Procedimientos de preparación de compuestos polímero-arcilla orgánica y artículos derivados de los mismos.

Procedimiento para preparar una composición de compuesto polímero-arcilla orgánica que comprende las etapas siguientes:

combinar un disolvente y una arcilla orgánica sin exfoliar para proporcionar una primera mezcla, en el que la arcilla orgánica sin exfoliar comprende alternar capas de silicato inorgánico y capas orgánicas, y presenta una separación inicial entre las capas de silicato;

exponer la primera mezcla a un estado energizado de unas intensidad y duración suficientes para aumentar la separación inicial de las capas de silicato inorgánico para proporcionar una segunda mezcla;

poner en contacto la segunda mezcla con una composición polimérica de manera que la composición polimérica rellena por lo menos una zona situada entre por lo menos un par de capas de silicato, en el que la composición polimérica es por lo menos parcialmente soluble en el disolvente; y

eliminar por lo menos una parte del disolvente de la segunda mezcla, en el que las capas de silicato inorgánico permanecen separadas por el polímero después de la eliminación del disolvente en el que la arcilla orgánica comprende un catión fosfonio cuaternario de fórmula (2):

en la que Ar1, Ar2, Ar3 y Ar4 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "a" es un número de 1 a aproximadamente 200; "c" es un número de 0 a 3; R1 es independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20 o un radical aromático C2-C20; y R2 es un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, un radical aromático C6-C50, o una cadena de polímero, un catión fosfonio cuaternario de fórmula (3):

en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; y Ar16 es un radical aromático C2-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático, o un catión 35 piridinio de fórmula (4):

en la que Ar6, Ar7 y Ar8 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "b" es un número de 0 a 2, R3 es independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, o un radical aromático C2-C20; y Ar11 es un radical aromático C6-C200, o una cadena de polímero que comprende al menos un grupo aromático.

Procedimientos de preparación de compuestos polímero-arcilla orgánica y artículos derivados de los mismos.

Campo La presente invención se refiere a los procedimientos para preparar compuestos polímero-arcilla orgánica y a las utilizaciones de dichos compuestos, por ejemplo, en la formación de una película moldeada con disolvente. La presente descripción también describe una película moldeada con disolvente que comprende una poliimida y procedimientos para la fabricación de dichos artículos. La película está formada por la polimerización de un componente de dianhídrido y un componente de diamina, y tiene una Tg comprendida entre 180ºC y 450ºC, específicamente 190ºC o mayor, y en la que la película tiene: a) un CET inferior a 70 ppm/ºC, específicamente menos de 60 ppm/ºC, b) un espesor entre 0, 1 micrómetros y 250 micrómetros, específicamente de 5 a 250 micrómetros; y, c) contiene menos de 5% en peso de disolvente residual.

Antecedentes de la invención Las hojas y películas termoplásticas tienen una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, las películas y las hojas termoplásticas pueden encontrarse en aplicaciones de automoción, aplicaciones electrónicas, aplicaciones militares, electrodomésticos, equipos industriales y muebles.

Una utilización importante de las películas es su utilización como sustratos, o recubrimientos, en aplicaciones de circuitos flexibles. Con el fin de servir para esta función una nueva película debe cumplir con dos requisitos críticos para sustratos de circuitos flexibles, es decir, coeficiente de expansión térmica (CET) bajo y la capacidad de supervivencia a alta temperatura (sobre todo cuando se emplea una etapa de fabricación a alta temperatura) .

El CET bajo es necesario que corresponda, tan estrechamente como sea posible, con el CET de cobre (CET = 17 ppm/°C) . Esto evita que la película se enrolle tras el cambio de temperatura cuando la película es un sustrato para una capa de cobre, o rastros de circuito de cobre. El CET bajo también evita cambios de dimensión desigual entre el cobre y las capas de sustrato tras el ciclo térmico, lo que aumenta la vida útil del circuito flexible final por reducción de la tensión y la fatiga en los rastros de cobre estampados. En otras palabras, las propiedades de las placas de circuitos flexibles se benefician cuando su sustrato de película y la capa metálica conductora aplicada se expanden y contraen en la misma proporción. Cuando estas capas no se expanden y se contraen en misma proporción pueden y hacen surgir problemas de adhesión y orientación de las capas. Mientras que una CET inferior a 70 ppm/°C, en concreto inferior a 60 ppm/°C, aún más específicamente inferior a 30 ppm/°C permitirá una baja deformación tras el ciclo térmico y es un objetivo común, se obtendrán mejores resultados cuanto más se aproxime el CET de la película al CET del cobre.

El CET se examina por ATM o análisis termomecánico. El cambio de dimensión de una muestra de película se determina en función de la temperatura, y a partir de la pendiente de este cambio, se calcula el CET. Típicamente, el CET debe medirse para el intervalo de temperatura que se espera que la película experimente durante el tratamiento de circuito flexible. Un intervalo de temperatura de 20 a 250ºC es un intervalo de temperatura razonable para la determinación del CET.

