ES2208762T3 - Metodo de produccion de composicion de resina que contiene substancia de relleno inorganica. - Google Patents
Metodo de produccion de composicion de resina que contiene substancia de relleno inorganica.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN METODO DE PRODUCCION DE UNA COMPOSICION DE RESINA QUE CONTIENE UN MATERIAL DE RELLENO INORGANICO. EN DICHO PROCEDIMIENTO SE PONEN EN CONTACTO CATIONES INORGANICOS, CON UNA ESTRUCTURA ESTERICA IMPEDIDA, CON UN MINERAL LAMELAR, EL CUAL TIENE UNA CARGA POR UNIDAD DE AREA EQUIVALENTE, EN LA SUPERFICIE LAMINADA, DE 40 A 150 AMSTRONGS/CARGA. A CONTINUACION SE PONE EN CONTACTO CON UNA RESINA TERMOPLASTICA QUE PRESENTA UN PARAMETRO DE SOLUBILIDAD DE, AL MENOS, 9''5 [CAL/CM{SUP,3}]{SUP,1/2}, PARA DISPERSAR EL MINERAL LAMELAR EN LA RESINA, A NIVEL MOLECULAR. LAS COMPOSICIONES DE RESINA OBTENIDAS MEDIANTE DICHO METODO DE PRODUCCION, PRESENTAN EXCELENTE RIGIDEZ, TERMORRESISTENCIA Y RESISTENCIA AL IMPACTO, Y SON ADECUADAS PARA UTILIZACION EN MUCHOS CAMPOS, COMO, P.EJ., AUTOMOVILES, PIEZAS ELECTRONICAS DE ELECTRODOMESTICOS, MATERIALES DE CONSTRUCCION Y MATERIALES INDUSTRIALES.
Description
Método de producción de composición de resina que
contiene substancia de relleno inorgánica.
La presente invención se refiere a una
composición de resina con resistencia al calor, rigidez y
resistencia al impacto excepcionales, adecuada para uso en campos
tales como automóviles, piezas electrónicas para electrodomésticos,
materiales de construcción y materiales industriales.
Las composiciones de resina que tienen alta
resistencia mecánica son requeridas en una variedad de campos. Por
lo tanto, la rigidez, la resistencia al calor y la resistencia al
impacto de las resinas se han mejorado por la dispersión de
substancias de relleno inorgánicas como materiales de relleno. En
particular, se han realizado muchos intentos por incrementar las
propiedades mecánicas y la resistencia al calor del os materiales
macromoleculares por medio de la dispersión de substancias de
relleno sobre el nano nivel.
Por ejemplo, se ha propuesto un método para
intercalar (insertar) un monómero que es una fuente para un
material macromolecular entre las capas de un mineral de arcilla en
capas, dispersar después el mineral de arcilla en capas sobre el
nano nivel por la aplicación de energía cuando se polimeriza el
monómero (por ejemplo, ver la Solicitud de Patente Japonesa, Primera
Publicación Nº Hei 2-102261 y la Solicitud de
Patente Japonesa, Primera Publicación Nº Hei
2-5856). Adicionalmente, se ha sometido a ensayo un
método de pre-hinchamiento de un mineral de arcilla
en capas con cationes orgánicos, realizando después adicionalmente
el hinchamiento no limitado con un disolvente orgánico, de forma
que el mineral de arcilla en capas toma la forma de una casa de
cartón, poniendo después en contacto esto con una colada de
polímero con el fin de dispersar los minerales de arcilla en capas
sobre el nano nivel (Solicitud de Patente Japonesa, Primera
Publicación Nº Hei 7-70357).
No obstante, de los métodos mencionados
anteriormente, aunque el primero, que es debido a la
polimerización, dispersa eficientemente la sustancia de carga, se
requiere equipo para la polimerización, de manera que los costes de
producción son altos y no pueden considerarse económicos.
Adicionalmente, en la actualidad, la reacción
está limitada a la polimerización por condensación empleada para
poliamidas, poliésteres aromáticos y similares, la polimerización
radical donde los monómeros reactivos tales como los tipos de
endurecimiento del calor son introducidos entre las capas, o
polimerización catiónica y similares.
Adicionalmente, puesto que los monómeros
insertados entre las capas deben existir de forma estable dentro de
las capas, los que son gases a presión estándar no son adecuados,
de forma que están limitados a monómeros líquidos.
Por tanto, existe el inconveniente de que
solamente puede obtenerse el material de resina limitado y una
substancia de relleno de baja concentración cuando se obtiene una
composición de resina dispersada con substancias de relleno sobre
el nivel de angstrom.
Como resultado, no es posible utilizar, por
ejemplo, polimerización de coordinación aniónica utilizada para
poliolefinas. Es decir, si los hidrógenos activos tales como
aminoácidos existen entre las capas del mineral de arcilla en
capas, actúan como un contaminante del catalizador en la catálisis
de coordinación de anión de aluminio orgánico/titanio.
Adicionalmente, con este método que es debido a
la polimerización, los minerales de arcilla reaccionan con grupos
amino cuando los monómeros de poliamida son insertados entre las
capas, de forma que los grupos terminales de las poliamidas forman
ácidos carboxílicos después de la polimerización. Por esta razón,
la reactividad de los grupos terminales está sellada, y existe una
reducción marcada en la afinidad el tinte y la propiedad adhesiva.
Adicionalmente, cuando se forma una aleación de polímero con otras
resinas, existen problemas puesto que la propiedad adhesiva en la
interfaz es pobre incluso si se ha añadido un agente de
compatibilidad, como resultado de lo cual la fase dispersa tiende a
desmezclarse fácilmente y las capacidades resultan de activar.
Como una medida para mejora en este problema, se ha propuesto un
método de adición de aminas polihídricas después, con el fin de
inducir una reacción con los grupos terminales de las poliamidas
(Solicitud de Patente Japonesa, Primera Publicación Nº Sho
63-230766).
No obstante, existen inconvenientes puesto que es
difícil inducir una reacción uniforme, ya que una reacción no puede
realizarse en un disolvente diluido, y porque la reticulación
intramolecular es inducida de forma que es probable que se
produzcan las reducciones en la fluidez y moldeabilidad. De manera
similar, en el caso de poliésteres, di-alcoholes de
los monómeros son coordinados en los minerales de arcilla en capas,
incrementando así el número de ácidos carboxílicos en los
terminales cuando se realiza la macromolecularización. Por tanto,
cuando se forma una aleación de polímero con policarbonatos, ABS,
PBT y similares, existen problemas ya que la propiedad adhesiva en
la interfaz es pobre incluso si se añade un lote de agente de
compatibilidad, y como consecuencia, tiene a producirse la no
adhesión, haciendo difícil de este modo las capacidades de
activación.
