Material esponjado de nanocompuestos.

Método para la producción de espumas de nanocompuestos de polímero-silicato de placas,

caracterizado porqueexhibe las siguientes etapas

a) mezcla de látex de polímero estabilizado con cationes con suspensiones acuosas de silicatos de placas aniónicosno transformados en hidrófobos, los cuales como iones contrarios exhiben iones de metales alcalinos 5 y/o iones demetales alcalinotérreos, con lo cual precipitan los correspondientes nanocompuestos termoplásticos de polímerosilicatode placas.

b) aislamiento y secado del nanocompuesto termoplástico obtenido

c) impregnación del nanocompuesto seco con al menos un compuesto orgánico que es líquido a 25°C y 1013 mbar y

d) formación de espuma del nanocompuesto impregnado mediante reducción de la presión y/o elevación de latemperatura.

Material esponjado de nanocompuestos La presente invención se refiere a un método para la producción de espumas de nanocompuestos de polímerosilicato de placas, un método para la producción de nanocompuestos de polímero-silicato de placas así como las espumas de nanocompuestos de polímero-silicato de placas que pueden producirse mediante este método y nanocompuestos de polímero-silicato de placas.

En el pasado los nanocompuestos basados en silicatos de placas que están modificados con grupos orgánicos, han despertado amplio interés puesto que ellos, en comparación con los polímeros correspondientes sin silicatos de placas, muestran notables mejoramientos en algunas propiedades.

Se pudo mostrar que, adicionalmente a otras propiedades, pueden alcanzarse un módulo mejorado de elasticidad, una estabilidad al calor mejorada, una inflamabilidad elevada y una permeabilidad reducida a los gases, cuando en la matriz de polímero se incorpora algún porcentaje del correspondiente silicato de placas modificado.

Un requerimiento básico para alcanzar una elevada dispersión del silicato de placas en el polímero, es hacer compatible la arcilla hidrófila ordinaria con los polímeros hidrófobos comunes.

Es objetivo de la presente invención un método para la producción de espumas de nanocompuestos, mediante la generación de espuma de nanocompuestos termoplásticos. En ello, es ventajoso cuando los silicatos presentes en los nanocompuestos muestran una dispersión tan elevada como sea posible en el material termoplástico.

Los nanocompuestos de polímero-silicato de placas pueden ser producidos mediante diferentes métodos. Se conocen diferentes métodos para alcanzar buena dispersión del silicato de placas en los polímeros.

Es posible modificar el silicato de placas para hacerlo hidrófobo, en lo cual los cationes como Na+, Ca2+ entre otros, presentes en las capas intermedias son intercambiados por diferentes iones onio. Un ion onio puede ser de surfactante con un grupo catiónico de cabeza, y una o varias colas apolares, por ejemplo hidrocarburos alifáticos, polipropilen-glicoles y otros.

La EP 1 155 079 P1 manifiesta un método para la producción de nanocompuestos de polímero-arcilla. Para ello se modifican las arcillas que pueden ser utilizadas para hacerlas orgánicas, en lo cual los cationes presentes en las capas intermedias de la arcilla son intercambiados por al menos dos cationes orgánicos, iones amonio o fosfonio, donde al menos un catión exhibe cadenas de carbono con al menos 7 átomos de carbono y un catión exhibe cadenas de carbono con más de 12 átomos de carbono. Estas arcillas modificadas son mezcladas con el polímero fundido. Una desventaja de este método es que el intercambio iónico para la modificación de la arcilla representa otra etapa costosa del método.

La US 2002/0058739 A1 manifiesta mezclas mejoradas de nanocompuestos y un método para su producción. En ello, se transforma en hidrófoba una arcilla en la superficie mediante adición de surfactantes, silanos u otros modificadores. A esta arcilla transformada en hidrófoba se añade entonces al menos un monómero etilénicamente insaturado, dado el caso en emulsión acuosa, y se polimerizan los monómeros. En este método, la modificación de la arcilla mediante intercambio iónico es una desventajosa etapa adicional del método.

La EP 1 141 136 P1 manifiesta un método para la producción de nanocompuestos poliméricos mediante extrusión en fundido de un polímero en presencia de una arcilla modificada y oligómeros o polímeros que tienen grupos funcionales. Las arcillas empleadas son transformadas en hidrófobas mediante el intercambio iónico de los cationes presentes por iones onio, preferiblemente iones amonio. Este intercambio iónico forma una desventajosa etapa adicional del método.

Polymer, 43, 2002, 2123-2132 manifiesta una polimerización in situ de éteres en presencia de silicatos de placas no modificados y otros aditivos como polietileno para la producción de nanocompuestos de polímero, en los cuales están injertos monómeros de anhídrido maleico. Este método está limitado a nanocompuestos que contienen polímeros no polares, como por ejemplo polietileno.

