BR112019019803A2

BR112019019803A2 - composição, e, método para formar uma composição.

Info

Publication number: BR112019019803A2
Application number: BR112019019803A
Authority: BR
Inventors: C Wernett Patrick
Original assignee: Specialty Minerals Michigan Inc
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2020-04-22
Also published as: AR111640A1; TWI817944B; CN110573563A; CN110573563B; MX2022010728A; EP3615600B1; TW202229436A; JP2023014377A; BR112019019803B1; CA3061489A1; US20180312676A1; KR20230030043A; JP2020518688A; US11365312B2; CN113402797A; SG11201908455SA; MX2019012799A; EP3615600A1; US11623983B2; TW201842029A

Abstract

a presente invenção refere-se a uma composição para aplicações de alta temperatura. mais especificamente, a presente invenção refere-se a um talco revestido, um processo para a preparação do mesmo e seu uso como um aditivo na produção de compósito de poliolefina. compósitos de poliolefina produzidos de acordo com o processo da presente invenção exibem uma estabilidade térmica alta e são utilizáveis em uma ampla faixa de aplicações de alta temperatura.

Description

COMPOSIÇÃO, E, MÉTODO PARA FORMAR UMA COMPOSIÇÃO [001] Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente

U.S. No. 15/708.608, depositado em 19 de setembro de 2017, que reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. No. 62/490.939 depositado em 27 de abril de 2017, e ambos destes pedidos são incorporados aqui por referência. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Campo da invenção [002] A presente invenção refere-se a uma composição e produto que exibem estabilidade térmica em aplicações de alta temperatura. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a uma composição de um polímero, uma superfície tratada ou revestida com talco e estabilizadores térmicos.

[003] A composição da presente invenção é utilizável em peças em uma ampla faixa de aplicações de alta temperatura.

Descrição do estado da técnica [004] Certos polímeros tais como poliolefinas são particularmente utilizáveis para aplicações de alta temperatura devido a sua alta estabilidade térmica quando usados com estabilizadores térmicos. Peças em tais aplicações, por exemplo, sob o capô de um carro, são submetidas a altas temperaturas bem acima da temperatura ambiente durante minutos ou horas de uma vez. Poliolefinas podem ser submetidas a tal uso durante muitas horas antes do início de instabilidade térmica, por exemplo, como mostrado por fragilização. No entanto, as próprias poliolefinas podem ter rigidez insuficiente para certas aplicações. Adicionalmente, a natureza cíclica da exposição ao calor resulta em expansão e contração da peça o que leva a instabilidade dimensional, isto é, o formato da peça é alterado durante o uso.

[005] O que é necessário é uma composição de poliolefina que tenha alta estabilidade térmica enquanto tenha também alta estabilidade dimensional e uma alta rigidez para uma ampla faixa de aplicações de alta elevada

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2/19 temperatura.

SUMARIO DA INVENÇÃO [006] Modalidades da presente invenção incluem uma composição compreendendo; uma poliolefina; partículas de mineral inorgânico tendo um tratamento de superfície incluindo um revestimento de um componente de tratamento de superfície e estabilizadores térmicos, em que o mineral inorgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila e silica, em que o componente de tratamento de superfície é selecionado a partir do grupo que consiste em um poliéter funcionalizado e um polímero à base de carbono, em que o componente de tratamento de superfície inibe adsorção dos estabilizadores térmicos nas partículas o que permite que os estabilizadores térmicos permaneçam distribuídos na poliolefina e reduz degradação da composição devido à exposição a um ambiente de alta temperatura.

[007] As modalidades acima podem incluir qualquer um ou uma combinação dos seguintes aspectos: em que o mineral inorgânico é talco; em que o componente de tratamento de superfície é polisorbato 20 (PO-20); em que uma razão de PO-20 para talco é 0,1 a 5% em peso; em que uma razão de PO-20 para talco é 0,4 a 0,8% em peso; em que estabilizadores térmicos são distribuídos uniformemente através da poliolefina; e em que o componente de tratamento de superfície bloqueia os sítios nas partículas que podem adsorver os estabilizadores térmicos na poliolefina o que diminuiría uma resistência da poliolefina à deterioração de suas propriedades resultantes da exposição a um ambiente de alta temperatura; e em que o componente de tratamento de superfície intensifica a compatibilidade da poliolefina e das partículas.

[008] Modalidades da presente invenção incluem um método para formar uma composição, compreendendo: formar um revestimento de tratamento de superfície sobre superfícies de partículas de mineral inorgânico, em que o mineral inorgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em

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3/19 talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila e silica, em que o revestimento de tratamento de superfície é selecionado a partir do grupo que consiste em um poliéter funcionalizado e um polímero à base de carbono; composição em fusão das partículas revestidas com uma poliolefina compreendendo estabilizadores térmicos para formar uma composição compreendendo as partículas revestidas dispersas através de uma matriz de poliolefina, em que o revestimento de tratamento de superfície inibe adsorção dos estabilizadores térmicos nas partículas durante a composição de modo que os estabilizadores térmicos são dispersos através da matriz de poliolefina.

