Compatibilizantes para producir nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones poliméricas y proceso para su obtención.

Compatibilizante basado en poliolefinas CARACTERIZADO por que está constituido por:

poliolefinas injertadas en estado fundido con ácido itacónico (AIT) o su derivado monooctadecilitaconato (MODIT), con un grado de injerto en el intervalo entre 0,5 % y 2,0 %, con un nivel de reproducibilidad menor del 10 % para cualquier grado de injerto dentro de dicho intervalo y sin degradación apreciable de las poliolefinas.

Compatibilizantes para producir nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones poliméricas y proceso para su obtención.

Objeto de la invención La presente invención comprende nuevos compatibilizantes para usar en la obtención de materiales denominados nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones poliméricas de poliolefinas e incluye el proceso para obtener estos compatibilizantes. Dichos compatibilizantes se obtienen a partir de los compuestos orgánicos que son los monómeros ácido itacónico (AIT) o su derivado monooctadecilitaconato (MODIT) . Los compatibilizantes son poliolefinas injertadas con estos monómeros, que se caracterizan por tener grupos funcionales de carácter hidrófilo y su esqueleto polimérico de carácter hidrófobo. Los compatibilizantes de esta invención se caracterizan por poseer grados de injerto de estos monómeros en forma controlada y podrán ser utilizados óptimamente de acuerdo con su aplicación. Por ejemplo, los compatibilizantes de esta invención permiten dispersar arcillas modificadas en matrices poliolefínicas para formar nanocompuestos de arcillas, como también preparar microcompuestos facilitando la dispersión de micropartículas polares en las poliolefinas y también producir combinaciones de poliolefinas y elastómeros mejorando la interacción entre poliolefinas y elastómeros. Con la presente invención pueden obtenerse nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones de poliolefinas que se caracterizan por un comportamiento mecánico y térmico mejorado respecto a los nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones de poliolefinas que utilizan compatibilizantes como poliolefina injertada con anhídrido maleico. Los nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones obtenidos de esta invención se podrán utilizar en todas las áreas y en aplicaciones que se requieran tales como en el área automotriz, electrónica, envasado, textiles y construcción entre otras áreas.

Campo técnico

Con las poliolefinas como polietileno y polipropileno se pueden fabricar diversos productos terminales moldeados, inyectados, tubos, películas delgadas y fibras que poseen excelentes propiedades químicas, físicas y mecánicas. Estas poliolefinas, sin embargo, poseen desventajas que restringen considerablemente sus aplicaciones. Por ejemplo, una poliolefina, si se utiliza como un plástico estructural, puede ser inadecuada para ese propósito debido a su insuficiente resistencia mecánica, estabilidad dimensional y resistencia a los cambios de temperatura. Con la finalidad de reforzar estas propiedades, la incorporación de materiales de refuerzo como la fibra de vidrio o un refuerzo inorgánico en la poliolefina se pueden mejorar dichas propiedades. Este procedimiento, sin embargo, es insuficiente para proporcionar reforzamiento eficaz puesto que la adhesión entre el refuerzo y la poliolefina es escasa. Por ese motivo, existen procedimientos alternativos que se han implementado para reforzamiento de poliolefinas, como por ejemplo, el uso de co-polímeros de bloque o co-polímeros de injerto que contiene un grupos polares como compatibilizante, que se aplican para mejorar la adhesión del refuerzo con la poliolefina, mejorando así sus propiedades mecánicas.

Los materiales de compuestos orgánicos e inorgánicos, de polímeros y refuerzos inorgánicos de tamaño nanométrico son materiales innovadores y son actualmente investigados y desarrollados. Tales materiales o compuestos poseen doble fase donde al menos una de ellas es dispersa en un estado nanométrico o micrométrico. La compatibilidad entre las dos fases, por ejemplo, arcilla y polímero, es siempre esencial para una buena dispersión. En el caso de las arcillas laminares silíceas que son hidrófilas e inmiscibles con compuestos orgánicos, el espacio entre láminas se modifica cuando se intercala con un compuesto orgánico como una sal de un amonio cuaternario como agente de intercalación. En principio el espacio entre láminas aumenta por los agentes de intercalación y se requiere que sea suficientemente amplio para facilitar la entrada de moléculas de polímero para obtener un material compuesto intercalado y/o exfoliado. En el caso de la exfoliación la distancia entre láminas desaparece y las láminas de la arcilla se encuentran dispersas aleatoriamente en la matriz polimérica.