EP 1 321 489 A1 manifiesta un método para producir nanocompuestos a base de elastómeros. Para ello se mezclan elastómeros, como copolímeros de estireno-butadieno o de butadieno-acrilonitrilo con suspensiones de silicatos de placas. El correspondiente nanocompuesto de elastómero precipita de la solución y puede ser separado por filtración. Los nanocompuestos de elastómero no son adecuados para la producción de espumas de nanocompuestos.

En la EP 1 219 672 A1 se manifiestan espumas termoplásticas que contienen silicatos de placas. Para la producción de las espumas se mezclan en un extrusor en fundido silicatos de placas, los cuales fueron transformados en hidrófobos en la superficie mediante intercambio iónico, y los correspondientes compuestos termoplásticos. Los nanocompuestos termoplásticos son convertidos en espuma mediante las sustancias que pueden ser evaporadas o que se descomponen con el calor. Es una desventaja de este método que los silicatos de placas que pueden ser utilizados tienen que ser transformados en hidrófobos en otra etapa adicional del método.

La US 6, 225, 364 B1 manifiesta un método para la producción de espumas. Para ello se impregna un polímero aromático bajo presión con una mezcla de dos agentes espumantes y a continuación se forma la espuma mediante reducción de la presión.

La WO2004/074357 manifiesta espumas de nanocompuestos de cloruro de polivinilo con esmectitas, pero sin grupos catiónicos.

Los métodos manifestados en el estado de la técnica para la producción de materiales de nanocompuestos exhiben la desventaja de que los silicatos de placas empleados tienen que ser transformados en hidrófobos en una etapa adicional, con la que pueda garantizarse una suficiente dispersión de los silicatos de placas en el polímero. La transformación en hidrófobos de los silicatos de placas ocurre según el método del estado de la técnica mediante intercambio catiónico de los cationes metálicos por iones onio, como amonio, sulfonio, fosfonio, piridinio o imidazolio. Esa transformación en hidrófobo ocurre en una etapa separada del método, la cual está asociada con costos adicionales de trabajo.

Además, para algunas aplicaciones, los grados de dispersión logrados mediante el método del estado de la técnica no son suficientes.

Es objetivo de la presente invención poner a disposición un método para la producción de espumas de nanocompuestos de polímero-silicato de placas, las cuales se distingan porque los silicatos de placas muestren una dispersión particularmente elevada en polímeros, sin que los silicatos de placas tengan que ser transformados en hidrófobos en una etapa adicional del método.

Este objetivo fue logrado mediante un método para la producción de espumas de nanocompuestos de polímerossilicatos de placas, el cual exhibe las siguientes etapas.

a) mezcla de látex de polímeros estabilizados con cationes con suspensiones acuosas de silicatos de placas aniónicos no transformados en hidrófobos, los cuales exhiben como iones contrarios iones de metales alcalinos y/o alcalinotérreos, donde precipitan los correspondientes nanocompuestos termoplásticos de polímero-silicato de placas, b) aislamiento y secado de los nanocompuestos termoplásticos obtenidos, c) impregnación de los nanocompuestos secos con al menos un compuesto orgánico que es líquido a 25°C y 1013 mbar y d) formación de espuma del nanocompuesto impregnado mediante reducción de la presión y/o elevación de la temperatura.

Una ventaja de método acorde con la invención consiste en que los silicatos de placas no tienen que ser transformados en hidrófobos en otra etapa costosa del método, sino que no obstante muestran una elevada dispersión en los nanocompuestos. Los nanocompuestos de polímero-silicato de placas y las espumas de nanocompuestos de polímero-silicato de placas muestran, debido a las elevadas dispersiones, propiedades mejoradas respecto a la estabilidad al calor, inflamabilidad y permeabilidad a los gases.

Las etapas individuales a) , b) , c) y d) del método acorde con la invención para la producción de espumas de nanocompuestos de polímero-silicato de placas según la presente invención, son aclaradas en detalle en lo que sigue.

Etapa... [Seguir leyendo]

1. Método para la producción de espumas de nanocompuestos de polímero-silicato de placas, caracterizado porque exhibe las siguientes etapas a) mezcla de látex de polímero estabilizado con cationes con suspensiones acuosas de silicatos de placas aniónicos no transformados en hidrófobos, los cuales como iones contrarios exhiben iones de metales alcalinos y/o iones de metales alcalinotérreos, con lo cual precipitan los correspondientes nanocompuestos termoplásticos de polímerosilicato de placas.

b) aislamiento y secado del nanocompuesto termoplástico obtenido c) impregnación del nanocompuesto seco con al menos un compuesto orgánico que es líquido a 25°C y 1013 mbar y d) formación de espuma del nanocompuesto impregnado mediante reducción de la presión y/o elevación de la temperatura.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el nanocompuesto obtenido en la etapa a) del método, antes de la impregnación y formación de espuma, es mezclado con otros homo o copolímeros que contienen monómeros vinílicos.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en la etapa a) la fracción de silicato de placas es de 0, 5 a 50 % en peso, referida a la suma de las masas de silicato de placas y polímero.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el látex de polímero es producido mediante polimerización por radicales libres de monómeros vinílicos, donde 0, 2 a 10 % en peso de ellos exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o que se convierten en catiónicos mediante modificación del valor de pH.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque adicionalmente a los monómeros vinílicos, están presentes surfactantes, donde 0, 2 a 10 % en peso de ellos exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o que se convierten en catiónicos mediante modificación del valor de pH.