[009] As modalidades acima incluem qualquer um ou qualquer combinação dos seguintes aspectos: em que o mineral inorgânico é talco; em que o revestimento de tratamento de superfície é polisorbato 20 (PO-20); em que uma razão de PO-20 para talco é 0,1 a 5% em peso; em que uma razão de PO-20 para talco é 0,4 a 0,8% em peso; em que os estabilizadores térmicos são distribuídos uniformemente através da matriz de poliolefina; e em que o componente de tratamento de superfície bloqueia os sítios nas partículas que podem adsorver os estabilizadores térmicos na matriz de poliolefina o que diminuiría uma resistência da poliolefina à deterioração de suas propriedades resultantes da exposição a um ambiente de alta temperatura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0010] FIG. 1 descreve resultados do teste de envelhecimento térmico em longo prazo (LTHA) para uma poliolefina, um talco não revestido e talco revestido com polisorbato 20.

[0011] FIG. 2 descreve resultados do teste de envelhecimento térmico em logo prazo (LTHA) para uma poliolefina, um talco não tratado e talco revestido com polisorbato 20.

[0012] FIG. 3 descreve resultados do teste LTHA para uma poliolefina, um talco não revestido e talco revestido com polisorbato 20 a uma concentração de talco de 20% em peso.

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4/19 [0013] FIG. 4 descreve resultados do teste LTHA para uma poliolefina, um talco não revestido e talco revestido com polisorbato 20 a uma concentração de talco de 40% em peso.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0014] A estabilidade dimensional e a rigidez de poliolefinas podem ser melhoradas incluindo partículas inorgânicas no polímero de poliolefina para formar uma resina de polímero compósita. Materiais inorgânicos exemplares incluem talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila ou silica. Certas partículas minerais inorgânicas têm tanto regiões ou sítios polares como não polares ou hidrofóbicas. As regiões ou sítios polares tendem a adsorver preferencialmente espécies polares, tais como aminas impedidas poliméricas, compostos à base de fenólicos e tioéteres que são usados tipicamente como estabilizadores térmicos.

[0015] Partículas de talco, por exemplo, têm uma estrutura tipo placa com superfícies não polares ou hidrofóbicas e bordas polares. Talco incorporado em um polímero adsorve os estabilizadores térmicos adicionados à poliolefina preferencialmente nas bordas polares das partículas de talco. E importante que os estabilizadores térmicos permaneçam dispersos pelo polímero de poliolefina para proverem estabilidade térmica ao polímero quando expostos a altas temperaturas. A adsorção dos estabilizadores térmicos pelo talco presente na poliolefina para estabilidade térmica diminui a resistência do polímero à energia térmica. Portanto, a adsorção dos estabilizadores térmicos causa fragilização de uma composição compósita em um tempo muito mais rápido do que se o talco não fosse adicionado ao polímero. Este tem sido um problema de longo prazo desde o desenvolvimento de plásticos à base de poliolefina reforçados com talco em ambientes de elevada temperatura.

[0016] O problema de adsorção dos estabilizadores térmicos pode ser dirigido através do uso de resinas engenheiradas mais caras tal como náilon

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5/19 ou aumentando a quantidade de estabilizadores térmicos caros (tais como aminas impedidas poliméricas) para compensar a quantidade adsorvida pelo talco. No entanto, estas alternativas podem não ser um meio econômico de mitigar o problema de degradação térmica acelerada de compósitos de talcopoliolefina para aplicações em ambientes de elevada temperatura.

[0017] A presente invenção inclui um tratamento de superfície que adsorve fortemente o suficiente sobre talco para bloquear os sítios que adsorvem os estabilizadores térmicos no polímero de poliolefina e é compatível tanto com o talco como com a matriz de poliolefina. O tratamento de superfície permite assim que os estabilizadores térmicos permaneçam na matriz de polímero para prolongar a vida útil da peça submetida a elevadas temperaturas muito mais tempo do que se o tratamento de superfície não fosse adicionado ao talco antes da composição em fusão com a poliolefina. Composição em fusão é um processo de fundir polímeros em mistura com outros aditivos. O desenvolvimento de tal tratamento de superfície é desafiador pelo menos em parte porque um tratamento de superfície deve ser identificado que adsorve fortemente o suficiente sobre as bordas polares do talco mineral sem dessorver durante a composição em fusão e ser ainda compatível com a matriz de poliolefina.

[0018] Aspectos da presente invenção incluem uma composição incluindo uma poliolefina; partículas de mineral inorgânico tendo um tratamento de superfície incluindo um revestimento de um componente de tratamento de superfície e estabilizadores térmicos. O mineral inorgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila e silica. O componente de tratamento de superfície pode ser selecionado dentre um grupo que consiste em um poliéter funcionalizado e um polímero à base de carbono. O componente de tratamento de superfície inibe adsorção dos estabilizadores térmicos nas partículas o que permite que os estabilizadores térmicos reduzam a

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6/19 degradação da composição devido à exposição a um ambiente de alta temperatura.

