ES2318511T3 - Usos de caolin calcinado con alto indice de mullita. - Google Patents

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Abstract

Un material compuesto polímero que comprende: a) desde 25% hasta 99,9% en peso de una matriz polímera; y (b) desde 0,1% hasta 75% en peso de caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, conteniendo el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita una velocidad de flujo seco para 250 g menor de 100 segundos y conteniendo desde 25% hasta 90% en peso de dicha mullita, desde 10% hasta 75% en peso de caolín completamente calcinado, y opcionalmente desde 1% hasta 30% de metacaolín.

Description

Usos de caolín calcinado con alto índice de mullita.
Esta solicitud reivindica la prioridad a la Solicitud Provisional de EE.UU. No. de Serie 60/585.445, presentada el 2 de Julio de 2004.
Campo de la invención
La presente invención se refiere, de manera general, a procedimientos y productos obtenidos usando caolín calcinado de alto índice de mullita. En particular, la presente invención se refiere a diversos aspectos de caolín calcinado de alto índice de mullita que tiene propiedades de flujo en seco mejoradas.
Antecedentes de la invención
Los polímeros incluyen substancias naturales y sintéticas compuestas de moléculas muy grandes denominadas macromoléculas que son múltiplos de unidades químicas más sencillas denominadas monómeros. Los polímeros constituyen muchos de los materiales en organismos vivos, incluyendo, por ejemplo, proteínas, celulosa, ácidos nucleicos, caucho natural y seda. Los polímeros pueden sintetizarse en un laboratorio, y dichos polímeros sintéticos pueden conducir a productos comercialmente importantes tales como plásticos, fibras sintéticas, y caucho sintético.
Los polímeros sintéticos son bien conocidos. Por ejemplo, en 1931 comenzó la fabricación de neopreno, un caucho sintético. El nylon es un material termoplástico sintético introducido en 1938. Con el fin de mejorar diversas propiedades de los polímeros sintéticos, se han incorporado en ellos materiales aditivos. Los materiales aditivos pueden mejorar propiedades tales como resistencia, rigidez/dureza, estabilidad dimensional, aspecto, y similares, así como reducción de costos asociados con la obtención de los polímeros sintéticos.
Una inquietud asociada con la incorporación de materiales aditivos dentro de los polímeros sintéticos es que mientras se mejoran algunas propiedades, frecuentemente se comprometen otras propiedades. Un ejemplo es la mejora de la resistencia del nylon mediante la adición de fibras de vidrio al mismo. Sin embargo, cuando se agregan cargas inorgánicas a poliamidas tales como el nylon sin pretratamiento, no pueden obtenerse propiedades satisfactorias debido a la pobre afinidad de las cargas inorgánicas por las poliamidas. La pobre afinidad da como resultado productos de nylon que son quebradizos y de bajo valor comercial. De acuerdo con ello, la selección de cualquier material aditivo dado para incorporación dentro de un polímero sintético significa necesariamente que ciertas propiedades del polímero pueden ser afectadas negativamente. Más aún, frecuentemente es difícil predecir en qué caso un material aditivo dado tendrá un efecto positivo o negativo sobre cada propiedad del polímero. Dicha pobre capacidad de predicción resulta exacerbada por el hecho de que materiales aditivos diferentes afectan las propiedades del polímero de manera diferente, dependiendo no solamente de la identidad del polímero, sino igualmente de factores externos tales como temperatura, radiación, etc.
Sumario de la invención
Lo que sigue a continuación representa un sumario simplificado de la invención con el fin de proporcionar un conocimiento básico de algunos aspectos de la invención. Este sumario no es una visión general en extensión de la invención. No está destinada ni a identificar elementos clave o críticos de la invención, ni a describir el alcance de la invención. Más bien, el único fin de este sumario es presentar algunos conceptos de la invención en una forma simplificada como un preludio de la descripción más detallada que se presenta aquí más adelante.
