ES2286147T3 - Utilizacion de ligninas en termoplasticos. - Google Patents
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Abstract
Separador de batería para baterías de plomo-ácido que comprende: una membrana microporosa que comprende un polietileno de peso molecular ultraelevado, un relleno, un aceite de tratamiento, y una fuente de lignina de frondosas.
Description
Utilización de ligninas en termoplásticos.
La presente invención se refiere a la
utilización de ligninas de frondosas en termoplásticos (tales como
polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE)).
La lignina es un subproducto de las operaciones
de pulpa de madera. La estructura química de la lignina es
extremadamente compleja. La lignina está generalmente aceptada como
un polímero reticulado tridimensional compuesto por tres fracciones
diferentes fenil propenol. Las cantidades relativas de los
compuestos trimonoméricos, alcohol cumaril, alcohol coniferil, y
alcohol sinapil, varían con las fuentes de la lignina. Las ligninas
grasas, tales como las obtenidas a partir del arroz, maíz, o caña de
azúcar, están compuestas fundamentalmente por alcoholes cumaril y
coniferil. Las ligninas de maderas de coníferas, tales como las
obtenidas a partir del abeto rojo, pino, secuoya roja, cedro y
similares, están compuestas en su mayoría por alcoholes coniferil y
sinapil. Las ligninas de frondosas se obtienen, o se obtienen
sustancialmente, a partir de roble, cerezo, arce, abedul,
liquidámbar, caoba y similares.
Un termoplástico se refiere a un polímero que se
suaviza o se funde cuando está expuesto al calor y vuelve a su
estado original cuando se enfría. El polietileno de peso molecular
ultraelevado (UHMWPE) se refiere a un polímero con un peso
molecular superior a 1 millón y preferentemente comprendido en el
intervalo entre aproximadamente 5 millones y aproximadamente 7
millones. El UHMWPE presenta muchas propiedades únicas, pero es
extremadamente difícil de procesar, por ejemplo conformarlo en
formas utilizables. No se pueden utilizar la extrusión convencional
y las técnicas de moldeo. Cuando se utilizan técnicas de moldeo, la
energía añadida al polímero por la extrusora pueden ocasionar
escisiones en cadena (por ejemplo, degradación térmica) que, a su
vez, tienen efectos perjudiciales en el polímero. Rubin, I.I.,
editor, Handbook of Plastic Materials and Technology, John
Wiley & Sons, Inc. NYC, NY, (1990), páginas
349-354, Stein, H.L., "Ultra High Molecular
Weight Polyethylene (UHMWPE)", Engineered Materials
Handbook, vol. 2, Engineering Plastics, ASM
International, Metals Park, OH, 1988, y la patente US nº 4.778.601,
incorporados en la presente memoria como referencia. Un
procedimiento para extrusionar UHMWPE consiste en mezclar la resina
de UHMWPE con un aceite mineral (o plastificador), por ejemplo
entre 80 y 98% en peso de UHMWPE y entre 2 y 20% en peso de aceite
mineral. El aceite dispersado uniformemente permite que el UHMWPE
fluya más fácilmente a través de la extrusora. Véase la patente US
nº 4.778.601.
En el primer aspecto de la invención, las
ligninas de frondosas son añadidas a un separador de baterías de
polietileno de peso molecular ultraelevado para una batería de
plomo-ácido, destinada en parte, a reducir la toxicidad del
antimonio.
Se conoce la toxicidad de las baterías de
acumulación de plomo-ácido. Un veneno es el antimonio (Sb) que es
un componente de aleación del plomo-ácido utilizado en las baterías.
La toxicidad del antimonio provoca la reducción en el sobrevoltaje
de hidrógeno. Se han sugerido varias soluciones a la toxicidad del
antimonio. Véase por ejemplo la patente US nº 5.221.587 - un caucho
natural o sintético no reticulado es una capa sobre separadores de
fibra de vidrio o incorporado en los mismos (véase asimismo la
columna 2, línea 51 - columna 3, línea 14 para una exposición de
soluciones adicionales); la patente US nº 5.759.716 - se incorporan
polímeros orgánicos que presentan una afinidad para impurezas
metálicas (por ejemplo Sb) en el separador, por ejemplo; la
solicitud europea publicada nº EP 0 910 130 A1 - se incorporan
tioligninas en separadores de fibras; y la solicitud de patente
japonesa publicada (Kokai) nº 11-191405 las ligninas
se impregnan o revisten un separador de fieltro de fibra de
vidrio.
