Composición de arcilla orgánica que comprende capas de silicato inorgánico y capas orgánicas alternas,

comprendiendo dichas capas orgánicas un catión fosfonio cuaternario que tiene la estructura XXXIII en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos de C2-C50; y Ar16 es un radical aromático de C2-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático.

Composiciones y procedimientos para compuestos poliméricos.

Antecedentes

La presente invención se refiere a composiciones de sales orgánicas útiles en la preparación de composiciones de arcilla orgánica, de composiciones de compuestos poliméricos de arcilla orgánica y a los procedimientos para la preparación de nanocompuestos poliméricos.

Las arcillas orgánicas sirven como aditivos útiles en la preparación de composiciones de polímeros que poseen propiedades físicas mejoradas con respecto a los materiales poliméricos sin relleno y con respecto a las composiciones de compuestos poliméricos que se componen de arcillas inorgánicas. Las arcillas orgánicas se suelen preparar sustituyendo los cationes inorgánicos presentes en las galerías entre las capas de silicato de una arcilla inorgánica típica con cationes orgánicos. Una ventaja principal de las composiciones de arcilla orgánica es que cuando se combinan en una composición polimérica se observa que la arcilla orgánica se exfolia e interactúa con la matriz del polímero en un grado mayor que en el caso de una composición correspondiente con una arcilla puramente inorgánica. La presencia de grupos funcionales orgánicos entre las capas de inorgánicas de silicato presentes en la arcilla orgánica esponja la arcilla orgánica, es decir, aumenta el espaciado d en la arcilla orgánica en relación con el espaciado d en la arcilla inorgánica correspondiente, y aumenta la tendencia de la arcilla orgánica a exfoliarse cuando se somete a fuerzas de cizallamiento dentro de una matriz polimérica. En algunos casos la exfoliación tiene lugar de forma tan completa que produce una composición polimérica que comprende capas de silicatos muy dispersas, y la composición polimérica que contiene arcilla orgánica se denomina nanocompuesto.

A pesar de los impresionante avances en este campo durante la última década, las composiciones de arcilla orgánica mejoradas se siguen buscando activamente y son muy apreciadas cuando se descubren. Una carencia en muchas arcillas orgánicas es la inestabilidad térmica del catión o cationes orgánicos presentes, que la (s) hace (n) inadecuada (s) en aplicaciones en las que la composición polímero-arcilla orgánica debe procesarse a alta temperatura, como es el caso en las composiciones poliméricas que contienen arcilla orgánica compuestas por polímeros de "alto poder calorífico" como polieterimida. Otra carencia de muchas composiciones conocidas de arcilla orgánica es que las composiciones de arcilla orgánica pueden interactuar desfavorablemente con la matriz polimérica cuando la composición de arcilla orgánica se dispersa en un matriz polimérica y puede producir rendimiento insignificante de la composición polimérica que contiene arcilla orgánica. Por ejemplo, cuando el catión orgánico es un catión de amonio primario y la matriz polimérica es sensible a los grupos amino, la degradación de la matriz polimérica puede producirse durante el mezclado por fusión, por ejemplo, de la matriz polimérica con la composición de arcilla orgánica.

Por lo tanto, existe gran interés en el desarrollo de composiciones de arcilla orgánica ambas que sean tanto térmicamente estables como que interactuén favorablemente con la matriz polimérica orgánica en composiciones poliméricas que contienen arcilla. La presente invención estudia estos y otros desafíos técnicos.

Breve descripción

En varias formas de realización, la presente invención proporciona nuevas sales de organofosfonio cuaternario que son útiles en la preparación de composiciones de arcilla orgánica. Por lo tanto, en la presente memoria se dan a conocer nuevas composiciones de arcilla orgánica preparadas utilizando nuevas sales orgánicas y nuevas composiciones de compuesto de polímero de arcilla orgánica que comprenden las composiciones de arcilla orgánica. También se da a conocer una nueva metodología para la preparación de composiciones del compuestas polímero y arcilla orgánica. Estos y otros aspectos de la invención se dan a conocer con detalle en la presente memoria.

