Material compuesto resistente a la llama.

Un material compuesto que comprende un polímero y

a) 0,1 a 30% en peso de un hidróxido doble estratificado con la fórmula

[Mm2+ Mn3+ (OH)2m+2n] Xn/zz- bH2O

en donde M2+ es un ion de metal divalente,

M3+ es un ion de metal trivalente, m y n tienen un valor tal quem/n ≥ 1 a 10, y b tiene un valor en el intervalo de 0 a 10, y Xz- es un anión orgánico de equilibrio de cargasque al menos parte del mismo es un anión orgánico con al menos dos átomos de carbono, y

b) 10 a 70% en peso de un hidróxido de metal, seleccionado de hidróxido de magnesio e hidróxido dealuminio, en base al peso total del material compuesto.

Material compuesto resistente a la llama.

La invención se refiere a un material compuesto que comprende un polímero, un hidróxido de metal, y una arcilla.

En tales materiales compuestos, el hidróxido de metal generalmente sirve como retardante del fuego. En la técnica se describe la combinación de tal hidróxido de metal retardante de la llama y una arcilla catiónica modificada orgánicamente.

El documento de patente de los EE.UU. de número 6.750.282, por ejemplo, describe el uso de un hidróxido de metal seleccionado de magnesio, calcio, zinc, e hidróxido o hidróxido doble de aluminio, y un silicato estratificado intercalado orgánicamente tal como una esmectita.

También se conoce en la técnica el uso de arcillas aniónicas modificadas orgánicamente como los hidróxidos dobles estratificados en matrices de polímeros. Los documentos de patente JP 2000-345057 y JP 2001-226522 describen un hidróxido doble estratificado (LDH, del inglés layered double hydroxide) modificado orgánicamente que sirve como retardante de la llama en las matrices de polímero.

Ninguna de las referencias describe o sugiere que el uso de la combinación de un LDH modificado orgánicamente y de un hidróxido de metal en matrices de polímero conduzca a propiedades retardantes de la llama sinérgicamente mejoradas del material compuesto resultante.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un material compuesto, preferiblemente un material nanocompuesto, con propiedades retardantes de la llama mejoradas.

Este objeto se consigue mediante un material compuesto que comprende un polímero y

a) 0, 1 a 30% en peso de un hidróxido doble estratificado que comprende un ion de equilibrio de cargas con al menos dos átomos de carbono, y

b) 10 a 70% en peso de un hidróxido de metal, seleccionado de hidróxido de magnesio e hidróxido de aluminio, en base al peso total del material compuesto.

El material compuesto de la presente invención ha mejorado las propiedades retardantes de la llama. Durante la combustión, el material compuesto muestra una reducción en el goteo y una disminución del pico de la velocidad de liberación de calor. Exhibe una supresión de humo mejorada en el caso de que el material compuesto esté en llamas. Debido a la presencia del hidróxido doble estratificado modificado orgánicamente en la cantidad dada, se puede usar una menor cantidad del hidróxido de metal, y permite una reducción de la cantidad total de material inorgánico en el material compuesto, lo que a su vez hace que generalmente el material compuesto sea más fácilmente producible, y pueda dar lugar a propiedades mecánicas mejoradas.

En una realización preferida de la invención, el material compuesto es un material nanocompuesto. En el contexto de la presente solicitud el término "material nanocompuesto" o "nanocompuesto" se refiere a un material compuesto en donde al menos un componente comprende una fase inorgánica con al menos una dimensión en el intervalo de 0, 1 a 100 nanómetros. El material nanocompuesto de la presente invención comprende LDH modificado orgánicamente que está al menos parcialmente desestratificado o exfoliado. Aparte de las ventajas ya mencionadas anteriormente para los materiales compuestos, el nanocompuesto de la invención tiene la ventaja adicional de que mejora las propiedades retardantes de la llama así como las propiedades mecánicas. El LDH modificado desestratificado o exfoliado puede causar la formación de una capa de carbón durante la degradación del material nanocompuesto, que generalmente es un material no combustible y que reduce la emisión de productos volátiles inflamables. Los LDHs de la presente invención son más estables térmicamente que las arcillas catiónicas modificadas orgánicamente.

En el contexto de la presente solicitud, el término "ion orgánico de equilibrio de cargas" se refiere a aniones que compensan las deficiencias de carga electrostática de las hojas de LDH cristalino. Debido a que el LDH tiene típicamente una estructura estratificada, los iones de equilibrio de cargas pueden estar situados entre los estratos, en el borde o en la superficie exterior de los estratos apilados de LDH. Tales aniones situados entre los estratos de los estratos apilados del LDH se denominan iones de intercalación. Los LDHs tratados con aniones de equilibrio de cargas se hacen organófilos y también se les conoce como "organoarcillas".

Dicho LDH apilado o arcilla orgánica también puede ser desestratificado o exfoliado, por ejemplo, en una matriz polimérica. En el contexto de la presente memoria el término "desestratificación" se define como la reducción del grado medio de apilado de las partículas del LDH por al menos la desestratificación parcial de la estructura del LDH, produciendo de ese modo un material que contiene significativamente más hojas individuales del LDH por volumen. El término "exfoliación" se define como la desestratificación completa, es decir, la desaparición de la periodicidad en la dirección perpendicular a las hojas del LDH, conduciendo a una dispersión aleatoria de los estratos individuales en un medio, no dejando de ese modo orden de apilamiento en absoluto.

