BRPI0708271A2 - material de compósito à prova de chama - Google Patents

Abstract

MATERIAL DE COMPOSITO à PROVA DE CHAMA. A presente invenção refere-se a um material de compósito compreendendo um polímero e a) 0,1 a 30% em peso de um hidróxido duplo lamelar compreendendo um íon de equilíbrio de carga, e b) 10 a 70% em peso de um hidróxido de metal, com base no peso total do material de compósito.

Description

Relatório Descritivo da Patente de invenção para "MATERIALDE COMPÓSITO À PROVA DE CHAMA".

A presente invenção refere-se ao material de compósito com-preendendo um polímero, um hidróxido de metal, e uma argila.

Em tais materiais de compósito o hidróxido de metal geralmenteserve como retardador de chama. Na técnica, a combinação de um tal hidró-xido de metal de retardamento de chama e uma argila catiônica organica-mente modificada é descrita.

US 6.750.282, por exemplo, descreve o uso de ambos, um hi-dróxido de metal selecionado a partir de magnésio, cálcio, zinco, e hidróxidode alumínio ou hidróxido duplo, e um silicato em camadas organicamenteintercalada tal como uma esmectita.

O uso de argilas aniônicas organicamente modificadas comohidróxidos duplos em camadas em matrizes de polímero é da mesma formaconhecido na técnica. JP 2000-345057 e JP 2001-226522 descrevem umhidróxido duplo em camadas organicamente modificado (LDH) que servecomo retardador de chama em matrizes de polímero.

Nenhuma das referências descreve ou sugere que o uso dacombinação de um LDH organicamente modificado e um hidróxido de metalem matrizes de polímero leva às propriedades retardantes de chama siner-gisticamente melhoradas do material de compósito resultante.

É um objetivo da presente invenção fornecer um material decompósito, preferivelmente um material de nanocompósito, tendo proprieda-des retardantes de chama melhoradas.

Este objetivo é obtido por um material de compósito que com-preende um polímero e

a) 0,1 a 30% em peso de um hidróxido duplo em camadas, quecompreende um íon de equilíbrio de carga, e

b) 10 a 70% em peso de um hidróxido de metal, com base nopeso total do material de compósito.

O material de compósito da presente invenção melhorou as pro-priedades retardantes de chama. Ao queimar, o material de compósitomostra uma redução no gotejamento e uma redução do pico da taxa de libe-ração de calor. Exibe uma supressão realçada de fumaça no evento em queo material de compósito está em chamas. Devido à presença do hidróxidoduplo em camadas organicamente modificado na determinada quantidade,uma quantidade inferior do hidróxido de metal pode ser utilizada, e permiteuma redução da quantidade total de material inorgânico no material de com-pósito; isto, por sua vez, geralmente torna o material de compósito mais fa-cilmente produtível, e pode resultar em propriedades mecânicas melhoradas.

Em uma modalidade da invenção, o material de compósito é ummaterial de compósito que compreende um polímero e

a) 0,1 a 30% em peso de um hidróxido duplo em camadas orga-nicamente modificado que compreende um íon orgânico de equilíbrio decarga que tem pelo menos 2 átomos de carbono, e

b) 10a 70% em peso de um hidróxido de metal, com base nopeso total do material de compósito.

Em uma modalidade preferida da invenção, o material de com-pósito é um material de nanocompósito. No contexto do presente pedido, otermo "material de nanocompósito" ou "nanocompósito" se refere a um ma-terial de compósito em que pelo menos um componente compreende umafase inorgânica com pelo menos uma dimensão na faixa de nanômetro de0,1 a 100. O material de nanocompósito da presente invenção compreendeLDH organicamente modificado que é pelo menos parcialmente deslaminadoou esfoliado. Além das vantagens já mencionadas acima para os materiaisde compósito, o nanocompósito da invenção tem a outra vantagem que me-lhora as propriedades retardantes de chama bem como as propriedades me-cânicas. O LDH modificado deslaminado ou esfoliado pode causar a forma-ção de uma camada de carvão durante a degradação do nanocompósito,que geralmente é um material de não queima e reduz a emissão de produtosvoláteis inflamáveis. Os LDHs da presente invenção são mais termicamenteestáveis do que as argilas catiônicas organicamente modificadas.

No contexto do pedido presente, o termo "íon orgânico de equilí-brio de carga" se refere a ânions que compensam as deficiências de cargaeletrostática das folhas de LDH cristalinas. Como o LDH tipicamente temuma estrutura em camadas, os íons de equilíbrio de carga podem estar situ-ados na intercamada, na extremidade ou na superfície exterior das camadasde LDH empilhadas. Tais ânions situados na intercamada das camadas deLDH empilhadas são referidos como íons intercaladores. LDHs tratados comânions de equilíbrio de carga são tornados organofílicos e são da mesmaforma referidos como "organoargilas."