Los agentes de intercalación comerciales como las aminas alifáticas protonadas son apropiados para las arcillas tipo esmectita como montmorillonita, hectorita y saponita, que pueden dispersarse en diversas matrices poliméricas y obtener un nanomaterial compuesto o nanocompuesto. Tales tipos de agentes de intercalación pueden aumentar elcarácter hidrófobo así como la distancia interlaminar de la arcilla del orden de 13 a 18 Å. De esta manera, es posible obtener un compuesto en base a una matriz polimérica y la arcilla que se encuentra con un cierto grado de dispersión, intercalada, floculada y/o parcial o totalmente exfoliada.

La patente japonesa Nº 8-22946 aplica el primer nanocompuesto comercial inorgánico/polímero orgánico. Este nanocompuesto se produce dispersando montmorillonita intercalada con un ácido amino-carboxílico (H3N+ (CH2) 11COO-) en poli (ε-caprolactama) o Nylon 6. Para el caso de polímeros no polares como el polietileno y polipropileno compuestos como el ácido amino-carboxílico no permite la dispersión de las arcillas que son hidrófilas en estos polímeros. Además, se han reportado otros agentes de intercalación para arcillas que permiten aumentar su distancia interlaminar. Sin embargo, estos agentes no modifican suficientemente la polaridad de las arcillas. Así el principal problema será la pérdida de compatibilidad entre la arcilla hidrófila y el polímero orgánico apolar hidrófobo.

Técnica anterior

El polipropileno (PP) ha sido reconocido como uno de los termoplásticos de mayor uso en los últimos años debido a su alta disponibilidad en el mercado, su amplio intervalo de propiedades y su bajo costo. A pesar de todas esas ventajas el PP presenta algunas deficiencias para determinadas aplicaciones. Por ejemplo, su baja resistencia al impacto a bajas temperaturas. Para superar estas deficiencias, uno de los métodos alternativos es preparar compuestos mezclando el polímero con refuerzos de tamaño micro- y/o nanométrico. El desafío para lograr buen resultado usando este método alternativo está dirigido hacia la optimización de la adhesión del material de refuerzo con la matriz polimérica, lo que se traduce en el aumento del grado de dispersión y la reducción del tamaño del refuerzo así como el aumento de interacción interfacial entre los componentes de la mezcla.

Los refuerzos a base de partículas sean estos del intervalo micrométrico o nanométrico se caracterizan por su diferente grado de la relación superficie a volumen. La optimización de esta relación es un parámetro relevante cuando se usan estas partículas como agentes de refuerzo para polímeros. Algunos ejemplos son los estudios en el sistema SiO2/PP compuestos con micro o nanopartículas de SiO2 donde se obtiene alguna pequeña mejora de las propiedades mecánicas tales como la resistencia al impacto y de tensión así como el alargamiento en el punto de rotura. Sin embargo, el uso de PP injertado con grupos de anhídrido maleico como compatibilizante permitió la eliminación de aglomerados de sílice en el compuesto y por ende mejoró sus propiedades mecánicas y la interfase partícula-matriz PP.

