BRPI1001312A2 - process of obtaining modified nanoargyl for the production of polymeric nanocomposites and modified nanoargyl - Google Patents

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BRPI1001312A2
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Bianca Iodice
Gilson Luiz Torrens
Juliana Regina Kloss
Dayane Mey Reis
Flavia Jarek
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Ioto Internat Ind E Com De Produtos Aromaticos Ltda
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Abstract

PROCESSO DE OBTENçãO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUçãO DE NANOCOMPóSITOS POLIMéRICOS E NANOARGILA MODIFICADA, que compreende um método no qual uma argila, da família dos filossilicatos, é submetida a um tratamento químico, em água, durante o qual ocorre um aumento do seu espaçamento basal em conseqúência da intercalação de um agente tensoativo, estearato de sódio precipitado na forma de estearato de cálcio ou lauril sulfato de sódio ou propil sulfato de sódio precipitado na forma de um sal entre as lamelas do mineral; o estearato de cálcio ou o lauril sulfato de cálcio ou o propil sulfato de cálcio ou qualquer agente tensoativo atua também como agente de intumescimento e ao mesmo tempo como modificador de superfície do mineral; a argila modificada apresenta um elevado espaçamento basal e estabilidade térmica na faixa de temperatura empregada no processamento dos polímeros de interesse neste trabalho (cerca de 220 °C), além de possuir grupos funcionais em sua superfície que permitem uma boa adesão com matrizes poliméricas.PROCESS OF OBTAINING MODIFIED NANO-CLAY FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITES AND MODIFIED NANO-CLAY, which comprises a method in which a clay, of the phyllosilicate family, is subjected to a chemical treatment in water, during which its basal spacing increases as a result of the intercalation of a surfactant, sodium stearate precipitated in the form of calcium stearate or sodium lauryl sulphate or sodium propyl sulphate precipitated in the form of a salt between the layers of the mineral; calcium stearate or calcium lauryl sulfate or calcium propyl sulfate or any surfactant also acts as a swelling agent and at the same time as a mineral surface modifier; the modified clay has a high basal spacing and thermal stability in the temperature range used in the processing of the polymers of interest in this work (about 220 ° C), in addition to having functional groups on its surface that allow good adhesion with polymer matrices.

Description

"PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA""PROCESS FOR OBTAINING MODIFIED NANOARGIL FOR PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL"

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

A presente invenção trata de um novo método de obtenção de uma nanoargila organofílica a partir do tratamento químico de uma argila pura natural com um agente tensoativo derivado de ácido carboxílico ou derivado de alquil sulfato ou propil sulfato, de um agente químico que modifica o agente tensoativo no interior da argila e da argila propriamente dita.The present invention is a novel method of obtaining an organophilic nanoargyl from the chemical treatment of a pure natural clay with a carboxylic acid derived or alkyl sulfate or propyl sulfate surfactant, a surfactant modifying chemical inside the clay and the clay itself.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Argila é uma rocha finamente dividida, constituída essencialmente por argilominerais, podendo conter outros minerais como calcita, dolomita, gibsita, quartzo, aluminita, pirita, etc., matérias orgânicas e outras impurezas. São minerais geralmente cristalinos; quimicamente constituídos de silicatos de alumínio hidratados, podendo conter outros elementos, como ferro, magnésio, lítio, potássio, sódio, entre outros [Patente, Pl 0601384-8 A].Clay is a finely divided rock, consisting essentially of clay minerals, and may contain other minerals such as calcite, dolomite, gibbsite, quartz, aluminite, pyrite, etc., organic matter and other impurities. They are generally crystalline minerals; chemically composed of hydrated aluminum silicates and may contain other elements such as iron, magnesium, lithium, potassium, sodium, among others [Patent, Pl 0601384-8 A].

Os principais fatores que controlam as propriedades das argilas são a composição mineralógica, distribuição granulométrica de suas partículas, teor em eletrólitos de íons trocáveis e sais solúveis, natureza e teor de matéria orgânica e textura. Variações na natureza química e estrutural entre os materiais argilosos proporcionam aplicações em diversos campos. As mais comuns e importantes são nas indústrias de papéis, plásticos e borrachas. As argilas também são utilizadas por suas propriedades catalíticas e por sua habilidade de absorver gorduras e outras matérias orgânicas [Patente, Pl 0601384-8 A],The main factors controlling the properties of clays are their mineralogical composition, particle size distribution, exchangeable ion and soluble salt electrolyte content, nature and content of organic matter and texture. Variations in the chemical and structural nature between clay materials provide applications in various fields. The most common and important are in the paper, plastic and rubber industries. Clays are also used for their catalytic properties and their ability to absorb fats and other organic materials [Patent, Pl 0601384-8 A],

Os argilominerais cristalinos podem ser divididos em duas classes gerais: 1) Argilominerais com estrutura em Iamelas - também denominados silicatos em folha ou filossilicatos. Estes podem ser subdivididos em grupos ou famílias: i) Iamelas 1:1 ou difórmicos; /'/) Iamelas 2:1 ou trifórmicos. A nomenclatura 1:1 e 2:1 se deve ao número de camadas de tetraedros de óxido de silício (SiO4) e de octaedros de óxido de alumínio (AI2O3) que entram na constituição da cela unitária da estrutura cristalina do argilomineral; 2) Argilominerais com estrutura fibrosa - estes são constituídos por apenas dois componentes, a sepiolita e a paligorsquita, este último também chamado de atapulgita [Patente, Pl 0601384-8 A. Patente, Pl 0515822-2 A].Crystalline clay minerals can be divided into two general classes: 1) Iamelas-structured clay minerals - also called leaf silicates or phyllosilicates. These may be subdivided into groups or families: (i) 1: 1 lanes or dipormic; / '/) Iamelas 2: 1 or triformic. The 1: 1 and 2: 1 nomenclature is due to the number of layers of silicon oxide tetrahedra (SiO4) and aluminum oxide octahedra (AI2O3) that form the unit cell of the crystal structure of the argilomineral; 2) Fibrous-structure clay minerals - these consist of only two components, sepiolite and paligorsquite, the latter also called attapulgite [Patent, Pl 0601384-8 A. Patent, Pl 0515822-2 A].

A estrutura em Iamelas é a mais comum entre os argilominerais. Estes compostos também podem ser subdivididos com base nas seguintes propriedades: i) na distância interplanar de 0,7 nm nos argilominerais 1:1 (caulinita), de 1 nm nos argilominerais 2:1 anidros e de 1,4 nm nos argilominerais hidratados; ii) no grau de substituição na camada octaédrica de AI2O3 da cela unitária; iii) na possibilidade das Iamelas se expandirem pela introdução de moléculas polares, aumentando assim a distância interplanar; iv) no tipo de arranjo cristalográfico ao longo dos eixos, que distingue as espéciés minerais de um mesmo grupo [Patente, Pl 0601384 8 A],The Yamelas structure is the most common among clay minerals. These compounds may also be subdivided on the basis of the following properties: (i) at an interplanar distance of 0,7 nm in 1: 1 clay minerals (kaolinite), 1 nm in anhydrous 2: 1 clay minerals and 1,4 nm in hydrated clay minerals; ii) the degree of substitution in the octahedral layer of AI2O3 of the unit cell; iii) the possibility of the Yamelas expanding by the introduction of polar molecules, thus increasing the interplanar distance; iv) the type of crystallographic arrangement along the axes, which distinguishes mineral specimens from the same group [Patent, Pl 0601384 8 A];

O principal grupo de minerais argilosos com estrutura em lamelas são aqueles denominados filossilicatos (phylos, do grego, folhas). Neste grupo encontram-se os argilominerais do grupo da montmorilonita, que apresentam fórmula geral Mx(AU-XMgx)SisC^o(OH)4 e são constituídos por uma folha central formada de octaedros de oxido de alumínio localizada entre duas folhas de tetraedros de silicato. As folhas são conectadas entre si pelo compartilhamento de centros de oxigênio dos poliedros de coordenação. Estas unidades são contínuas nas direções a e b, segundo as coordenadas cristalográficas, e encontram-se empilhadas umas sobre as outras. As forças que mantêm as folhas unidas são relativamente fracas, o que torna possível a intercalação de íons ou moléculas entre elas, muitas vezes espaçando-as. Nas folhas octaédricas, alguns centros de Al3+ podem ser substituídos isomorficamente por íons Mg2+, o que leva a um acúmulo de carga negativa distribuído entre as lamelas. O balanço de cargas é conseguido pela inserção de contra-íons positivos entre estas lamelas, sendo estes tipicamente íons sódio, comumente chamados de cátions trocáveis [Patente, Pl 0601384-8 A. Patente, Pl 0515822-2 A. Paiva, L. B.; Morales A. R.; Diaz, F. R. V.. Argilas organofílicas: características, metodologias de preparação, compostos de intercalação e técnicas de caracterização. Cerâmica, v. 54, p. 213-226, 2008. Coelho, Α. V. C.; Santos, P. S.; Santos, H. S.. Argilas especiais: argilas quimicamente modificadas: Uma revisão. Química Nova, v. 30, p. 1282-1294, 2007. Paul, D. R.; Roberson, L. M.. Polymer nanotèchnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008].The main group of lamellar-shaped clay minerals are those called phyllosilicates (Greek phylos, leaves). In this group there are the clay minerals of the montmorillonite group, which have the general formula Mx (AU-XMgx) SisC40 (OH) 4 and consist of a central foil formed of aluminum oxide octahedra located between two sheets of tetrahedron. silicate. The leaves are connected to each other by sharing oxygen centers of the coordinating polyhedra. These units are continuous in directions a and b according to the crystallographic coordinates and are stacked on top of one another. The forces holding the leaves together are relatively weak, which makes it possible to interchange ions or molecules between them, often spacing them apart. In octahedral leaves, some Al3 + centers may be isomorphically replaced by Mg2 + ions, which leads to a negative charge accumulation distributed between the coverslips. The charge balance is achieved by inserting positive counter ions between these coverslips, these being typically sodium ions, commonly called exchangeable cations [Patent, Pl 0601384-8 A. Patent, Pl 0515822-2 A. Paiva, L. B .; Morales A. R .; Diaz, F. R. V .. Organophilic clays: characteristics, preparation methodologies, intercalation compounds and characterization techniques. Pottery, v. 54, p. 213-226, 2008. Rabbit, Α. YOU.; Santos, P. S .; Santos, H. S .. Special Clays: Chemically Modified Clays: A Review. New Chemistry, v. 30, p. 1282-1294, 2007. Paul, D. R .; Roberson, L.M .. Polymer Nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008].