Um tal LDH empilhado ou orgànoargila pode da mesma formaser deslaminado ou esfoliado, por exemplo em uma matriz polimérica. Den-tro do contexto da presente especificação, o termo "deslaminação" é definidocomo a redução do grau de empilhamento médio das partículas de LDH porpelo menos o desencamadamento parcial da estrutura de LDH, desse modoproduzindo um material contendo significativamente folhas de LDH mais in-dividuais por volume. O termo "esfoliação" é definido como deslaminaçãocompleta, isto é, o desaparecimento da periodicidade na direção perpendicu-lar às folhas de LDH, levando a uma dispersão aleatória das camadas indivi-duais em um meio, desse modo, não deixando de modo algum a ordem deempilhamento.

Dilatação ou expansão de LDHs, da mesma forma chamado in-tercalação de LDHs, pode ser observada com difração de raios X (XRD), porque a posição das reflexões basais - isto é, as reflexões d(OOf) - é indicativada distância entre as camadas, cuja distância aumenta na intercalação.

Redução do grau de empilhamento médio pode ser observadacomo um ampliação, até desaparecimento, das reflexões de XRD ou poruma assimetria crescente das reflexões basais (001).

Caracterização de deslaminação completa, isto é, esfoliação,permanece um desafio analítico, porém pode em geral ser concluída a partirdo desaparecimento completo de reflexões não-(hkO) de LDH original.

A ordenação das camadas e, portanto, a extensão da deslami-nação, pode também ser visualizada com microscopia de elétron de trans-missão (TEM).

O LDH da invenção pode ser qualquer LDH conhecido pelo ho-mem versado na técnica. Tipicamente, estes LDHs são LDHs minerais quesão capazes de expandir ou dilatar. Tais LDHs têm uma estrutura em cama-das que compreende folhas cristalinas carregadas (da mesma forma referi-das como camadas de LDH individuais) com ânions de equilíbrio de cargaintercalados no meio. Os termos "expandir" ou "dilatar" no contexto do pre-sente pedido se referem a um aumento na distância entre as folhas cristali-nas carregadas. LDHs expansíveis podem inchar em solventes adequados,por exemplo água, e podem ser também expansíveis e modificados trocan-do-se os íons de equilíbrio de carga com outros íons de equilíbrio de carga(orgânicos), cuja modificação é da mesma forma conhecida na técnica comointercalação.

Os hidróxidos duplos em camadas modificados, da mesma for-ma referidos como LDHs, têm uma estrutura em camadas correspondendo àfórmula geral:

[M^+(0H)2m+2nJx--bH20 (I)

em que M2+ é um íon de metal divalente tais como Zn2+, Mn2+, Ni2+, Co2+,Fe2+, Cu2+, Sn2+, Ba2+, Ca2+, e Mg2+, M3+ é um íon de metal trivalente taiscomo Al3+, Cr3+, Fe3+, Co3+, Mn3+, Ni3+, Ce3+, e Ga3+, m e η têm um valor talque m/n - 1 a 10, e b tem um valor na faixa dentre O a 10. É da mesma for-ma considerado utilizar três ou mais íons de metal diferentes no hidróxidoduplo em camadas preparados com o processo da invenção. Destes íons demetal, a combinação Mg2+ e/ou Zn2+ e Al3+ é preferida.

X é um ânion de equilíbrio de carga conhecido pelo homem ver-sado na técnica. O ânion de equilíbrio de carga pode ser um ânion orgânicoou um ânion inorgânico. É considerado utilizar um ou mais ânions orgânicose/ou um ou mais ânions inorgânicos.

Exemplos de ânions inorgânicos conhecidos na técnica incluemânions de hidróxido, carbonato, bicarbonato, nitrato, cloreto, brometo, sulfo-nato, sulfato, bissulfato, vanadatos, tungstatos, borato, fosfato, de sustenta-ção tais como íons de HVO4", V2O74", HV2Oi24", V3O93', V10O286", Mo7O246",PW12O403", B(OH)4-, B4O5(OH)42", [B3O3(OH)4]", [B3O3(OH)5]2" HBO42",HGaO32"1 CrO42", e de Keggin. 0 ânion inorgânico é preferivelmente selecio-nado a partir do grupo que consiste em hidróxido, carbonato, bicarbonato,nitrato, cloreto, brometo, sulfonato, sulfato, bissulfato, ou misturas destes.

Em uma modalidade preferida da invenção, o ânion de equilíbriode carga é selecionado a partir do grupo que consiste em carbonato, hidró-xido, e um ânion orgânico tendo pelo menos dois átomos de carbono.

Em uma modalidade da invenção, X é um ânion orgânico de e-quilíbrio de carga tendo pelo menos dois átomos de carbono, ou qualqueroutro ânion conhecido pelo homem versado na técnica, contanto que pelomenos parte dos íons de intercalação seja constituída pelo ânion orgânicotendo pelo menos dois átomos de carbono.