Adicionalmente, el último método de uso de un
disolvente orgánico requiere el uso de grandes cantidades de
disolvente sobre el mineral de arcilla en capas, como se describe
en la publicación. Adicionalmente, el grado de disolución en
disolventes orgánicos puede ser extremadamente pobre para muchos
polímero, y existen aquellos donde un mineral en capas sobre el que
se ha realizado hinchamiento ilimitado no puede formar una solución
sólida en el polímero. Estos tipos tienen afinidades extremadamente
bajas con respecto al disolvente incluso si la resina está fundida.
Como consecuencia, incluso si un mineral de arcilla con
hinchamiento ilimitado que ha sido preformulado por un tratamiento
catiónico orgánico es puesto en contacto con el polímero en un
estado fundido, no se dispersa fácilmente o mezcla y no alcanza la
dispersión completa.
Adicionalmente, incluso si un compuesto entre
capas obtenido poniendo en contacto un catión orgánico con un
mineral en capas es llevado a un estado de hinchamiento ilimitado
por un disolvente orgánico, existe una tendencia a retornar desde
el estado de hinchamiento ilimitado hasta el estado hinchado
original debido a que el disolvente orgánico se evapora parcialmente
debido al calor en la extrusionadora durante el proceso de contacto
con la resina fundida. Por esta razón, en la actualidad, el
contacto con el polímero fundido se produce en una etapa donde la
distancia entre capas está contraída, haciendo difícil por tanto
obtener una dispersión completa.
Aquí, si se utiliza una resina amorfa como la
resina y se combina con un disolvente orgánico con una alta afinidad
con respecto a esta resina, entonces el proceso de producción
mencionado anteriormente puede conseguir la dispersión, aunque
incompleta, pero es extremadamente difícil conseguir buena
dispersión cuando se utiliza material de cristal como resina.
Por esta razón, se han tomado contramedidas
mejorando el aparato de extrusión para producir tiempo de contacto
más largo empleando extrusionadoras donde la relación (L/D)
entre la longitud del tornillo (L) y el diámetro del tornillo
(D) es de 45 o más, y mediante el uso de una amasadora por
lotes como una mezcladora banbury, pero la producción por extrusión
es reducida notablemente debido a la dificultad de eliminar el
disolvente, haciendo estos ineficientes en términos de su
viabilidad económica.
La presente invención tiene el objeto de ofrecer
un método para la producción de composiciones de resina que
contienen substancias de relleno inorgánicas que tienen rigidez,
resistencia al calor y resistencia al impacto excepcionales por
medio de la dispersión fina de substancias de relleno inorgánicas a
nano nivel directamente en composiciones de resina.
La presente invención ofrece un método de
producción de una composición de resina que contiene una substancia
de relleno inorgánica, caracterizado porque un catión orgánico que
tiene una estructura impedida estéricamente seleccionada del grupo
que consta de sales de un compuesto monoazabiciclo, sales amónicas
alifáticas que tienen grupos amino sobre ambos terminales y
compuestos de alcohol amino que tienen grupos hidroxilo en los
terminales, se pone en contacto con un mineral en capas con un área
equivalente por unidad de carga sobre la superficie de capa de
40-150 \ring{A}^{2}/carga, después se pone en
contacto con una resina termoplástica que tiene un parámetro de
solubilidad de al menos 9,5 [cal/cm^{3}]^{1/2}, en un
estado fundido sin la presencia de disolvente para dispersar el
mineral en capas dentro de la resina en el nivel molecular.
Adicionalmente, la presente invención ofrece un
método de producción de una composición de resina que contiene una
substancia de relleno inorgánica, donde el mineral en capas
dispersado en la resina tiene las siguientes propiedades (a) y
(b):
(a) espesor: 9-80 \ring{A};
(b) al menos 30% en peso que tiene una relación
entre dimensiones de al menos 300.
Adicionalmente, la presente invención ofrece un
método de producción de una composición de resina que contiene una
substancia de relleno inorgánica, donde el catión orgánico es una
sal de un compuesto azabiciclo o un derivado del mismo.
Adicionalmente, la presente invención ofrece un
método de producción de una composición de resina que contiene una
substancia de relleno inorgánica, donde se utiliza también una sal
de tri- o tetral-alquil amónica de un compuesto de
amina de tipo de cadena como un catión orgánico.
La presente invención se describe en detalle a
continuación.
El método de producción de una composición de
resina que contiene substancias de relleno inorgánicas de acuerdo
con la presente invención implica por en contacto un catión
orgánico especificado seleccionado del grupo que consta de sales de
un compuesto monoazabiciclo, sales amónicas alifáticas que tienen
grupos amino sobre ambos terminales y compuestos de alcohol amino
que tienen grupos hidroxilo en los terminales con un mineral en
capas con el fin de insertar el catión orgánico dentro de las capas
e hinchar mediante expansión la distancia entre las capas, después
amasar esto con una resina termoplástica especificada sin la
presencia de disolvente para realizar la dispersión de contacto con
el polímero fundido.
El método de la presente invención tiene las
siguientes ventajas cuando se compara con los métodos
convencionales.
En primer lugar, con el método de producción de
una resina compuesta que contiene substancias de relleno inorgánicas
de acuerdo con la presente invención, no existe necesidad de
medidas para hacer frente con el sellado de los grupos terminales
tales como los requeridos para los métodos de polimerización.
Adicionalmente, aunque se han requerido hasta
ahora disolventes orgánicos con el fin de dispersar directamente
los minerales en capas en el polímero, el método de la presente
invención no requiere procesos para la activación del disolvente
orgánico debido a que no existe necesidad de un disolvente.
En el método de producción de una composición de
resina que contiene substancias de relleno inorgánicas de acuerdo
con la presente invención, se produce en primer lugar un compuesto
entre capas en el mineral en capas añadiendo el catión orgánico
específico que tiene una estructura impedida estéricamente.
Los minerales de arcilla son utilizados
principalmente como el mineral en capas utilizado en la presente
invención, ejemplos de los cuales incluyen compuestos de arcilla
hinchables, fosfato de circonio y similares.
Adicionalmente, como ejemplos del mineral en
capas en la presente invención, se utilizan aquellos que satisfacen
las fórmulas racionales siguientes:
M^{n+}{}_{(x+y+z)/n} \{
(M_{e1}{}^{+}M_{e2}{}^{+2}M_{e3}{}^{+3})_{z-3}{}^{(6-x)}
+(OH_{2-z}O_{z})(Si_{4-y}Al_{y})O_{10}
\}
^{(x+y+z)}
(x + y + z); carga de capa de
silicato.
M es un ion de metal intercambiable entre las
capas, y es al menos un catión seleccionado del grupo que consta de
iones metálicos álcali y de iones metálicos de tierra alcalina. Los
ejemplos incluyen Li, Na, K, Be, Mg, Ca y similares.