Quando argilominerais montmoriloníticos no estado natural, anidros, são colocados em contato com água, os cátions trocáveis se hidratam e, com isto, as moléculas do solvente se inserem entre as lamelas. Este processo, chamado de inchamento, faz com que o espaçamento basal aumente, chegando à separação total das lamelas quando as distâncias interplanares ficam superiores a 4 nm. As ligações fracas entre estas estruturas e o elevado grau de substituição isomórfica tornam fácil a clivagem em meio líquido das partículas de argilominerais montmoriloníticos. Devido a estas características, as partículas de montmorilonita são, em geral, de pequeno tamanho e extremamente finas [Paul, D. R.; Roberson, L. M.. Polymer nanotèchnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008].When anhydrous montmorillonite clay minerals are brought into contact with water, the exchangeable cations hydrate and thereby the solvent molecules insert between the coverslips. This process, called swelling, causes the basal spacing to increase, reaching the total separation of the lamellae when the interplanar distances are greater than 4 nm. The weak bonds between these structures and the high degree of isomorphic substitution make it easy to cleave the montmorillonite clay particles in a liquid medium. Because of these characteristics, montmorillonite particles are generally small in size and extremely thin [Paul, D. R .; Roberson, L.M .. Polymer Nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008].

A propriedade inerente de inchamento das argilas torna possível a modificação química da superfície de suas estruturas. Após a realização deste processo, os íons Na+ entre as lamelas (os argilominerais montmoriloníticos podem conter outros contra-íons inseridos entre suas lamelas. No entanto, o mais comum são as estruturas contendo íons sódio) ficam susceptíveis à troca por outros cátions, através de reações químicas estequiométricas. O principal foco da modificação química das argilas vem sendo direcionado à ciência dos materiais, cujo objetivo é a obtenção de argilas organofílicas para aplicação em nanocompósitos poliméricos. As argilas modificadas são empregadas como aditivos (agentes de reforço, de barreira e de controle reológico) em diversos termoplásticos e elastômeros, sendo o seu uso de grande importância comercial [Sinha Ray, S.; Okamoto, M.. Polymer/layered silicate nanocomposites: A review from preparation to processing. Progress in Polymer Science, v. 28, p. 1539-1641, 2003].The inherent swelling property of clays makes it possible to chemically modify the surface of their structures. Following this process, Na + ions between the lamellae (montmorillonite clay minerals may contain other counterions inserted between their lamellae. However, the most common are sodium ion-containing structures) are susceptible to exchange by other cations via stoichiometric chemical reactions. The main focus of the chemical modification of clays has been directed to materials science, whose objective is to obtain organophilic clays for application in polymeric nanocomposites. Modified clays are used as additives (reinforcing, barrier and rheological control agents) in various thermoplastics and elastomers, and their use is of great commercial importance [Sinha Ray, S .; Okamoto, M .. Polymer / layered silicate nanocomposites: A review from preparation to processing. Progress in Polymer Science, v. 28, p. 1539-1641, 2003].

As propriedades dos compósitos polímero/argila obtidos estão fortemente relacionadas com o grau de delaminação e dispersão da argila na matriz polimérica. Quando a argila encontra-se dispersa em escala nanométrica, o produto obtido é chamado de nanocompósito. Nesta escala, mesmo em pequenas quantidades (geralmente inferiores a 5 % em massa), a presença das argilas exibe melhorias nas propriedades mecânicas, térmicas, óticas e físico-químicas dos polímeros, em comparação aos polímeros puros e aos compósitos poliméricos tradicionais [Patente, Pl 0701345-0 A2. Patente, Pl 0701188-1 A2. Paul, D. R.; Roberson, L M.. Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008. Camargo, Ρ. H. C.; Satyanarayana, K. G.; Wypych, F.. Nanocomposites: Synthesis, Structure, Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009],The properties of the polymer / clay composites obtained are strongly related to the degree of clay delamination and dispersion in the polymer matrix. When the clay is nanoscale dispersed, the product obtained is called nanocomposite. On this scale, even in small quantities (generally less than 5% by mass), the presence of clays exhibits improvements in the mechanical, thermal, optical and physicochemical properties of polymers compared to pure polymers and traditional polymer composites [Patent Pl 0701345-0 A2. Patent, Pl 0701188-1 A2. Paul, D. R .; Roberson, L.M. Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008. Camargo, Ρ. H. C .; Satyanarayana, K. G .; Wypych, F. .. Nanocomposites: Synthesis, Structure, Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009],

O campo de aplicação dos polímeros tem sido largamente ampliado nos últimos anos, ocupando espaços antes pertencentes aos outros materiais como as cerâmicas e metais [Camargo, Ρ. H. C.; Satyanarayana, K. G.; Wypych, F.. Nanocomposites: Synthesis, Structure, Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009]. Estas novas aplicações requerem, necessariamente, novas propriedades muitas vezes não alcançadas com o emprego do polímero puro. É dentro deste contexto que está inserido o ramo da química de materiais que trata da modificação das propriedades destes sólidos, através da preparação de nanocompósitos polímero/nanoargila. Estas nanoargilas também são convenientemente chamadas de nanocargas. A utilização de nanocargas permite o melhoramento das propriedades de barreira, estabilidade térmica e dimensional, retardância à chama e propriedades mecânicas com o emprego de baixos teores de carga (até 5 % em massa) o que os diferencia dos compósitos tradicionais, onde a porcentagem em massa pode chegar a 40 %. O interesse nos nanocompósitos polímero/nanoargila cresceu rapidamente desde a descoberta feita por um grupo de pesquisadores da Toyota. Eles obtiveram nanocompósitos de nylon-6/argila organofílica por meio do processo de polimerização in situ da ε-caprolactona. O resultado foi uma melhoria significativa em diversas propriedades quando comparadas àquelas do polímero puro [Ray, S. S.; Okamoto, M.. Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing. Progress in Polymer Science, v. 28, p. 1539-1641, 2003].The field of application of polymers has been greatly expanded in recent years, occupying spaces previously belonging to other materials such as ceramics and metals [Camargo, Ρ. H. C .; Satyanarayana, K. G .; Wypych, F. .. Nanocomposites: Synthesis, Structure, Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009]. These new applications necessarily require new properties often not achieved with the use of pure polymer. It is within this context that the branch of materials chemistry that deals with the modification of the properties of these solids, through the preparation of polymer nanocomposites, is inserted. These nanoclays are also conveniently called nanocarbons. The use of nanocharges allows the improvement of barrier properties, thermal and dimensional stability, flame retardance and mechanical properties with the use of low load contents (up to 5% by mass) which differentiates them from traditional composites, where the percentage in mass can reach 40%. Interest in polymer nanocomposites has grown rapidly since the discovery by a group of Toyota researchers. They obtained nylon-6 / organophilic clay nanocomposites by the in situ polymerization process of ε-caprolactone. The result was a significant improvement in several properties compared to those of pure polymer [Ray, S. S .; Okamoto, M .. Polymer / layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing. Progress in Polymer Science, v. 28, p. 1539-1641, 2003].

Dependendo da natureza dos componentes usados e do método de preparação, dois tipos de nanocompósitos polímero/nanoargila podem ser obtidos: /) Nanocompósitos com estrutura intercalada: são formados quando a cadeia polimérica está intercalada entre as Iamelas de um silicato, resultando em uma morfologia em multicamadas bem ordenada, com alternância entre as fases inorgânica e orgânica; /'/) Nanocompósitos com estrutura esfoliada: são formados quando as Iamelas das argilas estão dispersas uniformemente (esfoliadas) como entidades individuais em uma matriz polimérica contínua [Camargo, Ρ. H. C.; Satyanarayana, K. G.; Wypych1 F.. Nanocomposites: Synthesis1 Structure1 Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009]. A Figura 1 traz uma representação esquemática das estruturas destes tipos de nanocompósitos. Análises por difratometria de raios X e microscopia eletrônica de transmissão são usualmente empregadas na caracterização estrutural destes materiais [Patente, Pl 0601384-8 A],Depending on the nature of the components used and the method of preparation, two types of polymer / nanoargyl nanocomposites can be obtained: /) Interleaved nanocomposites: These are formed when the polymeric chain is interspersed between the silamines, resulting in a morphology in which they are formed. well-ordered multilayer, alternating between inorganic and organic phases; / '/) Nanocomposites with Exfoliated Structure: They are formed when clay yamels are uniformly dispersed (exfoliated) as individual entities in a continuous polymeric matrix [Camargo, Ρ. H. C .; Satyanarayana, K. G .; Wypych1 F .. Nanocomposites: Synthesis1 Structure1 Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009]. Figure 1 shows a schematic representation of the structures of these types of nanocomposites. X-ray diffractometry and transmission electron microscopy analyzes are usually employed in the structural characterization of these materials [Patent, Pl 0601384-8 A],

Diferentes metodologias podem ser empregadas na preparação de nanocompósitos polímero/nanoargila. Os quatro principais processos são: i) Esfoliação-adsorção; /'/) Intercalação por polimerização in situ; /77) Intercalação no estado fundido; /V) Síntese em matriz polimérica.Different methodologies may be employed in the preparation of polymer nanocomposites. The four main processes are: i) Exfoliation-adsorption; / '/) In situ polymerization interleaving; / 77) Merging in the molten state; / V) Synthesis in polymeric matrix.

O primeiro relato que demonstra a possibilidade de obtenção de nanocompósitos diretamente por intercalação do polímero fundido foi aquele feito por Giannelis e colaboradores [Vaia, R. A.; Giannelis, E. P.. Lattice of polymer melt intercalation in organically-modified Iayered silicates. Macromolecules, v. 30, p. 7990-7999, 1997]. Esta metodologia tornou-se o principal meio de obtenção destes materiais, por ser a alternativa mais eficiente, simples e econômica. Além disso, é uma técnica ambientalmente apropriada e compatível com processos industriais por não utilizarem solventes.The first report that demonstrates the possibility of obtaining nanocomposites directly by intercalation of the molten polymer was that made by Giannelis et al. [Vaia, R. A .; Giannelis, E. P. Lattice of polymer melt intercalation in organically modified Iayered silicates. Macromolecules, v. 30, p. 7990-7999, 1997]. This methodology has become the main means of obtaining these materials, as it is the most efficient, simple and economical alternative. In addition, it is an environmentally appropriate technique and compatible with industrial processes as it does not use solvents.

