UV-VIS El bloqueo se obtiene a través de la incorporación de un tipo específico de nanolaminas de arcillas naturales y/o sintéticas y que pueden o no estar intercaladas con materiales de tipo orgánico o con híbridos orgánico/inorgánico, las cuales se incorporan a matrices plásticas por métodos de polimerización in-situ. Adicionalmente, estos materiales nanocompuestos tienen propiedades únicas en cuanto a que adicionalmente conducen a una mejora en otras propiedades físicas de la matriz como barrera a gases y vapores, mejora en propiedades térmicas y mecánicas, resistencia al fuego y propiedades activas y bioactivas con un impacto mínimo en transparencia y tenacidad. Además la presente invención se refiere al procedimiento para la elaboración de dichos materiales.

Además, la presente invención se refiere al uso de los nuevos materiales para aplicaciones multisectoriales.

Antecedentes de la invención

En el campo de los polímeros, una de las áreas que mayor interés está generando es el desarrollo de materiales compuestos y mas específicamente de nanocompuestos. Existen diferentes técnicas de preparación de estos nanocompuestos por el método de polimerización in-situ (Messersmith PB, Giannelis EP. Chem Mater 1993; 5:1064-6, Knani D, Gutman AL, Kohn DH. J Polym Sci Part A: Polym Chem 1993; 31:1221-32, Tong Z, Deng Y. Polymer 2007; 48:4337-43, Paul M-A, Alexandre M. Macromol Rapid Commun 2003; 24:561-6, Tarkin-Tas E, Goswami SK. J App Pol Sci 2008; 107:976-84, Zhang X, Simón LC. Macromol Mater Eng 2005; 290:573-83). Además estos nuevos nanocompuestos y sus técnicas de procesado están descritas en las patentes WO/2001/012678, WO/2006/055301, US 7129287 B1, US 2005/0137288, US 7026365 B2 y EP 1 321 489 A1. Estos documentos muestran algunos ejemplos de patentes en la literatura de nanocompuestos de polímeros-arcilla preparados a partir de arcillas modificadas e incorporados a las matrices poliméricas por métodos de polimerización in-situ. Estos documentos describen un material nanocompuesto como una placa exfoliada o intercalada, con estructura tactoide de dimensiones nanométricas, que comprende arcilla intercalada o exfoliada dispersa en una matriz de polímero, tal como un oligómero, un polímero, o una mezcla de los mismos.

Por ejemplo, la patente WO/2001/012678 describe el método de obtención de nanocompuestos basados en homopolímeros y copolímeros de poliamida y silicatos. Las propiedades físicas de los nanocompuestos preparados superan a las de los polímeros sin carga.

Sin embargo, incluso con los diversos métodos de preparación de nanocompuestos por polimerización in-situ descritos, y con distintos tipos de arcillas modificadas, no esta descrita la fabricación de materiales nanocompuestos con unas propiedades tanto barrera, físicas, mecánicas y térmicas mejoradas con respecto al polímero puro y además con la capacidad de bloquear la radiación electromagnética y con la capacidad adicional de permitir la fijación y/o la liberación controlada de sustancias activas (tales como antimicrobianos, antioxidantes, secuestradores de oxígeno) y bioactivas.

La protección frente a la radiación electromagnética es un requisito básico para muchas aplicaciones de los plásticos tales como preservar la calidad de los alimentos envasados o en plásticos de invernadero. En este último caso los envases de metal y papel, que son opacos propiamente tienen esa función, sin embargo, los envases plásticos más usados son transparentes en general a gran parte de la radiación electromagnética en la zona del infrarrojo (IR), ultravioleta (UV) y visible (VIS). Por ello se está investigando la protección frente a la luz UV-VIS de envases poliméricos de alimentos sensibles como las frutas, verduras, zumos, bebidas vitamínicas y deportivas (M. van Aardt, S. E. Duncan, J. E. Marcy, T. E. Long, and C. R. Hackney. J DAIRY SCI 84: 1341-1347 JUN 2001, Conrad, KR, Davidson, VJ, Mulholland, DL, Britt, I.J, Yada, S. J FOOD SCI 70 (1): E19-E25 JAN-FEB 2005, Goldhan G, Rieblinger K. European Food & Drink Review: No. 3, Autumn, 69, 71-72, 2002). Existen estudios que muestran los espectros de transmisión de luz UV-VIS de nanocompuestos poliméricos de algunos materiales plásticos (T.D. Fornes, P.J. Yoon, D.R. Polymer 44 (2003) 7545-755), poliamida (Yeh, J.M., Chen, C.L., Kuo, T.H., Su, W.F.H., Huang, S.Y., Liaw, D.J., Lu, H.Y., Liu, C.F., Yu, Y.H. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 92, 1072-1079 (2004)), PVC (Chaoying Wan, Yong Zhang, Yinxi Zhang. Polymer Testing 23 (2004) 299-306), Polivinii alcohol (A. H. Bhat, A. K. Banthia. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, 238-243 (2007)) y otros convencionales (Guo-An Wang, Cheng-Chien Wang, Chuh-Yung Chen. Polymer Degradation and Stability 91 (2006) 2443-2450). Sin embargo, no se ha publicado ningún diseño específico en el que se describa el proceso de fabricación de nanocompuestos para aplicaciones de protección de la radiación electromagnética.

