ES2620029T3 - Composición de nanocomposite - Google Patents

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ES2620029T3 ES13759510.4T ES13759510T ES2620029T3 ES 2620029 T3 ES2620029 T3 ES 2620029T3 ES 13759510 T ES13759510 T ES 13759510T ES 2620029 T3 ES2620029 T3 ES 2620029T3
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Guy WOSCHEK
Denis Job
Laoutid FOUAD
Olivier Persenaire
Philippe Ghislain Dubois
Leila Bonnaud
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Abstract

Composición de nanocomposite que comprende una mezcla que contienen al menos un polipropileno, al menos una poliamida, al menos un polipropileno injertado con anhídrido maleico y nanopartículas de sepiolita.

Description

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DESCRIPCION
Composicion de nanocomposite Campo tecnico
La presente invencion se refiere a composiciones de nanocomposite, a espumas que comprenden estas composiciones de nanocomposite, a un procedimiento para producir las mismas, as^ como a su uso para la fabricacion de artmulos manufacturados.
Estado de la tecnica
El comportamiento al fuego y la resistencia al fuego son parametros esenciales que se han de tener en cuenta durante el desarrollo de un material. En particular en el caso de los materiales termoplasticos que se usan un numerosos objetos de la vida cotidiana y que, por tanto, deben presentar un riesgo mmimo para la seguridad de los usuarios. Los polfmeros termoplasticos son bien conocidos por ser inflamables y poco resistentes al fuego. Se deben modificar, por tanto, a fin de prevenir o al menos retardar el incendio.
En las pruebas de mejora de la resistencia al fuego y del comportamiento al fuego se han ensayado diversos materiales termoplasticos. En particular, el uso de aditivos tales como agentes retardantes de llama en materiales termoplasticos esta bastante generalizado. En este caso existen diferentes tipos de agentes retardantes de llama. Se puede tratar, entre otros, de compuestos de tipo mineral, compuestos organohalogenados o compuestos organofosforados. Estos retardantes de llama pueden presentar diferentes efectos segun los polfmeros a los que van asociados.
La adicion de nanopartfculas de arcilla como aditivos (nanocargas inorganicas) a mezclas de polfmeros se ha estudiado tambien. En un primer momento, la adicion de nanopartfculas de arcilla a mezclas de polfmeros se habfa contemplado con el fin de reforzar las capacidades mecanicas de los materiales obtenidos. No obstante, este aspecto no se ha profundizado a la vista de los problemas de dispersion de estas nanopartfculas de arcilla que se produdan en estas mezclas. Las nanopartfculas de arcilla reagrupan diferentes tipos de arcilla que se caracterizan en particular por su estructura. Se pueden calificar como nanopartfculas de arcilla las partfculas de: caolm, montmorillonita, sepiolita, halosita, clorita, etc.
Mas recientemente, se han evaluado las propiedades de resistencia al fuego y/o comportamiento al fuego de mezclas que comprenden polfmeros termoplasticos con nanopartfculas de arcillas. En particular, determinados estudios se han interesado por las propiedades de la montmorillonita y de la sepiolita.
Diversos documentos del estado de la tecnica han evaluado la influencia de la montmorillonita y de la sepiolita sobre las capacidades de inflamabilidad y/o de resistencia al fuego de mezclas de polfmeros termoplasticos. Gonzalez y col. («Fire retardancy behavior of PLA based nanocomposites», Polymer degradation and Stability 97 (2012) 248256) comparan en este estudio las propiedades de un nanocomposite constituido por acido polilactico asociado a una nanopartfcula de arcilla que puede ser la montmorillonita modificada o la sepiolita. Este estudio demuestra que el nanocomposite que comprende el PLA y la sepiolita presenta peores resultados en cuanto a la resistencia al fuego que el nanocomposite que comprende el PLA y la montmorillonita organomodificada, en particular en cuanto a la carbonizacion del nanocomposite. Esto se explica en particular por el hecho de que las redes entre los canales de la sepiolita acumulanan el calor y podnan constituir una fuente de calor que acelerana la descomposicion en asociacion con la fuente de calor externa (pagina 254, columna derecha, lmeas 2-6). Del mismo modo, Oddes y col. («Nanocomposites a base de sepiolite: Influence des conditions de melange et de l'agent compatibilisant sur la dispersion et les proprietes (mecaniques et resistance au feu)», Projet nanostructures Febrero 2008) describen que las propiedades de resistencia al fuego de la sepiolita son decepcionantes en un sistema que comprende polipropileno (PP) y polipropileno injertado con anhfdrido maleico (PPgAM). Esto sena debido al hecho de que la sepiolita es incapaz de formar una capa de barrera o carbon, entre el material y el oxfgeno presente en la atmosfera (pagina 29, lmeas 1-6) debido a su estructura en agujas y no en laminas como la montmorillonita. De manera similar, Tabuani y col. («Polypropylene nanocomposites, Study of the influence of the nanofillers nature on morphology and material properties», Macromol. Symp, 2011, 301, 114-127) destacan el hecho de que el nanocomposite que comprende Pp, PPgAM y sepiolita no permite obtener la formacion de una capa protectora entre el material y el oxfgeno, debido a la estructura en agujas de la sepiolita en lugar de la estructura en laminas proporcionada por la montmorillonita. Por tanto, se conoce en el estado de la tecnica que las partmulas de nanopartmulas de arcilla no presentan las mismas propiedades de resistencia termica y de comportamiento al fuego segun su naturaleza y, en particular, segun su estructura. Los documentos GB 1.118.723 y US 2010/0120958 describen el uso de nanopartmulas modificadas en mezclas de polfmeros. El documento WO2012018422 describe el uso de sepiolita natural en mezclas de polfmeros.