Nesta técnica, o polímero fundido é misturado com a argila de forma a permitir a intercalação das cadeias poliméricas entre as suas lamelas. Dependendo do grau de penetração do polímero entre estas Iamelas1 os nanocompósitos são obtidos com estruturas variando de intercalada à delaminada. Os materiais poliméricos resultantes de uma expansão finita das lamelas produzem nanocompósitos intercalados. Quando a penetração das cadeias poliméricas é suficiente para aumentar a distância interlamelar, a ponto de anular o efeito das forças atrativas entre as mesmas, obtém-se um nanocompósito delaminado, onde as Iamelas passam a se comportar como entidades individuais dispersas na matriz polimérica [Paul, D. R.; Roberson, L. M.. Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008],In this technique, the molten polymer is mixed with the clay to allow intercalation of the polymer chains between their coverslips. Depending on the degree of polymer penetration between these lines1 nanocomposites are obtained with structures ranging from interleaved to delaminated. The polymeric materials resulting from finite expansion of the lamellae produce intercalated nanocomposites. When the penetration of the polymeric chains is sufficient to increase the interlamellar distance, to the point of nullifying the effect of the attractive forces between them, a delamined nanocomposite is obtained, where the lamellas start to behave as individual entities dispersed in the polymeric matrix [Paul , DR; Roberson, L.M .. Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008],

A modificação empregando sais de amônio introduz um caráter hidrofóbico à argila, reduzindo sua tensão superficial e, conseqüentemente melhorando a compatibilidade com a matriz polimérica. Este processo também aumenta o espaçamento entre as lamelas, facilitando a intercalação do polímero e com isto, a delaminação da argila. As argilas modificadas pelos sais de alquilamônio e alquilfosfônio são conhecidas como argilas organofílicas. Estas argilas são, atualmente, um dos principais precursores para a obtenção de nanocompósitos. Porém, estas apresentam algumas limitações frente às exigências na área de materiais compósitos [Patente, Pl 0601384-8 A].Modification employing ammonium salts introduces a hydrophobic character to clay, reducing its surface tension and consequently improving compatibility with the polymer matrix. This process also increases the spacing between the coverslips, facilitating polymer intercalation and thereby delamination of the clay. Clays modified by alkylammonium and alkylphosphonium salts are known as organophilic clays. These clays are currently one of the main precursors for obtaining nanocomposites. However, these have some limitations compared to the requirements in the field of composite materials [Patent, Pl 0601384-8 A].

É conhecido que as propriedades de materiais compósitos estão fortemente relacionadas com o grau de dispersão da partícula inorgânica assim como do grau de interação da matriz polimérica com a mesma. A argila, ao ser tratada com alguns sais de amônio, por exemplo, apresenta fraca interação Iamela-Iamela e partícula-partícula. Devido a isto, ela sofre um alto grau de delaminação e, portanto, de dispersão da argila na matriz do polímero. No entanto, este tratamento químico resulta ao mesmo tempo em uma fraca interação com o polímero. Em vista disso, apesar do nanocompósito apresentar um elevado grau de delaminação da argila na matriz polimérica, dados de literatura mostram que, em alguns casos, não foram obtidas propriedades mecânicas superiores à de compósitos tradicionais.It is known that the properties of composite materials are strongly related to the degree of dispersion of the inorganic particle as well as the degree of interaction of the polymeric matrix with it. Clay, when treated with some ammonium salts, for example, has poor Iamela-Iamela and particle-particle interaction. Because of this, it undergoes a high degree of delamination and therefore of dispersion of the clay in the polymer matrix. However, this chemical treatment results in poor interaction with the polymer at the same time. In view of this, although nanocomposite presents a high degree of clay delamination in the polymeric matrix, literature data show that, in some cases, no mechanical properties superior to traditional composites were obtained.

O fato de alguns sais de amônio bloquearem o acesso das cadeias poliméricas aos sítios polares da argila é o que causa a fraca interação entre o polímero e esta carga. Além disso, os sais de amônio usualmente empregados na modificação química não possuem grupos funcionais em suas estruturas capazes de promover ligação química com a argila ou mesmo uma interação adequada com esta matriz [Pinavaia, T. J.; et al. Homostructured mixed organic and inorganic cation exchange tapered compositions. Int C13B22 C01B 033/24. US 5,993,769. 14 May 1998, 30 Nov. 1999].The fact that some ammonium salts block the access of the polymer chains to the clay polar sites is what causes the weak interaction between the polymer and this charge. In addition, the ammonium salts usually employed in chemical modification do not have functional groups in their structures capable of promoting chemical bonding with clay or even proper interaction with this matrix [Pinavaia, T. J .; et al. Homostructured mixed organic and inorganic cation exchange tapered compositions. Int C13B22 C01B 033/24. US 5,993,769. 14 May 1998, 30 Nov. 1999].

Outro fator importante está relacionado à baixa estabilidade térmica dos sais de amônio [Park, C. I.; et al. The fabrication of syndiotactic polystyrene/organophilic clay nanocomposites and their properties. Polymer1 v. 42, p. 7465-7475, 2001], Conforme já descrito, o principal método de obtenção do nanocompósito é via intercalação ao polímero no estado fundido. Neste método, a mistura do polímero com a argila é realizada em equipamentos como extrusoras, calandras, misturadores internos, entre outros. A mistura polietileno/argila é submetida a altas temperaturas e altas taxas de cisalhamento. Sob estas condições, os sais de amônio não são suficientemente estáveis, sofrendo eliminação de Hoffman [Fornes, T. D.; Yoon, P. J.; Paul, D. R.. Polymer matrix degradation and color formation in melt processed nylon 6/clay nanocomposites. Polymer, v. 44, p. 7545-7556, 2003].Another important factor is related to the low thermal stability of ammonium salts [Park, C. I .; et al. The manufacture of syndiotactic polystyrene / organophilic clay nanocomposites and their properties. Polymer1 v. 42, p. 7465-7475, 2001], As already described, the principal method of obtaining the nanocomposite is via melt-polymer intercalation. In this method, the polymer is mixed with clay in equipment such as extruders, calenders, internal mixers, among others. The polyethylene / clay mixture is subjected to high temperatures and high shear rates. Under these conditions, ammonium salts are not sufficiently stable, being eliminated by Hoffman [Fornes, T. D .; Yoon, P. J .; Paul, D. R .. Polymer matrix degradation and color formation in melt processed nylon 6 / clay nanocomposites. Polymer, v. 44, p. 7545-7556, 2003].

Análises termogravimétricas revelaram que a degradação dos sais de amônio ocorre em temperaturas próximas de 180 0C sob atmosfera não oxidante. Como muitos polímeros são processados em temperaturas próximas ou superiores a 180 °C, os produtos oriundos da degradação dos sais de amônio podem atuar como pró-degradantes da matriz polimérica, induzindo o aparecimento de cor e comprometendo a estabilidade térmica e propriedades do produto final [Patente, Pl 0601384-8 A],Thermogravimetric analysis revealed that the degradation of ammonium salts occurs at temperatures around 180 ° C under non-oxidizing atmosphere. As many polymers are processed at temperatures close to or above 180 ° C, ammonium salt degradation products can act as degraders of the polymeric matrix, inducing color appearance and compromising the thermal stability and properties of the final product [ Patent, Pl 0601384-8 A],

Em vista das limitações mencionadas acima, há a necessidade de se desenvolver novos processos de modificação química da argila que venham a substituir os tradicionais sais de amônio por outros agentes modificadores. Isto está baseado no sentido de atender os requisitos de estabilidade térmica, capacidade de intumescimento do mineral, bem como o de promover uma melhora na interação entre o mineral e o polímero.In view of the limitations mentioned above, there is a need to develop new chemical clay modification processes that will replace traditional ammonium salts with other modifying agents. This is based on meeting the requirements of thermal stability, mineral swelling capacity, as well as promoting an improved interaction between the mineral and the polymer.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

A presente invenção relata uma nova metodologia para a produção de argila expandida a partir da modificação química de uma argila pura por um agente tensoativo derivado principalmente de um ácido carboxílico, ou outro tensoativo que tenha as características desejadas, como por exemplo, um derivado de alquil ou propil sulfato. A argila é submetida a um tratamento químico, em solução aquosa, na presença do agente tensoativo adequado, sob auxílio de agitação mecânica. O agente tensoativo em questão também atua como agente de intumescimento, isto é, aumenta o espaçamento entre as Iamelas da argila. Uma vez expandida, e estando o tensoativo em seu interior separando suas lamelas, um agente químico com capacidade de reagir com o tensoativo é introduzido na solução contendo a argila, a fim de alterar as características do tensoativo, de modo a fazer com que o mesmo precipite no interior das lamelas. Ao mesmo tempo, o agente tensoativo atua como modificador de superfície do mineral, deixando em sua superfície grupos funcionais apolares capazes de atuar como modificadores de polaridade da argila, a qual se torna hidrofóbica, podendo, desta forma, interagir fortemente com uma matriz polimérica apoiar.The present invention relates to a novel methodology for the production of expanded clay from the chemical modification of a pure clay by a surfactant derived primarily from a carboxylic acid or other surfactant having the desired characteristics, such as an alkyl derivative. or propyl sulfate. The clay is subjected to a chemical treatment in aqueous solution in the presence of the appropriate surfactant with the aid of mechanical stirring. The surfactant in question also acts as a swelling agent, that is, it increases the spacing between the clay wires. Once expanded, and the surfactant inside separating its coverslips, a chemical agent capable of reacting with the surfactant is introduced into the solution containing the clay in order to alter the surfactant characteristics so as to cause the surfactant to dissolve. precipitate inside the coverslips. At the same time, the surfactant acts as a mineral surface modifier, leaving on its surface nonpolar functional groups capable of acting as polarity modifiers of the clay, which becomes hydrophobic, and can thus interact strongly with a polymeric matrix. .