O LDH da invenção inclui hidrotalcita e LDHs aniônicos comohidrotalcita. Exemplos de tais LDHs são hidrotalcita e materiais como hidro-talcita, meixnerita, manasseíta, piroaurita, sjõgrenita, estictita, barberonita,tacovita, reevesita, e desautelsita. Um LDH preferido é hidrotalcita que é umLDH tendo uma estrutura em camadas que corresponde à fórmula geral:

<formula>formula see original document page 6</formula>

em que m e η têm um valor tal que m/n = 1 a 10, preferivelmente 1 a 6, e btem um valor na faixa dentre O a 10, geralmente um valor de 2 a 6, e fre-qüentemente um valor de cerca de 4. X é um íon de equilíbrio de carga co-mo definido acima.

É preferido que m/n tenha um valor de 2 a 4.

O LDH pode ser em qualquer forma cristalina conhecida na téc-nica, tal como descrito através de Cavani e outros (Catalysis today, 11(1991), pp. 173-301) ou através de Bookin e outros (LDHs e LDH Minerais,(1993), Vol. 41(5), pp. 558-564). Se o LDH for uma hidrotalcita, a hidrotalcitapode ser um politipo tendo empilhamento de 3Hi, 3H2, 3Ri ou 3R2, por exemplo.

O íon orgânico de equilíbrio de carga de acordo com a invençãopode ser qualquer ânion orgânico conhecido na técnica. Tais ânions orgâni-cos tendo pelo menos dois átomos de carbono incluem ácidos mono-, di- oupolicarboxílicos, ácidos sulfônicos, ácidos fosfônicos, e ácidos de sulfato.

Preferivelmentè, o ânion orgânico compreende pelo menos 6 átomos de car-bono, e mais preferivelmente pelo menos 8 átomos de carbono. É tambémconsiderado que o ânion orgânico de equilíbrio de carga compreende um oumais grupos funcionais tais como hidroxila, amina, ácido carboxílico, e vinila.

Estes grupos funcionais podem interagir ou reagir com o polímero utilizadono material de nanocompósito da invenção.

Exemplos adequados de ânions orgânicos da invenção são áci-dos monocarboxílicos tais como ácidos graxos e íons com base em rosina.

Em uma modalidade, o ânion orgânico é um ácido graxo tendode 8 a 22 átomos de carbono. Um tal ácido graxo pode ser um ácido graxosaturado ou insaturado. Exemplos adequados de tais ácidos graxos são áci-do caprílico, ácido cáprico, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, á-cido esteárico, ácido aracídico, ácido decenóico, ácido palmitoléico, ácidooléico, ácido linoléico, ácido linolênico, e misturas destes.

Em outra modalidade da invenção, o ânion orgânico é rosina.Rosina é derivada de fontes naturais, está facilmente disponível, e é relati-vãmente barata comparada aos ânions orgânicos sintéticos. Exemplos típi-cos de fontes naturais de rosina são rosina em goma, rosina de madeira, erosinas de óleo de tall. Rosina geralmente é uma mistura de uma ampla va-riedade de isômeros diferentes de ácidos de rosina monocarboxílicos tricícli-cos normalmente contendo cerca de 20 átomos de carbono. As estruturastricíclicas dos vários ácidos de rosina diferem-se principalmente na posiçãodas ligações duplas. Tipicamente, rosina é uma mistura de substânciascompreendendo ácido levopimárico, ácido neoabiético, ácido palústrico, áci-do abiético, ácido desidroabiético, ácido seco-desidroabiético, ácido tetra-hidroabiético, ácido diidroabiético, ácido pimárico, e ácido isopimáricó. Rosi-na derivada de fontes naturais da mesma forma inclui rosinas, isto é, mistu-ras de rosina, modificadas notavelmente por polimerização, isomerização,desproporção, hidrogenação, e reações de Diels-Alder com ácido acrílico,anidridos, e ésteres de ácido acrílico. Os produtos obtidos através destesprocessos são referidos como rosinas modificadas. Rosina natural pode damesma forma ser quimicamente alterada através de qualquer processo co-nhecido na técnica, tal como por exemplo reação do grupo carboxila na rosi-na com óxidos de metal, hidróxidos de metal ou sais para formar sabões derosina ou sais (assim chamados resinatos). Tais rosinas quimicamente alte-radas são referidas como derivados de rosina.

Tal rosina pode ser modificada ou quimicamente alterada intro-duzindo-se um grupo orgânico, um grupo aniônico ou um grupo catiônico. Ogrupo orgânico pode ser um hidrocarboneto aromático ou alifático substituí-do ou não substituído tendo 1 a 40 átomos de carbono. O grupo aniônicopode ser qualquer grupo aniônico conhecido pelo homem versado na técni-ca, tal como um carboxilato ou um sulfonato.