La presente invención proporciona caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y procedimientos y materiales compuestos polímeros obtenidos usando caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita. Los materiales compuestos polímeros que contienen el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tienen propiedades mecánicas y/o térmicas mejoradas en comparación con un polímero similar que no contiene el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita. Además, el caolín calcinado con alto índice de mullita proporciona de manera inesperada propiedades mecánicas y/o térmicas similares a los polímeros que contienen caolín calcinado con índice de mullita más bajo.
Los aspectos de la invención se refieren a caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y a procedimientos de obtención de caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita. Los procedimientos implican el calentamiento del caolín a una temperatura de desde aproximadamente 1.000ºC hasta aproximadamente 1.300ºC durante un periodo de tiempo suficiente para formar una cantidad importante de mullita. El caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tiene una velocidad de flujo en seco ventajosa, que es mejor que la del caolín calcinado convencional que contiene poca o nada de mullita. El área superficial y la morfología del caolín calcinado con alto índice de mullita pueden asimismo manipularse mejorando la subsiguiente dispersión en el sistema polímero.
Otro aspecto de la invención se refiere a materiales compuestos polímeros (y a procedimientos de obtención de materiales compuestos polímeros) que contienen una matriz polímera y caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita.
Para la realización de los fines anteriores y relacionados, la invención comprende las características descritas posteriormente aquí más completamente y señaladas de manera particular en las reivindicaciones. La descripción siguiente y los dibujos adjuntos establecen con detalle ciertos aspectos ilustrativos e implementaciones de la invención. Sin embargo, estos son indicativos de unos pocos de los diversos modos en los cuales pueden usarse los principios de la invención. Otros objetos, ventajas y nuevas características de la invención resultarán obvios a partir de la descripción detallada siguiente de la invención cuando se consideren conjuntamente con los dibujos.
Breve sumario de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema para el tratamiento automatizado de caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita de acuerdo con un aspecto de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
El caolín existe de manera natural en la forma hidratada. En la forma hidratada, los minerales de caolinita forman estructuras cristalinas que están enlazadas entre sí mediante restos que contienen hidroxilo. El caolín hidratado puede convertirse en caolín calcinado que contiene una cantidad importante de mullita mediante procedimientos térmicos. Dichos procedimientos dan como resultado una deshidroxilación del caolín y una agregación de las partículas, y convierten la estructura cristalina en una forma amorfa.
Caolín calcinado que contiene una cantidad importante de mullita, caolín calcinado con alto índice de mullita, o caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, usado de manera intercambiable en la presente invención, significa un caolín térmicamente tratado que contiene al menos 20% en peso de mullita. En otra realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, contiene al menos aproximadamente 25% en peso de mullita. En otra realización aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, contiene al menos aproximadamente 30% en peso de mullita. En otra realización todavía aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, contiene al menos aproximadamente 35% en peso de mullita. El caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, puede contener opcionalmente caolín completamente calcinado y/o cantidades menores de metacaolín (siendo las cantidades menores aproximadamente menores de 20% en peso).
El caolín es usualmente una arcilla fina blanca o gris formada por la acción del tiempo sobre minerales aluminosos (tal como feldespato) y constituida fundamentalmente por caolinita. La caolinita está usualmente representada por una o más de las fórmulas químicas A_{14}Si_{4}O_{10}(OH)_{8}; Al_{2}O_{3}\cdot2SiO_{2}\cdot2H_{2}O; y/o Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}. Puede usarse cualquier caolín para proporcionar el caolín calcinado con un alto contenido en mullita, incluyendo una o más de entre caolín bruto, caolín hidratado grueso, y caolín hidratado fino. Respecto a esto, puede tratarse térmicamente una fracción completa de caolín bruto o una fracción de cualquier tamaño para proporcionar el caolín calcinado con un alto contenido en mullita.