Las longitudes de onda de mayor interés en aplicaciones de barrera frente a la radiación electromagnética son principalmente entre 200 nm y 1 mm. Esta sección del espectro electromagnético se puede dividir en 3 zonas: la zona del Ultravioleta (UV) entre (100-400), la zona del visible (400-700 nm) y la del infrarrojo cercano (700-2.200 nm). Otras zonas del espectro electromagnético de interés en aplicaciones son las microondas y las ondas de radio, o sea desde 1 mm a 10 Km de longitud de onda La radiación Ultravioleta es solo del 3% del total de la radiación que recibe la tierra, pero esta radiación es la causante de las reacciones químicas, degradación de polímeros e incluso decoloración. Por esta razón, bloquear la radiación electromagnética es un parámetro importante para los plásticos en aplicaciones multisectoriales tales como envases alimentarios, films de invernadero, recubrimientos en aplicaciones generales incluidas aplicaciones militares y civiles, productos en spray, cremas y pinturas y otras aplicaciones con interés en protección frente a la penetración de radiación electromagnética.

Descripción de la invención

La presente invención describe nanocompuestos que tienen propiedades de barrera a la radiación electromágnetica bien de manera global o de forma selectiva, debido a la composición química de los mismos, su modificación superficial y la buena dispersión de las nanoláminas de arcilla en la matriz plástica que conducen a una absorción, refracción o difracción de la radiación que pasa a través del material compuesto. A causa del reducido tamaño de las cargas, nanométrico en el espesor, y de su alta relación de aspecto y funcionalidad química, su aplicación resulta ventajosa por que adicionalmente conducen a sinergias en otras propiedades tales como la mejora de propiedades barrera a gases y vapores, térmicas o mecánicas, y permiten la posibilidad de la incorporación de sustancias activas, tales como antimicrobianos, antioxidantes y bioactivas y permiten la fijación o la liberación controlada de éstas. La incorporación y dispersión de estas cargas nanométricas en la matriz polimérica se consigue por métodos de polimerización in-situ. Los nanoaditivos se dispersan en un monómero líquido o una mezcla de varios monómeros o una disolución o dispersión de éstos y a continuación se inicia la polimerización, dando lugar al nanocompuesto, para su aplicación ventajosa tanto en el envasado de productos de interés para la alimentación como para aplicaciones en otros sectores.

Por lo tanto un primer aspecto esencial de la presente invención se refiere a materiales nanocompuestos que comprenden al menos:

- Nanoaditivos laminares (nanolaminas de arcillas) con o sin modificación superficial orgánica y/o inorgánica.

- Una matriz polimérica sin sentido limitativo del tipo termoplástica, elastomérica, termoestable o de polímeros derivados de biomasa y/o biodegradables.

En este mismo sentido los nanoaditivos de tipo laminar están basados principalmente en filosilicatos laminares y/o hidróxidos dobles laminares y/o mezclas de estos entre si o con otros filosilicatos,...

1. Materiales nanocompuestos con propiedades de barrera a la radiación electromagnética, caracterizados porque comprenden los siguientes elementos:

a. nanoaditivos laminares con o sin modificación superficial orgánica y/o inorgánica; y

b. matriz polimérica.

2. Materiales nanocompuestos según la reivindicación 1, caracterizados porque los nanoaditivos son filosilicatos y/o hidróxidos dobles laminares y/o mezclas con otros filosilicatos con o sin modificación orgánica o inorgánica superficial.

3. Materiales nanocompuestos según la reivindicación 2, caracterizado porque los nanoaditivos están en una proporción desde 0.01 hasta 98%, preferentemente desde 1 hasta 50%.

4. Materiales nanocompuestos según la reivindicación 1, caracterizados porque la matriz se selecciona del grupo formado por matriz polimérica termoplástica, elastomérica y/o termoestable, polímeros derivados de biomasa y/o biodegradables.

5. Materiales nanocompuestos según la reivindicación 4, caracterizados porque la matriz está en una proporción desde 2 hasta 99.99%, preferentemente desde 50 hasta 99,99%.

6. Materiales nanocompuestos según la reivindicación 1, caracterizados porque la matriz polimérica contiene otras sustancias barrera a la radiación electromagnética, de resistencia al fuego, sustancias activas y/o bioactivas y/o sustancias de bajo peso molecular.

7. Materiales nanocompuestos según la reivindicación 1, caracterizados porque la modificación superficial de los nanoaditivos laminares comprende un iniciador de una reacción de polimerización seleccionado del grupo formado por radicales libres, compuestos catiónicos, compuestos aniónicos, compuestos de coordinación y/o organometálicos.