BR112019002838B1

BR112019002838B1 - Composição

Info

Publication number: BR112019002838B1
Application number: BR112019002838-2A
Authority: BR
Inventors: Elodie Hablot; Russell P. Barry
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2022-11-08
Also published as: SG11201901113QA; CN109790340A; EP3497162B1; JP7218285B2; US20210284822A1; TW201809110A; JP2019527761A; KR102518984B1; US11780991B2; US20220195146A1; EP3497162A1; BR112019002838A2; KR20190039968A; WO2018031731A1

Abstract

A presente divulgação se refere a uma composição compreendendo: (A) de 40% em peso a 95% em peso de um elastômero de poliolefina termoplástico e (B) de 5% em peso a 60% em peso de um componente de fibra de carbono. Em certas modalidades, a composição da presente divulgação atinge um alto nível de rigidez, embora exibindo um alto nível de tenacidade. Além disso, uma diminuição na aparência de brilho e uma melhoria na resistência à abrasão são esperadas.

Description

Campo

[0001] As modalidades se referem a composições que incluem fibras de carbono e pelo menos um elastômero de poliolefina termoplástica.

Introdução

[0002] Um dos principais desafios da indústria automotiva é o desejo de reduzir o peso de um veículo a fim de diminuir o consumo de combustível. Consumo de combustível diminuído resultaria em poluição reduzida e beneficiaria o meio ambiente. Fibras de carbono, com sua baixa densidade (em torno de 1,78 g/cm3) e alta rigidez, oferecem uma fonte interessante de substituição às fibras de vidro convencionais (densidade em torno de 2,60 g/cm3) e aço de alta resistência (densidade em torno de 7,80 g/cm3) atualmente usados na indústria automotiva. No entanto, as fibras de carbono apresentam desafios de desempenho de impacto, uma vez que elas são muito frágeis e quebram em fibras pequenas após serem compostas ou moldadas por injeção em peças. Por conseguinte, existe uma necessidade para soluções de fibra de carbono que proporcionem alta rigidez e bom desempenho de impacto, embora retendo um módulo alto e comercialmente interessante. Além disso, brilho reduzido e resistência à abrasão são critérios importantes na indústria automotiva e as soluções de fibra de carbono aqui divulgadas deverão oferecer tais melhorias.

Sumário

[0003] Em certas modalidades, a presente divulgação se refere a uma composição compreendendo: (A) de 40% em peso a 95% em peso de um elastômero de poliolefina termoplástica e (B) de 5% em peso a 60% em peso de um componente de fibra de carbono.

Descrição Detalhada Definições

[0004] As faixas numéricas divulgadas no presente documento incluem todos os valores a partir do, e incluindo, o valor inferior e o valor superior. Para faixas contendo valores explícitos, qualquer subfaixa entre quaisquer dois valores explícitos é incluída. Quando usado em relação a um composto químico, a menos que especificamente indicado de outro modo, o singular inclui todas as formas isoméricas e vice-versa.

[0005] Todas as referências à Tabela Periódica dos Elementos neste documento devem se referir à Tabela Periódica de Elementos, publicada e protegida por direitos autorais pela CRCPress, Inc., 2003. Além disso, quaisquer referências a um Grupo ou Grupos serão ao Grupo ou aos Grupos refletidos nesta Tabela Periódica dos Elementos usando o sistema IUPAC para enumeração de grupos. Salvo indicação em contrário, implícita a partir do contexto, ou habitual na técnica, todos os componentes e todas as percentagens são baseadas em peso. Para fins de prática de patentes nos Estados Unidos, o conteúdo de qualquer patente, pedido de patente ou publicação referenciada no presente documento é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade (ou a versão US equivalente do mesmo é, assim, incorporada a título de referência) especialmente em relação à divulgação de técnicas sintéticas, definições (na medida em que não sejam inconsistentes com quaisquer definições fornecidas no presente documento) e conhecimentos gerais na técnica.

[0006] “Composição” e termos semelhantes significam uma mistura de dois ou mais componentes. Estão incluídas, nas composições, misturas de pré-reação, reação e pós-reação, a última das quais incluirá produtos e subprodutos de reação, bem como componentes não reagidos da mistura de reação e produtos de decomposição, se houver, formados a partir de um ou mais componentes da ou mistura de pré-reação ou reação.

[0007] Um “polímero” é um composto preparado polimerizando monômeros, sejam do mesmo tipo ou de um tipo diferente que, na forma polimerizada, fornecem as “unidades” múltiplas e/ou de repetição ou “unidades mer” que constituem um polímero. O termo genérico polímero abrange, desse modo, o termo homopolímero, geralmente empregado para se referir a polímeros preparados a partir de apenas um tipo de monômero e o termo copolímero, geralmente empregado para se referir a polímeros preparados a partir de pelo menos dois tipos de monômeros. Ele também abrange todas as formas de copolímeros, por exemplo, aleatório, bloco, etc. “Interpolímero”, como usado aqui, se refere a um polímero tendo polimerizado no mesmo pelo menos dois monómeros e inclui, por exemplo, copolímeros, terpolímeros e tetrapolímeros.