El caolín extraído de minas de la tierra está sometido, opcionalmente, a un tratamiento y/o beneficio preliminar para facilitar el transporte, almacenamiento, y/o manipulación. El tratamiento preliminar particular usado, si es que se realiza alguno, no es crítico para la presente invención. Por ejemplo, el caolín bruto puede someterse a una o más de las operaciones siguientes: desmenuzamiento, trituración, deslaminación (molienda en húmedo, molienda de lechadas, trituración en húmedo, y similares), filtración, fraccionamiento, pulverización, flotación, floculación selectiva, separación magnética, floculación/filtración, blanqueado, y similares, antes o después del tratamiento térmico. El desmenuzamiento reduce la roca de caolín a grava. La trituración implica el tratamiento del caolín bruto para lograr una distribución de tamaño de partícula deseado usando, por ejemplo, la molienda en seco y/o la flotación en aire. La deslaminación destruye la estructura en librillos del caolín hidratado. La filtración se usa para separar de manera eficaz por encima de un tamaño umbral, el óxido de titanio y/o compuestos de hierro no deseados procedentes del caolín. El fraccionamiento se usa para separar fracciones de tamaños de partículas de caolín.
En una realización, se proporciona un caolín hidratado en el que al menos aproximadamente el 90% en peso del caolín tiene un diámetro de partícula promedio de aproximadamente 50 micrómetros o menor y al menos aproximadamente el 25% en peso del caolín tiene un diámetro de partícula promedio de aproximadamente 5 micrómetros o menor, para tratamiento térmico. En otra realización, se proporciona un caolín hidratado en el que al menos aproximadamente el 90% en peso del caolín tiene un diámetro de partícula promedio de aproximadamente 20 micrómetros o menor y al menos aproximadamente el 25% en peso del caolín tiene un diámetro de partícula promedio de aproximadamente 2 micrómetros o menor, para tratamiento térmico.
Existe un cierto número de procedimientos y dispositivos para la medición de tamaños de partícula dentro de este intervalo. Para los fines de esta invención, el tamaño de partícula se determina mediante técnicas de sedimentación convencionales usando el analizador de tamaño de partícula SEDIGRAPH® 5100 de Micromeritics, Inc. Las partículas se mezclan con agua en forma de una lechada con un dispersante y se bombean a través de un detector con agitación para dispersar los aglomerados sueltos.
Antes del tratamiento térmico, el agua libre se separa opcionalmente del caolín hidratado para secar el caolín. El caolín se seca mediante cualquier técnica adecuada. Los ejemplos de secado del caolín incluyen el secado por pulverización, secado instantáneo, secado rotatorio, u otras técnicas de conglomeración. Estas técnicas de secado son conocidas en la industria de la arcilla.
Opcionalmente, el secado del caolín se lleva a cabo para reducir el grado de humedad del caolín, en parte, para facilitar los tratamientos térmicos subsiguientes. En una realización, después del secado, el caolín tiene un grado de humedad menor de aproximadamente 1,5% en peso. En otra realización, el caolín tiene un grado de humedad menor de aproximadamente 1% en peso. En otra realización aún, el caolín tiene un grado de humedad menor de aproximadamente 0,5% en peso.
El caolín hidratado se somete a tratamiento térmico para proporcionar caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita. Cuando se calienta el caolín, se desarrolla una serie de cambios característicos, detectables mediante diversos procedimientos incluyendo análisis térmico diferencial (DTA) y Difractometría por rayos X. El tratamiento térmico gradual se usa para controlar el procedimiento de calcinación con el fin de inducir la cantidad deseada de mullita en el producto acabado. El tratamiento térmico se lleva a cabo bajo cualquiera de entre una atmósfera inerte, una atmósfera oxidante, y una atmósfera reductora. El calentamiento gradual del caolín puede inducir un cierto número de cambios de forma cristalina. El primero de estos tiene lugar cuando dicha fracción de caolín alcanza una temperatura dentro del intervalo de 550 hasta aproximadamente 800ºC. Dentro de este intervalo, el caolín se deshidroxila, cediendo su agua de hidratación. Esto se caracteriza por una reacción de deshidratación endotérmica que da como resultado la conversión del caolín hidratado en un mineral sintético conocido como metacaolín. El estado de metacaolín se comprueba de manera conveniente mediante el ensayo de solubilidad en ácido, dado que la alúmina en la arcilla es virtualmente completamente soluble en ácido mineral fuerte. Al metacaolín se le denomina a veces como caolín parcialmente calcinado.