La capacidad de supervivencia a alta temperatura también puede ser una propiedad importante para la película de sustrato para sobrevivir al proceso de soldadura durante la fabricación del circuito flexible. La película debe presentar capacidad de supervivencia durante cortos períodos a temperaturas elevadas, por ejemplo, de 260ºC para los nuevos procesos de soldadura sin plomo. La prueba habitual de capacidad de supervivencia de la temperatura es la prueba de flotador con soldadura, donde un pequeño trozo de película está fijado a un tapón de corcho y se sumerge durante 10 segundos en soldadura fundida. Se retira a continuación la película, se limpia la soldadura, y se examina la película. Si existe alguna deformación visible o formación de burbujas, la película no pasa la prueba. Aunque no existe un espesor estándar para esta prueba, se puede señalar el espesor mínimo con el que la película pasa la prueba del flotador con soldadura. Las temperaturas de 260ºC y 288ºC son temperaturas normales del flotador con soldadura para soldaduras eutéctica con plomo y sin plomo, respectivamente.

Los requisitos de CET bajo y resistencia a alta temperatura para sustratos de circuitos flexibles se han abordado mediante la utilización de películas de poliimida. Muchas películas de poliimida (PI) comerciales tienen una temperatura de transición vítrea elevada (superior a 350ºC) , y se pueden reticular parcialmente, proporcionando una capacidad de supervivencia a la temperatura excepcional. Las moléculas de polímero en estas películas se tensan ligeramente a medida que se producen, lo que lleva a la alineación de las moléculas de polímero y proporcionando películas de PI con CET bajo. Dado que las películas nunca experimentan temperaturas por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) del material, la tensión nunca puede relajarse y las películas son de dimensiones estables a las temperaturas de fabricación flexible.

A medida que se utilizan hojas y películas termoplásticas en una serie de aplicaciones cada vez más amplia está creciendo la necesidad de láminas y películas termoplásticas que pueden resistir temperaturas elevadas durante períodos de tiempo adecuados y sin degradación sustancial. Hay una continua necesidad de películas que tengan: a) un CET inferior a 70 ppm/°C, específicamente inferior a 30 ppm/°C y tan próximo al CET del cobre como sea técnicamente posible, y b) una alta capacidad de supervivencia térmica.

Sumario de la invención La presente invención se refiere a procedimientos de preparación de compuestos polímero-arcilla orgánica y artículos derivados de los mismos, tales como láminas y películas termoplásticas según las reivindicaciones 1 y 9. Las láminas y películas que son útiles en una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo en aplicaciones para automoción, aplicaciones electrónicas, aplicaciones militares, electrodomésticos, equipos industriales y muebles.

En otra forma de realización, un artículo comprende un compuesto polímero-arcilla orgánica preparado por los procedimientos anteriores.

Breve descripción de las figuras La figura 1 muestra imágenes al microscopio electrónico de transmisión (MET) de nanosilicatos modificados expuestos a ultrasonidos en veratrol y puestos en suspensión en varias polieterimidas.

La figura 2 muestra imágenes al MET de nanosilicatos modificados expuestos a ultrasonidos en varios disolventes y puestos en suspensión en varias polieterimidas.

La figura 3 muestra imágenes al MET de nanosilicatos modificados expuestos a ultrasonidos en varios disolventes y puestos en suspensión en diversas polieterimidas.

La figura 4 muestra imágenes al MET que ilustran la equivalencia de exfoliación entre las vías de aislamiento por desvolatilización y precipitación.

La figura 5 muestra una comparación por MET de nanosilicato modificado con cumilo expuesto a ultrasonidos en un generador de ultrasonidos de celda de flujo y un generador de ultrasonidos de tipo sonda.

Descripción detallada de la invención En el contexto de la presente invención, una "película" es una sección plana de resina termoplástica o de otro material que es sumamente fina en comparación con su longitud y anchura.

El término "moldeada" se refiere a un proceso de moldeo o moldeado en el que se hacen impresiones con materiales fluidos o fundidos como por vertido en un molde o sobre una hoja con endurecimiento o fraguado de dicho material en dicho molde o sobre dicha lámina.

Una "película moldeada con disolvente" es una película formada mediante el moldeado de fluidos en una superficie de moldeado para formar una lámina o página con eliminación del disolvente del líquido fundido.

Todos los ensayos ASTM y los datos proceden de la edición de 1991 del Annual Book of ASTM Standards a menos que se indique lo contrario.

