Procedimiento para la fabricación de polímeros termoplásticos que contienen partículas de hidróxido de magnesio de grano grueso y/o nanométricas, recubiertas y desaglomeradas, y dispositivo para el mismo.

Procedimiento para fabricar termoplásticos dotados de carga, que contienen partículas de hidróxido de magnesio nanométricas,

recubiertas y desaglomeradas en forma de partículas primarias recubiertas, que comprende las etapas de

a) Puesta a disposición de un termoplástico;

b) Puesta a disposición de partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas como suspensión o dispersión en un disolvente acuoso u orgánico;

c) Adición de las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas en suspensión o dispersión a los termoplásticos;

d) Mezcla de las partículas de hidróxido de magnesio con el termoplástico calentado y fundido;

e) Eventualmente, separación del disolvente de la suspensión o dispersión de la mezcla de la etapa d).

Procedimiento para la fabricación de polímeros termoplásticos que contienen partículas de hidróxido de magnesio de grano grueso y/o nanométricas, recubiertas y desaglomeradas, y dispositivo para el mismo

Descripción

La presente solicitud se refiere a procedimientos para la fabricación de termoplásticos con carga que contienen partículas de hidróxido de magnesio recubiertas, de grano grueso y/o nanométricas, en donde éstas se agregan a los termoplásticos en forma de una suspensión o dispersión en un disolvente acuoso u orgánico. Adicionalmente, la presente solicitud se dirige a un dispositivo para fabricar termoplásticos que contienen como carga partículas de hidróxido de magnesio recubiertas, de grano grueso y/o nanométricas, en donde las partículas de hidróxido de magnesio se agregan en forma de suspensión o dispersión a los termoplásticos. Por último, la presente solicitud se dirige a los propios termoplásticos.

Estado de la técnica

En general, la incorporación de cargas en plásticos es conocida tanto para modificar sus propiedades como para generar una reducción de costos. En cuanto al tamaño de partícula, estas cargas pueden ser de grano grueso o también nanométricas y, habitualmente, se incorporan al polímero en forma de polvo seco.

Los materiales sintéticos termoplásticos que contienen como carga materiales inorgánicos son generalmente conocidos y se encuentran presentes en innumerables ejemplos en la vida diaria. Estas cargas se mezclan, a menudo, en grandes cantidades porcentuales con el material base del polímero con el objetivo de conferirle determinadas propiedades. De esta forma, por ejemplo, con el uso de sulfato de bario como carga, debido a su elevada densidad intrínseca, se puede aumentar en gran medida el peso del polímero gracias a lo que se logra una mejor función de absorción del sonido. Con este mineral se puede obtener una función de absorción de los rayos X, lo que es muy interesante en el campo de la técnica médica. A través de la aplicación de cargas en los plásticos se pueden reducir, además, los costes de producción, puesto que las cargas inorgánicas tienen frecuentemente un precio menor que los polímeros utilizados. Las cargas inorgánicas, por ejemplo, las cargas usadas habitualmente tales como carbonato de calcio triturado o precipitado, talco o silicatos de capa, influyen en alto grado sobre las propiedades mecánicas del material polímero. El uso de cargas, frecuentemente en porcentajes elevados, tiene a menudo como consecuencia un incremento del módulo de elasticidad (Módulo E). Sin embargo, esto suele asociarse con valores reducidos de alargamiento a la rotura e impacto. Esta fragilización del material es a menudo problemática, pero es inevitable.

El hidróxido de magnesio se utiliza como carga funcional, por ejemplo en el campo de la protección contra el fuego. Confiere al polímero propiedades ignífugas. Esto se debe a que el hidróxido de magnesio, a temperaturas mayores que 300°C, cede el agua de cristalización, lo cual, en caso de incendio, enfría el polímero y forma, además, una capa de óxido protector y estable. Para poder alcanzar estas propiedades ignífugas, se requieren contenidos de carga en los polímeros de al menos 50% en peso. Con este contenido de carga se obtiene, según la prueba de protección contra el fuego UL94, desarrollada por el Laboratorio Underwriter de EE.UU., la clase ignífuga V0, si bien, en general, las propiedades mecánicas del plástico sufren un marcado deterioro causado por el alto grado de carga. En este caso, también se produce la fragilización del plástico, unida a una reducida resistencia al impacto y valores bajos de alargamiento a la rotura.