6. Método según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque los grupos catiónicos son elegidos de entre el grupo consistente en amonio, piridinio, sulfonio, fosfonio e imidazolio.

7. Método según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los silicatos aniónicos de placas son elegidos de entre el grupo consistente en esmectitas, vermiculitas, mica y mezclas de ellos.

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque las esmectitas son elegidas de entre el grupo consistente en montmorillonitas, hectoritas, nontronitas, beidelitas, volconscoitas, saponitas, sauconitas, sobocktitas, esterensitas, sinforditas y mezclas de ellas.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el al menos un líquido orgánico es un hidrocarburo C1-C12.

10. Espuma de nanocompuestos termoplásticos de polímero-silicato de placas, que contiene al menos un polímero el cual es producido mediante polimerización por radicales libres de monómeros vinílicos, donde 0, 2 a 10 % en peso de ellos exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o que se convierten en catiónicos mediante la modificación del valor de pH y dado el caso surfactantes, donde 0, 2 a 10 % en peso de ellos exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o que se convierten en catiónicos mediante la modificación del valor de pH, y los silicatos de placas no transformados en hidrófobos son elegidos de entre el grupo consistente en esmectitas, vermiculitas, mica y derivados de ellos.

11. Método para la producción de nanocompuestos termoplásticos de polímero-silicato de placas, caracterizado porque exhibe las siguientes etapas

i) producción de látex de polímero estabilizado con cationes mediante la reacción de monómeros elegidos de entre el grupo consistente en 2-vinilpiridina, 4-vinilpiridina, etil-2-vinilpiridina, 1-bencil-4-vinilpiridina, 1, 2-dimetil-5vinilpiridina, 1-metil-2-vinilquinolina, N-vinil-N-metilimidazol, 1-vinil-3-metilbencilimidazol, estireno, metilestireno, viniltolueno, monocloroestireno, metil-, etil-, propil-, isopropil-, butil-; 2-etilhexil-, hidroxietil-, hidroxipropil- o glicidilacrilato, acrilamida, metacrilamida, N-metilol-acrilamida, N-metilolmetacrilamida, N-metoximetil-acrilamida o metacrilamida y mezclas de ellos con 0, 2 a 10 % en peso de un monómero que exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o que se convierten en catiónicos mediante la modificación del valor de pH, elegido de entre el grupo consistente en N, N-dimetilaminoetil (met) acrilato, N-vinilimidazol y sus sales y mezclas de ellos, donde adicionalmente a los monómeros vinílicos están presentes surfactantes donde 0, 2 a 10 % en peso de ellos exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o que se convierten en catiónicos mediante modificación del valor de pH,

ii) mezcla del látex catiónico así obtenido con suspensiones acuosas de silicatos aniónicos de placas no transformados en hidrófobos, los cuales como iones contrarios exhiben iones de metales alcalinos y/o metales alcalinotérreos, con lo cual precipitan los correspondientes nanocompuestos de polímero-silicato de placas y iii) dado el caso aislamiento y secado del nanocompuesto obtenido.

12. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque después de la etapa ii) los nanocompuestos de 10 polímero-silicato de placas son mezclados con otros homo o copolímeros que contienen monómeros vinílicos.

13. Nanocompuesto termoplástico de polímero-silicato de placas que contiene al menos un polímero que es producido mediante polimerización por radicales libres de monómeros elegidos de entre el grupo consistente en 2vinilpiridina, 4-vinilpiridina, etil-2-vinilpiridina, 1-bencil-4-vinilpiridina, 1, 2-dimetil-5-vinilpiridina, 1-metil-2-vinilquinolina, N-vinil-N-metilimidazol, 1-vinil-3-metilbencilimidazol, estireno, metilestireno, viniltolueno, monocloroestireno, metil-, 15 etil-, propil-, isopropil-, butil-, 2-etilhexil-, hidroxietil-, hidroxipropil- o glicidil-acrilato, acrilamida, metacrilamida, Nmetilol-acrilamida, N-metilol-metacrilamida, N-metoximetil-acrilamida o -metacrilamida y mezclas de ellos con 0, 2 a 10 % en peso de un monómero que exhibe grupos que son permanentemente catiónicos o pueden convertirse en catiónicos mediante modificación del valor de pH, elegidos de entre el grupo consistente en N-vinilimidazol y sus sales y mezclas de ellos y silicatos de placas elegidos de entre el grupo consistente en esmectitas, vermiculitas,

mica no transformadas en hidrófobas, y mezclas de ellos.