Outros detalhes destes materiais com base em rosina podem serrebuscados a partir de D.F. Zinkel e J. Russell (em Naval Stores, production-chemistry-utilization, 1989, New York, Seção II, Capítulo 9), e J.B. Class("Resins, Natural." Capítulo 1: "Rosin e Modified Rosins," Kirk-Othmer Ency-clopedia of Chemical Technology, dados de postagem on-line: 4 dezembrode 2000).

É da mesma forma considerado utilizar LDHs da invenção com-preendendo um ou mais ânions orgânicos. Em uma modalidade, os ânionsde intercalação são uma mistura de ácido graxo e rosina.

Em uma modalidade, pelo menos 10% da quantidade total deíons de intercalação nos tipos de LDH de acordo com a invenção são ânionsorgânicos, preferivelmente pelo menos 30%, mais preferivelmente pelo me-nos 60%, ainda mais preferivelmente pelo menos 70%, e muito rríais preferi-velmente pelo menos 90% da quantidade total de íons de intercalação sãoânions orgânicos. Em uma modalidade preferida, pelo menos 10% da quan-tidade total de ânions de intercalação são ânions com base em rosina ouderivados de ácido graxo ou uma mistura de ambos os ânions, preferivel-mente pelo menos 30%, mais preferivelmente pelo menos 60%, ainda maispreferivelmente pelo menos 70%, e muito mais preferivelmente pelo menos90% da quantidade total de íons de intercalação são ânions com base emrosina ou derivado de ácido graxo ou uma mistura de ambos os ânions.

A distância entre as camadas de LDH individuais em uma orga-noargila com base em LDH geralmente é maior do que a distância entre ascamadas de um LDH convencional que não contém ânions orgânicos de a -cordo com a invenção, por exemplo, íons de carbonato. Preferivelmente, adistância entre as camadas em um LDH de acordo com a invenção é pelomenos 1,0 nm, mais preferivelmente pelo menos 1,5 nm, e mais preferivel-mente pelo menos 2 nm. A distância entre as camadas individuais pode serdeterminada utilizando difração de Raios X, como esboçado anteriormente.

A quantidade de LDH (organicamente modificado) no material decompósito geralmente está entre 0,1 e 30% em peso, com base no peso to-tal do material de compósito. Preferivelmente, a quantidade de LDH estáentre 0,2 e 25% em peso, preferivelmente entre 0,5 e 20% em peso.

O hidróxido de metal da presente invenção é conhecido na téc-nica e geralmente serve como um agente retardante de chama. Geralmente,o hidróxido de metal compreende pelo menos um metal selecionado a partirdo grupo que consiste em magnésio, alumínio, cálcio, bário, e zinco. Preferi-velmente, o metal é magnésio e/ou alumínio. Exemplos de tais hidróxidos demetal são hidróxido de magnésio tal como brucita, hidróxido de alumínio talcomo triidróxido de alumínio, hidróxido de cálcio, hidróxidos de zinco, e hi-dróxidos de bário.

A quantidade de hidróxido de metal no material de compósitogeralmente está entre 10 e 70% em peso, com base no peso total do materi-al de compósito. Preferivelmente, a quantidade de hidróxido de metal estáentre 15 e 60% em peso, preferivelmente entre 18 e 40% em peso.

A relação de peso do LDH organicamente modificado para o hi-dróxido de metal geralmente está entre 100 : 1 e 1 : 100, preferivelmenteentre 70 : 1 e 1 : 70, mais preferivelmente 50 : 1 e 1 : 50, e preferivelmenteentre 35 : 1 e 1 : 35.

Os hidróxidos de metal têm uma área de superfície específica eum tamanho de partícula médio tal como convencionalmente utilizado emmateriais de compósitos ou nanocompósitos. Geralmente, os hidróxidos demetal têm uma área de superfície específica dentre 3 a 150 m2/g e um ta-manho de partícula médio dentre 0,1 e 20 μιη. Preferivelmente1 a área desuperfície específica está entre 5 e 100 m2/g, mais preferivelmente entre 10e 50 m2/g, e o tamanho de partícula médio está entre 1 e 15 μιη, preferivel-mente entre 2 e 10 μιτι.

A presente invenção da mesma forma pertence a uma combina-ção de um LDH de acordo com a invenção e um hidróxido de metal. Estacombinação pode ser uma mistura física ou um kit de partes.

Em uma modalidade da invenção, a combinação compreendea) 1 a 80% em peso de um hidróxido duplo em camadas compre-endendo um ânion de equilíbrio de carga inorgânico, o ânion de equilíbrio decarga inorgânico preferivelmente sendo carbonato ou hidróxido e/ou um hi-dróxido duplo em camadas organicamente modificado compreendendo umíon orgânico de equilíbrio de carga tendo pelo menos 2 átomos de carbono, e

b) 20 a 99% em peso de um hidróxido de metal, com base nopeso total da combinação.