A argila expandida, obtida pelo método descrito por esta invenção, apresenta um espaçamento basal comparável àqueles das argilas organofílicas obtidas através da modificação química da argila pura por sais de amônio. O custo associado ao método descrito na presente invenção é estimado como sendo 3 vezes inferior aos métodos que utilizam sais de amônio, baseando-se nos preços obtidos através dos fornecedores do agente tensoativo derivado de ácido carboxílico ou derivado de alquil ou propil sulfato e de diferentes sais de amônio primário, terciário e quartenário disponíveis no mercado.Expanded clay, obtained by the method described by this invention, has a basal spacing comparable to those of organophilic clays obtained by chemical modification of pure clay by ammonium salts. The cost associated with the method described in the present invention is estimated to be 3 times lower than the methods using ammonium salts, based on the prices obtained from the suppliers of carboxylic acid derived or alkyl or propyl sulfate surfactant and different commercially available primary, tertiary and quaternary ammonium salts.

A argila expandida obtida por este novo método possui estabilidade térmica na faixa de temperatura de processamento dos polímeros de interesse neste trabalho (cerca de 220 0C). Esta estabilidade previne a perda das propriedades mecânicas e físicas do polímero em função de uma possível degradação durante o processamento com a argila.The expanded clay obtained by this new method has thermal stability in the processing temperature range of the polymers of interest in this work (about 220 ° C). This stability prevents the loss of mechanical and physical properties of the polymer due to possible degradation during processing with the clay.

Com isto, os objetivos a serem alcançados com a presente invenção são os seguintes:Thus, the objectives to be achieved with the present invention are as follows:

1) Substituição de sais de amônio por outro agente modificador que apresente estabilidade térmica na faixa de temperatura de processamento dos polímeros de interesse neste trabalho;1) Replacement of ammonium salts by another modifying agent that presents thermal stability in the processing temperature range of the polymers of interest in this work;

2) Substituição de sais de amônio por outro agente modificador de menor custo;2) Replacement of ammonium salts with another lower cost modifying agent;

3) Recobrimento da superfície da argila com um agente modificador que tenha a capacidade de atuar como promotor de adesão entre o polímero e o mineral; 4) Obtenção de uma argila modificada com potencial de atuar como agente de reforço em matrizes poliméricas;3) Coating the clay surface with a modifying agent that has the ability to act as an adhesion promoter between polymer and mineral; 4) Obtaining a modified clay with potential to act as a reinforcing agent in polymeric matrices;

5) Obtenção de uma argila modificada com potencial de atuar como agente de barreira a gases em matrizes poliméricas.5) Obtaining a modified clay with potential to act as a gas barrier agent in polymeric matrices.

DESCRIÇÃO DAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

A presente invenção será pormenorizadamente descrita com base nas figuras abaixo relacionadas, nas quais:The present invention will be further described based on the following related figures, in which:

a figura 1 ilustra a representação esquemática da estrutura de dois tipos de compósitos oriundos da interação entre agentes modificadores de superfície com polímeros;Figure 1 illustrates the schematic representation of the structure of two types of composites derived from the interaction between polymer surface modifying agents;

a figura 2 ilustra a representação esquemática da estrutura de uma montmorilonita de sódio, adaptada da referência Polymer, v. 49, p. 3187-3204, 2008;Figure 2 illustrates the schematic representation of the structure of a sodium montmorillonite, adapted from Polymer reference, v. 49, p. 3187-3204, 2008;

a figura 3 apresenta os espectros de absorção na região do infravermelho da argila pura e modificada;Figure 3 shows the infrared absorption spectra of pure and modified clay;

a figura 4 apresenta os difratogramas de raios X obtidos para argila pura e modificada;Figure 4 shows the X-ray diffractograms obtained for pure and modified clay;

a figura 5 ilustra a curva termogravimétrica da argila pura; eFigure 5 illustrates the thermogravimetric curve of pure clay; and

a figura 6 ilustra a curva termogravimétrica da argila modificada.Figure 6 illustrates the thermogravimetric curve of the modified clay.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

A argila empregada na presente invenção é natural, pertence a família dos filossilicatos, preferencialmente do grupo 2:1. Sua estrutura em lamelas é constituída por tetraedros de sílica e octaedros de oxido de alumínio. Nas posições tetraédricas pode haver substituição isomórfica de sítios de Si4+ por Al3+ e nas posições octaédricas, o cátion pode ser Al3+, Mg2+, Fe2+ ou outro. Uma representação esquemática da estrutura de uma montmorilonita de sódio é mostrada na Figura 2 [Patente, Pl 0601384-8 A. Patente, Pl 0515822-2 A. Camargo, Ρ. H. C.; Satyanarayana, K. G.; Wypych, F.. Nanocomposites: Synthesis, Structure1 Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009. Coelho, Α. V. C.; Santos, P. S.; Santos, H. S.. Argilas especiais: argilas quimicamente modificadas: Uma revisão. Química Nova, v. 30, p. 1282-1294, 2007. Paul, D. R.; Roberson, L. M.. Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008]. O agente tensoativo derivado de ácido carboxílico recomendado para esta invenção é o estearato de sódio, CH3(CH2)I6COO Na+. O agente tensoativo derivado de alquil sulfato recomendado para esta invenção é o lauril sulfato de sódio, CH3(CH2)IiSO4 Na+. Contudo, todos os ácidos carboxílicos, alquil sulfatos e propil sulfatos na forma de sal de sódio ou potássio, que precipitem quando na presença de um sal de cálcio, bário, magnésio, ferro, alumínio, prata ou cobre (qualquer elemento que possibilite a precipitação do agente interfacial quando no interior da argila), podem ser utilizados nesta invenção.The clay employed in the present invention is natural, belongs to the family of phyllosilicates, preferably from the 2: 1 group. Its lamellar structure consists of silica tetrahedra and aluminum oxide octahedra. In tetrahedral positions there may be isomorphic substitution of Si4 + sites by Al3 + and in octahedral positions, the cation may be Al3 +, Mg2 +, Fe2 + or other. A schematic representation of the structure of a sodium montmorillonite is shown in Figure 2 [Patent, Pl 0601384-8 A. Patent, Pl 0515822-2 A. Camargo, Ρ. H. C .; Satyanarayana, K. G .; Wypych, F. .. Nanocomposites: Synthesis, Structure1 Properties and New Application Opportunities. Materials Research, 12, 1-39, 2009. Rabbit, Α. YOU.; Santos, P. S .; Santos, H. S .. Special Clays: Chemically Modified Clays: A Review. New Chemistry, v. 30, p. 1282-1294, 2007. Paul, D. R .; Roberson, L.M .. Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49, 3187-3204, 2008]. The recommended carboxylic acid derived surfactant for this invention is sodium stearate, CH3 (CH2) 16 COO Na +. The recommended alkyl sulfate derived surfactant for this invention is sodium lauryl sulfate, CH3 (CH2) 10 SO4 Na +. However, all carboxylic acids, alkyl sulphates and propyl sulphates in the form of sodium or potassium salt which precipitate when in the presence of a calcium, barium, magnesium, iron, aluminum, silver or copper salt (any element which enables precipitation interfacial agent when inside the clay) may be used in this invention.

Na presente invenção, a quantidade do agente tensoativo recomendada para a obtenção da argila modificada é de até 64 %, baseada na massa da argila pura.In the present invention, the amount of surfactant recommended for obtaining modified clay is up to 64% based on the mass of the pure clay.

Na presente invenção, emprega-se um sal de metal (alcalino terroso ou, por exemplo, Al, Fe, Cu ou Ag) para a precipitação do agente modificador entre as Iamelas da argila, mantendo a mesma com o espassamento adequado para aplicação no polímero, o qual pode ser qualquer termoplástico ou polímero de engenharia. Recomenda-se o uso de cloreto de cálcio, no entanto, esta recomendação não limita a invenção à forma aqui revelada. Outros sais podem também ser empregados. Por exemplo, citamos o cloreto de magnésio, cloreto de alumínio ou os cloretos de ferro, alumínio, prata ou cobre. Da mesma forma, podem ser empregados os mesmos cátions com os ânions fluoreto, brometo e iodeto.In the present invention, a metal salt (alkaline earth or, for example, Al, Fe, Cu or Ag) is employed to precipitate the modifying agent between the clay lamellas, maintaining it with the suitable sparse for application in the polymer. which may be any engineering thermoplastic or polymer. The use of calcium chloride is recommended, however, this recommendation does not limit the invention to the form disclosed herein. Other salts may also be employed. For example, we mention magnesium chloride, aluminum chloride or iron, aluminum, silver or copper chlorides. Similarly, the same cations may be employed with fluoride, bromide and iodide anions.

No processo de tratamento químico da argila, é recomendado o emprego de água como solvente. Na presente invenção, não há a necessidade de correções no pH deste solvente.In the process of chemical treatment of clay, the use of water as a solvent is recommended. In the present invention, there is no need for pH corrections of this solvent.

O método de obtenção de argila expandida com o uso do agente tensoativo derivado de ácido carboxílico ou derivado de alquil sulfato ou propil sulfato, método este que é um dos objetos da presente patente, apresenta as seguintes etapas:The method of obtaining expanded clay using the carboxylic acid derived or alkyl sulfate or propyl sulfate surfactant, which is one of the objects of the present invention, has the following steps:

1. Transferir o volume adequado de água à um recipiente, a fim de proceder o inchamento da argila;1. Transfer the appropriate volume of water to a container to swell the clay;

2. Inchar a argila em água;2. Swell the clay in water;

3. Manter a mistura argila/água em repouso por, no mínimo, 20 h, mais preferencialmente, 24 h;3. Keep the clay / water mixture at rest for at least 20 hours, more preferably 24 hours;

4. Agitar mecanicamente e vigorosamente a mistura argila/água por 20 min;4. Shake the clay / water mixture mechanically and vigorously for 20 min.

