ES2609766T3 - TPU electrostáticos disipativos y composiciones de los mismos - Google Patents

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Qiwei Lu
Donald A. Meltzer
Yona Eckstein
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Lubrizol Advanced Materials Inc
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Abstract

Una composición de poliuretano termoplástico disipativo electrostático fabricada mediante la reacción de (a) al menos un compuesto intermedio de poliéster de poliol que comprende poli (adipato de dietilenglicol) con (b) al menos un diisocianato que comprende 4,4'-metilenobis-(isocianato de fenilo) y (c) al menos un extensor de cadena que comprende hidroquinona di(hidroxietil) éter o butanodiol o combinaciones de los mismos; donde la composición de poliuretano termoplástico disipativo electrostático comprende una sal que contiene metal, y donde la composición de poliuretano termoplástico disipativo electrostático está exenta de cualquier codisolvente para la sal que contiene metal; y donde dicha sal metálica comprende una sal que contiene litio; y donde la composición de poliuretano termoplástico disipativo electrostático comprende además un agente antiestático, consistiendo dicho agente antiestático en un agente antiestático de tipo sulfonato y/o un aditivo antiestático que no contiene metal.

Description

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LiSCN, LiSO3 CF3, LiNO3, LiC(SO2CF3)3, Li2S, y LiMR4, donde M es Al o B, y R es un halógeno, hidrocarbilo, grupo alquilo o arilo. En una realización, la sal es Li N(CF3 SO2)2, que normalmente se denomina trifluorometanosulfonimida de litio (pero que también se denomina, algunas veces, como trifluorometanosulfonamida de litio aunque tenga una estructura imida), o la sal de litio del ácido trifluorometanosulfónico. La cantidad eficaz de la sal seleccionada añadida
5 a la polimerización de una vez puede ser al menos de 0,10, 0,25, o incluso 0,75 partes en peso basado en 100 partes en peso del polímero.
En algunas realizaciones, las composiciones de la presente invención comprenden además un agente antiestático de tipo sulfonato. Los ejemplos adecuados incluyen alquilsulfonatos metálicos y alquilsulfonatos metálicos aromáticos. Los alquilsulfonatos metálicos pueden incluir, sulfonatos alifáticos de metales alcalinos o alcalinotérreos donde el grupo alquilo tiene de 1 a 35 o de 8 a 22 átomos de carbono. Los metales alcalinos pueden incluir sodio y potasio, y los metales alcalinos pueden incluir calcio, bario y magnesio. Los ejemplos específicos de alquilsulfonatos metálicos incluyen n-hexilsulfonato de sodio, n-heptilsulfonato de sodio, n-octilsulfonato de sodio, n-nonilsulfonato de sodio, n-decilsulfonato de sodio, n-dodecilsulfonato de sodio, n-tetradecilsulfonato de sodio, n-hexadecilsulfonato de sodio,
15 n-heptadecilsulfonato de sodio y n-octadecilsulfonato de sodio. Los ejemplos específicos de alquilsulfonatos aromáticos incluyen sales de metales alcalinos o alcalinotérreos de ácidos sulfónicos que comprenden de 1 a 3 núcleos aromáticos sustituidos con un grupo alquilo que tiene de 1 a 35 o de 8 a 22, átomos de carbono. Los ácidos sulfónico aromáticos incluyen, por ejemplo, los ácidos bencenosulfónico, naftaleno-1-sulfónico, nafteno-2,6-disulfónico, difenil-4-sulfónico y difenil éter 4-sulfónico. Los alquilsulfonatos aromáticos metálicos incluyen, por ejemplo, hexilbencenosulfonato de sodio, nonilbencenosulfonato de sodio y dodecilbencenosulfonato de sodio.
Las composiciones de la presente invención también pueden incluir aditivos antiestáticos que no contienen metal, tales como líquidos iónicos. Los líquidos adecuados incluyen bis-(trifluoroetanosulfonil)imida de tri-n-butilmetilamonio (disponible como FC-4400 de 3M™), y materiales similares.
25 Algunas realizaciones (no de acuerdo con la presente invención) permiten el uso de un codisolvente con la sal que contiene metal. El uso de un codisolvente, en algunas realizaciones, puede permitir que una carga de sal menor proporcione el mismo beneficio en propiedades de ESD. Los codisolventes adecuados incluyen carbonato de etileno, carbonato de propileno, dimetil sulfóxido, tetrametilensufona, tri-y tetra etilenglicol dimetil éter, gamma butirolactona, y N-metil-2-pirrolidona. El codisolvente se puede usar a al menos 0,10, 0,50 o incluso 1,0 partes en peso basado en 100 partes en peso del polímero. Las composiciones de la presente invención están exentas de cualquiera o todos los codisolventes descritos en el presente documento.