Breve descripción de la figura

La figura 1 muestra una película resultante de la presente invención que tiene una carga de nanosilicato de 7%, una

dirección del CTE de la máquina de 33, 0 ppm/°C y una Tg de 255˚C.

Descripción detallada

En la siguiente memoria y en las reivindicaciones siguientes, se hará referencia a un número de términos, que se definirán para tienen los siguientes significados.

Las formas singulares "u", "una" "el" y “la” incluyen los referentes plurales a menos que el contexto claramente diga

lo contrario.

"Opcional" u "opcionalmente" significa que el episodio o circunstancia descrito posteriormente puede ocurrir o no, y que la descripción incluye casos en los que se produce el episodio y casos en los que no.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "disolvente" puede referirse a un solo disolvente o una mezcla de disolventes.

El lenguaje de aproximación, tal como se utiliza en toda la presente memoria y en las reivindicaciones, puede aplicarse para modificar cualquier representación cuantitativa que posiblemente podría variar sin dar como resultado un cambio en la función básica a la que se refiere. Por consiguiente, un valor modificado por un término o términos, tal como "aproximadamente", no debe limitarse al valor exacto especificado. En algunos casos, el lenguaje de aproximación puede corresponder a la precisión de un instrumento para medir el valor.

Tal como se utiliza en la presente memoria, la expresión "radical aromático" se refiere a un conjunto de átomos que tiene una valencia de al menos la que comprende por lo menos un grupo aromático. El conjunto de átomos que tiene una valencia de por lo menos el que comprende al menos un grupo aromático puede incluir heteroátomos tales como, nitrógeno, azufre, selenio, silicio y oxígeno, o puede estar compuesto exclusivamente de carbono e hidrógeno. Como se utiliza en la presente memoria, la expresión "radical aromático" incluye pero no está limitado a los radicales fenilo, piridilo, furanilo, tienilo, naftilo, fenileno y bifenilo. Como se señaló, el radical aromático contiene al menos un grupo aromático. El grupo aromático es invariablemente una estructura cíclica que tiene 4n + 2 electrones "deslocalizados" en la que "n" es un número entero igual a 1 o mayor, como se ilustra con los grupos fenilo (n = 1) , los grupos tienilo (n = 1) , los grupos furanilo (n = 1) , los grupos naftilo (n = 2) , los grupos azulenilo (n = 2) , los grupos de antracenilo (n = 3) y similares. El radical aromático también puede incluir componentes no aromáticos. Por ejemplo, un grupo bencilo es un radical aromático que comprende un anillo fenilo (el grupo aromático) y un grupo metileno (el componente no aromático) . Del mismo modo un radical tetrahidronaftilo es un radical aromático que comprende un grupo aromático (C6H3) fusionado a un componente no aromático - (CH2) 4-. Por comodidad, la expresión "radical aromático" se define en este documento para abarcar una amplia gama de grupos funcionales como grupos alquilo, grupos alquenilo, grupos alquinilo, grupos haloalquilo, grupos haloaromáticos, grupos dienilo conjugados, grupos alcohol, grupos éter, grupos aldehído, grupos cetona, grupos ácido carboxílico, grupos acilo (por ejemplo derivados de ácido carboxílico tales como ésteres y amidas) , grupos amina, grupos nitro y similares. Por ejemplo, el radical 4-metilofenilo es un radical aromático de C7 que comprende un grupo metilo, siendo el grupo metilo un grupo funcional que es un grupo alquilo. Asimismo, es el grupo 2-nitrofenilo un radical aromático de C6 que comprende un grupo nitro, siendo el grupo nitro un grupo funcional. Los radicales aromáticos incluyen radicales aromáticos halogenados tales como 4-trifluorometilfenilo, hexafluoroisopropilidenobis (4-fen-1-iloxi) (es decir, -OPhC (CF3) 2PhO-) , 4-clorometilfen-1-ilo, 3-trifluorovinil-2-tienilo, 3-triclorometilfen-1-ilo (es decir, 3-CCl3Ph-) , 4 (3-bromoprop-1-il) fen-1-ilo (es decir, 4-BrCH2CH2CH2Ph-) y similares. Más ejemplos de radicales aromáticos incluyen 4-aliloxifen-1-oxi, 4-aminofen-1-ilo (es decir, 4-H2NPh-) , 3-aminocarbonilfen-1-ilo (es decir, NH2COPh-) , 4-benzoilfen-1ilo, dicianometilidenbis (4-fen-1-iloxi) (es decir, -OPhC (CN) 2PhO-) , 3-metilfen-1-ilo, metilenbis (4-fen-1-iloxi) (es decir, -OPhCH2PhO-) , 2-etilfen-1-ilo, feniletenilo, 3-formil-2-tienilo,... [Seguir leyendo]