[0008] Os termos “polímero de etileno/α-olefina” e “polímero de propileno/α- olefina” são indicativos de um copolímero conforme descrito acima, preparado a partir de polimerização de etileno ou propileno, respectivamente, e um ou mais monômeros de α-olefina polimerizáveis adicionais. Observa-se que, embora um polímero seja muitas vezes referido como sendo “feito de” um ou mais monômeros especificados, “à base de” de um monômero ou tipo de monômero especificado, “contendo” um teor de monômero especificado, ou similares, neste contexto, o termo “monômero” é entendido como se referindo ao remanescente polimerizado do monômero especificado e não às espécies não polimerizadas. Em geral, os polímeros no presente documento são referidos como sendo à base de “unidades” que são a forma polimerizada de um monômero correspondente.

[0009] Como aqui utilizado, "alfa-olefina" ou "α-olefina" se refere a olefinas ou alquenos com a fórmula química CxH2x, distinguida por ter uma ligação dupla na posição primária ou alfa (α). Como aqui utilizado, alfa-olefinas incluem, mas não estão limitadas a, etileno, propileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 4-metil-1- penteno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno 1-deceno, 1-dodeceno e semelhantes.

[0010] Os termos “interpolímero de etileno/α-olefina” e “interpolímero de múltiplos blocos de etileno/α-olefina”, conforme usado no presente documento, se referem a um interpolímero que compreende um monômero de etileno polimerizado e pelo menos uma α-olefina.

[0011] "Mescla", "mescla polimérica" e termos semelhantes são uma composição de dois ou mais polímeros. Essa mescla pode ou não ser miscível. Essa mescla pode ou não ser separada por fases. Essa mescla pode ou não conter uma ou mais configurações de domínio, conforme determinado por espectroscopia de elétrons de transmissão, espalhamento de luz, espalhamento de raios-X e outros métodos conhecidos na técnica.

[0012] “Unidades derivadas de etileno”, “teor de etileno” e termos semelhantes significam as unidades de um polímero formado a partir da polimerização de monômeros de etileno. “Unidades derivadas de α-olefina”, “teor de alfa-olefina”, “teor de α-olefina” e termos semelhantes significam as unidades de um polímero formado a partir da polimerização de monômeros de α-olefina específicos. "Unidades derivadas de propileno", "teor de propileno" e termos semelhantes significam as unidades de um polímero formado a partir da polimerização de monômeros de propileno.

[0013] "Polímero à base de propileno" e termos semelhantes significam um polímero que compreende um percentual em peso majoritário de monômero de propileno polimerizado, também chamado de unidades derivadas de propileno (com base na quantidade total de monômeros polimerizáveis) e compreende, opcionalmente, pelo menos um comonômero polimerizado diferente de propileno (tal como, pelo menos um selecionado a partir de uma C2 e C4-10 α-olefina), de modo a formar um interpolímero à base de propileno. Por exemplo, quando o polímero à base de propileno é um copolímero, o teor de propileno é superior a 50% em peso, com base no peso total do copolímero.

[0014] “Polímero à base de etileno" e termos semelhantes significam um polímero que compreende um percentual em peso majoritário de monômero de etileno polimerizado, também chamado de unidades derivadas de etileno (com base no peso total de monômeros polimerizáveis) e, opcionalmente, pode compreender pelo menos um comonômero polimerizado diferente de etileno (tal como pelo menos um selecionado a partir de uma C3-10 α-olefina) de modo a formar um interpolímero à base de etileno. Por exemplo, quando o polímero à base de etileno é um copolímero, a quantidade de etileno é superior a 50% em peso, com base no peso total do copolímero.

[0015] O termo “polietileno” inclui homopolímeros de etileno e copolímeros de etileno e uma ou mais C3-8 α-olefinas nas quais o etileno compreende pelo menos 50 por cento em mol. O termo “polipropileno” inclui homopolímeros de propileno, tal como polipropileno isotático, polipropileno atático, polipropileno sindiotático e copolímeros de propileno e uma ou mais C2 e C4-8 α-olefinas, nas quais o propileno compreende pelo menos 50 por cento em mol.

[0016] O termo “cristalino” se refere a um polímero ou bloco de polímero que possui um ponto de fusão de transição ou cristalino (Tm) de primeira ordem conforme determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC) ou técnica equivalente. O termo pode ser usado de forma intercambiável com o termo "semicristalino".

[0017] O termo "cristalizável" se refere a um monômero que pode polimerizar de modo que o polímero resultante seja cristalino. Polímeros de etileno cristalinos têm tipicamente, mas sem limitações, densidades de 0,89 g/ cm3 a 0,97 g/ cm3 e pontos de fusão de 75°C a 140°C. Polímeros de propileno cristalinos podem ter, mas sem limitações, densidades de 0,88 g/cm3 a 0,91 g/cm3 e pontos de fusão de 100°C a 170°C.