Un tratamiento térmico adicional reordena nuevamente la estructura cristalina del metacaolín y hace que el mineral sintético resultante sea substancialmente amorfo y químicamente inerte. Esta situación se produce después de que el material suministrado alcanza temperaturas superiores a 800ºC (particularmente desde aproximadamente 900 hasta aproximadamente 950ºC en la que se produce una reordenación cristalina que está acompañada por una reacción exotérmica). Conforme se intensifica el tratamiento térmico, tienen lugar cambios estructurales adicionales, tal como densificación. El caolín tratado hasta aproximadamente 950ºC se considera tradicionalmente caolín completamente calcinado.
La mullita (3Al_{2}O_{3}\cdotSiO_{2}) se forma con tratamiento térmico gradual a temperaturas dentro del intervalo de desde aproximadamente 1.000 hasta 1.300ºC durante un período de tiempo suficiente. La operación de calentamiento puede llevarse a cabo en una operación de una sola etapa o de múltiples etapas, para proporcionar la cantidad deseada de mullita en el producto. La operación de calentamiento se controla con el fin de formar una cantidad importante de mullita. La operación de calentamiento puede llevarse a cabo dos o más veces, si es necesario, para formar una cantidad importante de mullita en un lote dado.
En una realización, el caolín se calienta a una temperatura de desde aproximadamente 1.000 hasta aproximadamente 1.300ºC durante un tiempo de desde aproximadamente 1 segundo hasta aproximadamente 10 horas. En otra realización, el caolín se calienta a una temperatura de desde aproximadamente 1.010 hasta aproximadamente 1.200ºC durante un tiempo de desde aproximadamente 1 minuto hasta aproximadamente 5 horas. En otra realización aún, el caolín se calienta a una temperatura de desde aproximadamente 1.020 hasta aproximadamente 1.100ºC durante un tiempo de desde aproximadamente 5 minutos hasta aproximadamente 4 horas.
La calcinación o tratamiento térmico puede llevarse a cabo de cualquier manera adecuada para proporcionar una cantidad importante de mullita. Los procedimientos de calentamiento incluyen típicamente la calcinación con remojado, la calcinación instantánea, y/o una combinación de calcinación instantánea/calcinación con remojado. En la calcinación con remojado, el caolín hidratado se trata térmicamente a una temperatura deseada durante un período de tiempo (por ejemplo, desde al menos aproximadamente 1 minuto hasta aproximadamente 5 o más horas), suficiente para deshidroxilar el caolín y formar una cantidad importante de mullita. En la calcinación instantánea, el caolín hidratado se calienta rápidamente durante un período menor de aproximadamente 10 segundos, típicamente menor de aproximadamente 1 segundo. En una operación de calcinación instantánea/remojado, el metacaolín se produce de instantáneamente durante la calcinación instantánea y, a continuación, se trata hasta un requisito dado de un producto acabado usando la calcinación con remojado.
El hogar, horno, u otros aparatos de calentamiento usados para efectuar el calentamiento del caolín hidratado puede ser de cualquier tipo conocido. Los dispositivos conocidos adecuados para llevar a cabo la calcinación con remojado incluyen estufas de altas temperaturas, y hornos rotatorios y verticales. Los dispositivos conocidos para efectuar la calcinación instantánea incluyen dispositivos de calentamiento de flujo de fluido toroidales.
Después del tratamiento térmico, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita contiene desde 20% hasta aproximadamente 100% en peso de mullita, desde aproximadamente 0% hasta aproximadamente 80% en peso de caolín completamente calcinado, y desde aproximadamente 0% hasta aproximadamente 50% de metacaolín. En otra realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita contiene aproximadamente 25% hasta aproximadamente 90% en peso de mullita, desde aproximadamente 10% hasta aproximadamente 75% en peso de caolín completamente calcinado, y opcionalmente desde aproximadamente 1% hasta aproximadamente 30% de metacaolín. En otra realización aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita contiene desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 60% en peso de mullita, desde aproximadamente 40% hasta aproximadamente 70% en peso de caolín completamente calcinado, y opcionalmente desde aproximadamente 2% hasta aproximadamente 10% de metacaolín.