El hinchamiento o expansión de los LDHs, también denominado intercalación de los LDHs, se puede observar con difracción de rayos X (XRD, del inglés X-ray diffraction) , dado que la posición de las reflexiones basales -es decir, las reflexiones d (001) - es indicativa de la distancia entre los estratos, distancia que aumenta con la intercalación.

La reducción del grado medio de apilamiento se puede observar como un ensanchamiento, hasta la desaparición, de las reflexiones de la XRD o por un aumento de la asimetría de las reflexiones basales (001) .

La caracterización de la desestratificación completa, es decir exfoliación, sigue siendo un reto analítico, pero en general se puede deducir a partir de la desaparición completa de las reflexiones distintas de (hk0) del LDH original. El ordenamiento de los estratos y, por lo tanto, el alcance de la desestratificación, se puede visualizar además con microscopía de transmisión de electrones (TEM, del inglés, transmission electron microscopy) .

El LDH de la invención puede ser cualquier LDH conocido para el experto en la técnica. Típicamente, estos LDHs son LDHs minerales que son capaces de expandirse o hincharse. Tales LDHs tienen una estructura estratificada que comprende hojas cristalinas cargadas (también referidos como estratos individuales de LDH) con aniones de equilibrio de cargas entre medias. Los términos "expansión" e "hinchamiento" en el contexto de la presente solicitud se refieren a un aumento en la distancia entre las hojas cristalinas cargadas. Los LDHs expandibles se pueden hinchar con disolventes adecuados, por ejemplo agua, y se pueden expandir de forma adicional y modificar por el intercambio de los iones de equilibrio de cargas con otros iones (orgánicos) de equilibro de carga, modificación que también se conoce en la técnica como intercalación.

Los hidróxidos dobles estratificados modificados, también denominados como LDHs (del inglés layered double hydroxides) , tienen una estructura estratificada que se corresponde a la fórmula general:

z

[Mm2+ Mn3+ (OH) 2m+2n] Xn/z bH2O (I)

donde M2+ es un ion de metal divalente tal como Zn2+, Mn2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Cu2+, Sn2+, Ba2+, Ca2+ y Mg2+, M3+ es un ion de metal trivalente tal como Al3+, Cr3+, Fe3+, Co3+ , Mn3+, Ni3+, Ce3+, y Ga3+, m y n tienen un valor tal que m/n = 1 a 10, y b tiene un valor en el intervalo de 0 a 10. También se contempla el uso de tres o más iones de metal diferentes en el hidróxido doble estratificado preparado con el proceso de la invención. De estos iones de metal, se prefiere la combinación de Mg2+ y/o Zn2+ y Al3+. X es un anión orgánico de equilibrio de cargas con al menos dos átomos de carbono, o cualquier otro anión conocido por el experto en la técnica, siempre y cuando al menos parte de los iones de intercalación esté constituida por el anión orgánico con al menos dos átomos de carbono.

El LDH de la invención incluye hidrotalcita y LDHs aniónicos semejantes a la hidrotalcita. Ejemplos de tales LDHs son hidrotalcita y materiales semejantes a la hidrotalcita, meixnerita, manasseita, piroaurita, sjögrenita, stichtita, barberonita, takovita, reevesita y desautelsita. Un LDH preferido es la hidrotalcita, que es un LDH con una estructura estratificada que corresponde a la fórmula general:

z

[Mgm2+ Aln3+ (OH) 2m+2n] Xn/z bH2O (II)

en donde m y n tienen un valor tal que m/n = 1 a 10, preferiblemente 1 a 6, y b tiene un valor en el intervalo de desde 0 a 10, generalmente un valor de 2 a 6, y a menudo... [Seguir leyendo]

1. Un material compuesto que comprende un polímero y

a) 0, 1 a 30% en peso de un hidróxido doble estratificado con la fórmula z

[Mm2+ Mn3+ (OH) 2m+2n] Xn/z bH2O

en donde M2+ es un ion de metal divalente, M3+ es un ion de metal trivalente, m y n tienen un valor tal que m/n = 1 a 10, y b tiene un valor en el intervalo de 0 a 10, y Xz-es un anión orgánico de equilibrio de cargas que al menos parte del mismo es un anión orgánico con al menos dos átomos de carbono, y

b) 10 a 70% en peso de un hidróxido de metal, seleccionado de hidróxido de magnesio e hidróxido de aluminio, en base al peso total del material compuesto.

2. Material compuesto según la reivindicación 1, en donde el material compuesto es un material nanocompuesto, es decir, un material compuesto en donde al menos un componente comprende una fase inorgánica con al menos una dimensión en el intervalo 0, 1 a 100 nanómetros.

3. Material compuesto según la reivindicación 1 ó 2, en donde la distancia entre los estratos en el hidróxido doble estratificado modificado orgánicamente es al menos 1, 0 nm.

4. Material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el hidróxido doble estratificado modificado orgánicamente comprende al menos un ion orgánico de equilibrio de cargas seleccionado del grupo que consiste en ácidos monocarboxílicos y resina de trementina.

5. Material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el hidróxido de metal es trihidróxido de aluminio.

6. Material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una arcilla catiónica modificada orgánicamente, preferiblemente una esmectita modificada orgánicamente