[0018] O termo "amorfo" se refere a um polímero carecendo de um ponto de fusão cristalino, conforme determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC) ou técnica equivalente.

[0019] O termo “isotático” é definido como unidades de repetição de polímero tendo pelo menos 70 por cento de pêntades isotáticas, como determinado por análise de 13C-NMR. “Altamente isotático” é definido como polímeros tendo pelo menos 90 por cento de pêntades isotáticas.

Elastômero de Poliolefina Termoplástico (TPE)

[0020] A composição pode incluir de 40% em peso a 95% em peso (por exemplo, de 45% em peso a 95% em peso, de 50% em peso a 95% em peso, de 70% em peso a 95% em peso, de 70% em peso a 90% e/ou de 75% em peso a 85% em peso) de um componente de elastômero de poliolefina termoplástico (TPE). Em certas modalidades, o componente TPE proporciona tenacidade à composição. Em certas modalidades, o componente TPE é uma poliolefina (PO) que (1) tem as propriedades de um elastômero, isto é, a capacidade de ser esticada além de seu comprimento original e retrair substancialmente até seu comprimento original quando liberada e (2) pode ser processada como um termoplástico, isto é, para amolecer quando exposta ao calor e retornar substancialmente à sua condição original quando resfriada até a temperatura ambiente.

[0021] Exemplos não limitativos de TPE’s adequados incluem copolímeros em bloco estirênicos (por exemplo, copolímeros em bloco SEBS), interpolímeros de etileno/α-olefina (isto é, à base de etileno) (por exemplo, plastômeros e elastômeros ENGAGE™ e AFFINITY™), interpolímeros de múltiplos blocos de etileno/α-olefina (OBCs) (por exemplo, INFUSE™), copolímeros em bloco de olefina à base de propileno (por exemplo, INTUNETM) e interpolímeros de propileno/α-olefina (isto é, à base de propileno) (por exemplo, plastômeros e elastômero, VERSIFY™).

[0022] Em modalidades exemplares da composição da presente divulgação, o componente de TPE inclui copolímeros de propileno/α-olefina, tal como os plastômeros e elastômerosVERSIFY™ disponíveis de The Dow Chemical Company e os plastômeros e elastômeros VISTAMAXX™ disponíveis de ExxonMobil Chemical Company.

[0023] Em certas modalidades, os copolímeros de propileno/α-olefina são caracterizados como compreendendo (A) entre 60 e menos de 100 (por exemplo, entre 80 e 99 e/ou entre 85 e 99) por cento em peso de unidades derivadas de propileno e (B) entre maior que zero e 40 (por exemplo, entre 1 e 20, entre 4 e 16, e/ou entre 4 e 15) por cento em peso de unidades derivadas de pelo menos um de etileno e/ou uma C4-30 α-olefina. As C4-30α-olefinas incluem, mas não estão limitadas a, isobutileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 1- noneno, 1-deceno, 1-dodeceno, 1-tetradeceno, 1-hexadeceno, 1-octadeceno, 1- eicoseno, 3-metil-1-buteno, 3-metil-1-penteno, 4-metil-1-penteno, 4,6- dimetil-1- hepteno e vinilciclo-hexano. Em certas modalidades, os copolímeros de propileno/α-olefina são copolímeros de propileno-etileno.

[0024] Exemplos de copolímeros de propileno/α-olefina incluem, mas não se limitam, aqueles que são divulgados em WO 2009/067337 A1, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade. Exemplos de copolímeros de propileno/α-olefina incluem, mas não se limitam, aqueles que são divulgados em WO 2006/069205 A1, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade. Os copolímeros de propileno/α-olefina da presente divulgação são feitos por processos conhecidos por aqueles versados na técnica incluindo os processos descritos em WO 2009/067337 A1 e WO 2006/069205 A1. Copolímeros de propileno/α-olefina exemplares podem ser formados por meios dentro da habilidade na técnica, por exemplo, usando catalisadores de sítio único ou catalisadores Ziegler Natta.