En el segundo aspecto de la invención, las
ligninas de frondosas se añaden a formulaciones de polímero
termoplástico para actuar como una ayuda en el flujo de
procesado.
La presente invención se refiere a la
utilización de ligninas de frondosas en termoplásticos (tales como
polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE)). En el primer
aspecto de la invención, las ligninas de frondosas son añadidas a
un separador de baterías que comprende una membrana microporosa que
presenta un polietileno de peso molecular ultraelevado, un relleno
y un aceite de tratamiento. En el segundo aspecto de la invención,
las ligninas de frondosas se utilizan como una ayuda en el
tratamiento de termoplásticos.
En el primer aspecto de la invención, una fuente
de lignina de frondosas se añade a un separador de batería
microporoso destinado a una batería de plomo-ácido realizada a
partir de polietileno de peso molecular ultraelevado. La lignina
actúa como un supresor de antimonio que reduce la toxicidad del
antimonio en el interior de la batería. Son conocidos los
separadores de batería realizados en polietileno de peso molecular
ultraelevado. Véase por ejemplo la patente US nº 3.351.495; y
Besenhard, J.O., editor, Handbook of Battery Materials,
Wiley-VCH, NYC, NY (1999) páginas
258-263, ambos incorporados a la presente memoria
como referencia.
El separador de batería de plomo-ácido comprende
generalmente una membrana microporosa realizada en UHMWPE,
rellenos, aceite de tratamiento y lignina. La membrana microporosa
presenta un tamaño medio de poro comprendido entre aproximadamente
0,1 y aproximadamente 1,0 micrones, una porosidad superior a 10%
(preferentemente entre aproximadamente 55% y aproximadamente 85%; y
más preferentemente entre aproximadamente 55% y aproximadamente
70%), y se hace referencia a la estructura de poro como una
estructura de células abiertas o estructura de poro interconectado.
La membrana comprende generalmente aproximadamente entre 15 y 25% en
peso de UHMWPE, entre 50 y 80% en peso de relleno, entre o y 25% en
peso de aceite de tratamiento, y entre 5 y 10% de lignina. Estos
materiales se mezclan y se extrusionan de forma conocida. Véase por
ejemplo la patente US nº 3.351.495; y Besenhard, J.O., editor,
Handbook of Battery Materials, Wiley-VCH,
NYC, NY (1999) páginas 258-263, ambos incorporados
a la presente memoria como referencia.
UHMWPE se refiere a polietilenos con un peso
molecular superior a 1 millón, preferentemente superior a 3
millones. UHMWPE está disponible comercialmente en Ticona LLC,
Bayport, TX, y en Montell, Inc., Wilmington, DE.
Relleno se refiere a partículas de área
superficial elevada con una afinidad para el aceite de tratamiento.
Los rellenos preferidos comprenden sílice precipitada, compuestos
óxidos, y mezclas de los mismos. Dichas sílices están disponibles
comercialmente en PPG, Pittsburgh, PA y Degussa-Huls
AG, Frankfurt, Alemania. Véase asimismo las patentes US nº
3.351.495 y nº 4.861.644, incorporadas a la presente memoria como
referencia, para más propuestas de rellenos.
El aceite de tratamiento (o plastificante) se
refiere, por ejemplo, a aceite mineral, aceite olefínico, aceite
parafínico, aceite nafténico, aceite aromático, y mezclas de los
mismos. El aceite de tratamiento cumple dos funciones; en primer
lugar, mejora la procesabilidad del UHMWPE, y en segundo lugar, es
el componente extraíble, que se utiliza para crear la estructura
microporosa del separador. Se prefiere el aceite mineral y está
comercializado por Equilon de Houston, TX. Véase asimismo las
patentes US nº 3.351.495 y nº 4.861.644, incorporadas a la presente
memoria como referencia, para más propuestas de aceite de
tratamiento (o plastificante).