5. Manter a suspensão, após agitação, em repouso por, no mínimo, 20 h, mais preferencialmente, 24 h;5. Keep the suspension, after shaking, at rest for at least 20 h, more preferably 24 h;

6. Filtrar a suspensão em malha ABNT 200 mesh;6. Filter the mesh suspension ABNT 200 mesh;

7. Preparar uma solução contendo o agente tensoativo derivado de ácido carboxílico e mantê-la à temperatura entre 55 °C - 75 °C, mais preferencialmente entre 60 °C - 70 °C e muito mais preferencialmente que esteja a 65 °C. No caso dos agentes tensoativos derivados de alquil sulfato ou propil sulfato não há a necessidade de aquecer a solução acima da temperatura ambiente;7. Preparing a solution containing the carboxylic acid derived surfactant and maintaining it at a temperature between 55 ° C - 75 ° C, more preferably between 60 ° C - 70 ° C and most preferably at 65 ° C. In the case of alkyl sulfate or propyl sulfate surfactants there is no need to heat the solution above room temperature;

8. Adicionar a solução do agente tensoativo derivado de ácido carboxílico, derivado de alquil sulfato ou derivado de propil sulfato, na temperatura especificada no item acima, à argila inchada em água e manter a suspensão argila/água sob agitação mecânica vigorosa por 20 min;8. Add the solution of the carboxylic acid derived, alkyl sulfate derived or propyl sulfate derived surfactant at the temperature specified in the above to the water-swollen clay and keep the clay / water suspension under vigorous mechanical stirring for 20 min;

9. Manter a suspensão em repouso por, no mínimo, 20 h, mais preferencialmente, 24 h;9. Keep the suspension at rest for at least 20 h, more preferably 24 h;

10. Aquecer a mistura de reação a uma temperatura entre 55 0C - 75 0C1 mais preferencialmente entre 60 °C - 70 °C e muito mais preferencialmente que esteja a 65 °C. A mistura de reação preparada com os agentes tensoativos derivados de alquil sulfato ou de propil sulfato não necessitam de aquecimento acima da temperatura ambiente;10. Heating the reaction mixture to a temperature between 55 ° C - 75 ° C, more preferably between 60 ° C - 70 ° C and most preferably at 65 ° C. The reaction mixture prepared with the alkyl sulfate or propyl sulfate derived surfactants does not require heating above room temperature;

11. Adicionar à mistura de reação, sob agitação mecânica vigorosa, uma suspensão contendo um elemento químico na forma de sal de halogeneto (por exemplo, cloreto de cálcio). Deixar a mistura reacional sob agitação por 20 min;11. Add to the reaction mixture, under vigorous mechanical agitation, a suspension containing a chemical element in the form of halide salt (eg calcium chloride). Allow the reaction mixture to stir for 20 min;

12. Manter a mistura de reação em repouso por 24 h;12. Keep the reaction mixture at rest for 24 h;

13. Findo o tempo de reação, filtrar a mistura usando tela com malha ABNT 500 mesh. O material também pode, antes da filtração, receber a adição de álcool etílico, para facilitar a filtração e secagem. Para cada parte da suspensão contendo a argila modificada, 2 partes do álcool etílico (mistura 1:2). Também é possível preparar misturas da suspensão argila modificada: álcool etílico com as seguintes proporções: 1:1 e 1:3, sem mudanças nas características do produto final;13. After reaction time, filter the mixture using ABNT 500 mesh screen. The material may also, prior to filtration, be added with ethyl alcohol to facilitate filtration and drying. For each part of the suspension containing the modified clay, 2 parts of the ethyl alcohol (1: 2 mixture). Mixtures of the modified clay: ethyl alcohol suspension can also be prepared in the following proportions: 1: 1 and 1: 3, without changes in the characteristics of the final product;

14. Secar a argila modificada à temperatura de 65 0C até que esteja completamente livre de água;14. Dry the modified clay at 65 ° C until completely free of water;

15. Moer a argila modificada em moinho de bolas por um período de tempo suficiente para que as partículas da argila passem por malha ABNT 250 mesh.15. Grind the modified clay in a ball mill for sufficient time to allow the clay particles to pass through the ABNT 250 mesh.

A argila modificada, obtida através do processo acima explanado, possui algumas características importantes, não observadas em argilas modificadas por processos pertencentes ao estado da técnica. Estas características são:Modified clay, obtained through the process explained above, has some important characteristics not observed in clays modified by prior art processes. These features are:

• Elevado espaçamento basal, o que facilita a intercalação de macromoléculas, como polímeros;• High basal spacing, which facilitates the intercalation of macromolecules such as polymers;

• Estabilidade térmica na faixa de temperatura de processamento dos polímeros de interesse neste trabalho, o que previne a perda de propriedades físicas, mecânicas e térmicas de matrizes poliméricas durante eventuais etapas de processamento que envolva altas taxas de cisalhamento e temperaturas;• Thermal stability in the processing temperature range of the polymers of interest in this work, which prevents the loss of physical, mechanical and thermal properties of polymeric matrices during eventual processing steps involving high shear rates and temperatures;

• Existência de grupos funcionais apolares em sua superfície, o que permite uma boa adesão com diversas matrizes poliméricas;• Existence of nonpolar functional groups on its surface, which allows a good adhesion with several polymeric matrices;

• Custos inferiores em relação às argilas organofílicas baseadas em sais de amônio;• Lower costs compared to ammonium salt-based organophilic clays;

• Baixa toxidez do agente interfacial comparado com os sais de amônio.• Low toxicity of interfacial agent compared to ammonium salts.

De modo a ilustrar mais claramente a presente invenção, três exemplos são descritos abaixo. Deve-se considerar que estes exemplos são apenas ilustrativos e não limitam a invenção divulgada aqui. EXEMPLO 1 - Preparação da argila modificada produzindo o estearato do sódio in situIn order to more clearly illustrate the present invention, three examples are described below. It should be understood that these examples are illustrative only and do not limit the invention disclosed herein. EXAMPLE 1 - Preparation of modified clay producing sodium stearate in situ

Primeiramente, 300 g da argila pura foram inchados em 7500 mL de H2O. O procedimento é realizado pelo espalhamento de pequenas quantidades da argila sobre a superfície da água. Quando esta absorvia água e precipitava, espalhava-se mais argila sobre a água. O procedimento foi repetido até que toda a argila foi adicionada à água. O tempo total para este procedimento é dependente da quantidade de argila a ser inchada. Depois disso, a mistura resultante foi mantida em repouso por 24 h.First, 300 g of pure clay was swollen in 7500 mL of H2O. The procedure is performed by spreading small amounts of clay over the water surface. When it absorbed water and precipitated, more clay was scattered over the water. The procedure was repeated until all the clay was added to the water. The total time for this procedure is dependent on the amount of clay to be swollen. Thereafter, the resulting mixture was kept at rest for 24 h.

Transcorrido este período, a mistura argila/água foi colocada em um liqüidificador industrial de capacidade para 25 L, e mantida sob agitação por 20 min. Após a agitação, a suspensão resultante foi mantida em repouso por 24 h. Em seguida, a suspensão foi filtrada por malha ABNT 200 mesh e colocada novamente dentro do liqüidificador industrial. Paralelamente, preparou-se uma solução incolor contendo 24 g de NaOH em 3750 mL de água. A solução foi aquecida a 65 0C e em seguida recebeu a adição de 168 g de ácido esteárico. O estearato de sódio assim produzido foi diluído pela adição de 3750 mL de água, levando a um volume final da solução de estearato de sódio de 7500 mL. A solução de estearato de sódio a 65 0C foi adicionada, sob agitação, à suspensão de argila que estava no liqüidificador e a mistura resultante foi mantida sob agitação por 20 min. Passado este tempo, foi mantida em repouso por 24 h. Após as 24 h de repouso, a mistura reacional transformou-se em um gel. Este gel foi transferido para um recipiente adequado e, conforme foi sendo aquecido voltou à fase líquida. Quando a suspensão atingiu 65 0C foi transferida novamente para o liqüidificador e recebeu a adição imediata de uma suspensão contendo 49,05 g de CaCb em 900 mL de H2O e deixou-se a mistura reacional sob agitação por 20 min e depois, em repouso por 24 h.After this time, the clay / water mixture was placed in a 25 L industrial blender and stirred for 20 min. After stirring, the resulting suspension was kept at rest for 24 h. The suspension was then filtered through ABNT 200 mesh and placed back into the industrial blender. At the same time, a colorless solution containing 24 g of NaOH in 3750 ml of water was prepared. The solution was heated to 65 ° C and then 168 g of stearic acid was added. The sodium stearate thus produced was diluted by the addition of 3750 mL of water, leading to a final volume of 7500 mL sodium stearate solution. Sodium stearate solution at 65 ° C was added with stirring to the clay suspension in the blender and the resulting mixture was stirred for 20 min. After this time, it was kept at rest for 24 h. After 24 hr, the reaction mixture turned to a gel. This gel was transferred to a suitable container and as it was heated returned to the liquid phase. When the suspension reached 65 ° C it was transferred back to the blender and immediately added with a suspension containing 49.05 g CaCb in 900 mL H2O and the reaction mixture was allowed to stir for 20 min and then allowed to stand. 24 h.

Terminada a reação, a suspensão contendo a argila modificada recebeu a adição de álcool etílico (relação de 1:2, argila modificada : álcool etílico). Após a adição do álcool, a mistura resultante foi mantida em repouso por 24 h e depois filtrada por malha ABNT 500 mesh. A fase sólida, isolada através da filtração, foi secada à temperatura de 65 0C até que ficasse completamente seca. A argila modificada foi, em seguida, transferida para um moinho de bolas de capacidade para 10 L e mantida sob moagem até que suas partículas passassem por malha ABNT 250 mesh.After the reaction, the suspension containing the modified clay was added with ethyl alcohol (1: 2 ratio, modified clay: ethyl alcohol). After addition of alcohol, the resulting mixture was kept at rest for 24 h and then filtered through ABNT 500 mesh. The solid phase, isolated by filtration, was dried at 65 ° C until completely dry. The modified clay was then transferred to a 10 L capacity ball mill and kept under grinding until its particles passed through ABNT 250 mesh.

EXEMPLO 2 - Preparação da argila modificada empregando estearato de sódioEXAMPLE 2 - Preparation of Modified Clay Using Sodium Stearate

Primeiramente, 300 g da argila pura foram inchados em 7500 mL de H2O. O procedimento foi realizado conforme descrito no EXEMPLO 1. Depois disso, a mistura resultante foi mantida em repouso por 24 h.First, 300 g of pure clay was swollen in 7500 mL of H2O. The procedure was performed as described in EXAMPLE 1. Thereafter, the resulting mixture was kept at rest for 24 h.