[0025] Os copolímeros de propileno/α-olefina podem ter uma densidade de 0,850 g/cm3 a 0,900 g/cm3 de acordo com ASTM D792 a 230°C/2,16 Kg (por exemplo, de 0,850 g/cm3 a 0,895 g/cc, de 0,850 g/cm3 a 0,890 g/cm3 e/ou de 0,870 g/cm3 a 0,890 g/cm3). Os copolímeros de propileno/α-olefina podem ter uma taxa de fluxo de fusão na faixa de 0,1 a 500 gramas por 10 minutos (g/10 min.), medida de acordo com ASTM D-1238 a 230°C/2,16 kg (por exemplo, de 0,1 g/10 min. a 100 g/10 min., de 0,1 g/10 min. a 75 g/10 min. e/ou de 0,1 g/10 min. a 50 g/10 min.). Os copolímeros de propileno/α-olefina podem ter uma dureza Shore A de 50 a 150 de acordo com ASTM D2240 (por exemplo, de 60 a 120 e/ou de 70 a 100). Os copolímeros de propileno/α-olefina podem ter uma temperatura de transição vítrea (ponto de inflexão DSC) de -15°C a -50°C. Os copolímeros de propileno/α- olefina podem ter uma resistência à tração final de acordo com ASTM D638 de 2,07 MPa (300 psi) a 20,7 MPa (3.000 psi) (por exemplo, de 2,41 MPa (350 psi) a 19,3 MPa (2.800 psi) e/ou de 2,8 MPa (400 psi) a 17,2 MPa (2.500 psi)). Os copolímeros de propileno/α-olefina podem ter um módulo de flexão de 6,89 MPa (1 kpsi) a 689,4 MPa (100 kpsi) de acordo com ASTM D790 (1% s) (por exemplo, de 6,89 MPa (1 kpsi) a 517,10 MPa (75 kpsi) e/ou de 6,89 MPa (1 kpsi) a 448,15 MPa (65 kpsi)). Os copolímeros de propileno/α-olefina podem ter uma temperatura de fusão (pico Tm de DSC conforme medido, por exemplo, pelo procedimento de DSC descrito na Patente US 6.566.446 de 50 a 130°C. Outros parâmetros dos copolímeros de propileno/α-olefina (por exemplo, cristalinidade, calor de fusão, peso molecular, viscosidade, distribuição de peso molecular, etc.) podem ser conhecidos ou determinados por um versado na técnica.

[0026] Em certas modalidades, os copolímeros de propileno/α-olefina são adicionalmente caracterizados como contendo uma média de pelo menos 0,001, preferivelmente uma média de pelo menos 0,005 e mais preferivelmente uma média de pelo menos 0,01 ramificação de cadeia longa/1.00 carbonos totais. O número máximo de ramificações de cadeia longa no copolímero de propileno/alfa- olefina não é crítico, mas tipicamente ele não ultrapassa 3 ramificações de cadeia longa/1.000 carbonos totais. O termo “ramificação de cadeia longa”, como usado aqui, se refere a um comprimento de cadeia maior do que aquele resultante da incorporação do comonômero na espinha dorsal do polímero. Mais ainda, o termo “ramificação de cadeia longa” se refere a um comprimento de cadeia de pelo menos um carbono a mais do que uma ramificação de cadeia curta e “ramificação de cadeia curta”, como usado no presente documento, se refere a um comprimento de cadeia de dois carbonos a menos que o número de carbonos no comonômero. Por exemplo, um interpolímero de propileno/1-octeno tem espinhas dorsais com ramificações de cadeia longa de pelo menos sete (7) carbonos de comprimento, mas essas espinhas dorsais também têm ramificações de cadeia curta de apenas seis (6) carbonos de comprimento.

[0027] Os copolímeros de propileno/α-olefina são ainda caracterizados como tendo sequências de propileno substancialmente isotáticas. “Sequências de propileno substancialmente isotáticas” significa que as sequências têm uma tríade isotática (mm) medida por 13C NMR superior a 0,85; na alternativa, superior a 0,90; em outra alternativa, superior a 0,92; e em outra alternativa superior a 0,93. As tríades isotáticas são bem conhecidas na técnica e são descritas, por exemplo, na Patente US 5.504.172 e Publicação Internacional WO 00/01745, que se referem à sequência isotática em termos de uma unidade de tríade na cadeia molecular de copolímero determinada por espectros de 13C NMR.

[0028] Em certas modalidades, os copolímeros de propileno/α-olefina têm uma distribuição de peso molecular (MWD), definida como peso molecular médio ponderal dividido pelo peso molecular médio numérico (Mw/Mn) de 4 ou menos, de 3,5 ou menos, de 3,0 ou menos ou de 1,8 a 3,0.

