Compuestos de moldeo de hoja termoestables de baja densidad.

Una composición de moldeo de hoja termoestable para producir artículos moldeados que tienen una densidad de 1,

1 g/cm3 a 1,4 g/cm3 incluyendo:

(a) de 30 a 50 partes de resina termoestable;

(b) de 1 a 10 partes de arcilla inorgánica tratada;

(c) de 10 a 40 partes de un aditivo de perfil bajo seleccionado del grupo que consta de poliésteres saturados, poliestireno, poliésteres saturados enlazados con uretano, acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo ácido funcionales, polímeros y copolímeros de acrilato y metacrilato, homopolímeros y copolímeros incluyendo copolímeros bloque que tienen estireno, butadieno y butadienos saturados;

(d) de 15 a 40 partes de fibra de vidrio; y

(e) de 0 a 35 partes de un relleno inorgánico seleccionado del grupo que consta de tierra de diatomeas, microesferas huecas, esferas de cerámica, perlita expandida y vermiculato, carbonato de calcio, talco, caolín, carbono, sílice y 20 alúmina,

donde dichas partes en peso son en base a 100 partes de composición de moldeo de hoja, y donde la arcilla inorgánica tratada es cualquier arcilla en capas que tenga cationes inorgánicos sustituidos por moléculas orgánicas.

Compuestos de moldeo de hoja termoestables de baja densidad Referencia cruzada a solicitudes relacionadas No aplicable.

Reivindicación de prioridad No aplicable.

Declaración relativa a investigación o desarrollo de patrocinio federal No aplicable.

Referencia a un apéndice de microfichas No aplicable.

Antecedentes de la invención

(1) Campo de la invención

Esta invención se refiere a una composición de moldeo de hoja termoestable para producir artículos moldeados que tienen una densidad de 1,1 g/cm3 a 1,4 g/cm3 incluyendo:

(a) de 3 a 5 partes de resina termoestable;

(b) de 1 a 1 partes de arcilla inorgánica tratada;

(c) de 1 a 4 partes de un aditivo de perfil bajo seleccionado del grupo que consta de poliésteres saturados, poliestireno, poliésteres saturados enlazados con uretano, acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo ácido funcionales, polímeros y copolímeros de acrilato y metacrilato, homopolímeros y copolímeros incluyendo copolímeros bloque que tienen estireno, butadieno y butadienos

saturados;

(d) de 15 a 4 partes de fibra de vidrio; y

(e) de a 35 partes de un relleno inorgánico seleccionado del grupo que consta de tierra de diatomeas, microesferas huecas, esferas de cerámica, perlita y vermiculato expandidos, carbonato de calcio, talco, caolín, carbono, sílice y

alúmina,

donde dichas partes en peso son en base a 1 partes de composición de moldeo de hoja, y

donde la arcilla inorgánica incluye cualquier arcilla en capas que tenga cationes inorgánicos sustituidos con moléculas orgánicas. El SMC (compuestos de moldeo de hoja) termoestables se usan para preparar artículos termoestables exteriores y estructurales, por ejemplo piezas de automóvil, paneles, etc.

(2) Descripción de la técnica relacionada

Un artículo compuesto moldeado es un material sólido con forma que se obtiene cuando dos o más materiales diferentes que tienen sus propias características únicas se combinan para crear un material nuevo, y las propiedades combinadas, para el uso previsto, son superiores a las de los materiales iniciales separados. Típicamente, el artículo compuesto moldeado se forma curando un compuesto de moldeo de hoja con forma (SMC), que incluye un material fibroso, por ejemplo fibras de vidrio, incrustadas en una matriz polimérica. Aunque las propiedades mecánicas de un haz de fibras son bajas, la resistencia de las fibras individuales es reforzada por la matriz polimérica que actúa como un adhesivo y une las fibras. Las fibras unidas proporcionan rigidez e imparten resistencia estructural al artículo compuesto moldeado, mientras que la matriz polimérica evita que las fibras se separen cuando el artículo compuesto moldeado se someta a esfuerzo medioambiental.