Preferivelmente, a combinação compreende 5 a 70% em pesodo(s) hidróxidos(s) duplo(s) em camada(s) e 30 a 95% em peso do hidróxidode metal, com base no peso total da combinação, e mais preferivelmente, acombinação compreende de 10 a 60% em peso do(s) hidróxidos(s) duplo(s)em camada(s) e 40 a 90% em peso do hidróxido de metal.

Misturas físicas podem ser preparadas fisicamente misturando-se os ingredientes separados. Alternativamente, estas misturas podem serpreparadas em uma síntese de um pote. Os LDHs da invenção podem serpreparados de acordo com processos conhecidos na técnica. A invençãofornece um processo para preparar uma mistura de um hidróxido duplo emcamadas compreendendo um ânion de equilíbrio de carga e um hidróxido demetal, o processo compreendendo as etapas de:

(a) preparar uma solução ou suspensão precursora compreen-dendo uma fonte de íon de metal divalente, uma fonte de íon de metal triva-lente, água, e/ou um solvente, o solvente preferivelmente sendo miscívelcom água, e opcionalmente um precursor do ânion de equilíbrio de carga;

(b) tratar a solução ou suspensão precursora para obter o hidró-xido duplo em camadas; e

(c) adicionar outra fonte de íon de metal divalente ou trivalente àsuspensão e tratar a suspensão para obter o hidróxido de metal;

(d) opcionalmente, isolar a mistura resultante na forma sólida.

As condições do processo, os tipos de fontes de íon de metal(por exemplo, sal e/ou sólido), o solvente bem como o precursor do ânion deequilíbrio de carga determinam que LDH e hidróxido de metal são prepara-dos. Dependendo da combinação desejada, a pessoa versada na técnicaentenderá como o processo deve ser conduzido.

O polímero que pode ser adequadamente utilizado no materialde nanocompósito da invenção pode ser qualquer matriz de polímero conhe-cida na técnica. Nesta especificação, o termo "polímero" se refere a umasubstância orgânica de pelo menos dois blocos de construção (isto é, mo-nômeros), desse modo, incluindo oligômeros, copolímeros, e resinas polimé-ricas. Polímeros adequados para uso na matriz de polímero são igualmentepoliadutos e policondensados. Os polímeros podem também ser homopolí-meros ou copolímeros.

Preferivelmente, a matriz polimérica tem um grau de polimeriza-ção de pelo menos 20, mais preferivelmente de pelo menos 50. Neste con-texto, para uma definição do grau de polimerização, referência é feita a P.J.Flory, Principies of Poiymer Chemistry, New York, 1953.

Exemplos de polímeros adequados são poliolefinas, tal comopolietileno ou polipropileno, polímeros de vinila, tal como poliestireno, meta-crilato de polimetila, cloreto de polivinila, cloreto de polivinilideno ou fluoretode polivinilideno, poliésteres saturados, tal como tereftalato de polietileno,ácido polilático, ou poli(e-caprolactona), resinas de poliéster insaturadas, re-sinas de acrilato, resina de metacrilato, poliimidas, resina de epóxi, resinasde fenol formaldeído, resinas de formaldeído de uréia, resinas de formaldeí-do de melamina, poliuretanos, policarbonatos, éteres de poliarila, polissulfo-nas, polissulfetos, poliamidas, poliéter imidas, poliéter éteres, poliéter ceto-nas, poliéter éster cetonas, polissiloxanos, poliuretanos, poliepóxidos, e mis-turas de dois ou mais polímeros. Preferivelmente utilizados são poliolefinas,polímeros de vinila, poliésteres, policarbonatos, poliamidas, poliuretanos oupoliepóxidos.

A organoargila de acordo com a invenção é particularmente a-dequada para uso em polímeros termoplásticos tais como polietileno, poli-propileno, poliestireno e (co)polímeros de acetal tal como polioximetileno(POM), e em borrachas tais como borracha natural (NR), borracha de estire-no-butadieno (SBR), poliisopreno (IR), polibutadieno (BR), poliisobutileno(IIR), poliisobutileno halogenado, borracha de butadieno nitrila (NBR), borra-cha de butadieno nitrila hidrogenada (HNBR), estireno-isopreno-estireno(SIS) e copolímeros de bloco estirênico similares, borrachas de po-li(epicloroidrina) (CO, ECO, GPO), borrachas de silicone (Q), borracha decloropreno (CR), borracha de etileno propileno (EPM), borracha de etilenopropileno dieno (EPDM), borracha de polissulfeto (T), borrachas de flúor(FKM), borracha de acetato vinil-etileno (EVA), borrachas poliacrílicas(ACM), polinorborneno (PNR), poliuretanos (AU/EU), e elastômeros termo-plásticos de poliéster/éter.