1. Composición de arcilla orgánica que comprende capas de silicato inorgánico y capas orgánicas alternas, comprendiendo dichas capas orgánicas un catión fosfonio cuaternario que tiene la estructura XXXIII

en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos de C2-C50; y Ar16 es un radical aromático de C2-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático.

2. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que Ar16 es un grupo fenilo.

3. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que Ar16 es una cadena de polímero polieterimida.

4. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que Ar16 es una cadena de polímero de poliéter cetona.

5. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que dicho catión fosfonio cuaternario tiene la estructura XXXIV.

6. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que dicho catión fosfonio cuaternario tiene la estructura XXXV

7. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que las capas de silicato inorgánico derivan de

una arcilla inorgánica seleccionada de entre el grupo constituido por caolinita, dickita, nacrita, haloisita, antigorita, crisotilo, pirofilita, montmorillonita, beidellita, nontronita, saponita, sauconita, estevensita, hectorita, mica tetrasilílica, taeniolita sódica, moscovita, margarita, talco, vermiculita, flogopita, xantofilita, clorita y combinaciones de los mismos.

8. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 1, en la que las capas de silicato inorgánico proceden de 25 la montmorillonita.

9. Procedimiento para la preparación de una composición de arcilla orgánica que comprende capas alternas de silicato inorgánico y capas orgánicas, comprendiendo dichas capas orgánicas un catión fosfonio cuaternario que tiene la estructura XXXIII

en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos de C2-C50; y Ar16 es un radical aromático de C2-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático, comprendiendo dicho procedimiento:

(a) poner en contacto en una primera mezcla de reacción una sal de organofosfonio que tiene la estructura XXXVI

en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos C2-C50; y Ar16 es un radical aromático 10 C2-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático; y X es un contraión que equilibra la carga; con un silicato estratificado en presencia de un disolvente; y

(b) aislar la composición del producto de arcilla orgánica.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha puesta en contacto se realiza en un disolvente que comprende por lo menos un disolvente orgánico.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha puesta en contacto se realiza en un disolvente que comprende agua.

12. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicho silicato estratificado comprende una arcilla inorgánica seleccionado de entre el grupo constituido por caolinita, dickita, nacrita, haloisita, antigorita, crisotilo, pirofilita, montmorillonita, beidellita, nontronita, saponita, sauconita, estevensita, hectorita, mica tetrasilílica, taeniolita

sódica, moscovita, margarita, talco, vermiculita, flogopita, xantofilita, clorita y combinaciones de los mismos.

13. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicho silicato estratificado comprende arcilla montmorillonita.

14. Composición de arcilla orgánica que comprende capas alternas de silicato inorgánico y capas orgánicas, comprendiendo dichas capas orgánicas un catión de fosfonio cuaternario polimérico, presentando dicho catión de organofosfonio polimérico la estructura XXXVII

en la que "g" y "h" son independientemente un número de 0 a 4; W es un enlace, un radical alifático C1-C20 divalente, un radical cicloalifático C2-C20 divalente, un radical aromático C2-C20 divalente, un grupo oxígeno de enlace, un grupo azufre de enlace, un grupo SO2 de enlace o un grupo Se de enlace; R5 y R6 son independientemente, en cada caso,

un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C2-C20 o un radical aromático C2-C20; "i" es un número de 10 a 1000; y Ar17 es un radical aromático C10-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático.

15. Composición de arcilla orgánica según la reivindicación 14, en la que Ar17 es un radical aromático que tiene la estructura XXXVIII