Transcorrido este período, mistura argila/água foi colocada em um liqüidificador industrial de capacidade para 25 L, e foi mantida sob agitação por 20 min. Após a agitação, a suspensão resultante foi mantida em repouso por 24 h. Transcorrido este período a suspensão foi filtrada por malha ABNT 200 mesh e colocada novamente dentro do liqüidificador industrial. Paralelamente, preparou-se uma solução, à 65 °C, contendo 192 g de estearato de sódio em 7500 mL de água. A solução foi, ainda a 65 °C, adicionada, sob agitação, à suspensão de argila que estava no liqüidificador e a mistura resultante foi mantida sob agitação por 20 min. Depois disso, foi deixada em repouso por 24 h. Após o repouso, a mistura reacional, em forma de um gel foi transferida para um recipiente adequado e, conforme foi sendo aquecido voltou à fase líquida. Quando a mistura atingiu 65 °C, foi transferida novamente para o liqüidificador e recebeu a adição imediata de uma suspensão contendo 49,05 g de CaCI2 em 900 mL de H2O. Deixou-se a mistura reacional sob agitação por 20 min e depois, em repouso por 24 h.After this time, the clay / water mixture was placed in an industrial 25 L capacity blender and kept under stirring for 20 min. After stirring, the resulting suspension was kept at rest for 24 h. After this time the suspension was filtered through 200 mesh ABNT mesh and placed back into the industrial blender. At the same time, a solution at 65 ° C containing 192 g of sodium stearate in 7500 ml of water was prepared. The solution was further added at 65 ° C under stirring to the clay suspension in the blender and the resulting mixture was stirred for 20 min. After that, it was left to stand for 24 h. After standing, the gel reaction mixture was transferred to a suitable vessel and, as warmed, returned to the liquid phase. When the mixture reached 65 ° C, it was transferred back to the blender and immediately added to a suspension containing 49.05 g CaCl 2 in 900 mL H 2 O. The reaction mixture was allowed to stir for 20 min and then allowed to stand for 24 h.

Terminada a reação, a argila modificada foi isolada, secada e moída conforme descrito no EXEMPLO 1.After the reaction, the modified clay was isolated, dried and ground as described in EXAMPLE 1.

EXEMPLO 3 - Preparação da argila modificada pela incorporação direta de estearato de sódioEXAMPLE 3 - Preparation of modified clay by direct incorporation of sodium stearate

Primeiramente, 300 g da argila pura foram inchados em 7500 mL de H2O. O procedimento foi realizado conforme descrito no EXEMPLO 1. Depois disso, a mistura resultante foi mantida em repouso por 24 h.First, 300 g of pure clay was swollen in 7500 mL of H2O. The procedure was performed as described in EXAMPLE 1. Thereafter, the resulting mixture was kept at rest for 24 h.

Transcorrido este período, a mistura argila/água foi colocada em um liqüidificador industrial de capacidade para 25 L, e foi mantida sob agitação por 20 min. Após a agitação, a suspensão resultante foi mantida em repouso por 24 h. Em seguida, foi transferida para um recipiente adequado, recebeu a adição de 7500 mL de água e foi aquecida à temperatura de 65 °C. Depois de aquecida, foi mantida sob agitação, no liqüidificador industrial, e recebeu a adição lenta de 192 g de estearato de sódio. Após a adição completa do estearato, a mistura reacional foi mantida sob agitação por 20 min e depois, permaneceu em repouso por 24 h. Após o repouso, a mistura reacional, na forma de um gel foi transferida para um recipiente adequado e, conforme foi sendo aquecido voltou à fase líquida. Quando a mistura atingiu 65 °C, foi transferida novamente para o liqüidificador e recebeu a adição imediata de uma suspensão contendo 49,05 g de CaCl2 em 900 mL de H2O. Deixou-se a mistura reacional sob agitação por 20 min e depois, em repouso por 24 h.After this time, the clay / water mixture was placed in a 25 L industrial blender and stirred for 20 min. After stirring, the resulting suspension was kept at rest for 24 h. It was then transferred to a suitable container, added with 7500 mL of water and heated to a temperature of 65 ° C. After heating, it was kept under stirring in the industrial blender and slowly added 192 g of sodium stearate. After complete addition of the stearate, the reaction mixture was stirred for 20 min and then rested for 24 h. After standing, the reaction mixture as a gel was transferred to a suitable vessel and, as it was heated, returned to the liquid phase. When the mixture reached 65 ° C, it was transferred back to the blender and immediately added to a suspension containing 49.05 g CaCl2 in 900 mL H2O. The reaction mixture was allowed to stir for 20 min and then allowed to stand for 24 h.

Terminada a reação, a argila modificada foi isolada, secada e moída conforme descrito no EXEMPLO 1.After the reaction, the modified clay was isolated, dried and ground as described in EXAMPLE 1.

EXEMPLO 4 - Preparações da argila modificada empregado soluções / suspensões com diferentes concentrações dos reagentes (reações empregando estearato de sódio)EXAMPLE 4 - Preparations of modified clay employed solutions / suspensions with different reagent concentrations (reactions using sodium stearate)

Também foram testadas reações com mudanças nas concentrações dos reagentes, sem mudanças nas características do produto final. As variações nas concentrações foram realizadas para os três exemplos descritos acima, conforme segue: (i) A suspensão de argila/água obtida após a etapa de inchamento possui concentração de 4 % de argila em água. Concentrações entre 2 - 4 % também podem ser empregadas; (ii) A solução do estearato de sódio possui concentração de 2,6 % deste reagente em água. Concentrações entre 3,0 - 5,2 % também podem ser empregadas; (iii) A solução de CaCl2 possui concentração de 2,12 % do sal em água. Concentrações entre 3,0 - 4,24 % também podem ser empregadas.Reactions with changes in reagent concentrations without changes in the characteristics of the final product were also tested. Variations in concentrations were made for the three examples described above as follows: (i) The clay / water suspension obtained after the swelling step has a concentration of 4% clay in water. Concentrations between 2 - 4% may also be employed; (ii) The sodium stearate solution has a concentration of 2.6% of this reagent in water. Concentrations between 3.0 - 5.2% may also be employed; (iii) CaCl2 solution has a concentration of 2.12% of salt in water. Concentrations between 3.0 - 4.24% may also be employed.

Em relação ao isolamento da argila modificada, o procedimento é realizado através de filtração por malha ABNT 500 mesh, conforme descrito no EXEMPLO 1. Modificações no processo de filtração também foram realizadas sem mudanças nas características do produto final. Desta forma, a argila modificada também pode ser isolada através de filtração por papel de filtro analítico, através de filtração a vácuo, empregando um funil de Buchner ou através de filtração empregando um filtro de poliéster com retenção de líquido de 10 micra.Regarding the isolation of the modified clay, the procedure is performed by ABNT 500 mesh mesh filtration as described in EXAMPLE 1. Modifications in the filtration process were also performed without changes in the characteristics of the final product. Thus, the modified clay can also be isolated by filtration through analytical filter paper, vacuum filtration employing a Buchner funnel or through filtration employing a 10 micron liquid retained polyester filter.

EXEMPLO 5 - Preparação da argila modificada empregando lauril sulfato de sódioEXAMPLE 5 - Preparation of modified clay employing sodium lauryl sulfate

Primeiramente, 50 g da argila pura foram inchados em 1250 mL de H2O. O procedimento foi realizado conforme descrito no EXEMPLO 1. Depois disso, a mistura resultante foi mantida em repouso por 24 h.First, 50 g of pure clay was swollen in 1250 mL of H2O. The procedure was performed as described in EXAMPLE 1. Thereafter, the resulting mixture was kept at rest for 24 h.

Transcorrido este período, a mistura argila/água foi colocada sob agitação, em agitador magnético, por 20 min. Após a agitação, a suspensão resultante foi mantida em repouso por 24 h. Em seguida, a suspensão foi filtrada pela passagem através de malha ABNT 250 mesh para retirada de possíveis contaminantes.After this time, the clay / water mixture was stirred under magnetic stirrer for 20 min. After stirring, the resulting suspension was kept at rest for 24 h. Then the suspension was filtered by passing through ABNT 250 mesh to remove possible contaminants.

Paralelamente, preparou-se uma solução contendo 30 g deIn parallel, a solution containing 30 g of

lauril sulfato de sódio em 200 mL de água. Esta solução foi, então, adicionada lentamente à suspensão de argila. Após a adição completa da solução de lauril sulfato de sódio, a mistura reacional foi mantida sob agitação por 20 min e depois, permaneceu em repouso por 24 h.sodium lauryl sulfate in 200 mL of water. This solution was then slowly added to the clay suspension. After complete addition of sodium lauryl sulfate solution, the reaction mixture was stirred for 20 min and then allowed to stand for 24 h.

Após o repouso, a mistura reacional foi submetida novamente a uma filtração pela passagem através de malha ABNT 250 mesh para retirada de possíveis contaminantes. Depois disso, recebeu a adição de uma suspensão contendo 5,77 g de CaCI2 em 62 mL de H2O, foi mantida sob agitação por 20 min e depois, em repouso por 24 h. Após este período, a mistura reacional foi colocada para secagem em estufa a 60 0C por tempo suficiente para que a argila modificada estivesse livre de água. EXEMPLO 6 - Preparações da argila modificada empregado soluções / suspensões com diferentes concentrações dos reagentes (reações empregando lauril sulfato de sódio)After standing, the reaction mixture was again subjected to filtration by passing through ABNT 250 mesh to remove possible contaminants. Thereafter, it received the addition of a suspension containing 5.77 g CaCl 2 in 62 mL H 2 O, was stirred for 20 min and then rested for 24 h. After this time, the reaction mixture was placed for oven drying at 60 ° C long enough for the modified clay to be free of water. EXAMPLE 6 - Preparations of modified clay employed solutions / suspensions with different reagent concentrations (reactions using sodium lauryl sulphate)

O método de obtenção da argila modificada com o uso de lauril sulfato de sódio, conforme descrito no EXEMPLO 5, também foi empregado em reações contendo diferentes concentrações dos reagentes. As variações nas concentrações para o EXEMPLO 5 foram as seguintes: (i) A suspensão de argila/água obtida após a etapa de inchamento possui concentração de 4 % de 25 argila em água. Concentrações entre 2 - 4 % também podem ser empregadas; (ii) A solução de lauril sulfato de sódio possui concentração de 13 % deste reagente em água. Concentrações entre 10 - 15 % também podem ser empregadas; (iii) A solução de CaCI2 possui concentração de 8,5 % deste sal em água. Concentrações entre 3,0 - 10,0 % também podem ser empregadas.The method of obtaining modified clay using sodium lauryl sulfate, as described in EXAMPLE 5, was also employed in reactions containing different concentrations of reagents. The variations in concentrations for EXAMPLE 5 were as follows: (i) The clay / water suspension obtained after the swelling step has a concentration of 4% of 25 clay in water. Concentrations between 2 - 4% may also be employed; (ii) The sodium lauryl sulfate solution has a concentration of 13% of this reagent in water. Concentrations between 10 - 15% may also be employed; (iii) CaCl2 solution has 8.5% concentration of this salt in water. Concentrations between 3.0 - 10.0% may also be employed.