[0019] Nos aspectos acima, o revestimento cobre parcialmente ou completamente uma superfície das partículas. A espessura do revestimento pode ser uniforme sobre a superfície de partículas de talco.

[0020] No aspecto acima, os estabilizadores térmicos são distribuídos através do polímero, em vez de preferencialmente adsorvidos na superfície da partícula. Acredita-se que o componente de tratamento de superfície bloqueia os sítios nas partículas que podem adsorver os estabilizadores térmicos no polímero o que diminuiría uma resistência do polímero à energia térmica. Como um resultado, os estabilizadores térmicos são capazes de melhorar a resistência térmica para exposição ao calor em um ambiente de alta temperatura.

[0021] A razão do componente de tratamento de superfície para a partícula pode ser 0,1 a 1 % em peso.

[0022] A quantidade ou carga de partículas inorgânicas na composição pode ser 0,1 a 1, 1 a 10% em peso, 10 a 20% em peso, 20 a 30% em peso, 30 a 40% em peso, ou maior do que 40% em peso.

[0023] Um componente de tratamento de superfície preferido é monolaurato de polioxietileno (20) sorbitano ou polisorbato 20 (PO-20). PO20 é um tensoativo não iônico com uma extremidade não polar e uma extremidade polar. A estrutura de PO-20 é:

XH₂(CH₂)9CH₃ |lí o

[0024]

Formas comerciais comuns de PO-20 incluem Tween™ 20 da

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Croda e TMAZ® 20 da BASF. Um mineral inorgânico preferido é talco. A faixa de nível de revestimento preferida é 0,4 a 0,8% em peso de PO-20 em peso de talco.

[0025] O PO-20 age como um compatibilizador entre as partículas de talco e a poliolefina. Como um resultado, ele facilita a dispersão uniforme de partículas na poliolefina. Adicionalmente, o PO-20 adsorve sobre as bordas polares de talco e bloqueia a adsorção de estabilizadores térmicos.

[0026] O tamanho mediano de partícula das partículas de talco pode ser 0,1 a 10 microns, ou mais estreitamente, 0,5 a 1 micron, 1 a 1,5 microns, 1,5 a 2 microns, 2 a 3 microns, 3 a 5 microns, ou 5 a 10 microns.

[0027] Os estabilizadores térmicos na poliolefina são adicionados geralmente pelo fabricante de resina tipicamente em concentrações na faixa de 0,05 a 1,0% em peso. Estes estabilizadores térmicos são mais comumente selecionados dentre classes de aminas estereoquimicamente impedidas, compostos à base de fenólicos e tio-éteres adicionados sozinhos ou em combinação um com o outro. Os estabilizadores térmicos podem ser 0,02 a 1,0% em peso da composição, ou mais estreitamente, 0,02 a 0,05% em peso, 0,05 a 0,07% em peso, ou 0,07 a 1,0% em peso da composição.

[0028] A presente invenção é uma solução econômica para usar uma resina engenheirada alternativa versus a poliolefina e mais econômica do que a adição de estabilizadores térmicos adicionais mais caros para compensar a quantidade adsorvida pelo talco. A presente invenção envolve tratar a fonte do problema (a superfície do talco) em vez da adição de estabilizadores térmicos adicionais para compensar a adsorção sobre a superfície do talco.

[0029] Uma aplicação de alta temperatura refere-se a uma em que uma peça é exposta a altas temperaturas durante o uso e durante toda ou parte de sua vida útil. A exposição a altas temperaturas pode corresponder a exposições repetidas em que cada exposição a alta temperatura é seguida por uma diminuição na temperatura até perto da, ou à, temperatura ambiente até a

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8/19 próxima exposição a alta temperatura. Altemativamente, a exposição a alta temperatura pode ocorrer continuamente durante a vida útil de uma peça.

[0030] A temperatura de exposição a alta temperatura depende da aplicação particular. A alta temperatura pode ser qualquer temperatura acima de temperatura ambiente. Temperatura ambiente pode ser 20 - 25°C. Mais estreitamente, alta temperatura pode se referir a 40 - 50°C, 50 - 100°C, 100 120°C, ou maior do que 120°C.

[0031] Aplicações de alta temperatura incluem, sem limitação, sob o capô de um carro, dentro de uma cabine do carro, utensílios domésticos (máquinas de lavar, secadores, fomos, refrigeradores) e motores de avião. A exposição a alta temperatura para aplicações sob o capô é 100 - 120°C e o período de exposição varia de exposição para exposição e pode durar de uns poucos minutos a poucas horas. A exposição a alta temperatura para aplicações em cabine de carro é 40 - 120°C e o período de exposição varia de exposição para exposição e pode durar de uns poucos minutos a poucas horas. Em geral, a aplicação de alta temperatura é especificada pelo cliente com uma faixa de alta temperatura especificada pelo cliente, períodos de tempo de exposição e frequência de exposição.