En otras realizaciones, las composiciones de la presente invención están prácticamente exentas de cualquiera o todas 35 las sales que contienen metal descritas en el presente documento.
Aditivos adicionales.
Las composiciones de la presente invención pueden incluir además aditivos útiles adicionales, donde dichos aditivos se pueden utilizar en cantidades adecuadas. Estos aditivos adicionales opcionales incluyen pigmentos opacantes, colorantes, cargas minerales y/o inertes, estabilizantes, incluidos los estabilizadores de luz, lubricantes, absorbentes de UV, auxiliares de procesamiento, antioxidantes, antiozonatos, y otros aditivos según se desee. Los pigmentos opacantes útiles incluyen dióxido de titanio, óxido de cinc, y amarillo titanato. Los pigmentos de tinción adecuados incluyen negro de carbón, óxidos amarillos, óxidos marrones, siena o ámbar bruto o quemado, verde óxido de cromo,
45 pigmentos de cadmio, pigmentos de cromo, y otros pigmentos mixtos de óxido metálico y orgánico. Las cargas útiles incluyen tierra de diatomeas (superfloss), sílice, talco, mica, wallostonita, sulfato de bario, y carbonato de calcio. Si se desea, se pueden usar estabilizantes útiles tales como antioxidantes, e incluyen antioxidantes fenólicos, mientras que los fotoestabilizadores incluyen fosfatos orgánicos, y tiolatos de organoestaño (mercáptidos). Los lubricantes útiles incluyen estearatos metálicos, aceites de parafina y ceras de amida. Los absorbentes de UV adecuados incluyen 2-(2’-hidroxifenil) benzotriazoles y 2-hidroxibenzofenonas. También se pueden usar aditivos para mejorar la estabilidad hidrolítica del polímero de TPU. Cada uno de estos aditivos adicionales opcionales anteriormente descritos puede estar presente en, o excluido de, las composiciones de la presente invención.
Cuando está presente, estos aditivos adicionales pueden estar presentes en las composiciones de la presente
55 invención de 0 o 0,01 a 5 o 2 por ciento en peso de la composición. Estos intervalos se pueden aplicar independientemente a cada aditivo adicional presente en la composición o al total de todos los aditivos adicionales presentes.
Mezclas que contienen polímero.
El polímero de ESD-TPU de la presente invención se puede mezclar con una matriz o polímero base para formar una mezcla polimérica. Estas mezclas también se pueden fabricar con los polímeros ESD-TPU modificados con sal anteriormente descritos.
65 Los polímeros base adecuados, tal como se define en el presente documento, pueden ser un homopolímero o un copolímero. El polímero base puede ser una mezcla de varios polímeros base, y puede incluir además cualquiera de
7
los aditivos adicionales anteriormente descritos, incluidos los aditivos ESD. En algunas realizaciones, el polímero base y/o las composiciones de la presente invención están de prácticamente exentas a exentas de aditivos de ESD.
El polímero base puede incluir:
5
(i)
una poliolefina (PO), tal como polietileno (PE), polipropileno (PP), polibuteno, caucho de etileno-propileno (EPR), polioxietileno (POE), copolímero de olefina cíclica (COC), o combinaciones de los mismos;
(ii)
un producto estirénico, tal como poliestireno (PS), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), estireno acrilonitrilo (SAN), caucho de estireno butadieno (SBR o HIPS), poli(alfa metilestireno), metacrilato de metilo estireno (MS), estireno anhídrido maleico (SMA), copolímero de estireno-butadieno (SBC) (tal como un copolímero de estireno-butadienoestireno (SBS) y copolímero de estireno-etileno/butadieno-estireno (SEBS)), copolímero de estireno-etileno/propileno-estireno (SEPS), látex de estireno butadieno (SBL), SAN modificado con un monómero de etileno propileno dieno (EPDM) y/o elastómeros acrílicos (por ejemplo, copolímeros PS-SBR), o combinaciones de los mismos;
15 (iii) un poliuretano termoplástico (TPU);
(iv)
una poliamida, tal como Nylon™, incluida la poliamida 6,6 (PA66), poliamida 1,1 (PA11), poliamida 1,2 (PA12), una copoliamida (COPA), o combinaciones de los mismos;
(v)
un polímero acrílico, tal como poli(acrilato de metilo), poli(metacrilato de metilo), o combinaciones de los mismos;
(vi)
un poli(cloruro de vinilo) (PVC), un poli(cloruro de vinilo) clorado (CPVC), o combinaciones de los mismos;
(vii) un polioximetileno, tal como un poliacetal;
(viii) un poliéster, tal como el tereftalato de polietileno (PET), poli(tereftalato de butileno) (PBT), copoliésteres y/o poliésteres elastómeros (COPE) incluidos los copolímeros de bloques poliéster-éster tal como tereftalato de polietileno modificado con glicol (PETG) poli(ácido láctico) (PLA), o combinaciones de los mismos;
25 (ix) un policarbonato (PC), un poli(sulfuro de fenileno) (PPS), un poli(óxido de fenileno) (PPO), o combinaciones de los mismos; o combinaciones de los mismos.