Outras alterações realizadas na metodologia descrita noOther changes made to the methodology described in

EXEMPLO 5 são: (i) a argila modificada pode ser isolada através de uma filtração por peneira com malha ABNT 500 mesh antes da etapa de secagem; (ii) a mistura de reação pode receber a adição de álcool etílico, na mesma proporção descrita no EXEMPLO 1, antes da etapa de filtraçâo e/ou secagem.EXAMPLE 5 are: (i) the modified clay may be isolated by ABNT 500 mesh sieve filtration prior to the drying step; (ii) the reaction mixture may be added with ethyl alcohol in the same ratio as described in EXAMPLE 1 prior to the filtration and / or drying step.

Para caracterizar a estrutura dos materiais obtidos pelas metodologias descritas em todos os EXEMPLOS descritos acima foram utilizadas as técnicas de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR) e difratometria de raios X de pó (DRX). As argilas modificadas, isoladas através dos procedimentos descritos nos EXEMPLOS 1, 2, 3 e 4 mostraram resultados de caracterização estrutural muito semelhantes entre si, o que indica que o mesmo produto está sendo formado através destas metodologias. O mesmo padrão de comportamento foi observado para os produtos obtidos a partir das metodologias sintéticas descritas nos EXEMPLOS 5 e 6. Para ilustrar a caracterização das argilas modificadas, uma vez que os resultados são semelhantes entre si, o texto que segue mostra apenas um resultado de caracterização para cada técnica utilizada.To characterize the structure of the materials obtained by the methodologies described in all the EXAMPLES described above, the infrared absorption spectroscopy (FTIR) and powder X-ray diffractometry (XRD) techniques were used. Modified clays isolated by the procedures described in EXAMPLES 1, 2, 3 and 4 showed very similar structural characterization results, indicating that the same product is being formed through these methodologies. The same behavioral pattern was observed for products obtained from the synthetic methodologies described in EXAMPLES 5 and 6. To illustrate the characterization of modified clays, since the results are similar to each other, the following text shows only one result from characterization for each technique used.

Os espectros de FTIR revelaram para a argila, pura e modificada, vibrações de estiramento estrutural hidroxílico próprio da argila, em 3643 cm"1; vibrações de estiramento do grupo OH referente à água interlamelar e adsorvida na esmectita, em 3411 e 1642 cm"1, respectivamente; vibrações do grupo Si-O, em 1033 cm"1 e vibrações Al-O-Si e Si-O-Si em torno de 531 e 459 cm-1. No material modificado, por sua vez, a presença bandas em 2928 e 2859 cm-1 correspondentes aos modos vibracionais assimétrico e simétrico do grupo CH2, respectivamente; e vibrações de flexão do grupo CH3 na faixa 1474 cm-1, evidenciou a intercalação do agente modificador nos espaços interlamelares da sua estrutura. Os espectros registrados são apresentados na Figura 3.FTIR spectra revealed, for pure and modified clay, proper hydroxyl structural stretching vibrations of clay at 3643 cm "1; OH group stretching vibrations for interlamellar water and adsorbed to smectite at 3411 and 1642 cm" 1 respectively; Si-O group vibrations at 1033 cm-1 and Al-O-Si and Si-O-Si vibrations around 531 and 459 cm-1. In the modified material, in turn, the presence bands at 2928 and 2859 cm-1 corresponding to the asymmetric and symmetrical vibrational modes of the CH2 group, respectively, and flexural vibrations of the CH3 group in the 1474 cm-1 range, evidenced the intercalation of the modifying agent in the interlamellar spaces of its structure. 3

A Figura 4 mostra a comparação entre os difratogramas de raios X da argila pura e da argila modificada. Na análise destes difratogramas, pode ser observado o aparecimento de três novos picos de difração em valores menores de 26> ou seja, maiores distâncias interlamelares (12,6 A, para a argila pura, versus 53,4 Â, 25,3 A e 16,6 A, para a modificada). Este resultado indica a eficiência na metodologia empregada no processo de modificação química da argila.Figure 4 shows the comparison between pure clay and modified clay X-ray diffractograms. In the analysis of these diffractograms, three new diffraction peaks can be observed at values lower than 26>, ie, greater interlamellar distances (12.6 A, for pure clay, versus 53.4 Â, 25.3 A and 16.6 A, for the modified). This result indicates the efficiency in the methodology employed in the chemical modification process of clay.

Em conclusão, os espectros de absorção na região do infravermelho da argila natural e modificada evidenciaram a intercalação do agente modificador de superfície, fato que foi confirmando pelos dados de difração de raios X de pó.In conclusion, the absorption spectra in the infrared region of natural and modified clay evidenced the intercalation of the surface modifying agent, which was confirmed by the powder X-ray diffraction data.

A descrição acima da presente invenção foi apresentada com o propósito de ilustração e descrição. Além disso, a descrição não tenciona limitar a invenção à forma aqui revelada. Em conseqüência, variações e modificações compatíveis com os ensinamentos acima e a habilidade ou conhecimento da técnica relevante estão dentro do escopo da presente invenção.The above description of the present invention has been presented for purposes of illustration and description. Furthermore, the description is not intended to limit the invention to the form disclosed herein. Accordingly, variations and modifications consistent with the above teachings and the skill or knowledge of the relevant art are within the scope of the present invention.

PROPRIEDADES TÉRMICASTHERMAL PROPERTIES

A análise termogravimétrica (TGA) foi utilizada para avaliar as propriedades térmicas da argila pura e modificada. As transformações térmicas da argila pura podem ser observadas na Figura 5. Entre 59,4 e 138,4 0C há um processo relacionado à perda de água adsorvida intercalada entre as Iamelas da argila, coordenada aos cátions trocáveis [Guggenheim, S.; Koster, Van Groo.. Baseline studies of the clay minerais society source clays: Thermal analysis. Clay and Clay Minerais, v. 49, p. 433-443, 2001. Patente, Pl 0601384 8 A]. A massa perdida acima de 587,9 0C é atribuída à desidroxilação da camada de alumina [Paiva, L. B.; Morales A. R.; Diaz, F. R. V.. Argilas organofílicas: características, metodologias de preparação, compostos de intercalação e técnicas de caracterização. Cerâmica, v. 54, p. 213-226, 2008]. Para a argila modificada (Figura 6), os primeiros processos de perda de massa, entre 47,6 0C e 113 0C são devido á evaporação de moléculas de água nos cátions interlamelares da montmorilonita modificada. O processo que ocorre entre 124 0C e 135 0C é relacionado à desidratação de moléculas de água do retículo cristalino. Na faixa entre 241,4 0C e 516,4 0C, a perda de massa está relacionada à queima do agente modificador inserido na estrutura da argila. Os dados mostram que o agente modificador é decomposto em uma temperatura superior àquela geralmente empregada nos processos de preparação de nanocompósitos com a maioria dos polímeros de interesse neste trabalho. O processo de perda de massa que ocorre na faixa entre 619,0 0C e 710,1 0C pode ser atribuído, assim como aquele observado na argila pura, à dessorção de água fisicamente adsorvida e desidroxilação da camada de alumina [Paiva, L. B.; Morales A. R.; Diaz, F. R. V.. Argilas organofílicas: características, metodologias de preparação, compostos de intercalação e técnicas de caracterização. Cerâmica, ν. 54, ρ. 213-226, 2008]. A maior perda de massa observada para a argila modificada (perda de massa total = 42,30 %), em relação à argila pura (perda de massa total = 14,52 %), já era esperada, uma vez que a presença do agente modificador, de origem orgânica, elevou a quantidade de material carbonáceo no interior da argila.Thermogravimetric analysis (TGA) was used to evaluate the thermal properties of pure and modified clay. Thermal transformations of pure clay can be observed in Figure 5. Between 59.4 and 138.4 ° C there is a process related to the loss of adsorbed water interspersed between the clay yamels, coordinated to exchangeable cations [Guggenheim, S .; Koster, Van Gro .. Baseline studies of the clay minerals society source clays: Thermal analysis. Clay and Clay Minerals, v. 49, p. 43-443, 2001. Patent, Pl 0601384 8 A]. The lost mass above 587.9 ° C is attributed to dehydroxylation of the alumina layer [Paiva, L. B .; Morales A. R .; Diaz, F. R. V .. Organophilic clays: characteristics, preparation methodologies, intercalation compounds and characterization techniques. Pottery, v. 54, p. 213-226, 2008]. For the modified clay (Figure 6), the first processes of mass loss between 47.60 ° C and 113 ° C are due to the evaporation of water molecules in the interlamellar cations of the modified montmorillonite. The process that occurs between 124 ° C and 135 ° C is related to the dehydration of water molecules from the crystalline reticulum. In the range between 241.4 ° C and 516.4 ° C, mass loss is related to the burning of the modifying agent inserted in the clay structure. The data show that the modifying agent is decomposed at a temperature higher than that generally employed in nanocomposite preparation processes with most of the polymers of interest in this work. The mass loss process occurring in the range between 619.0 ° C and 710.10 ° C can be attributed, as well as that observed in pure clay, to the desorption of physically adsorbed water and dehydroxylation of the alumina layer [Paiva, L. B .; Morales A. R .; Diaz, F. R. V .. Organophilic clays: characteristics, preparation methodologies, intercalation compounds and characterization techniques. Pottery, v. 54, ρ. 213-226, 2008]. The higher mass loss observed for modified clay (total mass loss = 42.30%) compared to pure clay (total mass loss = 14.52%) was already expected, since the presence of the agent modifier, of organic origin, increased the amount of carbonaceous material inside the clay.