[0029] Outros polímeros de TPE úteis na prática das composições da presente divulgação incluem, por exemplo, mas não estão limitados a, uretano termoplástico (TPU), copolímeros de etileno/acetato de vinila (EVA) (por exemplo, Elvax 40L-03 (40% VA, 3MI) (DuPont)), copolímeros de etileno/acrilato de etila (EEA) (por exemplo, AMPLIFY™) e copolímeros de ácido etileno acrílico (EAA) (por exemplo, PRIMACOR™) (The Dow Chemical Company), poli cloreto de vinila (PVC), resinas epóxi, borracha de estireno acrilonitrila (SAN) e resina de PPE modificada por Noryl® (mescla amorfa de óxido de polifenileno (PPO) e poliestireno (PS) por SABIC), dentre outros. Também são úteis elastômeros olefínicos incluindo, por exemplo, polietileno de muito baixa densidade (VLDPE) (por exemplo, etileno/1-hexeno polietileno FLEXOMER™, The Dow Chemical Company), copolímeros de etileno/α-olefina homogeneamente ramificados lineares (por exemplo, TAFMERTM por Mitsui Petrochemicals Company Limited e EXACTTMpor DEXPlastomers) e polímeros de etileno/α-olefina substancialmente lineares ramificados homogeneamente (por exemplo, plastômeros de etileno- octeno AFFINITY™ (por exemplo, EG8200 (PE)) e elastômeros de poliolefina ENGAGE™, The Dow Chemical Company). Copolímeros de etileno substancialmente lineares são mais completamente descritos nas Patentes US 5.272.236, 5.278.272 e 5.986.028. Interpolímeros olefínicos adicionais úteis na presente invenção incluem interpolímeros à base de etileno heterogeneamente ramificados incluindo, mas não se limitando a, polietileno de média densidade linear (LMDPE), polietileno de baixa densidade linear (LLDPE) e polietileno de ultrabaixa densidade (ULDPE). Polímeros comerciais incluem polímeros DOWLEX™, polímero ATTANE™, FLEXOMER™, polímeros HPDE 3364 e HPDE 8007 (The Dow Chemical Company), polímeros ESCORENE™ e EXCEED™ (Exxon Mobil Chemical). Exemplos não limitativos de TPUs adequados incluem elastômeros PELLETHANE™ (Lubrizol Corp. (por exemplo, TPU 2103-90A); ESTANE™, TECOFLEX™, CARBOTHANE™, TECOPHILIC™, TECOPLAST™ e TECOTHANE™ (Noveon); ELASTOLLAN™, etc. (BASF) e TPUs comerciais disponíveis de Bayer, Huntsman, Lubrizol Corporation e Merquinsa.

[0030] Em certas modalidades, o componente de TPE inclui de 0% a 40% em peso de um copolímero em bloco estirênico, tal como um elastômero termoplástico tribloco de poliestireno-bloco-poli(etileno-co-butileno)-bloco- poliestireno (SEBS). Em geral, copolímeros de bloco estirênicos adequados para a invenção incluem pelo menos dois blocos mono-alquenil areno, de preferência dois blocos de poliestireno, separados por um bloco de dieno conjugado saturado, de um modo preferido, um bloco de polibutadieno saturado. Os copolímeros de bloco estirênicos preferidos têm uma estrutura linear, embora em algumas modalidades, polímeros ramificados ou radiais ou copolímeros de bloco funcionalizados constituam compostos úteis. O peso molecular médio numérico total do copolímero de bloco estirênicos é preferivelmente de 30.000 a 250.000, se o copolímero tiver uma estrutura linear. Tais copolímeros de bloco têm tipicamente um teor de poliestireno médio de 6 a 65%, mais tipicamente de 10 a 40% em peso do copolímero.

[0031] Os copolímeros de bloco estirênicos podem ser produzidos por quaisquer procedimentos de polimerização ou copolimerização em bloco iônica bem conhecidos, incluindo as técnicas de adição de monômero sequencial, técnicas de adição de monômero incremental ou técnicas de acoplamento bem conhecidas como ilustrado, por exemplo, nas Patentes US 3.251.905, 3.390.207, 3.598.887 e 4.219.627, todas as quais são aqui incorporadas por referência. Como é bem conhecido na técnica de copolímero em bloco, os blocos de copolímero afunilados podem ser incorporados no copolímero multibloco copolimerizando uma mistura de monômeros de hidrocarbonetos de dieno e vinil aromáticos conjugados utilizando a diferença nas suas taxas de reatividade de copolimerização. Várias patentes descrevem a preparação de copolímeros multibloco contendo blocos de copolímeros afunilados, incluindo as Patentes US 3.251.905, 3.265.765, 3.639.521 e 4.208.356, as divulgações das quais são aqui incorporadas por referência. Exemplos de copolímeros de bloco estirênicos adequados para a invenção são descritos em EP0712892, WO 2004/041538, Patentes US 6.582,829, 4.789.699, 5.093.422 e 5.332.613, e US 2004/0087235, 2004/0122408, 2004/0122409 e 2006/0211819. Exemplos não limitantes de copolímeros de bloco estirênicos adequados incluem copolímeros de estireno/butadieno (SB), terpolímeros de estireno/etileno/butadieno/estireno (SEBS), terpolímeros de estireno/butadieno/estireno (SBS), SBS ou SEBS hidrogenados, estireno/isopreno (SI) e terpolímeros de estireno/etileno/propileno/estireno (SEPS). Fontes comerciais de copolímeros de bloco estirênicos incluem Polímeros Kraton (SEBS G1643M, G1651ES), Asahi Kasei Chemicals Corporation e Kuraray America.

[0032] Polímeros alternativos que podem ser incluídos no componente de TPE incluem, mas não estão limitados a, borrachas de polibutadieno, poli(estireno- butadieno), poli(acrilonitrila dieno) e borracha saturada, a borracha de dieno obtida por hidrogenação de butadieno, borracha de isopreno, borracha de cloropreno, borracha de polibutalacrilato e borracha de copolímero de etileno/α- olefina, em que a α-olefina é uma α-olefina tendo 3 a 20 átomos de carbono, tal como propileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno, 1- octeno, 1-noneno, 1-deceno, 1-dodeceno e semelhantes.