[0032] As propriedades de uma peça usada em uma aplicação de alta temperatura tendem a se degradar ao longo do tempo durante sua vida útil. Em particular, a exposição ao calor resulta em fragilização de um polímero. “Fragilização” refere-se a uma perda de ductilidade de um material, tomando o mesmo quebradiço. A fragilização toma a peça suscetível à fratura e falha, tomando a mesma não utilizável. Calor ou exposição a alta temperatura reduz assim a vida útil de uma peça. A resistência de uma peça à exposição a alta temperatura pode ser distingiuda pelo tempo de fragilização quando a peça é exposta a uma alta temperatura especificada.

[0033] O teste de exposição ao calor é referido como envelhecimento térmico. Envelhecimento térmico acelerado é tipicamente empregado.

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Envelhecimento acelerado é um procedimento que procura determinar a resposta de uma peça sob condições normais de uso por um tempo relativamente longo, submetendo o produto por um tempo muito mais curto a condições exageradas. As condições exageradas para envelhecimento térmico correspondem a uma temperatura de envelhecimento superior à temperatura experimentada durante uso normal. Um fator de envelhecimento pode ser determinado e empregado para calcular a resposta (por exemplo, tempo de fragilização) sob condições normais de uso a partir da resposta observada no teste de envelhecimento. Por exemplo, um tempo de fragilização de 200 horas pode ser observado a uma temperatura de envelhecimento de 150°C. Para uma temperatura de uso normal de 100-120°C, o tempo de fragilização pode corresponder a cerca de 400 horas.

[0034] A estabilidade térmica de peças é verificada pelo teste de envelhecimento térmico em longo prazo (LTHA). Uma peça é colocada em um forno de convecção e exposta a alta temperatura por um período de tempo. As propriedades da peça são monitoradas e o tempo de exposição exigido para tomar a peça quebradiça é identificado.

[0035] Um procedimento exemplar é o procedimento padrão ASTM número D-3045 para diretrizes de exposição ao calor para polipropileno. O equipamento para o teste é um forno de convecção elétrico Blue M com ventilação no exaustor. O forno é ajustado para uma temperatura de envelhecimento designada, tal como 150°C e uma amostra é colocada no forno após um tempo de aquecimento apropriado.

[0036] Um objetivo do teste de envelhecimento pode ser fazer uma determinação de classificação de resistência à oxidação ou outra degradação quando a amostra é exposta ao ar quente durante um período de tempo prolongado.

[0037] Outro objetivo é a determinação do tempo de fragilização, encontrado a partir da falha na amostra. A avaliação da falha pode ser

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10/19 subjetiva, assim, para consistência, a falha pode ser defina como ambos (1) mudança de cor = observação de quaisquer áreas oxidadas com cor de ferrugem ou (2) falha quebradiça = rachaduras visíveis em toda a amostra. Uma amostra resfriada é mantida em uma mão para inspecionar ambos os lados da barra de flexão e flexionando suavemente a barra para inspecionar fragilidade/rachaduras.

[0038] As amostras podem ser verificadas periodicamente, tal como duas vezes ao dia até que todas falhem. No momento em que as amostras falham, elas podem ser removidas do forno. A taxa de falha pode ser relatada como a média dos tempos de falha para as cinco amostras por amostra relatadas como horas até a falha.

[0039] Estabilizadores térmicos podem ser, mas não estão limitados a classes de estabilizadores de luz de amina impedida tais como Chimassorb® 2020 e Uvinol® 4050 produzidos por BASF, fenóis fenólicos e impedidos tais como tetrakis-3-(3,5-di-terc-butil-4-hidroxifenil) propionato de pentaeritritila e 3-(3,5-di-terc-butil-4-hidroxifenil) propionato de octacecila ou tioéteres tais como dilauril tiodipropionato, distearil tiodipropionato e dissulfeto de dioctadecila. Estas classes de estabilizadores térmicos podem ser usadas sozinhas ou em conjunto umas com as outras para melhorar a estabilidade térmica de sistemas de polímero à base de poliolefina.

[0040] Em alguns aspectos, o componente de tratamento de superfície inclui poliéteres e poliéteres funcionalizados para reduzir a adsorção do estabilizador térmico no talco. A fórmula estrutural geral é:

H-(OCHR(CH₂)_x,CHRi)_n-OH em que n é o número de unidades de repetição (peso molecular), x é zero ou um número inteiro, R é um grupo alquila, O é oxigênio, C é carbono, H é hidrogênio e Ri é um grupo funcional que pode ser, sem limitação, um carboxilato de alquila, uma alquil amina, uma alquil amida, um alquil tiol, um sulfato de alquila, um sulfonato de alquila, um

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11/19 fosfato de alquila ou um fosfonato de alquila e similares.