La lignina se refiere a los subproductos de las
operaciones de pulpa de madera que presentan una estructura química
extremadamente compleja constituida principalmente por propano fenil
unido en tres dimensiones. El término "ligninas" tal como se
utiliza en la presente memoria, pretende referirse a ligninas de
frondosas. Se pueden utilizar asimismo harina de cedro o de arce,
pero puesto que las ligninas no se han separado de las fibras de
celulosa, son más difíciles de procesar. Se prefieren las ligninas
de frondosas. Dichas ligninas están comercializadas por Westvaco
Corp. Charleston, SC, bajo el nombre PC-1369.
Una descripción más detallada de este aspecto de
la invención se pondrá más claramente de manifiesto en los ejemplos
siguientes.
En el segundo aspecto de la presente invención,
se puede añadir una fuente de lignina de frondosas a un polímero
termoplástico como una ayuda de proceso (por ejemplo, lubricante
fluido).
En general, se ha descubierto que cuando hasta
el 10% en peso de la lignina de frondosas se añade al polímero
termoplástico o la formulación de polímero termoplástico, se
obtienen resultados beneficiosos. Estos resultados comprenden
descenso de la temperatura de tratamiento y viscosidad del polímero,
y aumento de la solidez del producto final. Aunque no se pretende
vincular a lo que se expone a continuación, se cree que la lignina
es capaz de reducir la degradación térmica (escisión de cadena) del
polímero durante el proceso.
Una formulación de polímero termoplástico se
refiere preferentemente a una mezcla de polímero termoplástico,
aceite de tratamiento (o plastificante), y lignina de frondosas. En
general, la formulación puede comprender entre 60 y 80% de polímero
termoplástico, hasta 20% de aceite de tratamiento, y hasta 10% de
lignina. Preferentemente, la formulación puede comprender
aproximadamente entre 70 y 80% de polímero termoplástico, entre 15 y
20% de aceite de tratamiento, y entre 5 y 10% de lignina.
Un polímero termoplástico se refiere a un
polímero que se suaviza o se funde cuando está expuesto al calor y
recupera su estado original cuando se enfría. Las sustancias
naturales que muestran este comportamiento son el caucho crudo y
ciertas ceras; sin embargo, el término se aplica generalmente a
sintéticos tales como cloruro de polivinilo, nilones,
fluoropolímeros, polietileno (incluyendo polietilenos de peso
molecular ultraelevado), poliestireno, polipropileno, resinas
acrílicas, otras macromoléculas, y combinaciones de los mismos.
Preferentemente, el polímero termoplástico es una poliolefina. Más
preferentemente, el polímero termoplástico es un polietileno de
peso molecular ultraelevado (UHMWPE). El polímero termoplástico
puede ser asimismo una mezcla del polímero y de un relleno. El
relleno es tal como el descrito anteriormente. La proporción entre
relleno y producto está comprendida aproximadamente entre 1,2:1 y
5:1, preferentemente aproximadamente 2,8:1.
El aceite de tratamiento (o plastificante) se
refiere a, por ejemplo, aceite mineral, aceite olefínico, aceite
parafínico, aceite nafténico, aceite aromático, y mezclas de los
mismos. Véase asimismo las patentes US nº 3.351.495 y nº 4.861.644,
incorporadas a la presente memoria como referencia, para más
propuestas de aceite de tratamiento (o plastificante).
Una descripción más detallada de este aspecto de
la invención se pondrá más claramente de manifiesto en los ejemplos
siguientes.
Se prepararon las formulaciones indicadas en la
tabla 1.
Las formulaciones de la Tabla 1 indicadas en la
tabla 2 se ensayaron para suprimir Sb. Los resultados siguientes se
obtuvieron a través de una técnica de voltimetría cíclica. Las
técnicas de voltimetría cíclica son conocidas. Dietz, H., et
al, "Influence of substituted benzaldehydes and their
derivatives as inhibitors for hydrogen evolution in lead/acid
batteries", 52 Journal of Power Sources 359-365
(1995).