M_{e1}^{+}, M_{e2}^{+2} y M_{e3}^{+3}
o bien son, respectivamente, independientes o están constituidos
por combinaciones de una pluralidad de M_{e1}, M_{e2} y
M_{e3}; y son cationes que entran en octahedros formados dentro de
las estructuras de esmectita o mica, donde M_{e1} es Li, Na, o K,
M_{e2} es Mg, Fe, Mn, Ni o Zn, y M_{e3} es Al, Fe, Mn o Cr.
Como ejemplos de minerales en capas, pueden darse
la vermiculita, mica hinchable, minerales de esmectita y
similares.
Adicionalmente, la montmorilonita, vermiculita y
similares pueden expresarse por la siguiente fórmula racional.
Na_{x}
(A_{2-x}Mg_{x}) (Si_{4}O_{10}) (OH)
_{2}
Específicamente, un producto sintetizado por
Kunimine Kogyo K.K. se expresa por la siguiente fórmula
racional.
Na_{0,83}
(Mg_{3})[Si_{3,575}Al_{0,415})O_{10}](OH)
_{2}
Adicionalmente, como un ejemplo de una mica de
hinchamiento del tipo flúor, está la mica tetrasilícica de TOPY
INDUSTRIES, LIMITED, cuya fórmula racional es:
NaMg_{2,5}
(Si_{4}O_{10})F_{2}
Como un ejemplo de taeniolita de sodio, esto es
expresado por la fórmula racional:
NaMg_{2}Li(Si_{4}O_{10})F_{2}
En la presente invención, el área equivalente
(referida de aquí en adelante como "Ae") por unidad de carga
en las superficies de capa del mineral en capas mencionado
anteriormente, debe estar dentro del intervalo de
40-150 \ring{A}^{2}/carga, preferentemente de
40-80 \ring{A}^{2}/carga, y más preferentemente
de 40-60 \ring{A}^{2}/carga.
\newpage
Si Ae excede 150 \ring{A}^{2}/carga, es
difícil alcanzar un entorno de conformación, donde los cationes
orgánicos son densos, como resultado de lo cual la influencia de la
fuerza de Van der Waals que empuja juntas las cargas eléctricas
adyacentes entre las capas no puede ser ya ignorada, de forma que la
dispersión es pobre y la resistencia mecánica es deficiente, a
menos que estén presentes cantidades grandes de cationes orgánicos.
Por otro lado, si Ae es menor que 40 \ring{A}^{2}/carga, no
existen los cristales de las fórmulas racionales dadas
anteriormente.
La Ae del mineral de carga es calculada midiendo
la capacidad de intercambio de catones (CEC) por un proceso de
penetración de columna ("Clay Handbook" 2ª ed. Japanese
Clay Society, p. 576-577, Gihodo Publishing),
determinando después la constante recitular a partir de los
resultados del análisis estructural por medio de la difracción de
haz electrónico utilizando un microscopio electrónico del tipo de
transmisión y un análisis estructural por medio de un proceso
Liebert de análisis de rayos X en polvo, y tomando la recíproca de
la carga de los iones entrecapas presentes por unidad reticular
sobre la base de los resultados anteriores, de acuerdo con la
siguiente fórmula.
Ae = d(100) x
d(010) / 2(x + y +
z)
Adicionalmente, el mineral en capas utilizado en
la presente invención debería ser preferentemente tal que la
distancia entre las bases d(100) antes del contacto con el
catión orgánico es 7-13 \ring{A} debido a la
difracción de rayos-x, tal como aquellos que tienen
estructuras esmectita, por ejemplo, vermiculita, montomorilonita,
beidelita, nontronita, wolkonskoita, saponita y saponita de hierro,
así como mica tetrasilícica y teniolita como micas de
hinchamiento.
Convencionalmente, cuando se forman cationes
orgánicos para actuar sobre minerales en capas con Ae en el
intervalo dado anteriormente, si la cantidad de cationes orgánicos
es baja, entonces se incrementa la distancia entre capas se abre
normalmente como la cantidad de carga de (X + Y + Z) entre las
capas aunque la cantidad de cationes orgánicos es baja; esto se
describe en G. Lagaly and A. Weiss, "Determination of the
Layer Charge in Mica-type", International Clay
Conference, p.61-80, 1969.
Cuando la cantidad de cationes orgánicos es baja,
la conformación molecular dentro de las capas será tal para
adaptarse a ser continua por moléculas individuales paralelas a la
capa, pero si la cantidad de cationes orgánicos se incrementa,
forma una doble conformación con configuraciones de pilar formados
en un ángulo uniforme entre capas. Si la cantidad de cationes
orgánicos se incrementa adicionalmente, entonces el área entre las
capas donde los cationes orgánicos son adaptados en dos capas o una
sola capa es ensanchada cuando los cationes orgánicos añadidos son
adaptados con cierto ángulo con respecto al mineral en capas.
De este modo, incluso cuando los minerales en
capas con grandes cantidades de carga, tal como mica son utilizados
como los minerales en capas, al menos una cantidad estándar de un
catión orgánico, es necesaria por ejemplo, una sal amónica alquilo
alifática de cadena lineal con el fin de ensanchar la distancia
entre las capas. Es decir, es indispensable una etapa de aumento de
la cantidad de cationes orgánicos añadidos para abrir la distancia
entre las capas. No obstante, si la cantidad de cationes orgánicos
añadidos es incrementada, entonces gran cantidad del catión
orgánico añadido al polímero permanece como residuo, provocando por
tanto descensos de la temperatura de deformación del calor y no
permitiendo que se alcanzara actuación satisfactoria.
Adicionalmente, como se ha mencionado
anteriormente, con el fin de ensanchar la distancia entre las capas
del compuesto entre capas preparado por la puesta en contacto del
catión orgánico con el mineral en capas para la dispersión en un
polímero fundido, es necesario realizar hinchamiento ilimitado con
un disolvente orgánico.
Con el fin de resolver los problemas de los
métodos convencionales tales como los descritos anteriormente, el
método de producción de la presente invención dispersa el mineral
en capas en el polímero fundido por el contacto directo sin
utilizar disolventes orgánicos, pero con el fin de alcanzar un
entorno donde las capas del mineral en capas se abren fácilmente, el
método de la presente invención, además de utilizar los minerales
en capas que tienen un área equivalente por unidad de carga en las
superficies de capas dentro de un intervalo especificado como se
menciona anteriormente, se amplía la distancia entre las capas
seleccionando los cationes orgánicos que tienen estructuras
impedidas estéricamente en los minerales en capas, ampliando de
este modo eficientemente la distancia entre las capas incluso con
una pequeña cantidad de cationes orgánicos.