Particularmente preferidos são polímeros ou copolímeros obte-níveis por polimerização de pelo menos um nanômero etilenicamente insatu-rado. Exemplos de tais polímeros são poliolefinas e poliolefinas modificadas,que são conhecidas pelo homem versado na técnica. A poliolefina ou poliole-fina modificada pode ser um homopolímero ou um copolímero. Exemplosadequados de tais poliolefinas (modificadas) são polietileno, polipropileno,polibutileno, poliestireno, cloreto de polivinila, cloreto de polivinilideno, e bor-racha de etileno-propileno, copolímero de propileno-butileno, copolímero decloreto de vinil-etileno, copolímero de acetato de vinil-etileno, copolímero deacrilonitril-butadieno-estireno (ABS), copolímero de ac r i lo η itri I-ac ri Iato-estireno (AAS), copolímero de metil metacrilato-butadieno-estireno (MBS),polietileno clorado, polipropileno clorado, copolímero de etileno-acrilato, co-polímero de cloreto de vinil-propileno, e misturas destes. É da mesma formaconsiderado utilizar uma classe particular de polipropilenos no material decompósito ou nanocompósito da invenção, a saber as assim chamadas poli-olefinas termoplásticas (TPOs), que incluem misturas ou graus de reator depolipropileno e borracha de EPR.

Exemplos específicos de polietileno são polietileno de alta den-sidade, polietileno de baixa-densidade, polietileno de baixa-densidade decadeia linear, polietileno de densidade ultra baixa, e polietileno de peso mo-lecular ultra alto. Exemplos de copolímeros com base em etileno são copo-límero de acetato de vinil-etileno (EVA), copolímero de acrilato de etil-etileno(EEA), copolímero de acrilato de metil-etileno (EMA), e copolímero de ácidode etileno-acrílico (EAA).

O material de compósito ou material de nanocompósito da in-venção pode também compreender aditivos geralmente utilizados na técni-ca. Exemplos de tais aditivos são pigmentos, tinturas, estabilizadores de UV,estabilizadores de calor, antioxidantes, cargas (tais como hidroxiapatita, síli-ca, agentes de acoplamento de silano, compatibilizadores, óleo, ceras, ne-gro-de-fumo, fibras de vidro, e outros materiais inorgânicos), auxiliares deprocessamento (tal como estearato de cálcio), agentes de nucleação, modi-ficadores de impacto, plasticizadores, modificadores de reologia, agentes dereticulação, e agentes de desgaseificação.

Estes adendos opcionais e suas quantidades correspondentespodem ser escolhidos de acordo com a necessidade.

Em uma modalidade da invenção, uma argila catiônica organica-mente modificada é adicionada ao material de compósito ou nanocompósitoda presente invenção. Argiias catiônicas são argilas que têm íons de equilíbriode carga catiônicos. Exemplos de argilas catiônicas são caulins, serpentinas;ilitas, vermiculitas, e esmectitas. O tipo de argila catiônica preferido é esmecti-ta, tal como é selecionado a partir do grupo consistindo em montmorillonita,beidelita, nontronita, hectorita, saponita, e sauconita. Estas esmectitas, e pro-cessos para sua preparação, são descritos em US 4.695.402. US 3.855.147.US 3.852.405. US 3.844.979. US 3.844.978. US 3.671.190. US 3.666.407. US3.586.478. e US 3.252.757. Esmectitas preferidas são montmorilonita, hectori-ta, e saponita. A esmectita mais preferida é montmorilonita.O íon orgânico de equilíbrio de carga catiônico pode ser qual-quer cátion orgânico conhecido na técnica. Preferivelmente1 o cátion orgâni-co é um hidrocarboneto compreendendo um grupo amônio quaternário taiscomo aqueles descritos em EP 0 780 340.

A quantidade de argila, em particular argila organicamente modi-ficada, no material de compósito ou nanocompósito geralmente está entre-0,1 e 30% em peso, com base no peso total do material de compósito ounanocompósito. Preferivelmente, a quantidade de argila catiônica (organi-camente modificada) está entre 0,2 e 25% em peso, preferivelmente entre-0,5 e 20% em peso.

A relação de peso de LDH, e em particular de LDH organica-mente modificado, para argila catiônica geralmente está entre 100 : 1 e 1 :-100, preferivelmente entre 50 : 1 e 1 : 50, preferivelmente entre 10 : 1 e 1 :-10.

É da mesma forma considerado utilizar outros agentes retardan-tes de chama convencionais no material de compósito ou nanocompósito dainvenção. Exemplos adequados são óxido de antimônio, fósforo vermelho,sulfeto de zinco, derivado de melamina, compostos de organofósforo e/oucompostos de boro inorgânicos. Estes agentes podem ser utilizados nasmesmas quantidades como descrito para as argilas catiônicas organicamen-te modificadas.