En una realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene un brillo de al menos aproximadamente 87. En otra realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene un brillo de al menos aproximadamente 90. En otra realización aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene un brillo de al menos aproximadamente 92.
En una realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene una distribución de tamaño de partícula en la que al menos aproximadamente el 60% en peso de las partículas tienen un tamaño de 2 micrómetros o menor, al menos aproximadamente el 30% en peso de las partículas tienen un tamaño de 1 micrómetro o menor, y al menos aproximadamente el 5% en peso de las partículas tienen un tamaño de 0,5 micrómetros o menor. En otra realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene una distribución de tamaño de partícula en la que al menos aproximadamente el 65% en peso de las partículas tienen un tamaño de 2 micrómetros o menor, al menos aproximadamente el 40% en peso de las partículas tienen un tamaño de 1 micrómetro o menor, y al menos aproximadamente el 10% en peso de las partículas tienen un tamaño de 0,5 micrómetros o menor. En otra realización aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene una distribución de tamaño de partícula en la que al menos aproximadamente el 75% en peso de las partículas tienen un tamaño de 2 micrómetros o menor, al menos aproximadamente el 50% en peso de las partículas tienen un tamaño de 1 micrómetro o menor, y al menos aproximadamente el 12% en peso de las partículas tienen un tamaño de 0,5 micrómetros o
menor.
En una realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene un ensayo de velocidad de flujo en seco de 250 g menor de aproximadamente 100 segundos. En otra realización, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene una velocidad de flujo en seco de 250 g menor de aproximadamente 80 segundos. En otra realización aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene una velocidad de flujo en seco de 250 g menor de aproximadamente 65 segundos. En otra realización todavía aún, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene una velocidad de flujo en seco de 250 g menor de aproximadamente 40 segundos. En un experimento de flujo en seco, se dejaron pasar 250 gramos de un material a través de un embudo de aluminio en forma de varilla (2 cm de diámetro en la varilla) y se registró el tiempo de paso a través de la varilla. El flujo en seco relativo es una buena indicación de la facilidad con que puede manipularse el material. El caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tratado de acuerdo con la presente invención, tiene excelentes velocidades de flujo en seco, lo cual en parte, contribuye a las ventajosas propiedades de los materiales compuestos polímeros que contienen el caolín calcinado con alto contenido en mullita y las ventajosas propiedades de transformación de los materiales compuestos polímeros que contienen el caolín calcinado con alto contenido en mullita.
Después del tratamiento térmico, puede efectuarse la molienda y densificación opcionales para proporcionar un grado deseado de uniformidad del producto. Existen numerosas tecnologías adecuadas para el fin. Un ejemplo sería obligar a pasar al caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita a través de un molino clasificador de aire que contiene un rotor de impacto para el desmenuzado por frotamiento del caolín tratado térmicamente y un rotor clasificador de aletas integrales para la clasificación del material desmenuzado por frotamiento y reciclado de las partículas que exceden de un tamaño deseado.
El caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita puede usarse tal como está o puede tratarse superficialmente con un compuesto funcional para potenciar rendimientos posteriores incluyendo un rendimiento potenciado en sistemas polímeros. Los ejemplos de compuestos funcionales incluyen compuestos órgano silanos, compuestos de cromo, agentes tensioactivos, ácidos grasos, y látex. Dichos componentes funcionales mejoran la propiedad de humectación o la reactividad entre el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y la matriz polímera. A causa de las propiedades únicas del caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita producido de acuerdo con la presente invención, una ventaja es que el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita no necesita ser tratado con un compuesto funcional antes de incorporarlo dentro de una matriz polímera.