Que los cationes orgánicos tengan una estructura
impedida estéricamente significa que la estructura de los cationes
orgánicos tiene la función de configurar con minerales en capas
solamente una cierta dirección geométrica. Específicamente, los
cationes orgánicos deberían tener preferentemente una conformación
tal como que es perpendicular entre los fondos de las capas con
respecto a las capas de los minerales en capas. Por ejemplo, debería
utilizarse preferentemente un compuesto cargado positivamente de
una sal amónica cuaternario que tiene una estructura molecular en
forma de jaula. Como otros que se adaptan a las configuraciones en
forma de pilar entre las capas están las sales amónicas alifáticas
con grupos amino presentes en ambos extremos o derivados de alcohol
amino que tienen grupos hidroxilo en los terminales.
Cuando se amplía de esta manera la distancia
entre las capas, los presentes técnicos de la invención alcanzaron
éxito ampliando de forma efectiva el espacio entre las capas
utilizando sales de compuestos azabiciclo que tienen estructuras en
forma de jaula o sus derivados, o mediante el uso de estas sales de
compuestos azabiciclo y sus derivados junto con sales tri- o
tetra-alquilamonio de compuestos amina en forma de
cadena, incluso en pequeñas cantidades, como los cationes orgánicos
que se adaptan estéricamente y actúan de forma efectiva incluso en
pequeñas cantidades.
En la presente invención, los ejemplos de los
compuestos azabiciclo que pueden utilizarse como cationes orgánicos
son
Azabiciclo[2,2,2] octano, azabiciclo
[2,1,2] heptano,
Azabiciclo[3,2,1] octano,
azabiciclo[3,2,2] nonano,
Azabiciclo[3,3,2] decano y
azabiciclo[3,3,1] nonano, entre los que es especialmente
preferido el azabiciclo[2,2,2]octano desde el punto de
vista económico, así como debido a que tiene una ruta de síntesis
corta y es fácilmente sintetizado.
Particularmente, cuando se utiliza el compuesto
azabiciclo solo como el catión orgánico, las sales de
4-alquilazabiciclo[2,2,2]octano
amónicas o las sales de
4-alquilazabiciclo[2,2,2]octano
amónicas son preferidas, donde el grupo alquilo en la posición 4
debería ser preferentemente un grupo alifático con de 4 a 30 átomos
de carbono.
Los ejemplos específicos incluyen cloruro de 4
docosilazabiciclo[2,2,2]octano amónico, cloruro de
4-eicosilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-octadecilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-tetradecilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico,
4-hexadecilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-dodecilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-decilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-octilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-hexilazabiciclo[2,2,2]octano amónico
y cloruro de
4-butilazabiciclo[2,2,2]octano
amónico.
Adicionalmente, como el catión orgánico
mencionado anteriormente, deberían utilizarse de forma preferida los
bencenos donde los grupos amonio tienen un grupo alifático con de
4-30 átomos de carbono como los descritos. Por
ejemplo, existen cloruro de
4-[p-docosilbenceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-[p-eicosilbenceno]azabiciclo[2,2,2]
octano amónico, cloruro de
4-[p-octadecilbenceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de 4-
[p-hexadecilbenceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-[p-tetradecilbenceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de
4-[p-dodecilbenceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico, cloruro de 4-[p-decilbenceno]
azabiciclo[2,2,2]octano amónico, cloruro de
4-[p-octilbenceno]
azabiciclo[2,2,2]octano amónico, cloruro de
4-[p-hexilbenceno]
azabiciclo[2,2,2]octano amónico, cloruro de
4-[p-butilbeceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico. Adicionalmente, la similitud anterior incluye cloruro de
4-[m-alquilbenceno]azabiciclo[2,2,2]octano
amónico.
Adicionalmente, los cloruros pueden estar
sustituidos por compuestos de haluro de alquilo, por ejemplo,
bromuro de 4-alquilbenceno
azabiciclo[2,2,2]octano-N-metilamónico
producido por el tratamiento con bromuro de metilo.
Además de lo anterior, es posible utilizar el
cloruro de 4-alquilazabicicloo, como alternativa,
los haluros de
4-alquilazabiciclo[2,2,2]octano-N-alquil
amónicos cuaternizados con haluros de alquilo.
Los ejemplos incluyen cloruro de
4-docosilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-[eicosil]azabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-octadecilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-hexa-decilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-tetradecil-azabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-dodecil-azabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-decilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-decilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-octilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-hexil-azabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico, cloruro de
4-butilazabiciclo[2,2,2]octano-N-metil
amónico.
Adicionalmente, los compuestos azabiciclo como se
describe anteriormente pueden tener también un grupo substituyente
tal como un grupo alquilo, un grupo alcoxi, un grupo
p-alquilfenoxi, un grupo alquil benceno o similares,
en la posición más separada del átomo de nitrógeno.
Como ejemplos de la sal amónica alifática que
tienen grupos amino sobre ambos terminales, existen los compuestos
expresados por la siguiente fórmula
\newpage
(En la fórmula, n es mayor que o igual a
4, y R_{1}-R_{6} son todos H o
R_{1}-R_{6} pueden tener grupos alquilo. X es un
átomo de halógeno).
Como ejemplos de los derivados de alcohol amino
que tienen grupos hidroxilo en los terminales, están aquellos
expresados por las siguientes fórmulas racionales, donde n
es mayor que o igual a 2, R es un grupo alquilo con
1-25 átomos de carbono y X es un átomo de
halógeno.
Adicionalmente, cuando se utiliza en combinación
con un compuesto azabiciclo, el haluro de
tetra-alquil amónico alifático de cadena lineal
debería tener una estructura donde al menos un grupo alquilo tenga
al menos 4 y como máximo 30 átomos de carbono.
Por ejemplo, existen el cloruro butiltrimetil
amónico, el cloruro hexiltrimetil amónico, el cloruro octiltrimetil
amónico, el cloruro deciltrimetil amónico, el cloruro
dodeciltrimetil amónico, el cloruro tetradecil amónico, el cloruro
hexadecil amónico, el cloruro octadecil amónico, el cloruro
eicosiltrimetil amónico, y el cloruro docosiltrimetil amónico.
Adicionalmente, estos no están limitados a las cadenas lineales, y
pueden ser grupos isoalquilo, grupos alquilo terciario, o el grupo
alquilo más largo puede ser 2- y/o
3-substituido.
Con respecto a los cationes orgánicos, cuando se
utilizan de forma individual los compuestos azabiciclo, deberían
utilizarse dentro de un intervalo de 0,1-150
meq/100 g, preferentemente de 5-80 meq/100 g, y
óptimamente de 15-50 meq/100 g.
Adicionalmente, cuando los haluros de alquilo
alifático amónicos de cadena lineal, y los haluros de alquilo
amónicos en forma de jaula son utilizados juntos como se usan con
frecuencia de forma convencional, la cantidad total utilizada
debería estar preferentemente dentro del intervalo de
0,5-80 meq/100 g, pero la cantidad añadida de los
haluros de alquilo amónicos en forma de jaula puede ser de
0,1-40 meq/100 g, que es económica.