A invenção também pertence a bateladas mestre, isto é, pré-misturas aditivas altamente concentradas, compreendendo quantidades deLDH modificadas de 10-70% em peso e 30-90% em peso do polímero, combase no peso total da batelada mestre. O LDH modificado pode ser um LDHmodificado com ânions de equilíbrio de carga inorgânicos ou ânions de equi-líbrio de carga orgânicos. Uma tal batelada mestre pode ser vantajosamenteutilizada para a preparação dos materiais de compósitos ou nanocompósitosda presente invenção. Estas bateladas mestre podem compreender LDHsmodificados da invenção que são deslaminados ou esfoliados.

Entretanto, se o LDH em tais bateladas mestre não for comple-tamente deslaminado, outra deslaminação pode ser alcançada em um está-gio posterior, se desse modo desejado, ao misturar a batelada mestre comum (outro) polímero para obter nanocompósitos com base em polímero ver-dadeiros.

Os' materiais de compósito e nanocompósito da presente inven-ção podem ser preparados de acordo com qualquer método conhecido poruma pessoa versada na técnica. Uma pessoa versada pode intimamentemisturar uma matriz polimérica e o LDH de acordo com a invenção utilizan-do-se técnicas de misturação por fusão, por exemplo. Este método é preferi-do, visto que é simples, de custo eficiente, e facilmente aplicável em plantasexistentes. É da mesma forma considerado preparar o LDH da invenção napresença da matriz polimérica, ou na presença dos monômeros e/ou oligô-meros antes, durante ou depois que os monômeros e/ou oligômeros são po-limerizados para formar a matriz polimérica.

Em uma modalidade do processo da invenção, o LDH modifica-do ou a batelada mestre é adicionado ao polímero, enquanto o polímero émantido em uma temperatura na qual é fluido. Alternativamente, o LDH mo-dificado ou a batelada mestre na forma sólida é adicionado a ou misturadocom o primeiro ou segundo polímero sólido antes da mistura ser aquecidaem uma temperatura na qual o polímero é fluido. Se o polímero for cristalino,esta temperatura geralmente está acima da temperatura de fusão do políme-ro cristalino, e se o polímero tiver uma temperatura de transição vítrea, atemperatura deveria estar acima da temperatura de transição vítrea do polí-mero. Desta maneira^ é garantido que o LDH ou a batelada mestre é facil-mente misturado no polímero, permitindo uma distribuição uniforme de partí-cuias de LDH classificadas por tamanho em nanômetro através do polímerodentro de um tempo ainda mais curto, tornando o processo economicamentemais atraente. As etapas de mistura e/ou composto podem ser realizadasem um processo de batelada, por exemplo, em um misturador Banbury, ouem um moinho de dois rolos (adequado para borrachas), ou de uma maneiracontínua, por exemplo, em reatores de tubo, extrusores tais como extrusoresde duas ou de hélice única (co-giratórios) ou um misturador Buss (alternati-vamente extrusor de hélice única), e misturadores arados.O material de compósito ou nanocompósito da presente inven-ção pode ser utilizado em qualquer aplicação onde estes materiais de com-pósitos são convencionalmente utilizados.

Se o polímero no nanocompósito for um (co)polímero obtenívelpela polimerização de pelo menos um monômero etilenicamente insaturado,o material de nanocompósito pode ser adequadamente utilizado em tapetes,partes de automóvel, fibras, fechamentos de recipiente, produtos de constru-ção, merendeiras, fechaduras, dispositivos médicos, artigos domésticos, re-cipientes para alimento, lavadoras de louça, mobília para exposição ao tem-po, frascos modeladas por sopro, tecidos não-tecidos disponíveis, cabos earames, e empacotamento.

Em uma modalidade da invenção, o polímero dó material de(nano)compósitõ compreende polipropileno. Outros detalhes para polipropi-Ieno podem ser encontrados em "Polypropylene", Capítulo 5: "Uses", porR.B. Lieberman em Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, da-dos de postagem on-line 4 de dezembro de 2000, e no folheto 022 PPe10/01 de Basell intitulado "Polypropylene: Textilç, Rigid Packaging, Consu-mer, Film, Automotive, Electrical/Electronics and Home Appliances".

Se o material de nanocompósito compreende borracha, estesmateriais de nanocompósito podem adequadamente ser aplicados na fabri-cação de pneus tais como em pneus de carro, pneus de caminhão, pneusoff-road, e pneus de aeronave, em produtos de látex incluindo luvas, preser-vativos, balões, catéteres, linha de látex, espuma, apoios de tapete, e fibrade coco emborrachada e cabelo, em calçado, nos produtos de engenhariacivil tais como suportes de ponte, suportes laminados de borracha-metal,cintos e mangueiras, em aplicações automotivas de não pneu incluindo mon-tagens de motor, suportes de borracha, selos, alças, lavadoras e botas, emarames e cabos, e em selos de tubo, fechamentos médicos, rolos, pneussólidos pequenos, montagens para utensílios domésticos e comerciais, tubu-lações e bolas de borracha, inflações de ordenha e outras aplicações combase agrícola.