Componente de Fibra de Carbono

[0033] A composição inclui de 5% em peso a 60% em peso (por exemplo, de 5% em peso a 40% em peso, de 5% em peso a 30% em peso, de 10% em peso a 30% em peso e/ou de 15% em peso a 25% em peso) de um componente de fibra de carbono. Em modalidades exemplares, o componente de fibra de carbono compreende fibras de carbono picadas derivadas de resíduos reciclados. As fibras de carbono picadas podem ser produzidas por qualquer processo ou meio conhecido de um versado na técnica. Numa modalidade exemplar não limitativa, as fibras de carbono picadas são fabricadas de um precursor de poliacrilonitrila (PAN) através de oxidação em torno de 200-300°C, carbonização em torno de 1.200 a 1.400°C, tratamento de superfície, colagem, enrolamento como um cabo de fibra de carbono contínuo e corte em fibras de carbono picadas. Em modalidades exemplares adicionais, as fibras de carbono picadas são produzidas criando uma trama a partir de fibra de carbono contínua e utilizando a tecelagem num processo de moldagem seguido de corte da apara de borda e utilizando isso como uma fonte de fibra picada.

[0034] Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm um comprimento de fibra de 6 mm a 12 mm antes de qualquer processamento (por exemplo, moldagem). Em certas modalidades, o componente de fibra de carbono é constituído por fibras de carbono curtas e fibras de carbono longas. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm um diâmetro de filamento entre 5 mícrons e 15 mícrons. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm uma densidade de 0,170 g/cm3 a 0,185 g/cm3 (por exemplo, de 0,175 g/cm3 a 0,181 g/cm3) de acordo com ISO 10119. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm uma resistência à tração de 1.000 MPa a 6.000 MPa (por exemplo, de 3.500 MPa a 5.500 MPa, de 4.000 MPa a 5.000 MPa e/ou de 4.000 MPa a 4.500 MPa) de acordo com ISO 10618. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm um módulo de tensão de 100 GPa a 500 GPa (por exemplo, 200 GPa a 300 GPa, de 210 GPa a 280 GPa e/ou de 220 GPa a 250 GPa) de acordo com ISO 10618. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm um alongamento na ruptura de 1% a 3% (por exemplo, de 1,5% a 2,1%, de 1,6% a 2% e/ou de 1,7% a 1,9%) de acordo com ISO 10618. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm uma densidade bruta de 300 g/1 a 600 g/l de acordo com ISO 10119.

[0035] As fibras de carbono picadas podem ser revestidas com várias colagens. Colagens exemplares para as fibras de carbono picadas da presente divulgação incluem emulsões à base de poliuretano, emulsões à base de epóxi, emulsões à base de fenóxi, emulsões à base de epóxi e fenóxi, emulsões à base de polímero aromático, emulsões à base de glicerina, emulsões à base de hidrocarboneto, emulsões à base de poliamida, e/ou combinações dos mesmos. Em certas modalidades, as fibras de carbono picadas têm um teor de colagem de 0,5% em peso a 10% em peso (por exemplo, de 1% em peso a 5% em peso).

[0036] Em certas modalidades, o componente de fibra de carbono compreende fibras de carbono picadas comercialmente disponíveis, por exemplo, de SGL Group (por exemplo, fibras de carbono SIGRAFIL®), DowAksa, Toray (por exemplo, fibras de carbono TORAYCATM), etc.

Composição

[0037] As composições da presente divulgação podem ainda incluir um polipropileno de homopolímero, um polipropileno de copolímero aleatório, um plastômero de etileno/C4-8 alfa-olefina e/ou um elastômero termoplástico tribloco poliestireno-bloco-poli(etileno-co-butileno)-bloco-poliestireno (SEBS).

[0038] As composições da presente divulgação podem ser úteis para preparar artigos utilizando processos conhecidos. Por exemplo, as composições podem ser fabricadas em peças, folhas ou outro artigo de fabricação, usando quaisquer processos de extrusão, calandragem, moldagem por sopro, moldagem por compressão, moldagem por injeção ou termoformação. Os componentes da composição podem ser alimentados ao processo ou pré-misturados ou os componentes podem ser alimentados diretamente ao equipamento de processo, tal como uma extrusora de conversão, de modo que a composição seja formada dentro do mesmo. As composições podem ser mescladas com outro polímero antes da fabricação de um artigo. Tal mesclagem pode ocorrer por qualquer uma dentre uma variedade de técnicas convencionais, uma das quais é mesclagem a seco de péletes das composições com péletes de outro polímero.