La resina termoplástica que es la base de la
composición de resina de la presente invención puede ser cristalina
o amorfa.
El parámetro de solubilidad de la resina
termoplástica debe ser al menos de 9,5
[cal/cm^{3}]^{1/2}, preferentemente al menos de 11,5
[cal/cm^{3}]^{1/2} más preferentemente de 12,5
[cal/cm^{3}]^{1/2}. Haciendo la solubilidad un parámetro
alto, los polímeros se combinan químicamente con los compuestos
entre capas hinchados por el contacto con los cationes orgánicos,
teniendo la función de formar el área de ensanchamiento las
distancias entre las superficies inferiores de los compuestos entre
capas para permitir un entorno para la dispersión del compuesto
entre capas como una substancia de carga por la capa.
El parámetro de solubilidad (valor SP) es la raíz
cuadrada de la energía de cohesión, es decir, la energía de
evaporación por unidad de volumen para una sola molécula, y es un
valor numérico que indica la magnitud de la polaridad por unidad de
volumen. Puesto que no se evapora en el caso de una macromolécula,
se calcula generalmente utilizando la fórmula de Small dada a
continuación.
Valor SP = d \Sigma
Fi/M
- Aquí,
- M: Unidad Peso Molecular del Polímero
- d: Densidad
- Fi= Constante Característica del Grupo Atómico.
Con respecto al método de Small, los detalles se
describen en P.A. Small, J. Appl. Chem, 3, 71(1953) o
"Polymer Blends", pp. 127-129 (1981, publicado
por K.K. CMC).
Para la resina termoplástica, es posible
utilizar, como resinas cristalinas, por ejemplo, el poliéster
aromático, poliéster alifático, poliamida (PA) 6, poliamida 66,
poliamida 11, poliamida 12, tereftalato de polietileno (PET),
tereftalato de polibutileno (PBT), poliamida-imida
alifática, poliamida-imida aromática,
poli-imida, poliéster imida 6, poliéter cetona,
polifenileno éter (PPS), o polioximetileno (POM). Como resinas
amorfas, los ejemplos incluyen copolímeros acrilonitrilo estireno
(AS), copolímeros de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS),
cloruro de polivinilo (PVC rígido), cloruro de polivinilideno
(PVDC), polimetametilacrilato (PMMA), policarbonato (PC), u óxido
de polidimetilfenileno (PPO). Adicionalmente, es posible utilizar
también aleaciones d epolímero combinando las resinas mencionadas
anteriormente, tales como PC/PBT, PC/PA, PC/ABS, PC/PET, PPO/PBT,
PPO/PA, PPO/PPS, PBT/ABS, PBT/PET, PA/ABS o PPS/PA.
En la composición de resina de acuerdo con el
método de producción de la presente invención, los minerales en
capas deben estar dispersados en la resina sobre el nivel
molecular.
La dispersión sobre el nivel molecular en la
presente invención hace referencia a un estado donde las capas de
los minerales en capas están separados con el espesor de las capas
principalmente de 80 \ring{A} o menor, y son dispersados de
manera uniforme en la resina.
Adicionalmente, como la composición de resina de
la presente invención, los minerales en capas dispersados en la
resina deberían tener preferentemente las siguientes propiedades
(a) y (b).
(a) Espesor: 9-80 \ring{A}
(b) Al menos 30% en peso que tiene una relación
entre dimensiones de 300 o más.
El espesor del mineral en capas es
aproximadamente de 9 \ring{A} por capa, y 80 \ring{A}
corresponde a siete capas.
La relación entre dimensiones hace referencia a
la relación de altura/anchura y la presente invención debería ser
preferentemente tal que la proporción de estos donde la relación es
al menos de 300 es al menos 30% en peso.
Adicionalmente, después de analizar un compuesto
entre capas donde la mica tetrasilícica (CM-1) que
se describe a continuación como un mineral en capas está
intercalada con cloruro de quinuclidina (QC) que se describe a
continuación como un catión orgánico en una cantidad substituida de
40 meq/100 g por difracción de rayos X, los resultados fueron 14,4
\ring{A} a d(001), 7,17 \ring{A} en la segunda capa
d(002), 4,80 \ring{A} en la tercera capa d(003),
3,59 \ring{A} en la cuarta capa d(004), 2,88 \ring{A} en
la quinta capa d(005), y 2,55 \ring{A} en la sexta capa
d(006), por tanto se observó un estado de conformación hasta
la sexta capa. No obstante, el estado de conformación no puede
observarse en la segunda capa y capa superior en las sales amónicas
tetra-alquilo alifáticas de cadena lineal que se han
utilizado convencionalmente. Por tanto, se supone que la
difracción de rayos-X de los compuestos entre capas
de la presente invención se observan por tener regularidad debido a
los cationes orgánicos que se adaptan perpendicularmente a las
superficies de los minerales en capas.
De aquí en adelante, la presente invención se
explicará en detalle de forma adicional por medio de los
ejemplos.
El módulo de flexión adaptado a las normas de
ASTM D790. La temperatura de deformación del calor (HDT) adaptada a
las normas de ASTM D648 medidas bajo condiciones de 66 psi o 246
psi. La resistencia al impacto Izod adaptada a las normas de ASTM
D256 medidas a una temperatura de 23ºC. La relación entre
dimensiones se midió utilizando un microscopio electrónico del tipo
de transmisión sobre una rodaja ultrafina cortada a lo largo de la
dirección de flujo del molde de extrusión a partir de un fragmento
de ensayo utilizando un microtomo.
Se determinó la dispersión midiendo el espesor
del mineral en capas dispersado por el microscopio electrónico del
tipo de transmisión mencionado anteriormente, y valorado en cuatro
etapas.
\odot espesor de 9 a < 30 \ring{A}
\medcirc espesor de 30 a < 50 \ring{A}
\triangle espesor de 50 a < 80
\ring{A}
\times espesor de 80 \ring{A} o más.
Los siguientes fueron utilizados como minerales
en capas.
CM-1: mica tetrasilícica (Ae =
49, CEC = 98).
CM-2: mica tetrasilícica (Ae =
60, CEC = 84).
CM-3: vermiculita (Ae = 80, CEC =
94)
CM-4: esmectita (Ae = 120, CEC =
100)
CM-5: esmectita (Ae= 250, CEC=
110)
CM-6 : esmectita (Ae= 170, CEC=
105)
Los siguientes fueron utilizados como cationes
orgánicos.