[0041] Poliéteres e poliéteres funcionalizados que são utilizáveis para o tratamento de superfície de talco podem ser selecionados dentre um grupo que consiste em poli(etileno glicol), poli (etileno glicol) Bis-(carboximetil) éter, poli (etileno glicol) dimetil éter, diestearato de poli (etileno glicol-400) e similares, e poliéteres funcionalizados (carboxilato de alquila, alquil amina, alquil amida, sulfato de alquila, alquil tiol, sulfonato de alquila, fosfato de alquila, fosfonato de alquila) em que funcionalidade carboxilato de alquila é preferida. Não existe limitação no método usado para produzir os poliéteres e polímeros de poliéter funcionalizados. Qualquer combinação dos acima pode ser usada. Os poliéteres e poliéteres funcionalizados da presente invenção podem ser fabricados por polimerização iônica ou polimerização vai radical e similares, ou por qualquer outro processo conhecido para produzir poliéteres e poliéteres funcionalizados.

[0042] A faixa de peso molecular dos poliéteres e poliéteres funcionalizados é de cerca de 1000 a cerca de 10.000.000 a.m.u., com uma faixa preferida de cerca de 1.000 a cerca de 1.000.000 a.m.u. O peso molecular pode ser determinado por GPC. O peso molecular pode se referir ao peso molecular médio numérico ou médio ponderai.

[0043] Um aspecto adicional da presente invenção refere-se ao uso de revestimentos de polímero à base de carbono para tratamento de superfície de talco, a fim de diminuir o nível de adsorção do estabilizador térmico. Também incluídos na definição de polímeros à base de carbono estão os copolímeros de ácido maleico/olefina.

[0044] Polímeros à base de carbono que são utilizáveis para o tratamento de superfície de talco podem ser selecionado dentre um grupo que consiste em poliolefinas funcionalizadas: copolímero de ácido maleico/olefina, copolímero de ácido maleico/estireno, em que copolímero de ácido maleico/estireno é preferido. Também incluídos no grupo de polímeros

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12/19 à base de carbono estão óleos minerais de qualquer ponto de ebulição e ceras de parafina de qualquer ponto de ebulição. A razão x/y pode estar na faixa de cerca de 100:1 a cerca de 1:100, em que a faixa preferida é de cerca de 10:1 a cerca de 1:10. C é carbono, O é oxigênio, H é hidrogênio e R é um grupo funcional. R pode ser qualquer grupo que pode formar uma ligação com carbono. Este inclui, sem limitação, carboxilatos de alquila, alquil aminas, alquil amidas, alquil tióis, sulfatos de alquila, sulfonatos de alquila, fosfatos de alquila, e fosfonatos de alquila e similares.

[0045] O peso molecular do polímero à base de carbono pode estar na faixa de cerca de 100 a cerca de 10.000.000 a.m.u., com uma faixa preferida de cerca de 200 a cerca de 2.000.000 a.m.u.

[0046] Um aspecto adicional da presente invenção refere-se ao uso de um componente de tratamento de superfície de uma polidialquila funcionalizada, preferivelmente polidimetilsiloxano, tendo a fórmula estrutural:

[Si(CH₃)(R) - O - Si(CH₃)(R) - O]_n em que n é o número de unidades de repetição (peso molecular), CH₃ é um grupo metila, Si é silício, O é oxigênio e R é um grupo alquila funcionalizado. O grupo alquila pode ser, sem limitação, funcionalizado com carboxilato, amina, amida, tiol, sulfato, fosfato, e similares.

[0047] Polímeros de siloxano que são utilizáveis na presente invenção podem ser selecionados dentre um grupo que consiste em alquil polidimetilsiloxano funcionalizado (carboxilato, amina, amida, tiol, sulfato, fosfato) onde carboxilato é preferido, polidimetilsiloxano terminado com Bis(12-hydroxiestearato) (Aldrich Chemical Co.—1001 West Saint Paul Avenue, Milwaukee, Wis. 53233) e poliacrilatos com enxerto de poli(dimetilsiloxano) (Aldrich). Não existe limitação no método usado para produzir os polímeros de siloxano. Os polímeros de siloxano da presente invenção podem ser

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13/19 fabricados por polimerização iônica ou polimerização via radical e similares, ou qualquer outro processo conhecido para produzir polímeros de siloxano.

[0048] A faixa de peso molecular do polímero de siloxano é de cerca de 1000 a cerca de 1.000.000 unidades de massa atômica (a.m.u.), preferivelmente faixas de cerca de 1000 a cerca de 100.000 a.m.u. O peso molecular pode ser determinado por cromatografia de permeação em gel (GPC).

[0049] Silanos que são utilizáveis na presente invenção têm a fórmula estrutural S1R4, em que Si é silício, R pode ser qualquer grupo capaz de formar uma ligação covalente com silício (por exemplo, um grupo alquila, um grupo alcóxi, um grupo alquila funcionalizado e um grupo alcóxi funcionalizado e qualquer combinação dos mesmos). Os seguintes silanos podem ser utilizáveis na presente invenção: Octiltrietoxisilano (silano A-137 Momentive Silquest.RTM.), silano com funcionalidade triamino (silano A1130 Momentive Silquest.RTM.), Bis-(gama-trimetoxisililpropil) amina (silano A-1170 Momentive Silquest.RTM.), todos dos quais estão comercialmente disponíveis na Momentive Performance Materials.