Por otro lado, la investigación de materiales poliméricos con nuevos perfiles de propiedades ha estimulado el interés en combinaciones poliméricas y procesos reactivos. En los últimos años se han desarrollado en el mercado muchas nuevas combinaciones. Aunque algunas de estas son mezclas homogéneas de polímeros, la mayoría de las combinaciones comerciales están compuestas de polímeros inmiscibles y contienen dos o más fases poliméricas. Esto se debe a una pobre interacción polímero-polímero. La compatibilidad, las propiedades mecánicas y térmicas de las combinaciones poliméricas dependen de la existencia de una fuerte adhesión interfacial, así como de su composición y de su morfología, y estas propiedades pueden mejorarse drásticamente añadiendo un compatibilizante adecuado, por ende son incompatibles, por ejemplo, poseen resistencia de tensión e impacto baja. Un compatibilizante eficaz se obtiene injertando, por ejemplo, un compuesto que contenga grupos carboxilo. En estos casos, las variables a considerar son concentración de compatibilizante, estrategias de mezclado en la morfología de las combinaciones, así como el efecto de su morfología en las propiedades mecánicas y el comportamiento de cristalización.

Entre los compuestos más recurrentes como materias primas para obtener compatibilizantes... [Seguir leyendo]

1. Compatibilizante basado en poliolefinas CARACTERIZADO por que está constituido por: poliolefinas injertadas en estado fundido con ácido itacónico (AIT) o su derivado monooctadecilitaconato (MODIT) , con un grado de injerto en el intervalo entre 0, 5 % y 2, 0 %, con un nivel de reproducibilidad menor del 10 % para cualquier grado de injerto dentro de dicho intervalo y sin degradación apreciable de las poliolefinas.

2. Compatibilizante de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que la poliolefina se refiere a compuestos a base de homopolímeros de etileno así como copolímeros de etileno o propileno con alfa olefinas.

3. Compatibilizante de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el polipropileno es un polipropileno heterofásico u homopolímero de polipropileno con un índice de fluidez entre 1, 8 y 26, 0.

4. Proceso para obtener el compatibilizante de las reivindicaciones 1 a 3 CARACTERIZADO por que comprende las siguientes etapas:

a) dosificación y mezclado, en un mezclador discontinuo, a 180 - 195 ºC.

75. 90 rpm y durant.

10. 15 minutos y bajo una corriente de gas inerte tal como nitrógeno, de:

i) poliolefina en estado fundido,

ii) ácido itacónico (AIT) o su derivado monooctadecilitaconato (MODIT) ,

iii) iniciador tal como peróxido de dicumilo, y

iv) antioxidante tal como beta-hidroxitolueno (BHT) o Pentaeritrietol tetraquis[3- (3, 5-di-terc-butil-4-hidroxifenil) propionato] (Irganox 1010®) y Tris (2, 4-di-terc-butil-fenil) fosfito (Irgafox 168) en una relación 2/1,

b) prensar la masa resultante de la etapa (a) a una presión d.

4. 6 MPa, en un intervalo de temperatura d.

60. 80 ºC para obtener laminados de 1-2 mm de espesor, y

c) triturar el material prensado de la etapa (b) en trozos rectangulares de aproximadamente 1 - 3 mm por lado,

d) determinar cuantitativamente el porcentaje en peso de injerto real de AIT o MODIT en PP en las láminas y/o películas obtenidas en la etapa (c) mediante análisis infrarrojo, y donde no se produce una degradación apreciable de las poliolefinas.

5. Proceso para obtener el compatibilizante de acuerdo con la reivindicación 4, CARACTERIZADO por que: la poliolefina es polipropileno (PP) y está en el intervalo d.

90. 99 % en peso; el ácido itacónico (AIT) o su derivado monooctadecilitaconato (MODIT) , está en un intervalo de 1 - 5 % en peso; el iniciador de peróxido de dicumilo está en el intervalo de 0, 5 - 1, 0 % en peso; y los antioxidantes tales como beta-hidroxitolueno o Pentaeritrietol tetraquis[3- (3, 5-di-terc-butil-4-hidroxifenil)

propionato] (Irganox 1010®) y Tris (2, 4-di-terc-butil-fenil) fosfito (Irgafox 168) están en un intervalo de 0, 02 - 0, 03 % en peso.

6. Uso del compatibilizante de las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO por que este se emplea en la obtención de nanocompuestos, microcompuestos y combinaciones a base de poliolefinas.