4DQC: cloruro
4-dodecilquinuclidinio
QC: cloruro quinuclidinio
nREA:
n-lauril-N-dietanol
amonio
TMTA:
N,N,N-trimetil-N',N',N'-trimetiltetrametileno
amonio
DHDAC: cloruro de dihexadodecildimetil amonio
nRTA:
n-lauril-N-trimetil
amonio
Adicionalmente, los siete tipos mostrados en la
tabla 1 siguiente fueron utilizados como resinas
termoplásticas.
(Tabla pasa página
siguiente)
Se pesaron 100 g del mineral en capas
(CM-1) mostrado en la Tabla 2 en un matraz,
sumergido en agua destilada, después se suspendió y se agitó. Se
puso en contacto con esto una solución acuosa de 4DQC a 60ºC, y los
cationes orgánicos se substituyeron por 20 miligramos de
equivalente/100 g.
Esta suspensión se lavó, se separó de forma
centrífuga, se liofilizó, después se pulverizó para producir un
compuesto entre capas.
Con el fin de confirmar la intercalación, la
distancia entre bases en CM-1 se midió para
d(001) utilizando un dispositivo de difracción de
rayo-X fabricado por RIGAKU CORPORATION, después
de lo cual el valor fue de 9,6 \ring{A} antes de la inserción de
los cationes orgánicos y 38 \ring{A} después de la intercalación.
Adicionalmente, cuando se tomaron mediciones termogravimétricas
utilizando un dispositivo de termobalance con el fin de confirmar la
cantidad de sales amónicas de alquil entre las capas, la cantidad
de cationes orgánicos insertados entre las capas fue de
aproximadamente 5,94% del mineral en capas. A continuación, este
mineral en capas fue mezclado en seco con PA6 utilizando una
mezcladora Henschel, tal como que era 5% en peso cuando se
convirtió en material de substancia de relleno inorgánica, después
de lo cual se amasó a 280ºC utilizando una extrusionadora
unidireccional biaxial con un diámetro de tornillo de 30 mm donde
la relación L/D entre la longitud del tornillo (L) y
el diámetro del tornillo (D) era igual a 30.
Ejemplos
2-4
Como se muestra en la Tabla 2, los artículos
moldeados con composición de resina fueron obtenidos por el mismo
método que en el Ejemplo 1, con la excepción de que fueron
utilizadas CM-2 (mica hinchada obtenida por
tratamiento con flúor de talco, Ejemplo 2), CM-3
(Ejemplo 3) y CM-4 (Ejemplo 4) como los minerales
en capas.
\newpage
Ejemplos
5-9
Como se muestra en la Tabla 2, utilizando QC y
DHDAC como cationes orgánicos, fueron añadidos e intercalados de
forma secuencial, dando lugar a un compuesto entre capas con un
valor d(001) de 38 sobre difracción de
rayos-X. Este compuesto entre capas fue mezclado
por volteo con PA6 (Ejemplo 10, Ejemplo 15), AS (Ejemplo 11), PET
(Ejemplo 12), PVC (Ejemplo 13) o PPMA (Ejemplo 14), después fue
amasado por una extrusionadora unidireccional biaxial. La
composición de resina resultante fue moldeada por un dispositivo de
moldeo por extrusión para obtener un artículo moldeado de
composición de resina.
Con el Ejemplo 1, un compuesto entre capas fue
preparado donde el catión orgánico fue nREA, y la cantidad de
intercambio de iones fue de 18 meq/100 g, después esto fue amasado
con PA6. De otro modo, se obtuvo un artículo moldeado de
composición de resina de la misma manera que el Ejemplo 1.
Con el Ejemplo 1, se preparó un compuesto entre
capas donde el catión orgánico fue TMTA, y la cantidad de
intercambio de iones fue de 40 meq/100 g, después esto fue amasado
con PA6. De otro modo, se obtuvo un artículo moldeado de
composición de resina de la misma manera que el Ejemplo 1.
Ejemplos
18-20
Como se muestra en la Tabla 2, se obtuvieron los
artículos moldeados de la misma manera que con el Ejemplo 1, con la
excepción de que POM (Ejemplo 18), PBT (Ejemplo 19) y PPO (Ejemplo
20), se utilizaron como polímeros.
Con respecto a los artículos moldeados de
composición de resina obtenidos por los ejemplos
1-17 mencionados anteriormente, se observaron el
módulo de flexión, la temperatura de deformación de calor (HDT), la
resistencia al impacto Izod, la relación entre dimensiones y el
estado de dispersión; los resultados se muestran en la Tabla 3.
Todos los artículos moldeados de la composición
de resina obtenidos en los Ejemplos 1-4 tenían
minerales en capas con buenos estados de dispersión y con
excepcional rigidez, resistencia al calor y resistencia al impacto
en comparación con PA6 mostrado en la Tabla 1.
Como se muestra por los resultados de los
Ejemplos 5-9, los minerales en capas pueden
dispersarse sobre el nivel molecular sin utilizar disolventes
orgánicos, utilizando resinas termoplásticas con parámetros de
solubilidad de al menos 9,5 [cal/cm^{3}]^{1/2} y
minerales en capas donde el área equivalente por unidad de carga en
la superficie de la capa es de 40-150
\ring{A}^{2}/carga.
Como se muestra por los resultados de los
Ejemplos 10-15, la adición combinada de una pequeña
cantidad de quinuclidina y las sales amónicas de
tetra-alquilo alifático de cadena lineal mejora
claramente la resistencia al calor y aumenta la dispersión del
nivel de nanómetros con una pequeña cantidad de cationes
orgánicos.
Después de medir la distancia entre las capas
d(001) del artículo moldeado de composición de resina
obtenido en el Ejemplo 16 por difracción de rayos-X,
la distancia entre capas fue de 18 \ring{A} después de la
inserción de los cationes orgánicos, desde los que se supone que el
dietanol se adapta en configuraciones en forma de pilar entre las
capas y los grupos laurilo se adaptan en paralelo entre las
capas.
Después de medir la distancia entre las capas
d(001) del artículo moldeado de la composición de resina
obtenido en el Ejemplo 17 por difracción de rayos-X,
la distancia entre las capas fue de 16 \ring{A} después de la
inserción de los cationes orgánicos, a partir de lo cual se supone
que existe una conformación en forma de pilar aproximadamente entre
las capas.
\newpage
Ejemplo Comparativo
1
Como se muestra en la Tabla 4, se preparó un
artículo moldeado de la composición de resina de la misma manera que
con el Ejemplo 1, con la excepción de que CM-5 que
tiene un área equivalente alta por unidad de carga sobre la
superficie de capa fue utilizada como el mineral en capas.
Los resultados de observaciones del módulo de
flexión, temperatura de deformación del calor (HDT), resistencia al
impacto Izod, relación entre dimensiones y estado de dispersión de
este artículo moldeado se muestran en la Tabla 5.