En el procedimiento de incorporación de cargas en termoplásticos existe la opción de incorporar la carga en forma de polvo finamente triturado por medio de una extrusora. En general, en los materiales termoplásticos y el uso de material de tamaño aparentemente nanométrico, las fuerzas de cizallamiento del o de los rodillos de la extrusora producen una desaglomeración sólo parcial de la carga nanométrica. Es decir, las cargas designadas como nanométricas están presentes en el polvo realmente como aglomerados de grano grueso de las nanopartículas. Las fuerzas de cizallamiento generadas en la extrusora no separan por completo las nanopartículas aglomeradas a escala micrométrica y, por consiguiente, tras la incorporación de materiales nanométricos, los materiales polímeros muestran un perfil de propiedades correspondiente al de los termoplásticos que contienen cargas de tamaño de partícula grueso.

Por el documento PCT/US02/17250 se conoce un procedimiento para fabricar nanomateriales compuestos basados en sílice mediante la extrusión en polimetilmetacrilato. De hecho, en esta patente la carga se funcionaliza con silanos, aunque como sustancias de partida se utilizan tipos de sílice ahumada aglomerados (Aerosil® de Degussa), que están presentes en forma de polvo aglomerado. Estos aglomerados, compuestos por partículas primarias nanométricas, se recubren con silanos, pero no las partículas primarias nanométricas. Éstas no se encuentran recubiertas individualmente.

Por el documento WO 2002/081574 se conoce el recubrimiento de polvo de hidróxido de magnesio en una mezcladora Henschel con aminosilanos, titanatos, circonatos y ácidos grasos y la incorporación subsiguiente en poliamidas. En este caso, sólo se recubren los aglomerados, no los cristales primarios, y la posterior incorporación en los polímeros tiene lugar de forma no desaglomerada.

De hecho, hasta ahora se han incorporado en termoplásticos solamente hidróxidos de magnesio aglomerados, compuestos por partículas primarias de grano grueso o nanométricas. También cuando se utilizan en este caso partículas primarias nanométricas, éstas se encuentran presentes en el termoplástico como aglomerados micrométricos, debido al proceso de secado para obtener el polvo seco que se usa, de manera que las propiedades mecánicas del polímero con carga se asemejan a las de plásticos con una carga formada por hidróxido de magnesio de grano grueso. La etapa de secado produce la aglomeración de las partículas nanométricas, las cuales tampoco pueden experimentar una desaglomeración completa por la fuerzas generadas durante el proceso de mezclado, por ejemplo en un dispositivo Ultraturrax o un disolvedor, dado que estas fuerzas mecánicas no son suficientes.

La presente invención tiene la tarea de poner a disposición procedimientos que permitan mejorar las propiedades mecánicas de los polímeros tras la incorporación de cargas. Una tarea adicional de la presente invención es la puesta a disposición de procedimientos para la fabricación de termoplásticos rellenos con cargas, en especial, partículas de hidróxido de magnesio.

Por último, una tarea adicional de la presente invención es la puesta a disposición de dispositivos adecuados para llevar a cabo este procedimiento para la incorporación de cargas, en especial, de partículas de hidróxido de magnesio en termoplásticos.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1 muestra, a modo de ejemplo, un dispositivo según la invención para llevar a cabo el procedimiento según la invención.

Figura 2 muestra una realización del dispositivo de alimentación para una dispersión o suspensión que contiene partículas de hidróxido de magnesio recubiertas, desaglomeradas y de grano grueso o nanométricas.