[0050] Qualquer mineral inorgânico, tal como, talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila ou silica, que seja receptivo ao tratamento de superfície pode ser revestido com os polímeros descritos aqui. No entanto, talco é o mineral inorgânico preferido. Talcos que são particularmente utilizáveis são aqueles que são receptivos tanto ao tratamento de superfície como são capazes de uso subsequente em produção de película de poliolefina. Um talco exemplar, mas não limitante, teria tipicamente uma fórmula empírica de Mg₃ S14 O10 (OH)₂ e uma gravidade específica de cerca de 2,6 a cerca de 2,9. O talco preferido, sem outras limitações, podería ter um tamanho médio ou mediano de partícula de cerca de 0,1 microns a cerca de 10 microns, em que o tamanho médio ou mediano de partícula preferido é de cerca de 0,5 microns a cerca de 7 microns. O talco pode ser revestido com de

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14/19 cerca de 0,01 por cento em peso a cerca de 10 por cento dos polímeros descritos aqui, em que o nível de tratamento preferido para revestimento é de cerca de 0,25 por cento em peso a 2 por cento em peso, com base no peso do polímero.

[0051] Todos os revestimentos de polímero descritos aqui podem ser aplicados ao talco por qualquer operação conveniente de mistura de pó seco. Um método inclui a aplicação do tratamento de superfície com polisorbato 20 sobre o talco, combinar as correntes de talco e polisorbato nas taxas desejadas para permitir que o tratamento de superfície alvo seja atingido e adicionar agitação por cisalhamento suave a alta para combinar e distribuir completamente o revestimento sobre a superfície do talco.

[0052] A temperatura na qual o revestimento é aplicado é aplicado ao talco, está na faixa de cerca de 0°C a cerca de 500°C, preferivelmente de cerca de 30 °C, a cerca de 200°C, e, mais preferivelmente, de cerca de 60°C a cerca de 80°C. A temperatura de aplicação deve ser ajustada para níveis superiores se o revestimento específico exige fusão.

[0053] Uma vez que o talco é revestido, uma composição ou compósito do talco e poliolefina pode ser formada. Um método de processamento em fusão tal como extrusão ou composição em fusão pode ser usado para formar um compósito do talco revestido e poliolefina. Sem limitações, o talco revestido pode ser adicionado em uma extrusora ou adicionado como uma batelada padrão já composta em uma extrusora. Uma batelada padrão composta significa que a resina e o talco revestido são prémisturados em um misturador em uma concentração superior e diluídos para a concentração mineral alvo por composição em fusão com uma resina, por exemplo, em uma extrusora.

[0054] A peça pode ser formada a partir da mistura passando a fusão através de um molde ou usando moldagem por injeção, folha termoformada, moldagem por sopro, ou moldagem rotacional como exemplos.

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15/19 [0055] Poliolefinas consideradas apropriadas para a presente invenção podem ser qualquer poliolefina, que pode ser clara, cristalina. Exemplos não limitativos incluem homopolímeros cristalinos de α-olefina com índices de carbono na faixa de 2 a 12 ou uma mistura de dois ou mais copolímeros cristalinos ou copolímeros de etileno-acetato de vinila com outras resinas. A resina de poliolefina também pode ser um polietileno de alta densidade, polietileno de baixa densidade, polietileno linear de baixa densidade, polipropileno, copolímeros de etileno-propileno, poli-l-buteno, copolímeros de etileno-acetato de vinila, etc., e polietilenos de baixa e média densidade. Exemplos adicionais são representados por copolímeros aleatórios ou em bloco de polietileno, polipropileno poli-r-metilpenteno-1, e etileno-propileno, e copolímeros de etileno-propileno-hexeno. Entre eles, copolímeros de etileno e propileno e aqueles contendo 1 ou 2 selecionados dentre buteno-1, hexeno1, 4-metilpenteno-l, e octeno-1 (os chamados LLDPE) são particularmente apropriados, assim como, polímeros catalisados por metaloceno.

[0056] O método de produção de resina de poliolefina usada na presente invenção não é limitado. Por exemplo, ela pode ser fabricada por polimerização iônica ou polimerização via radical. Exemplos de resinas de poliolefina obtidas por polimerização iônica incluem homopolímeros tais como polietileno, polipropileno, polibuteno-2, e poli-4-metilpenteno e copolímeros de etileno obtidos por copolimerização de etileno e .alfa.-olefina, .alfa.-olefinas tendo de 3 a 18 átomos de carbono tais como propileno, buteno-1,4-metilpenteno-l, hexeno-1, octeno-1, deceno-1, e octadeceno-1 são usados como α-olefinas. Estas α-olefinas podem ser usadas individualmente ou como dois ou mais tipos. Outros exemplos incluem copolímeros de propileno tais como copolímeros de propileno e buteno-1. Exemplos de resinas de poliolefina obtidas por polimerização via radical incluem etileno sozinho ou copolímeros de etileno obtidos por copolimerização de etileno e monômeros polimerizáveis por radical. Exemplos de monômeros

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16/19 polimerizáveis por radicais ácidos carboxílicos insaturados, tais como ácido acrílico, ácido metacrílico e ésteres de ácido maleico e anidridos ácidos dos mesmos, e ésteres de vinila tal como acetato de vinila. Exemplos concretos de ésteres de ácidos carboxílicos insaturados incluem acrilato de etila, metacrilato de metila e metacrilato de glicidila. Estes monômeros polimerizáveis por radicais podem ser usados individualmente ou como dois ou mais tipos.