Claims (7)

1. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA", caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: 1) Transferir o volume adequado de água para um recipiente adequado para o inchamento da argila, de modo que a concentração final da suspensão seja de 4 % (m/v); suspensões com concentrações entre 2,0 - 4,0 % (m/v) também podem ser empregadas sem mudanças nas características do produto final; 2) Inchar a argila em água; 3) Manter a mistura argila/água em repouso por, no mínimo, 20 h, mais preferencialmente, 24 h; 4) Agitar mecânica e vigorosamente a mistura argila/água por 20 min; 5) Manter a suspensão, após agitação, em repouso por, no mínimo, 20 h, mais preferencialmente, 24 h; -6) Filtrar a suspensão por malha ABNT 200 mesh; 7) Preparar uma solução aquosa contendo o agente tensoativo derivado de ácido carboxílico e mantê-la à temperatura entre 50 0C e 90 0C, mais preferencialmente que esteja a 65 0C; para soluções aquosas contendo os agentes tensoativos derivados de alquil sulfato ou derivado de propil sulfato não é necessário aquecimento acima da temperatura ambiente; a concentração da solução do agente tensoativo é de -1,0 - 5,0 % (m/v) para derivados de ácidos carboxílicos e de 10-20 % (m/v) para derivados de alquil sulfatos (ou propril sulfatos); soluções com concentrações entre 2,0 - 5,0 % (m/v) (para derivados de ácidos carboxílicos) e entre 8,0 - 20,0 % (m/v) (para derivados de alquil sulfatos ou propil sulfatos) também podem ser empregadas sem mudanças nas características do produto final; 8) Adicionar a solução do agente tensoativo derivado de ácido carboxílico ou derivado de alquil sulfato (ou propril sulfato) à suspensão argila/água, sob agitação mecânica vigorosa por 20 min; 9) Manter a suspensão em repouso por, no mínimo, 20 h, mais preferencialmente, 24 h; 10) Aquecer a suspensão à uma temperatura entre 50 0C e 90 0C, mais preferencialmente que esteja a 65 °C; 11) Adicionar à suspensão, sob agitação mecânica vigorosa, uma suspensão contendo cloreto de cálcio em água, sob agitação mecânica vigorosa por 20 min; a concentração do CaCI2 é de 1,0 - 5,0 % (m/v) para reações que empregam derivados de ácidos carboxílicos e de 5,0 - 10,0 % para reações que empregam derivados de alquil sulfatos (ou propril sulfatos) de sódio; suspensões com concentrações entre 2,0 - 7,0 % (m/v) (para reações que empregam derivados de ácidos carboxílicos) e entre 1,0 - 15,0% [para reações que empregam derivados de alquil sulfatos (ou propril sulfato) de sódio] também podem ser empregadas sem mudanças nas características do produto final; 12) Manter a suspensão em repouso por 24 h; 13) Transferir a suspensão para um recipiente adequado para a adição de álcool, no caso das reações que empregam derivados de ácidos carboxílicos; 14) Adicionar, para cada parte da suspensão contendo a argila modificada, 2 partes de um álcool etílico (mistura 1:2); também é possível preparar misturas da suspensão argila modificada : álcool etílico com as seguintes proporções: 1:1 e 1:3, sem mudanças nas características do produto final; também é possível não se utilizar o álcool, procedendo a secagem direta do produto passando-o primeiramente por uma filtração; 15) Manter a mistura preparada em repouso por, no mínimo, 24 h; 16) Filtrar a mistura por malha ABNT 500 mesh; 17) Secar a argila modificada à temperatura de 65°C até que esteja completamente seca; 18) Moer a argila modificada em moinho de bolas por um período de tempo suficiente para que as partículas da argila passem por malha ABNT 250 mesh; 18) Para as metodologias que empregam derivados de alquil sulfatos (ou propril sulfatos) de sódio, nenhuma das etapas reacionais empregam aquecimento acima da temperatura ambiente.1. "PROCESS FOR OBTAINING MODIFIED NANOARGIL FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL", comprising the following steps: 1) Transfer the appropriate volume of water to a suitable container for the swelling of clay so that the final suspension concentration is 4% (w / v); suspensions with concentrations between 2.0 - 4.0% (m / v) may also be employed without changes in the characteristics of the final product; 2) Swell the clay in water; 3) Keep the clay / water mixture at rest for a minimum of 20 h, more preferably 24 h; 4) Shake the clay / water mixture mechanically and vigorously for 20 min; 5) Keep the suspension, after shaking, at rest for at least 20 h, more preferably 24 h; -6) Filter the suspension by ABNT 200 mesh; 7) Preparing an aqueous solution containing the carboxylic acid derived surfactant and maintaining it at a temperature between 50 ° C and 90 ° C, more preferably at 65 ° C; for aqueous solutions containing the alkyl sulfate or propyl sulfate derived surfactants no heating above room temperature is required; the surfactant solution concentration is -1.0 - 5.0% (w / v) for carboxylic acid derivatives and 10-20% (w / v) for alkyl sulfate (or propyl sulfate) derivatives; solutions with concentrations between 2.0 - 5.0% (m / v) (for carboxylic acid derivatives) and between 8.0 - 20.0% (m / v) (for alkyl sulfate or propyl sulfate derivatives) also can be employed without changes in the characteristics of the final product; 8) Adding the solution of the carboxylic acid derived or alkyl sulfate derived surfactant (or propyl sulfate) to the clay / water suspension under vigorous mechanical stirring for 20 min; 9) Keep the suspension at rest for at least 20 h, more preferably 24 h; 10) heating the suspension to a temperature between 50 ° C and 90 ° C, more preferably at 65 ° C; (11) Add to the suspension, under vigorous mechanical agitation, a suspension containing calcium chloride in water under vigorous mechanical agitation for 20 min. CaCl2 concentration is 1.0 - 5.0% (w / v) for reactions employing carboxylic acid derivatives and 5.0 - 10.0% for reactions employing alkyl sulfate (or propyl sulfate) derivatives sodium; suspensions with concentrations between 2.0 - 7.0% (m / v) (for reactions employing carboxylic acid derivatives) and between 1.0 - 15.0% [for reactions employing alkyl sulfate (or propyl sulfate) derivatives ) sodium] can also be employed without changes in the characteristics of the final product; 12) Keep the suspension at rest for 24 h; (13) Transfer the suspension to a suitable container for the addition of alcohol in the case of reactions employing carboxylic acid derivatives. (14) Add to each part of the suspension containing the modified clay 2 parts of an ethyl alcohol (1: 2 mixture); Mixtures of the modified clay suspension: ethyl alcohol can also be prepared in the following proportions: 1: 1 and 1: 3, without changes in the characteristics of the final product; It is also possible not to use the alcohol, proceeding to the direct drying of the product first passing it by a filtration; 15) Keep the prepared mixture at rest for a minimum of 24 hours; 16) Filter the mixture by ABNT 500 mesh; 17) Dry the modified clay at 65 ° C until completely dry; 18) Grinding the modified clay in a ball mill for a period of time sufficient for the clay particles to pass through the ABNT 250 mesh; 18) For methodologies employing sodium alkyl sulfate (or propyl sulfate) derivatives, none of the reaction steps employ heating above room temperature. 2. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA", conforme reivindicado em 1, caracterizado pelo fato de que o solvente é a água.2. "MODIFIED NANOARGIL OBTAINING PROCESS FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL" as claimed in 1, characterized by the fact that the solvent is water. 3. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA", conforme reivindicado em 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a quantidade do agente tensoativo empregada é de até 64% baseada na massa da argila pura.3. "PROCESS OF OBTAINING MODIFIED NANOARGIL FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL" as claimed in 1 and 2, characterized in that the amount of surfactant employed is up to 64% based on the mass of pure clay. 4. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA", conforme reivindicado em 1, 2 e 3, caracterizado pelo fato de utilizar argila natural, pertencente à família dos filossilicatos, preferencialmente do grupo 2:1.4. "PROCESS FOR OBTAINING MODIFIED NANOARGIL FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL", as claimed in 1, 2 and 3, characterized by the use of natural clay belonging to the family of phyllosilicates, preferably from the 2: 1 group. 5. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA", conforme reivindicado em 4, caracterizado pelo fato da argila natural ser montmorilonítica.5. "PROCESS FOR OBTAINING MODIFIED NANOARGIL FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL" as claimed in 4, characterized in that the natural clay is montmorillonite. 6. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOARGILA MODIFICADA PARA A PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS E NANOARGILA MODIFICADA", conforme reivindicado em 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o agente tensoativo empregado é o estearato de sódio precipitado na forma de estearato de cálcio ou o Iauril sulfato de sódio ou propil sulfato de sódio precipitado na forma de Iauril sulfato de cálcio ou propil sulfato de cálcio ou qualquer outro agente precipitante.6. "PROCESS FOR OBTAINING MODIFIED NANOARGIL FOR THE PRODUCTION OF POLYMERIC NANOCOMPOSITS AND MODIFIED NANOARGIL" as claimed in 1 and 2, characterized in that the surfactant employed is sodium stearate precipitated as calcium stearate or Precipitated sodium lauryl sulphate or sodium propyl sulphate in the form of calcium lauryl sulphate or calcium propyl sulphate or any other precipitating agent. 7. "NANOARGILA MODIFICADA", caracterizada pelo fato de ser produzida pelo processo das reivindicações 1 a 6 e possuir as seguintes características: elevado espaçamento basal, estabilidade térmica, e existência de grupos funcionais em sua superfície que facilitam a interação com matrizes poliméricas apolares.7. "MODIFIED NANOARGIL", characterized in that it is produced by the process of claims 1 to 6 and has the following characteristics: high basal spacing, thermal stability, and existence of functional groups on its surface that facilitate interaction with nonpolar polymeric matrices.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013185196A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 Ioto International Indústria E Comércio De Produtos Aromáticos Ltda. Use of an ammonium salt-free organophilic nanostructured clay in polyethylene

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WO2013185196A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 Ioto International Indústria E Comércio De Produtos Aromáticos Ltda. Use of an ammonium salt-free organophilic nanostructured clay in polyethylene

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