Figura 3 muestra fotografías realizadas por microscopia electrónica de barrido de un termoplástico según la invención con 40% en peso de hidróxido de magnesio nanométrico recubierto. En la parte izquierda se muestra una ampliación de 6.700 veces y, en el lado derecho, una sección de la imagen izquierda, ampliada 26.800 veces.

Figura 4 muestra los valores del Módulo E calculados por medición del alargamiento a la rotura.

Descripción detallada de la invención

En un primer aspecto, la presente invención se dirige a un procedimiento para fabricar termoplásticos que contienen partículas de hidróxido de magnesio recubiertas y desaglomeradas, de grano grueso y/o nanométricas, esencialmente en forma de sus partículas primarias recubiertas, que comprende las etapas de

a) Puesta a disposición de un termoplástico;

b) Puesta a disposición de partículas de hidróxido de magnesio recubiertas, de grano grueso y/o nanométricas, en forma de suspensión o dispersión en un disolvente acuoso u orgánico;

c) Alimentación de las partículas de hidróxido de magnesio recubiertas, de grano grueso y/o nanométricas, como suspensión o dispersión a los termoplásticos;

d) Mezcla de las partículas de hidróxido de magnesio... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para fabricar termoplásticos dotados de carga, que contienen partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas en forma de partículas primarias recubiertas, que comprende las etapas de

a) Puesta a disposición de un termoplástico;

b) Puesta a disposición de partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas como suspensión o dispersión en un disolvente acuoso u orgánico;

c) Adición de las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas en suspensión o dispersión a los termoplásticos;

d) Mezcla de las partículas de hidróxido de magnesio con el termoplástico calentado y fundido;

e) Eventualmente, separación del disolvente de la suspensión o dispersión de la mezcla de la etapa d).

2. Procedimiento para fabricar termoplásticos dotados de carga según la reivindicación 1, que comprende, además, la etapa de

f) Extrusión del termoplástico que contiene partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas preparadas en la etapa b), se encuentran recubiertas en un disolvente orgánico con un dispersante D.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas preparadas en la etapa b), se encuentran recubiertas en un disolvente acuoso con un dispersante B.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4 anteriores, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas se obtienen por tratamiento de partículas de hidróxido de magnesio pre-recubiertas con ultrasonidos, en presencia de un dispersante B en un disolvente acuoso o de un dispersante D en un disolvente orgánico.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas se obtienen por molienda de perlas de la suspensión o dispersión de partículas de hidróxido de magnesio no recubiertas o pre-recubiertas en un disolvente acuoso, en presencia de un dispersante B, o en un disolvente orgánico, en presencia de un dispersante D.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas preparadas en la etapa b), se encuentran recubiertas en un disolvente acuoso con un este a rato C.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas preparadas en la etapa b) están recubiertas adicionalmente con un inhibidor de crecimiento A.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que el nivel de carga con partículas de hidróxido de magnesio en el termoplástico con carga asciende a 0,5 hasta 80% en peso del contenido de carga en el polímero.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión o dispersión que se agrega en la etapa c) al termoplástico tiene un contenido sólido de 0,1 a 70% en peso de partículas de hidróxido de magnesio.

11. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que los termoplásticos se seleccionan de los materiales sintéticos termoplásticos polipropilenos, polietilenos, etilvinilacetatos, cloruros de polivinilo, poliamidas, poliésteres, poli(met)acrilatos, polimetil(met)acrilatos, policarbonatos, acrilonitrilo-butadieno- estirenos, poliestirenos, estireno-butadienos, acrilonitrilo-estirenos, polibutenos, tereftalatos de polietileno, tereftalatos de polibutileno, polifeniléteres modificados, policetonas alifáticas, poliarilsulfonas, sulfuras de polifenileno.

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, 8 a 10, en el que las partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas están funcionalizadas.

13. Termoplástico dotado de carga que contiene partículas de hidróxido de magnesio nanométricas, recubiertas y desaglomeradas en forma de partículas primarias recubiertas, obtenidas según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el nivel de carga con partículas de hidróxido de magnesio en el termoplástico con carga asciende a 60 hasta 80% en peso del contenido de carga en el polímero.