Poli(cloruro de vinilo) (PVC), polímero de vinilo, o material de polímero de vinilo, tal como se usa en el presente documento, se refiere a homopolímeros y copolímeros de haluros de vinilo y haluros de vinilideno, e incluye haluros de vinilo halogenados posteriormente como el CPVC. Ejemplos de estos haluros de vinilo y haluros de vinilideno son cloruro de vinilo, bromuro de vinilo, cloruro de vinilideno, y similares. Los haluros de vinilo y haluros de vinilideno se pueden copolimerizan entre sí o cada uno de ellos con otros o con uno o más monómeros olefínicos polimerizables que tienen al menos un grupo CH2=C< en el extremo. Como ejemplos de dichos monómeros olefínicos, se pueden mencionar ácidos carboxílicos alfa,beta-olefínicamente insaturados, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido
35 etilacrílico, ácido alfa-cianoacrílico, y similares; ésteres de ácido acrílico, tal como acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de butilo, acrilato de octilo, acrilato de cianoetilo, acrilato de hidroxietilo, y similares; ésteres de ácido metacrílico, tales como metacrilato de metilo, metacrilato de butilo, metacrilato de hidroxietilo, y similares; nitrilos, tales como acrilonitrilo, metacrilonitrilo, y similares; acrilamidas, tal como metilacrilamida, N-metilol acrilamida, N-butoximetilacrilamida, y similares; éteres de vinilo, tales como etil vinil éter, cloroetil vinil éter, y similares; las vinilcetonas; estireno y derivados de estireno, tales como .alfa.-metilestireno, viniltolueno, cloroestireno, y similares; vinilnaftaleno, cloroacetato de alilo y vinilo, acetato de vinilo, vinilpiridina, metil vinil cetona; las diolefinas, incluyendo butadieno, isopreno, cloropreno, y similares; y otros monómeros olefínicos polimerizables de los tipos de los tipos conocidos por el experto en la técnica. En una realización, el polietileno base incluye poli(cloruro de vinilo) (PVC) y/o poli(tereftalato de polietileno) (PET).
45
Aplicación industrial
Las composiciones de la presente invención, incluidas las mezclas anteriormente descritas, son útiles para una variedad de aplicaciones. Algunos ejemplos son tubos, bandejas de papel, baldosas de suelo, carcasas de máquinas, equipo de construcción y fabricación, y láminas y películas poliméricas. Más específicamente, los ejemplos incluyen equipo de manipulación de combustibles, tales como líneas de combustible y equipos de retorno de vapor, equipo comercial, revestimientos para suelos tales como para salas limpias y zonas de construcción, aplicaciones, equipos para salas limpias incluidas prendas de vestir, embaldosados, colchones, envases electrónicos, y carcasas, soportes de chips, rieles para chips, cajas de piezas y tapas de cajas de piezas, aplicaciones médicas, piezas de baterías tales
55 como divisores y/o separadores, y artículos generalmente conformados.
En una realización, las composiciones de la presente invención se utilizan para fabricar artículos poliméricos a utilizar como: materiales de embalaje para piezas electrónicas; separadores internos de batería para su uso en la construcción de baterías de ion litio; suministros para salas limpias y materiales de construcción; cintas transportadoras antiestáticas; piezas para máquinas de oficina; prendas de vestir y zapatos antiestáticos, o combinaciones de los mismos.
Las piezas electrónicas incluyen piezas sensibles a ESD incluidos los semiconductores. Los artículos de la presente invención también pueden ser piezas duraderas o consumibles para equipos de salas limpias y aplicaciones. También 65 se incluyen materiales de construcción y/o edificación para salas limpias y centros de datos, que incluyen elementos como barreras de absorción de impactos, cortinas, suelos, bancos, etc. Los artículos de la presente invención también
8
incluyen hojas laminadas, cintas transportadoras para la fabricación de alimentos, productos farmacéuticos, dispositivos médicos, y componentes electrónicos; o combinaciones de los mismos.