Ejemplo Comparativo
2
Se realizó el hinchamiento no limitado de un
compuesto entre capas obtenido de la misma manera que el Ejemplo
Comparativo 1 añadiendo tolueno en una proporción de 10% en peso, y
se realizó la dispersión de inyección mientras se amasaba esto por
medio de una bomba de émbolo desde la superficie lateral de la
extrusionadora. La composición de resina resultante fue moldeada por
medio de un dispositivo de moldeo por extrusión para obtener un
artículo moldeado de composición de resina.
Ejemplo Comparativo
3
Como se muestra en la Tabla 4, se obtuvo un
artículo moldeado de la composición de resina de la misma manera
que en el Ejemplo 1, con la excepción de que se utilizó DHDAC como
un catión orgánico.
Ejemplos Comparativos 4 y
5
Como se muestra en la Tabla 4, los artículos
moldeados de la composición de resina fueron obtenidos de la misma
manera que con el Ejemplo 1, con la excepción de que se utilizó
DHDAC como el catión orgánico y la cantidad de intercambio de iones
fue de 50 meq/100 g (Ejemplo Comparativo 4), y que se utilizó DHDAC
como el catión orgánico y la cantidad de intercambio de iones fue
de 98 meq/100 g (Ejemplo Comparativo 5).
Ejemplo Comparativo
6
Como se muestra en la Tabla 4, QC se utilizó como
el catión orgánico, que fue intercalado en mica tetrasilícica, tal
que la cantidad de intercambio de iones fue de 0,05 meq/100 g, y se
realizó el secado por deshidratación, después de lo cual se
confirmó si se insertó una cantidad estándar entre las capas por
medio de un termobalance. A continuación, el DHDAC fue disuelto en
agua, y se realizó la intercalación como anteriormente. Cuando la
cantidad de porción de cloruro de quinuclidina fue substraída del
termobalance, la cantidad de intercambio de iones del DHDAC fue de
95 meq/100 g. De otro modo, se realizó el amasado y la extrusión
de la misma manera que con el Ejemplo 1, para obtener un artículo
moldeado de composición de resina.
Ejemplos Comparativos 7 y
8
Como se muestra en la Tabla 4, los artículos
moldeados de composición de resina fueron preparados de la misma
manera que con el Ejemplo 1, con la excepción de que fueron
utilizados PP (ejemplo Comparativo 7) y PS (Ejemplo Comparativo 8)
como polímero que tienen parámetros de solubilidad de menos de 9,5
[cal/cm^{3}]^{1/2}.
Ejemplo Comparativo
9
Como se muestra en la Tabla 4, se obtuvo un
artículo moldeado de composición de resina de la misma manera que
con el Ejemplo 4, con la excepción de que se utilizó
CM-6 como el mineral en capas.
Ejemplo Comparativo
10
Como se muestra en la Tabla 4, se realizó una
mezcla de la misma manera que en el Ejemplo 9 con la excepción de
que se añadió xileno como un disolvente orgánico para formar una
suspensión de hinchamiento no limitado de 10% en peso, después,
esto fue inyectado en cantidades estándar desde la superficie
lateral de la extrusionadora durante el amasado, y se obtuvo una
composición de resina por el amasado de dispersión, después, esto
se utilizó para producir un artículo moldeado de composición de
resina.
Ejemplo Comparativo
11
Como se muestra en la Tabla 4, se incrementó la
cantidad de catión orgánico, PP fue utilizado como un polímero, y
se utilizó el xileno como un disolvente para producir una solución
de 10% en peso por el hinchamiento no limitado de los compuestos
entre capas, después se inyectó esto por cantidades fijas desde la
superficie lateral de una extrusionadora por una bomba de émbolo,
de forma que el mineral en capas fue de 5% en peso. De otro modo, el
artículo moldeado de la composición de resina fue preparado de la
misma manera que en el Ejemplo 1.
\newpage
Ejemplo Comparativo
12
Se obtuvo un artículo moldeado de composición de
resina de la misma manera que en el Ejemplo 16, con la excepción de
que el catión orgánico fue nRTA y la cantidad de intercambio de
iones fue de 20 meq/100 g.
Se observaron el módulo de flexión, la
temperatura de alteración del calor (HDT), resistencia al impacto
Izod, relación entre dimensiones y el estado de dispersión de los
artículos moldeados de la composición de resina obtenidos en los
Ejemplos Comparativos 2-12, y los resultados se
muestran en la Tabla 5.
Después de observar el estado de dispersión de la
composición de resina obtenida por el Ejemplo Comparativo 1, por
medio de un microscopio electrónico del tipo de transmisión, el
espesor del mineral en capas fue de 600 \ring{A} en mínimo.
Adicionalmente, aunque el módulo de flexión fue de 29.000
kg/cm^{2}, la resistencia al calor fue de 78ºC a 246 psi, por
tanto, la resistencia al calor fue extremadamente baja.
Adicionalmente, cuando fueron observados los espesores de las capas
por un microscopio electrónico del tipo de transmisión, el espesor
mínimo de las capas fue equivalente a 200 capas en la mayoría, de
forma que la auto-destrucción debido a los cationes
orgánicos fue baja y la dispersión fue pobre.
La composición de resina obtenida en el Ejemplo
Comparativo 2 tenía un módulo de flexión de 30.000 kg/cm^{2},
pero las observaciones por un microscopio electrónico del tipo de
transmisión revelaron que el espesor del mineral en capas fue de
400 \ring{A} como mínimo; por lo tanto, aunque se mejoró la
dispersión, la resistencia al calor y la rigidez ambas no alcanzaron
los niveles de la composición de resina obtenida por el Ejemplo
1.
La composición de resina obtenida por el Ejemplo
Comparativo 3 tenía una dispersión pobre, y las observaciones por el
microscopio electrónico del tipo de transmisión revelaron que el
espesor mínimo de capa con el compuesto entre capas dispersado fue
de 2000 \ring{A}, que es una dispersión inadecuada.
Adicionalmente, las propiedades mecánicas fueron insuficientes.
Con la composición de resina del Ejemplo
Comparativo 4, la dispersión se mejoró, pero existió una reducción
marcada en la resistencia al calor debido a la gran cantidad de
cationes orgánicos.
La resistencia al calor de la composición de
resina del Ejemplo Comparativo 5 fue de 60ºC a 246 psi, y el módulo
de flexión y la resistencia al impacto Izod ambos mostraron
actuación pobre. Cuando se observó el estado de dispersión dentro
de la composición de resina por un microscopio electrónico del tipo
de transmisión, el espesor mínimo del mineral en capas fue de 2.000
\ring{A}, de manera que la dispersión fue inadecuada también.