Los materiales compuesto polímeros contienen el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita distribuido dentro de una matriz polímera. El caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita puede distribuirse uniformemente o no uniformemente dentro de la matriz polímera para proporcionar las propiedades del producto deseadas. La matriz polímera puede ser una o más de entre una matriz polímera termoplástica, una matriz polímera curable, una matriz polímera vulcanizable, una matriz polímera termoestable, y una matriz polímera elastómera. Las matrices polímeras principales incluyen poliamidas y cauchos. La matriz polímera puede ser una o más de entre un polímero de cadena recta, un polímero ramificado, un copolímero, un terpolímero, un copolímero de injerto, y un polímero reticulado. Hablando en términos generales, el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, se combina con la matriz polímera aproximadamente al mismo tiempo que se combina una carga con la matriz polímera para formar un polímero reforzado. Los materiales compuestos polímeros se obtienen mediante la combinación del caolín calcinado que tienen un alto contenido en mullita con los monómeros que forman la matriz polímera, una forma fundida o líquida del polímero/prepolímero, o antes de curar, reticular, o endurecer el polímero.
Las poliamidas usadas en esta invención son bien conocidas por el término genérico "nylon" y son, típicamente, polímeros sintéticos de cadena larga que contienen grupos amida (-C(O)NH-) a lo largo de la cadena polímera principal. Las poliamidas usadas en esta invención pueden ser alifáticas y/o aromáticas. Pueden usarse mezclas o copolímeros de poliamidas alifáticas y poliamidas aromáticas. La poliamida puede ser cualquier homopolímero, copolímero, o terpolímero de alto peso molecular, cristalino o amorfo, que tenga unidades amida recurrentes dentro de la cadena polímera. En sistemas de copolímero y terpolímero, más de 50 moles por ciento de las unidades repetidas son unidades que contienen amida.
Los ejemplos de poliamidas son polilactamas tales como nylon 6, polienantolactama (nylon 7), policaprillactama (nylon 8), polilaurillactama (nylon 12), y similares; homopolímeros de aminoácidos tal como polipirrolidinona (nylon 4); copoliamidas de ácido dicarboxílico y diamina tales como nylon 6/6, polihexametilenoazelamida (nylon 6/9), polihexametileno-sebacamida (nylon 6/10), polihexametilenoisoftalamida (nylon 6.1), ácido polihexametilenododecanoico (nylon 6/12) y similares;homopolímeros de ácido 11-aminoundecanoico (nylon 11), y copolímeros de los mismos, poliamidas poliaromáticas y parcialmente aromáticas; copoliamidas tales como copolímeros de caprolactama y hexametilenoadipamida (nylon 6.6/6), o una terpoliamida (por ejemplo, 6.6/6.6); copolímeros de bloque tales como poliéter poliamidas; o mezclas de los mismos. Los ejemplos específicos de las poliamidas aromáticas son poli(hexametileno diamina tereftalamida), y poli(hexametileno diamina isoftalamida).
Los cauchos pueden ser naturales o sintéticos. Los cauchos pueden obtenerse con o sin un catalizador. No existe limitación con respecto al peso molecular de los cauchos (o la matriz polímera para este aspecto). Los cauchos pueden ser halogenados o no halogenados.
Los ejemplos de cauchos incluyen caucho natural (Hevea y Guayule), caucho de poliisopreno, caucho de estireno butadieno (SBR), emulsión de caucho de estireno butadieno, caucho de estireno isopreno butadieno (SIB), caucho de butadieno isopreno, caucho de polibutadieno, cauchos de butilo, cauchos de halobutilo, cauchos de etileno propileno (EPR), caucho de etileno/propileno/dieno (EPDM), polietileno catalizado con metaloceno (mPE), polietileno reticulado, neoprenos, cauchos de nitrilo, cauchos de polietileno clorado, cauchos de silicona, termoplásticos, caucho de acrilato butadieno, caucho de cloroisobuteno isopreno, caucho de nitrilo butadieno, caucho de nitrilo cloropreno, caucho de estireno isopreno, y combinaciones de los mismos.