Las formulaciones de la tabla 1 indicadas en la
tabla 3 se ensayaron para reducir la viscosidad. Las formulaciones
se ensayaron utilizando un Reómetro Galaxy III modelo 9052 de
Kayeness, disponible en Kayeness, Inc. de Morgantown, PA.
La presente invención se puede realizar de otras
formas específicas sin apartarse por ello de las características
esenciales de la misma y, por consiguiente, se deberá hacer
referencia a las reivindicaciones adjuntas, más que a la
descripción anterior, que definen el alcance de la invención.
Claims (17)
1. Separador de batería para baterías de
plomo-ácido que comprende:
- una membrana microporosa que comprende
- un polietileno de peso molecular ultraelevado,
- un relleno,
- un aceite de tratamiento, y
- una fuente de lignina de frondosas.
2. Separador según la reivindicación 1, en el
que dicha lignina de frondosas se selecciona de entre el grupo
constituido por ligninas de frondosas, harinas de frondosas, y
mezclas de las mismas.
3. Separador según la reivindicación 1, en el
que dicha fuente de lignina de frondosas comprende de
aproximadamente 5 a 20% en peso de dicha membrana.
4. Separador según la reivindicación 2, en el
que dicha fuente de lignina de frondosas comprende una lignina de
frondosas.
5. Separador según la reivindicación 3, en el
que dicha fuente de lignina de frondosas comprende de
aproximadamente 5 a 10% en peso de dicha membrana.
6. Batería de plomo-ácido que comprende el
separador según la reivindicación 1.
7. Separador de batería para una batería de
plomo-ácido que comprende:
una membrana microporosa que presenta un
estructura de células abiertas con tamaños de poro comprendidos en
el intervalo entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 1 micrón y
una porosidad superior a 10%, y que comprende además
aproximadamente de 15 a 25% en peso de dicho
separador que es un polietileno de peso molecular ultraelevado;
aproximadamente de 50 a 80% en peso de dicho
separador que es un relleno;
menos de aproximadamente 25% en peso del
separador que es un aceite de tratamiento; y
aproximadamente de 5 a 20% en peso del separador
que es una fuente de lignina de frondosas.
8. Separador según la reivindicación 7, en el
que dicha fuente de lignina de frondosas es una lignina de
frondosas.
9. Separador según la reivindicación 7, en el
que dicho relleno se selecciona de entre el grupo constituido por
sílice precipitada, compuestos óxidos, y mezclas de los mismos.
10. Separador según la reivindicación 7, en el
que dicho aceite se selecciona de entre el grupo constituido por
aceite mineral, aceite olefínico, aceite parafínico, aceite
aromático, y mezclas de los mismos.
11. Formulación de polímero termoplástico que
comprende:
hasta aproximadamente 80% en peso de la
formulación que es un polietileno de peso molecular
ultraelevado;
hasta aproximadamente 20% en peso de la
formulación que es un aceite de tratamiento, y
hasta aproximadamente 10% en peso de la
formulación que es una fuente de lignina de frondosas.
12. Formulación según la reivindicación 11, en
la que dicha fuente de lignina de frondosas es una lignina de
frondosas.
13. Formulación según la reivindicación 11, en
la que dicho polietileno de peso molecular ultraelevado comprende
un relleno.
14. Procedimiento para mejora el tratamiento de
polietileno de peso molecular ultraelevado que comprende la etapa
siguiente:
añadir una fuente de lignina de frondosas a un
polietileno de peso molecular ultraelevado antes del
tratamiento.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el que se añade hasta 10% en peso de dicha fuente de lignina de
frondosas.
16. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el que se añade la fuente de lignina de frondosas a una mezcla de
polietileno de peso molecular ultraelevado y aceite de
tratamiento.
17. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el que la fuente de lignina de frondosas es una lignina de
frondosas.
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