Adicionalmente, las composiciones de la presente invención también se pueden usar para preparar separadores y
5 otros componentes de las baterías de iones litio, baterías de polímero de litio y pilas de combustible. Dichos usos de las composiciones y artículos de la presente invención ofrecen ventajas con respecto a las baterías y pilas de combustible actuales en los campos de mejora de la seguridad, rendimiento, coste, o combinaciones de los mismos. Las composiciones de la presente invención se pueden utilizar en la composición para fabricar capas separadoras que se intercalan entre los ánodos de la batería, así como las membranas de electrolito polimérico.
Las composiciones pueden utilizarse con varias técnicas de moldeo que incluyen el moldeo por inyección, moldeo por compresión, moldeo por colada, extrusión, colada con termoconformado, moldeo en rotación, sinterización, y moldeo al vacío. Los artículos de la presente invención también se pueden fabricar a partir de resinas producidas mediante procesos en suspensión, masivos, emulsión o solución.
15 Se sabe que algunos de los materiales descritos anteriormente pueden interactuar en la formulación final, de manera que los componentes de la formulación final pueden ser diferentes de los añadidos inicialmente. Por ejemplo, los iones metálicos (de, por ejemplo, un detergente) pueden migrar a otros sitios ácidos o aniónicos de otras moléculas. Los productos formados de esta forma, incluyendo los productos formados tras emplear la composición de la presente invención en su uso previsto, pueden no ser susceptible de una descripción sencilla. Sin embargo, todas estas modificaciones y productos de reacción están incluidos en el alcance de la presente invención; la presente invención abarca la composición preparada mediante la premezcla de los componentes anteriormente descritos.
Ejemplos
25 La invención se ilustrará adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que definen realizaciones especialmente ventajosas. Aunque los ejemplos se proporcionan para ilustrar la presente invención, no se pretende que la limiten.
Ejemplo 1-A. (no de acuerdo con la invención)
Se preparó un TPU ESD haciendo reaccionar 4,4’-metilenobis-(isocianato de fenilo), bencenoglicol, y un compuesto intermedio de poliéster de poliol derivado de dietilenglicol y ácido adípico, de la forma anteriormente descrita, usando el proceso de una vez en presencia de un catalizador de estaño.
35 Ejemplo 1-B. (no de acuerdo con la invención)
Se preparó un TPU ESD de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 1-A salvo que el TPU está dopado, mediante absorción por vía húmeda, con 1.9 partes por cien (phr) de trifluorometanosulfonimida de litio, una sal que contiene metal. Se preparó un TPU ESD de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 1-A salvo que el TPU está dopado, mediante absorción por vía húmeda, con 1,4 phr de la sal de litio del ácido trifluorometanosulfónico, una sal que contiene metal.
Ejemplo 1-D. (no de acuerdo con la invención)
45 Se preparó un TPU ESD de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 1-A salvo que el TPU está dopado, mediante absorción por vía húmeda, con 1,3 phr de la sal de litio del ácido trifluorometanosulfónico, una sal que contiene metal.
Ejemplo 2-A. (no de acuerdo con la invención)
Se preparó un TPU ESD haciendo reaccionar 4,4’-metilenobis-(isocianato de fenilo), 1,4-butanodiol, y un compuesto intermedio de poliéster de poliol derivado de dietilenglicol y ácido adípico, de la forma anteriormente descrita, usando el proceso de una vez en presencia de un catalizador de estaño.
Ejemplo 2-B. (no de acuerdo con la invención)
55 Se preparó un TPU ESD de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 2-A salvo que el TPU está dopado, mediante absorción por vía húmeda, con 1.9 phr de trifluorometanosulfonimida de litio, una sal que contiene metal.
Ejemplo 2-C. (no de acuerdo con la invención)
Se preparó un TPU ESD de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 2-A salvo que el TPU está dopado, mediante absorción por vía húmeda, con 1,4 phr de la sal de litio del ácido trifluorometanosulfónico, una sal que contiene metal.
Ejemplo comparativo 3-A.
65
Un TPU poliéter ESD comercialmente disponible se utilizó como comparación de las composiciones de la presente
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imagen6
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subproductos, derivados, y otros materiales análogos que se consideran normalmente presentes en la calidad comercial. Sin embargo, la cantidad de cada componente químico se presenta en ausencia de cualquier disolvente o aceite diluyente, que pueda estar normalmente presente en el material comercial, salvo que se indique de otra forma. Tal como se usa en el presente documento, la expresión "consiste esencialmente de" permite la inclusión de sustancias que no afectan realmente las características básicas y novedosas de la composición en consideración.
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Claims (1)

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