Los ejemplos de matrices polímeras adicionales incluyen resinas naturales y resinas sintéticas, poliestireno y sus polímeros mezclados, poliolefinas, en particular polietileno y polipropileno, compuestos poliacrílicos, compuestos polivinílicos, por ejemplo cloruro de polivinilo y acetato de polivinilo, filamentos hechos de viscosa y éteres de celulosa, ésteres de celulosa, poliuretanos, poliésteres, por ejemplo tereftalatos de poliglicol, policarbonatos, poliimidas y poliacrilonitrilo. Las poliolefinas incluyen específicamente copolímeros de polietileno-polipropileno, polietileno de alta densidad, polietileno de media densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de muy baja densidad, y polietileno de baja densidad lineal. Los poliésteres incluyen tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno y los productos de condensación mezclados correspondientes basados en poliésteres.
Los materiales compuestos polímeros contienen una cantidad adecuada del caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita distribuido dentro de una matriz polímera para mejorar al menos una propiedad de la matriz polímera. En una realización, el material compuesto polímero contiene desde aproximadamente 0,1% hasta aproximadamente 75% en peso del caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y desde aproximadamente 25% hasta aproximadamente 99,9% en peso de la matriz polímera. En otra realización, el material compuesto polímero contiene desde aproximadamente 0,5% hasta aproximadamente 50% en peso del caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y desde aproximadamente 50% hasta aproximadamente 99,5% en peso de la matriz polímera. En otra realización aún, el material compuesto polímero contiene desde aproximadamente 1% hasta aproximadamente 25% en peso del caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y desde aproximadamente 75% hasta aproximadamente 99% en peso de la matriz polímera.
Los materiales compuestos polímeros pueden contener, opcionalmente, aditivos adicionales tales como cargas, potenciadores de una propiedad, pigmentos, tensioactivos, y similares. En una realización, los materiales compuestos polímeros contienen desde aproximadamente 0,1% hasta aproximadamente 75% en peso de uno o más aditivos adicionales. En otra realización, los materiales compuestos polímeros contienen desde aproximadamente 1% hasta aproximadamente 25% en peso de uno o más aditivos adicionales.
Los materiales compuestos polímeros que contienen el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tienen propiedades mecánicas y/o térmicas mejoradas comparadas con un polímero similar que no contiene el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita. Es decir, los materiales compuestos polímeros que contienen el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tienen al menos una de las propiedades de resistencia a la tracción mejorada, resistencia a la flexión mejorada, módulo de elasticidad mejorado, resistencia al impacto mejorada, ductilidad mejorada, temperatura de distorsión al calor mejorada, propiedades de aislamiento eléctrico y/o a la temperatura mejoradas, características de flujo mejoradas, retardado a la llama mejorado, estabilidad dimensional mejorada, dureza mejorada, y características de deslizamiento mejoradas. Además, los materiales compuestos polímeros que contienen el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita tienen al menos una de las propiedades mejoradas anteriormente mencionadas a bajas temperaturas (tal como por debajo de aproximadamente 5ºC).
La arcilla calcinada con un alto contenido en mullita puede usarse en cualquier material compuesto polímero cargado con mineral, en los cuales el caolín ha probado ser de utilidad. Los ejemplos incluyen, pero sin limitarse a ellos, piezas moldeadas por inyección, piezas extruídas y cable eléctrico. Las características de flujo mejorado del caolín calcinado con un alto contenido en mullita, mejorará igualmente la producción de recubrimientos industriales y arquitectónicos.
Con referencia a la Figura 1, se muestra un sistema 100 para tratar el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita. El sistema incluye un calentador 102 acoplado a un equipo de ensayo 104 y un controlador 106. El calentador 102 calienta el caolín para proporcionar caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita y, opcionalmente, uno o más de metacaolín, caolín parcialmente calcinado, y caolín calcinado. El equipo de ensayo 104 puede ser cualquier dispositivo que mida al menos un parámetro asociado con el caolín que está siendo tratado (tal como % de contenido en mullita, distribución de tamaño de partícula, brillo, rugosidad, % de contenido en humedad, % de contenido en caolín parcialmente calcinado, % de contenido en caolín calcinado, % de contenido en producto químico particular, y similar) o cualquier parámetro asociado con el calentador 102 (tal como la temperatura con el calentador 102 o la energía suministrada al calentador 102).