Exemplos [0057] Testes de envelhecimento térmico em longo prazo de composições de poliolefina e talco foram realizados.

[0058] No primeiro conjunto de testes de envelhecimento, composições incluindo talco revestido com PO-20 (Tween 20) e composições incluindo talco não revestido foram estudadas. A poliolefina era um copolímero de polipropileno (PP) (cPP Flint 5325HS (índice de fusão 20)) de Flint Hill Resources Polymers, LLC of Longview, TX. Dois talcos foram usados. O primeiro talco era talco MP 15-38 Talcron® fornecido por Specialty Minerals Incorporated. MP 15-38 tem um tamanho mediano de partícula de 2,0 microns. O segundo talco, Microtuff AG 191 (MTAG 191), também fornecido por Specialty Minerals Incorporated tem um tamanho mediano de partícula de 1,8 microns. O revestimento usado foi PO-20. As seguintes composições foram testadas:

(1) talco MP 15-38 não tratado na superfície em copolímero PP, (2) talco MP 15-38 tratado no laboratório com PO-20 a um nível de revestimento de 0,5% em peso dePO-20% em peso de talco em copolímero PP, (3) talco MP 15-38 tratado no laboratório com PO-20 a um nível de revestimento de 0,5% em peso de PO-20% em peso de talco em copolímero PP,

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17/19 (4) talco MP 15-38 tratado no laboratório com PO-20 a um nível de revestimento de 1,0% em peso de PO-20% em peso de talco em copolímero PP, (5) MTAG 191 talco tratado na instalação de produção de PO20 a um nível de revestimento de 0,5-0,8% em copolímero PP.

[0059] Três níveis diferentes de carga de talco em copolímero PP foram testados: 20% em peso, 30% em peso e 40% em peso. Amostras foram submetidas a envelhecimento térmico em longo prazo de acordo com o procedimento padrão ASTM número D-3045 descrito aqui. Os resultados do LTHA mostrando as horas até a falha ou fragilização são mostrados na tabela 1 eFIG. 1.

[0060] Para o nível de talco de 20% em peso talco, um melhoramento significativo nas horas de falha foi mostrado para todas as composições de talco (2)-(5), o melhor sendo (5). Para os 30% em peso de talco, o melhoramento relativo é menos significativo para as composições (2), no entanto, (5) ainda mostra um melhoramento dramático. Para 40% em peso, a composição (2) não mostra melhoramento, enquanto as composições (3)-(5) ainda mostram um melhoramento relativo. O melhoramento menor nas horas de fratura para níveis menores de revestimento indica uma sensibilidade à concentração mínima de revestimento.

Tabela 1. LHTA de copolímero PP e amostras de talco com talco revestido e não revestido.

ID da amostra	cPP Flint 5325 (%)	MINERAL	LTHA a 150°C Horas até a falha
Descrição	(%)
1	100	Nenhuma	0	835
2	80	MP 15-38	20	24
3	70	MP 15-38	30	24
4	60	MP 15-38	40	28
5	80	MP 15-38 w/ 0,25% de Tween 20	20	232
6	70	MP 15-38 w/ 0,25% de Tween 20	30	46
7	60	MP 15-38 w/ 0,25% de Tween 20	40	24
8	80	MP 15-38 w/ 0,50% de Tween 20	20	500
9	70	MP 15-38 w/ 0,50% de Tween 20	30	224
10	60	MP 15-38 w/ 0,50% de Tween 20	40	101
11	80	MP 15-38 w/ 1,0% de Tween 20	20	473

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18/19

12	70	MP 15-38 w/ 1,0% de Tween 20	30	270
13	60	MP 15-38 w/ 1,0% de Tween 20	40	176
14	80	MT AG 191	20	701
15	70	MT AG 191	30	442
16	60	MT AG 191	40	227

[0061] No segundo conjunto de testes de envelhecimento, composições incluindo talco revestido com polímero PO-20 foram estudadas. A poliolefina era um copolímero de polipropileno (cPP). As seguintes composições foram testadas:

(6) Ultratalco 609, talco não tratado na superfície (tamanho mediano de partícula de 0,8 microns), (7) Microtuff AG 609, superfície tratada com 0,8% em peso de PO-20 em uma instalação de produção (tamanho mediano de partícula 0,8 microns).

[0062] Ambos os talcos são da Specialty Minerals Incorporated. As concentrações de talco estudadas no cPP eram de 20% em peso e 40% em peso. As composições de talco foram comparadas com o polímero cPP a 0% em peso de concentração de talco.