Em uma modalidade preferida, o material de compósito ou na-nocompósito da invenção é utilizado em cabos e arames. Polímeros ade-quados geralmente utilizados em tais cabos e arames são (co)polímero deacetato de vinil-etileno (EVA), polietileno de densidade baixa (LDPE), polieti-leno clorado (CPE), cloreto de polivinila (PVC), borracha de etileno propileno(EPM), borracha de etileno propileno dieno (EPDM).

A presente invenção é também ilustrada nos Exemplos abaixo.EXEMPLOS

Exemplos 1 -4 e Exemplos Comparativos AeB

Todos os materiais de compósitos foram preparados combinan-do-se todos os ingredientes em uma câmara de mistura Haake Rheomix 600equipada com rotores de rolo. A mistura foi misturada a 200°C em uma velo-cidade de rotação de 50 rpm. Depois de 15 minutos, os materiais de compó-sitos foram resfriados e subseqüentemente formados em folhas de 2 - e 3-mm por modelagem por compressão entre as placas de aço a 180°C.

As folhas de 2-mm resultantes foram cortadas em tiras. Estastiras foram testadas de acordo com o Teste de Queima Vertical UL-94 paraclassificar materiais 94V-0, 94V-1, ou 94V-2, de acordo com ASTM D3801.

As folhas de 3-mm foram analizadas utilizando uma calorímetrode consumo de oxigênio de acordo com ASTM E 1354-04a (calorímetro deCone).

• Os seguintes ingredientes foram utilizados na preparação dosmateriais de compósitos acima:

PP Moplen HP500N: um polipropileno ex Basell

MgOH Magshield UF: um hidróxido de magnésio ex Martin Ma-rietta Magnesia Specialties

Perkalite F100 um LDH modificado com ácido de sebo ex Akzo Nobel

Cemicals

Perkalite P100S um LDH modificado com ácido de sebo ex Akzo Nobel

Chemicals

As quantidades dos ingredientes utilizados nos materiais decompósitos dos Exemplos Comparativos AeBe Exemplos 1 a 4 são resu-midas na Tabela 1. Além disso, a Tabela 1 mostras os resultados do testeUL 94 para cada um dos Exemplos.Tabela 1

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A Tabela acima claramente demonstra que materiais de compó-sitos compreendendo LDHs organicamente modificados de acordo com ainvenção têm avaliações melhores no teste UL 94.

Na Tabela 2, os resultados de calorimetria de cone são. mostra-dos para os mesmos materiais de compósitos.

Tabela 2

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PHRR = Taxa de Liberação de Calor de Pico

RSR = Taxa de Liberação de Fumaça

Os resultados de calorimetria de cone revelam uma liberação decalor de pico inferior para os Exemplos de acordo com a invenção, bem co-mo uma liberação de fumaça inferior comparada aos Exemplos Comparati-vos.

Claims (8)

1. Material de compósito compreendendo um polímero ea) 0,1 a 30% em peso de um hidróxido duplo em camadas com-preendendo um ânion de equilíbrio de carga, eb) 10 a 70% em peso de um hidróxido de metal, com base nopeso total do material de compósito.

2. Material de compósito, de acordo com a reivindicação 1, emque o hidróxido duplo em camadas compreende um ânion de equilíbrio decarga selecionado a partir do grupo que consiste em carbonato, hidróxido, eum ânion orgânico tendo pelo menos dois átomos de carbono.

3. Material de compósito, de acordo com a reivindicação 2, emque o hidróxido duplo em camadas compreende um ânion orgânico de equi-líbrio de carga tendo pelo menos dois átomos de carbono.

4. Material de compósito, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações precedentes, em que o material de compósito é um material na-nocompósito.

5. Material de compósito, de acordo com a reivindicação 3, emque a distância entre as camadas no hidróxido duplo em camadas organi-camente modificado é pelo menos 1,0 nm.

6. Material de compósito, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações precedentes, em que o hidróxido duplo em camadas organica-mente modificado compreende pelo menos um íon orgânico de equilíbrio decarga selecionado a partir do grupo que consiste em ácidos monocarboxíli-cos e rosina.

7. Material de compósito, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações precedentes, em que o hidróxido de metal é hidróxido de mag-nésio ou hidróxido de alumínio, preferivelmente triidróxido de alumínio.

8. Material de compósito, de acordo com qualquer um das rei-vindicações precedentes, também compreendendo uma argila catiônica or-ganicamente modificada, preferivelmente uma esmectita organicamente mo-dificada.