La matriz polimérica del artículo compuesto moldeado se forma a partir de una resina termoplástica o termoestable, que se mezcla con fibras usadas para hacer un SMC. Los polímeros termoplásticos se ablandan cuando se calientan, y recuperan sus propiedades plásticas cuando se enfrían. Este proceso reversible se puede repetir a menudo muchas veces. Los polímeros son termoplásticos porque no están químicamente entrecruzados. Los ejemplos de resinas termoplásticas incluyen polietileno lineal, poliestireno, resinas acrílicas, y nylon.

Los polímeros termoestables fraguan irreversiblemente por una reacción de curado, y no se ablandan o funden cuando son calentados. La razón de no ablandarse o fundirse cuando son calentados es que se entrecruzan químicamente cuando curan. Los ejemplos de resinas termoestables incluyen resinas fenólicas, resinas de poliéster insaturadas, resinas de formación de polluretano, y resinas epoxi.

Aunque los artículos compuestos moldeados hechos de SMC en base a polímeros termoestables tienen típicamente buenas propiedades mecánicas y acabado superficial, esto se logra cargando el SMC con altos niveles de relleno. Sin embargo, estos rellenos aumentan el peso del SMC, lo que es indeseable, en particular cuando se usan para hacer piezas de automóvil o de otros vehículos que operan con carburantes caros. Por lo tanto, hay interés por desarrollar SMC que proporcionen artículos compuestos moldeados con buenas propiedades mecánicas que tengan menor densidad, con el fin de mejorar la eficiencia del carburante.

Adicionalmente, el uso de altos niveles de relleno es un problema especial cuando se usan poliésteres insaturados altamente reactivos como el polímero termoestable para hacer compuestos. Los artículos compuestos moldeados hechos a partir de formulaciones de SMC, que emplean resinas de poliéster insaturadas de alta reactividad, a menudo se encogen durante el curado. El encogimiento es controlado con aditivos de perfil bajo (LPAs) y grandes cantidades de rellenos, por ejemplo carbonato de calcio, y arcilla de caolín. Aunque los artículos compuestos moldeados resultantes tienen buena resistencia y aspecto superficial, la densidad del compuesto es alta, típicamente 1,9-2, g/cm3 Así, cuando se usan en aplicaciones, tal como piezas de carrocería de automóvil, el peso añadido disminuye la eficiencia del carburante.

La Patente de Estados Unidos 6.287.992 se refiere a un compuesto de polímero termoestable incluyendo una matriz de resina epoxi de viniléster o poliéster ¡nsaturado en la que se ha dispersado partículas derivadas de un material inorgánico de capas múltiples, que posee propiedades organofílicas. La dispersión del material inorgánico de capas múltiples con propiedades organofílicas en la matriz pollmérica es tal que un aumento en la espaciación media entre capas del material inorgánico en capas tenga lugar en grado significativo, dando lugar a la formación de un nanocompuesto. Aunque la patente describe compuestos de polímero, no describe artículos compuestos moldeados y sus propiedades mecánicas, por ejemplo resistencia a la tracción (psi), módulo (ksi), elongación (%), y temperatura de distorsión por calor (°C), ni describe la fabricación de SMC que contiene un agente de refuerzo, un LPA, y un relleno. El problema de usar el SMC de la patente '992 es que los artículos moldeados preparados con el SMC experimentan un encogimiento significativo y están sujetos a un esfuerzo interno significativo, dando lugar a la formación de fisuras en los artículos moldeados.

La Patente de Estados Unidos 5.585.439 describe SMC hechos con una resina de poliéster insaturada, y describe que las propiedades mecánicas del SMC se pueden mejorar si se añade un aditivo de perfil bajo (LPA) al SMC. Sin embargo, esta patente no describe ni sugiere el uso de nanocompuestos en el SMC. El problema del SMC descrito en la patente '439 es que cuando los LPAs se usan solos, sin grandes cantidades de relleno (por ejemplo carbonato de calcio y arcilla de caolín), los artículos moldeados preparados a partir de ellos tienen micro y macro vacíos, que dan lugar a artículos moldeados que tienen resistencia muy baja. Así, se requieren grandes cantidades de rellenos convencionales, además de los LPAs, para obtener una buena resistencia y aspecto superficial de los artículos moldeados. US-A-5.521.232 describe una composición de hoja termoestable incluyendo arcilla no tratada.

Todas las citas mencionadas en esta descripción de la Técnica relacionada y en la Descripción detallada de la Invención se incorporan expresamente por referencia.