[0039] As composições da presente divulgação podem opcionalmente incluir um ou mais aditivos e/ou enchimentos. Exemplos não limitativos de aditivos e/ou enchimentos incluem plastificantes, estabilizadores térmicos, estabilizadores de luz (por exemplo, estabilizadores e absorventes de luz UV), antioxidantes, agentes deslizantes, auxiliares de processo, branqueadores ópticos, antiestáticos, lubrificantes, catalisadores, modificadores de reologia, biocidas, inibidores de corrosão, desidratantes, solventes orgânicos, corantes (pigmentos e corantes), surfactantes, aditivos de desmoldagem, óleo mineral, agentes antibloqueio, agentes de nucleação, retardadores de chama, enchimentos de reforço (por exemplo, vidro, fibras, aditivos antiarranhão, talco, carbonato de cálcio, mica, fibras de vidro, cristais etc.), auxiliares de processamento, fibras metálicas, fibras de boro, fibras cerâmicas, fibras poliméricas, caulim, vidro, cerâmica, microesferas de carbono/poliméricas, sílica, mica, fibras de carbono, argila, fibras de cânhamo, fibras naturais, negro de fumo e combinações dos mesmos.

[0040] As composições da presente divulgação podem opcionalmente ser modificadas por, por exemplo, enxerto, hidrogenação, reações de inserção de nitreno ou outras reações de funcionalização utilizando agentes de compatibilização, tal como aqueles conhecidos daqueles versados na técnica. Agentes de compatibilização exemplares incluem, mas não estão limitados a poliolefinas enxertadas com anidrido maleico.

[0041] Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende um módulo de flexão (ISO 178) de 1.000 MPa a 6.000 MPa (por exemplo, de 1.500 MPa a 5.500 MPa, de 2.000 MPa a 5.000 MPa, de 2.500 MPa a 4.500 MPa, de 3.000 MPa a 4.000 MPa, etc.). Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende um módulo de flexão (ISO 178) superior a 3.000 MPa (por exemplo, superior a 3.500 MPa e/ou superior a 3.600 MPa).

[0042] Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende uma resistência a impacto Charpy (ISO 179-1) de 5 kJ/m2 a 35 kJ/m2 (por exemplo, de 10 kJ/m2 a 30 kJ/m2, de 15 kJ/m2 a 25 kJ/m2, ou de 17 kJ/m2 a 20 kJ/m2). Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende uma resistência a impacto Charpy (ISO 179-1) maior que 10 kJ/m2 (por exemplo, maior que 15 kJ/m2, maior que 16 kJ/m2, maior que 17 kJ/m2, maior que 18 kJ/m2 ou maior que 19 kJ/m2).

[0043] Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende uma tensão de escoamento (ISO 178) de 10 MPa a 50 MPa (por exemplo, de 10 MPa a 40 MPa, de 10 MPa a 35 MPa, de 15 MPa a 30 MPa, de 20 MPa a 30 MPa, de 20 MPa a 25 MPa, etc.).

[0044] Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende uma deformação de escoamento (ISO 178) de 1% a 15% (por exemplo, de 1% a 10%, de 2% a 8%, de 2% a 5%, etc.).

[0045] Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende uma tensão na ruptura (ISO 178) de 1 MPa a 20 MPa (por exemplo, de 1 MPa a 15 MPa, de 3 MPa a 10 MPa, de 4 MPa a 10 MPa, de 4 MPa a 8 MPa, etc.).

[0046] Em certas modalidades, a composição da presente divulgação compreende uma deformação na ruptura (ISO 178) de 10 MPa a 70 MPa (por exemplo, de 15 MPa a 65 MPa, de 20 MPa a 60 MPa, de 20 MPa a 55 MPa, de 20 MPa a 50 MPa, etc.).

[0047] As composições da presente divulgação podem ter uma, algumas ou todas as propriedades acima descritas em relação ao módulo de flexão, resistência a impacto Charpy, tensão de escoamento, deformação de escoamento, tensão na ruptura e deformação na ruptura.

Exemplos

[0048] Densidade é medida de acordo com ASTM D792 ou ISO 1183. Os resultados são relatados em gamas (g) por centímetro cúbico, ou g/cm3.

[0049] Índice de fluxo em fusão é medido de acordo com ASTM D1238 ou ISO 1133 a 190°C, 2,16 kg. Os resultados são relatados em gramas/10 minutos.

[0050] Taxa de fluxo de fusão é medida de acordo com ASTM D1238 ou ISO 1133 a 230°C, 2,16 kg. Os resultados são relatados em gramas/10 minutos.

[0051] Teste de Impacto Charpy : O desempenho de impacto é medido usando um Testador de Impacto de Pêndulo Zwick 5102. As amostras são primeiro cortadas em amostras apropriadas, entalhadas e resfriadas por 24 horas (para temperaturas inferiores a 23°C). Os testes são realizados de acordo com a norma ISO 179-1.

[0052] Módulo de Flexão: O módulo de flexão é determinado usando um Zwick Z010 e executado de acordo com a norma ISO 178.

[0053] Propriedades de Tração: As propriedades de tração, incluindo tensão de escoamento, deformação de escoamento, tensão na ruptura e deformação na ruptura, são medidas de acordo com ISO 178.