[0063] FIG. 2 descreve os resultados dos estudos de envelhecimento térmico. A uma carga de 20% em peso, o melhoramento nas horas até fragilização é significativamente melhor para Microtuff AG 609 (o talco revestido com 0,8% de PO-20) em comparação com o Ultratalc 609 não contendo tratamento de superfície. A uma carga de 40% em peso, o Microtuff AG 609 ainda é superior, embora as horas até fragilização sejam reduzida.

[0064] No terceiro conjunto de testes de envelhecimento, composições incluindo talco revestido com polímero foram estudadas. A poliolefina era um copolímero de polipropileno (PP) (cPP Flint 5325HS (20 melt index)) da Flint Hill Resources Polymers, LLC of Longview, TX). Três talcos foram estudados, todos da Specialty Minerals Incorporated:

(8) Ultratalco 609 - tamanho mediano de partícula de 0,8 microns, sem tratamento de superfície

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19/19 (9) Microtuff AG-609 (MTAG 609) - tamanho mediano de partícula de 0,8 microns contendo 0,8% em peso de PO-20 para tratamento de superfície, (10) Flextalco 610 - tamanho mediano de partícula de 1 micron, sem tratamento de superfície, [0065] Dois níveis de carga de talco foram estudados, 20% em peso e 40% em peso. Os resultados do LTHA são mostrados nas FIGs. 3 e 4 para as respectivas concentrações de talco. Para a carga de 20% em peso, a superfície tratada com MTAG 609 proveu o melhor resultado. As amostras FT610 e UT609 (talcos não tratados na superfície) proveem horas significativamente menores até fragilização. Resultados similares em termos relativos são mostrados para o nível de carga de 40% em peso.

[0066] A descrição acima de modalidades ilustradas da invenção, incluindo o que é descrito no Resumo, não é planejada para ser exaustiva ou para limitar a invenção às formas precisas descritas. Embora modalidades específicas e exemplos para a invenção sejam descritos aqui para propósitos ilustrativos, várias modificações são possíveis dentro do escopo da invenção, como os versados na técnica relevante reconhecerão.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição, caracterizada pelo fato de que compreende;

uma poliolefina;

partículas de mineral inorgânico tendo um tratamento de superfície incluindo um revestimento de um componente de tratamento de superfície, e estabilizadores térmicos, em que o mineral inorgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila e silica, em que o componente de tratamento de superfície é selecionado a partir do grupo que consiste em um poliéter funcionalizado e um polímero à base de carbono, em que o componente de tratamento de superfície inibe adsorção dos estabilizadores térmicos nas partículas, o que permite que os estabilizadores térmicos permaneçam distribuídos na poliolefina e reduzam a degradação da composição devido à exposição a um ambiente de alta temperatura.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mineral inorgânico é talco.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de tratamento de superfície é polisorbato 20 (PO-20).
4. Composição de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,1 a 5% em peso.
5. Composição de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,4 a 0,8% em peso.
6. Composição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o componente de tratamento de superfície é polisorbato 20

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2/3 (PO-20).
7. Composição de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,1 a 5% em peso.
8. Composição de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,4 a 0,8% em peso.
9. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de tratamento de superfície bloqueia os sítios nas partículas que podem adsorver os estabilizadores térmicos na poliolefina, o que diminuiría uma resistência da poliolefina à deterioração de suas propriedades resultantes da exposição a um ambiente de alta temperatura.
10. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de tratamento de superfície é um componente hidrofílico e oleofílico que intensifica a compatibilidade da poliolefina e das partículas.
11. Método para formar uma composição, caracterizado pelo fato de que compreende:

formar um revestimento de tratamento de superfície sobre superfícies de partículas de mineral inorgânico, em que o mineral inorgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em talco, carbonato de cálcio, carbonato de cálcio precipitado, argila e silica, em que o revestimento de tratamento de superfície é selecionado a partir do grupo que consiste em um poliéter funcionalizado e um polímero à base de carbono:

composição em fusão das partículas revestidas com uma poliolefina compreendendo estabilizadores térmicos para formar uma composição compreendendo as partículas revestidas dispersas através de uma matriz de poliolefina, em que o revestimento de tratamento de superfície inibe adsorção dos estabilizadores térmicos nas partículas durante a composição de modo que os estabilizadores térmicos ficam dispersos pela matriz de poliolefina.

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3/3
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o mineral inorgânico é talco.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o revestimento de tratamento de superfície é polisorbato 20 (PO-20).
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,1 a 5% em peso.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,4 a 1,0% em peso.
16. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o revestimento de tratamento de superfície é polisorbato 20 (PO-20).
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,1 a 5% em peso.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a razão de PO-20 para talco é 0,4 a 1,0% em peso.
19. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o componente de tratamento de superfície bloqueia os sítios nas partículas que podem adsorver os estabilizadores térmicos na matriz de poliolefina o que diminuiría uma resistência da poliolefina à deterioração de suas propriedades resultantes da exposição a um ambiente de alta temperatura.