El módulo de flexión de la composición de resina
del Ejemplo Comparativo 6 fue de 35.600 kg/cm^{2}, y la
resistencia al calor fue extremadamente baja incluso a condiciones
de 246 psi del HDT. Como consecuencia, incluso si se utiliza un
mineral en capas que tiene un área equivalente pequeña por unidad de
carga sobre la superficie de capa, la dispersión es difícil a menos
que se añada una cantidad prescrita de un catión orgánico que tiene
una estructura impedida estéricamente. Adicionalmente, bajo las
condiciones del Ejemplo Comparativo 6, la resistencia al calor de
la composición de resina obtenida se cree que ha empeorado puesto
que fue grande la cantidad de cationes orgánicos conocida
convencionalmente.
Con las composiciones de resina del Ejemplo
Comparativo 7 y Ejemplo Comparativo 8, las propiedades mecánicas
fueron pobres, y el espesor mínimo de los minerales en la capa de
dispersión como se observó por un microscopio electrónico del tipo
de transmisión fue de 2.500 \ring{A}; por lo tanto la dispersión
fue extremadamente pobre.
La composición de resina del Ejemplo Comparativo
9 fue insuficiente tanto en rigidez como en resistencia al calor.
Utilizando un mineral en capas con un área equivalente grande por
unidad de carga en la superficie de la capa, la dispersión no fue
adecuada incluso cuando se utiliza PA6.
Con la composición de resina del Ejemplo
Comparativo 10, el grado de dispersión fue ligeramente mejorado
sobre la composición de resina obtenida en el Ejemplo Comparativo
9. Por tanto, en el caso de un mineral en capas con un área
equivalente grande por unidad de carga en la superficie de la capa,
la dispersión es difícil sin la ayuda de un disolvente orgánico.
Adicionalmente, aunque los artículos moldeados de composición de
resina obtenidos en el Ejemplo Comparativo 9 y el Ejemplo
Comparativo 10 ambos tenían baja resistencia al calor, esto se cree
que es debido a que el tamaño del cristal de la esmectita sintética
es pequeño.
Con la composición de resina del Ejemplo
Comparativo 11, la substancia de relleno no pudo dispersar
absolutamente en el nano nivel. Esto se cree que es debido a que el
parámetro de solubilidad de este polímero fue bajo, de manera que
el polímero fundido no se adaptó a un compuesto entre capas
hinchado, y el posterior cizallamiento no provocó pelado entre las
capas.
La distancia entre capas d(001) del
artículo moldeado de la composición de resina obtenida por el
Ejemplo Comparativo 12 como se mide por la difracción de
rayos-X fue tal que la distancia entre capas después
de la inserción de los cationes orgánicos fue de 20 \ring{A}; por
lo tanto, la dispersión fue pobre.
A partir de los resultados anteriores, es
evidente que las composiciones de resina obtenidas por los ejemplos
descritos anteriormente tienen propiedades mecánicas superiores y
temperaturas de deformación por calor superiores que las resinas de
los ejemplos comparativos descritos anteriormente y de la Tabla 1.
Adicionalmente, en todas las composiciones de resina obtenidas por
los ejemplos comparativos descritos anteriormente, el estado de
dispersión de la substancia de relleno inorgánica fue pobre.
De acuerdo con el método de producción de una
composición de resina que contiene una substancia de relleno
inorgánica de la presente invención, no es necesario el cercado de
los grupos terminales como se requiere en los métodos de
polimerización convencional no es necesario, y los disolventes
orgánicos no son necesarios, de manera que el proceso puede
simplificarse y los costes de producción pueden reducirse.
Adicionalmente, es posible utilizar una gran variedad de resinas en
comparación con los métodos de polimerización convencionales o
métodos de disolvente orgánico, de manera que pueda utilizarse para
una variedad de fines.
Adicionalmente, cuando se forma una aleación de
polímero, la resistencia al adhesivo de la superficie de resina no
disminuye, de mannera que la fase de dispersión no llegará a
desmezclarse, la fase se hace estable, y es posible una amplia gama
de mezclas de dispersión.
Adicionalmente, mediante la selección de cationes
orgánicos que tienen estructuras que se adaptan perpendicularmente
al mineral en capas, la distancia entre las capas se dispersa
eficientemente con solamente una pequeña cantidad de cationes
orgánicos, de manera que no se producen las reducciones en la
resistencia al calor de las composiciones de resina producidas.
Por tanto, de acuerdo con la presente invención,
las substancias de carga inorgánicas pueden dispersarse finamente a
nivel molecular directamente en las composiciones de resina,
produciendo de este modo composiciones de resina que contienen
substancias de relleno inorgánicas que tienen rigidez, resistencia
al calor y resistencia al impacto excepcionales, que son adecuadas
para aplicaciones en campos tales como, por ejemplo, automóviles,
piezas electrónicas para electrodomésticos, materiales de
construcción y materiales industriales.
Claims (6)
1. Un método de producción de una composición de
resina que contiene una substancia de relleno inorgánica, que
comprende poner en contacto un catión orgánico que tiene una
estructura impedida estéricamente con un mineral en capas con un
área equivalente por unidad de carga sobre la superficie de la capa
de 40-150 \ring{A}^{2}/carga, y ponerlo en
contacto después con una resina termoplástica que tiene un
parámetro de solubilidad de al menos 9,5
[cal/cm^{3}]^{1/2}, para dispersar el mineral en capas
dentro de dicha resina a nivel molecular, donde el catión orgánico
es un compuesto seleccionado del grupo que consta de sales de un
compuesto monoazabiciclo, sales de amonio alifáticas que tienen
grupos amino sobre ambos terminales y compuestos de alcohol amino
que tienen grupos hidroxilo en los terminales, y el mineral en
capas, que es puesto en contacto con el catión orgánico, es puesto
en contacto con una resina termoplástica en un estado fundido sin
la presencia de un disolvente.
2. Un método de producción de una composición de
resina que contiene una sustancia de relleno inorgánica de acuerdo
con la reivindicación 1, donde el mineral en capas dispersado en la
resina tiene las siguientes propiedades (a) y (b).
(a) espesor: 9-80 \ring{A}
(b) al menos el 30% en peso que tiene una
relación entre dimensiones de al menos 300.
3. Un método de producción de una composición de
resina que contiene una substancia de relleno inorgánica de acuerdo
o bien con la reivindicación 1 ó 2, donde la distancia entre las
bases d(001) del mineral en capas es de 7-13
\ring{A}.
4. Un método de producción de una composición de
resina que contiene una substancia de relleno inorgánica de acuerdo
o bien con la reivindicación 1 ó 2, donde el catión orgánico es una
sal de un compuesto monoazabiciclo.
5. Un método de producción de una composición de
resina que contiene una substancia de relleno inorgánica de acuerdo
con la reivindicación 4, donde se utiliza también una sal amónica
de tri- o tetra-alquilo de un compuesto de amina de
tipo cadena como un catión orgánico.
6. Una composición de resina que se puede obtener
por el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
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