[0054] Temperatura de Fusão, ou “Tm”, conforme usada no presente documento (também referida como um pico de fusão em referência ao formato da curva de DSC plotada), é tipicamente medida pela técnica de DSC (Calorimetria de Varredura Diferencial) para medir os picos ou pontos de fusão de poliolefinas, como descrito em USP 5.783.638, em que Tm é a segunda temperatura de fusão a quente tomada em uma taxa de rampa de 10°C/min. e Tm é o maior pico. O calor de fusão (Hf) (medido em Joules/grama, J/g) e a temperatura de fusão de pico são registrados a partir da segunda curva de calor. A temperatura de cristalização de pico é determinada a partir da curva de resfriamento. A temperatura de cristalização, Tc, foi determinada a partir da curva de resfriamento de DSC, como acima, exceto que a linha tangente é desenhada no lado de temperatura alta do pico de cristalização. Onde esta tangente intercepta a linha de base é o início extrapolado de cristalização (Tc). Será observado que muitas mesclas compreendendo duas ou mais poliolefinas terão mais de um ponto ou pico de fusão e muitas poliolefinas individuais compreenderão apenas um ponto ou pico de fusão.

[0055] Os materiais a seguir são principalmente usados nos exemplos da presente divulgação:

[0056] PP: Um homopolímero de polipropileno tendo propriedades incluindo uma densidade de 0,900 g/cm3 (ISO 1183), uma taxa de fluxo de fusão de 50,0 g/10 minutos (ISO 1133 a 230°C, 2,16 kg) e um módulo de flexão de 1.800 MPa (ISO 178) (disponível como Polipropileno H734-52RNA de Braskem).

[0057] TPE: Um copolímero de propileno-etileno tendo propriedades incluindo uma densidade de 0,888 g/cm3 (ASTM D792), uma taxa de fluxo de fusão de 2 g/10 minutos (ASTM D1238 a 190°C, 2,16 kg) e um módulo de flexão de 0,39 MPa (57 KPsi) (ASTM D790) (disponível como VERSIFYTM 2000 de The Dow Chemical Company).

[0058] AC1101: Fibras de carbono picadas (comprimento de 6 mm) coladas com uma emulsão à base de epóxi e fenóxi com propriedades incluindo uma densidade de 1,76 g/cm3 (ISO 10119) e um módulo de tração de 240 GPa (ISO 10618) (disponível como AC1101 de DowAska).

[0059] Com base nestes materiais, as formulações são preparadas para os exemplos inventivos e comparativos da presente divulgação como visto na Tabela 1. Todas as formulações na Tabela 1 são compostas num Buss Compounder MDK/E 46 com uma única rosca de mistura (46 mm L/D). Os compostos são, então, moldados por injeção como ossos de cão utilizando um Injection Moulding Boy 55E (BOY Machines, Inc.) para testes de propriedades mecânicas. Os resultados dos testes de propriedades mecânicas também são fornecidos na Tabela 1.Tabela 1

[0060] Como verificado ao comparar o Exemplo Inventivo 1 com os Exemplos Comparativos A a C, o Exemplo Inventivo 1 mostra surpreendentemente e inesperadamente que a combinação de fibras de carbono com um elastômero de poliolefina termoplástica resulta em composições tendo uma rigidez razoavelmente alta, embora mantendo uma alta resistência de impacto Charpy. O Exemplo Inventivo 1 também mostra surpreendentemente que certas propriedades de tração não são comprometidas em oposição aos exemplos comparativos. Estes resultados são surpreendentes e inesperados, uma vez que um versado na técnica assumirá que a adição de fibras de carbono a uma composição impactaria negativamente a rigidez e a tenacidade da composição devido ao fato de as fibras de carbono serem muito frágeis e quebrarem em pequenas fibras após serem compostas ou moldadas por injeção em peças.

[0061] Além disso, espera-se que o uso de um copolímero de propileno/alfa- olefina diminua a aparência de brilho e melhore a resistência à abrasão.

[0062] Pretende-se especificamente que a presente divulgação não seja limitada às modalidades e ilustrações contidas no presente documento, mas inclua formas modificadas daquelas modalidades incluindo porções das modalidades e combinações de elementos de diferentes modalidades como dentro do escopo das seguintes reivindicações.

Claims

1. Composição, caracterizada pelo fato de compreender: (A) de 40% em peso a 95% em peso de um elastômero de poliolefina termoplástico, sendo que o elastômero de poliolefina termoplástico é um copolímero de propileno-etileno; e (B) de 5% em peso a 60% em peso de um componente de fibra de carbono, sendo que o componente de fibra de carbono compreende fibras de carbono picadas coladas com uma emulsão à base de epóxi e fenóxi.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o elastômero de poliolefina termoplástico ser um copolímero de propileno-etileno tendo uma densidade de 0,870 g/cm3 a 0,900 g/ cm3 conforme medido por ASTM D792 e uma taxa de fluxo de fusão de 0,1 g/10 minutos a 50 g/10 minutos, conforme medido por ASTM D1238 a 230°C/2,16 kg.

3. Composição, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de compreender ainda um módulo de flexão superior a 3.000 MPa.

4. Composição, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de compreender ainda uma resistência de impacto Charpy, d, superior a 10 kJ/m2.