Mientras el calentador 102 está en operación, o durante una interrupción, el equipo de ensayo 104 ensaya el caolín que se está tratando. Por ejemplo, mientras el calentador 102 está en operación, puede extraerse una muestra de caolín y ensayarse para determinar un parámetro, tal como % de contenido en mullita o distribución de tamaño de partícula. El equipo de ensayo 104 envía los datos generados mediante el ensayo al controlador 106, el cual está adaptado para recibir dichos datos de parámetros del caolín procedentes del equipo de ensayo 104. Como alternativa o adicionalmente, el equipo de ensayo 104 puede medir un parámetro del calentador 102, y enviar los datos asociados con el parámetro del calentador al controlador 106.
El controlador 106 analiza dichos datos, y en base al análisis, envía una señal al calentador 102 para o bien continuar con el procedimiento, modificar el procedimiento (tal como un incremento de temperatura, disminución del tiempo de calentamiento, etc.), o bien terminar el procedimiento. Para facilitar dicho análisis, puede acoplarse al controlador 106 un almacén de datos o memoria 108 de manera que el controlador 106 puede comparar los datos enviados por el equipo de ensayo 104 con los datos almacenados. El controlador 106 puede enviar una señal al equipo de ensayo 104 para llevar a cabo un ensayo. Los ejemplos de modos por los cuales el controlador 106 puede modificar un procedimiento incluyen el incremento o disminución de la temperatura en el calentador 102; el incremento o disminución del tiempo de calentamiento en el calentador 102; el incremento o disminución de la velocidad de cambio de temperatura en el calentador 102; la continuación en operación del calentador 102 u otro dispositivo para lograr una cierta distribución de tamaño de partícula deseada; la instrucción de repetir un acto, tal como requerir un segundo acto de calentamiento; y similares.
Los ejemplos siguientes ilustran la presente invención. Salvo que se indique lo contrario en los ejemplos siguientes y en cualquier parte en la memoria descriptiva y las reivindicaciones, todas las partes y porcentajes son en peso, todas las temperaturas son en grados Centígrados, y la presión es o está próxima a la presión atmosférica. Así mismo, cualquier parámetro de una propiedad dada en un intervalo puede combinarse con otro parámetro de la misma propiedad en un intervalo diferente.
De acuerdo con la presente invención, se calentaron dos lotes de caolín. La Tabla 1 muestra la distribución de tamaño de partícula, el tamaño de partícula promedio (APS), y los valores de velocidad de flujo en seco (DFR).
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TABLA 1
1

Claims (8)

1. Un material compuesto polímero, que comprende:
(a) desde 25% hasta 99,9% en peso de una matriz polímera; y
(b) desde 0,1% hasta 75% en peso de caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, conteniendo el caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita una velocidad de flujo seco para 250 g menor de 100 segundos y conteniendo desde 25% hasta 90% en peso de dicha mullita, desde 10% hasta 75% en peso de caolín completamente calcinado, y opcionalmente desde 1% hasta 30% de metacaolín.
2. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicho caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, contiene desde 30% hasta 60% en peso de mullita, desde 40% hasta 70% en peso de caolín completamente calcinado, y opcionalmente desde 2% hasta 10% de metacaolín.
3. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicho caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, contiene al menos 40% en peso de dicha mullita.
4. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicho caolín calcinado que tiene un alto contenido en mullita, tiene una velocidad de flujo en seco de 250 g menor de 80 segundos.
5. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicho caolín calcinado tiene una distribución de tamaño de partícula con al menos 60% en peso de dichas partículas de caolín que tienen un tamaño de partícula promedio de 2 micrómetros o menor, al menos 30% en peso de dichas partículas de caolín que tienen un tamaño de partícula promedio de 1 micrómetro o menor, y al menos 5% en peso de dichas partículas de caolín que tienen un tamaño de partícula promedio de 0,5 micrómetros o menor.
6. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicha matriz polímera es termoplástica.
7. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicha matriz polímera es poliamida.
8. El material compuesto polímero de la reivindicación 1, en el que dicha matriz polímera es caucho.
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