Breve resumen de la invención

Esta invención se refiere a una composición de moldeo de hoja termoestable para producir artículos moldeados que tienen una densidad de 1,1 g/cm3 a 1,4 g/cm3 incluyendo:

(a) de 3 a 5 partes de resina termoestable;

(b) de 1 a 1 partes de arcilla inorgánica tratada;

(c) de 1 a 4 partes de un aditivo de perfil bajo seleccionado del grupo que consta de poliésteres saturados, poliestireno, poliésteres saturados enlazados con uretano, acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo ácido funcionales, polímeros y copolímeros de acrilato y metacrilato, homopolímeros y copolímeros incluyendo copolímeros bloque que tienen estireno, butadieno y butadienos saturados;

(d) de 15 a 4 partes de fibra de vidrio; y

(e) de a 35 partes de un relleno inorgánico seleccionado del grupo que consta de tierra de diatomeas, microesferas huecas, esferas de cerámica, perlita y vermiculato expandidos, carbonato de calcio, talco, caolín, carbono, sílice y alúmina,

donde dichas partes en peso son en base a 1 partes de composición de moldeo de hoja, y

donde la arcilla inorgánica incluye cualquier arcilla en capas que tenga cationes inorgánicos sustituidos con moléculas... [Seguir leyendo]

1. Una composición de moldeo de hoja termoestable para producir artículos moldeados que tienen una densidad de 1,1 g/cm3 a 1,4 g/cm3 incluyendo:

(a) de 3 a 5 partes de resina termoestable;

(b) de 1 a 1 partes de arcilla inorgánica tratada;

(c) de 1 a 4 partes de un aditivo de perfil bajo seleccionado del grupo que consta de poliésteres saturados, poliestireno, poliésteres saturados enlazados con uretano, acetato de pollvinllo, copolímeros de acetato de polivinilo, copolímeros de acetato de polivinilo ácido funcionales, polímeros y copolímeros de acrilato y metacrilato, homopolímeros y copolímeros incluyendo copolímeros bloque que tienen estireno, butadieno y butadienos

saturados;

(d) de 15 a 4 partes de fibra de vidrio; y

(e) de a 35 partes de un relleno inorgánico seleccionado del grupo que consta de tierra de diatomeas, microesferas huecas, esferas de cerámica, perlita expandida y vermiculato, carbonato de calcio, talco, caolín, carbono, sílice y

alúmina,

donde dichas partes en peso son en base a 1 partes de composición de moldeo de hoja, y donde la arcilla inorgánica tratada es cualquier arcilla en capas que tenga cationes Inorgánicos sustituidos por moléculas orgánicas.

2. La composición de moldeo de hoja termoestable de la reivindicación 1, donde el relleno es un relleno de baja densidad que tiene una densidad de ,5 g/cm3 a 1,7 g/cm3.

3. La composición de moldeo de hoja termoestable de la reivindicación 1, donde la resina termoestable se selecciona del grupo que consta de resinas de poliéster ¡nsaturadas, resinas de vinil éster, y sus mezclas.

4. La composición de moldeo de hoja termoestable de la reivindicación 3, que contiene además un monómero edénicamente insaturado.

5. La composición de moldeo de hoja termoestable de la reivindicación 4, donde el monómero etilénicamente insaturado es estireno.

6. La composición de moldeo de hoja termoestable de la reivindicación 5, que incluye además un peróxido orgánico como un iniciador, un estabilizador seleccionado del grupo que consta de hidroquinona, toluhidroquinona, di-terc- butiIhidroxitoIueno, para-terc-butilcatecol, mono-terc-butilhidroquinona, hidroquinona monometil éter, hidroxi-anisol butilado, y parabenzoquinona, y un agente espesante seleccionado del grupo que consta de óxidos, hidróxidos y alcoholatos de magnesio, calcio, aluminio.

7. Un proceso para preparar un artículo moldeado termoestable que tiene una densidad de 1,1 a 1,4 g/cm3 e incluyendo:

(a) introducir una composición de moldeo de hoja termoestable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 a una configuración para formar una forma;

(b) curar la forma preparada en (a).

8. Un artículo termoestable que tiene una densidad de 1,1 a 1,4 g/cm3 incluyendo la composición según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 y preparado según la reivindicación 7.