El "coeficiente de expansión térmica" es el incremento en volumen de una unidad de volumen de polímero para un aumento de la temperatura de 1ºC a presión constante. En el contexto de la presente invención se realizaron mediciones de CET por análisis termomecánico (ATM) con un ritmo de aumento térmico de 5°C/minuto. Las dimensiones de la muestra de ensayo fueron 23 mm de longitud por 5 mm de ancho. Las muestras de ensayo se sometieron a un primer calentamiento desde 0ºC a 250ºC... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para preparar una composición de compuesto polímero-arcilla orgánica que comprende las etapas 5 siguientes:

combinar un disolvente y una arcilla orgánica sin exfoliar para proporcionar una primera mezcla, en el que la arcilla orgánica sin exfoliar comprende alternar capas de silicato inorgánico y capas orgánicas, y presenta una separación inicial entre las capas de silicato;

exponer la primera mezcla a un estado energizado de unas intensidad y duración suficientes para aumentar la separación inicial de las capas de silicato inorgánico para proporcionar una segunda mezcla;

poner en contacto la segunda mezcla con una composición polimérica de manera que la composición polimérica rellena por lo menos una zona situada entre por lo menos un par de capas de silicato, en el que la composición polimérica es por lo menos parcialmente soluble en el disolvente;

y

eliminar por lo menos una parte del disolvente de la segunda mezcla, en el que las capas de silicato inorgánico permanecen separadas por el polímero después de la eliminación del disolvente en el que la arcilla orgánica comprende un catión fosfonio cuaternario de fórmula (2) :

en la que Ar1, Ar2, Ar3 y Ar4 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "a" es un número de 1 a aproximadamente 200; "c" es un número de 0 a 3; R1 es independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20 o un radical aromático C2-C20; y R2 es un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, un radical aromático C6-C50, o una cadena de polímero, un catión fosfonio cuaternario de fórmula (3) :

en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; y Ar16 es un radical aromático C2-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático, o un catión piridinio de fórmula (4) :

en la que Ar6, Ar7 y Ar8 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "b" es un número de 0 a 2, R3 es independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, o un radical aromático C2-C20; y Ar11 es un radical aromático C6-C200, o una cadena de polímero que comprende al menos un grupo aromático.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la arcilla orgánica comprende un catión piridinio cuaternario de fórmula (5) en el que la arcilla orgánica definida en la reivindicación 1 comprende un catión piridinio de fórmula (4)

en la que Ar6, Ar7 y Ar8 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "b" es un número de 0 a 2; “d” es un número de 0 a 4; R3 y R4 son independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, o un radical aromático C6-C20; Z es un enlace, un radical alifático C1-C20 divalente, un radical cicloalifático C5-C20 divalente, un radical aromático C6-C20 divalente, un grupo de enlace de oxígeno, un grupo de enlace de azufre, un grupo de enlace de SO2, o un grupo de enlace de Se; y Ar9 es un radical aromático C10-C200, o una cadena de polímero que comprende al menos un grupo aromático.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto polímero-arcilla orgánica comprende una polietersulfona.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto polímero-arcilla orgánica comprende una poliimida. 15

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto polímero-arcilla orgánica comprende una polieterimida.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto polímero-arcilla orgánica comprende una 20 poliéter cetona.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto polímero-arcilla orgánica comprende un polímero que presenta una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 180ºC a aproximadamente 450ºC.

8. Artículo que comprende un compuesto polímero-arcilla orgánica preparado mediante el procedimiento según la reivindicación 1.

9. Procedimiento para preparar un compuesto polímero-arcilla orgánica que comprende las etapas siguientes:

combinar un disolvente y una arcilla orgánica sin exfoliar para formar una primera mezcla, en la que la arcilla orgánica comprende alternar las capas de silicato inorgánico y las capas orgánicas, y presenta una separación inicial entre las capas de silicato;

exponer la primera mezcla a un estado energizado de unas intensidad y duración suficientes para aumentar la 35 separación inicial de las capas de silicato inorgánico para formar una segunda mezcla;

poner en contacto la primera o segunda mezcla con un precursor polimérico;

polimerizar el precursor polimérico para formar un polímero; 40 y

eliminar por lo menos una parte del disolvente de la segunda mezcla, en el que las capas de silicato inorgánico permanecen separadas por el polímero después de la eliminación del disolvente y la arcilla orgánica comprende 45 un catión fosfonio cuaternario de fórmula (2) :

en la que Ar1, Ar2, Ar3 y Ar4 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "a" es un número de 1 a aproximadamente 200; "c" es un número de 0 a 3; R1 es independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, o un radical aromático C2-C20, y R2 es un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, un radical aromático C6-C50, o una cadena de polímero, un catión fosfonio cuaternario de fórmula (3) :

en la que Ar12, Ar13, Ar14 y Ar15 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; y Ar16 es un radical aromático C6-C200, o una cadena de polímero que comprende por lo menos un grupo aromático, o un catión piridinio de fórmula (4) :

en la que Ar6, Ar7 y Ar8 son independientemente radicales aromáticos C6-C50; "b" es un número de 0 a 2; R3 es independientemente en cada caso un átomo de halógeno, un radical alifático C1-C20, un radical cicloalifático C5-C20, o un radical aromático C2-C20; y Ar11 es un radical aromático C6-C200, o una cadena de polímero que comprende al menos un grupo aromático.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el polímero precursor es un ácido poliámico. 15

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el precursor polimérico comprende un componente de dianhídrido y un componente de diamina.