Por tanto, parece necesario desarrollar nuevas composiciones de nanocomposites a base de sepiolita que presenten buenas propiedades al fuego.
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Descripcion general de la invencion
Un objeto de la presente invencion es proporcionar una composicion de nanocomposite que comprende una mezcla de poffmeros termoplasticos y de nanoparffculas de sepiolita que presenta propiedades al fuego mejoradas.
La invencion tiene tambien por objeto el procedimiento de fabricacion de estas composiciones de nanocomposite, el uso de estas composiciones de nanocomposite, las espumas y los arffculos manufacturados obtenidos a partir de estas composiciones de nanocomposite.
De acuerdo con la invencion, este objeto se consigue mediante una composicion de nanocomposite que comprende una mezcla que contiene al menos un polipropileno (PP), al menos una poliamida (PA), al menos un polipropileno injertado con anhffdrido maleico (PPgAM) y nanoparffculas de sepiolita.
Por polipropileno, se entiende los homopoffmeros o los copoffmeros de propileno. Se puede tratar de homopoffmeros de propileno lineales o ramificados, preferentemente homopoffmeros de propileno ramificados. Los copoffmeros de propileno pueden ser lineales o ramificados, aleatorios, en bloque, de bloques segmentados o heterofasicos, isotacticos, atacticos o sindiotacticos y/o mezclas de los mismos. En particular, se puede tratar de copoffmeros de propileno y de etileno o de copoffmeros de propileno y de 1-buteno.
La poliamida (PA) es un poffmero que comprende una pluralidad de funciones amida (-C(=O)-NH) resultantes de una reaccion de policondensacion entre las funciones acido carboxflico y amina. En particular, la poliamida (PA) puede ser la poliamida 6 (PA-6), denominada tambien nailon 6, que se corresponde con un poffmero termoplastico constituido por una pluralidad de motivos de [NH-(CH2)5-CO]n, o la poliamida 12 (PA-12) fabricada por apertura del ciclo lauril-lactama.
El polipropileno injertado con anhffdrido maleico (PPgAM) se corresponde con un poffmero de propileno tal como el definido previamente injertado con grupos laterales de antndrido maleico.
Por nanocomposite se entiende una mezcla que comprende uno o varios o poffmeros asf como nanoparffculas de arcilla. Mas en particular, se trata de nanoparffculas de sepiolita. De modo ideal, estas nanoparffculas presentan las siguientes dimensiones: una longitud comprendida entre 20 y 5 000 nm y una anchura comprendida entre 2 y 60 nm con un espesor de 2 a 20 nm.
La sepiolita es un mineral del grupo de las arcillas de estructura fibrosa. En particular, se trata de un silicato natural de magnesio hidratado que pertenece al grupo de los filosilicatos. La formula general de la sepiolita es Mg4Si6Oi5(OH)26(H2O). La estructura de la sepiolita es en doble lamina de tipo mica. De modo mas especffico, el motivo de base de la sepiolita esta formado por dos capas de unidades tetraedricas de sffice unidas a una capa octaedrica de magnesio mediante atomos de hidrogeno. La sepiolita comprende, por tanto, una multitud de canales o tuneles que le confieren una superficie especffica muy elevada (de aproximadamente 300 m2/g).
De forma sorprendente, los inventores han desarrollado una composicion de nanocomposite a base de nanoparffculas de sepiolita que presentan propiedades al fuego mejoradas. Ademas, esta composicion de nanocomposite a base de nanoparffculas de sepiolita muestra ventajas inesperadas en comparacion con las composiciones de nanocomposite a base de nanoparffculas de montmorillonita. En efecto, el documento Tang y col. (investigation on polypropylene and polyamide-6 alloys/montmorillonite nanocomposites», Polymer 46, (2004) 5317-5326) describe las propiedades de una mezcla que comprende PP, poliamida 6 (PA-6), y a la que se anaden nanoparffculas de montmorillonita organofflica. Esta mezcla de poffmeros termoplasticos y de montmorillonita se compatibiliza con el PP-g-AM. Este documento evalua principalmente las propiedades al fuego de esta mezcla. En particular, se ha realizado la caracterizacion de las propiedades de inflamabilidad de las mezclas usando un cono calorimetrico. Este documento ensena que la adicion de montmorillonita organofflica permite reducir significativamente la pHRR (maxima tasa de liberacion de calor) en comparacion con las mezclas que no comprenden montmorillonita.
De forma sorprendente, y contrariamente a lo que habffa cabido esperar en vista de las ensenanzas del estado de la tecnica, la presente invencion ha puesto en evidencia que la composicion de nanocomposite que comprende una mezcla que contiene al menos un polipropileno, al menos una poliamida, al menos un polipropileno injertado con anhffdrido maleico y nanoparffculas de sepiolita, presenta ventajas significativas y sorprendentes.
En efecto, el estado de la tecnica ensena generalmente que las composiciones de nanocomposite a base de sepiolita presentan propiedades al fuego menos interesantes que aquellas que comprenden montmorillonita. No obstante, a lo largo del desarrollo de la presente invencion, se ha puesto en evidencia que el uso de nanoparffculas de sepiolita en una composicion que comprende PP, PA y PPgAM permite obtener resultados significativamente superiores en cuanto a la formacion del carbon de la composicion y de la pHRR de la composicion, en comparacion con una composicion de nanoparffculas de montmorillonita modificada.
El carbon corresponde al residuo formado por la composicion de nanocomposite tras su exposicion al fuego. Se ha demostrado durante el desarrollo de la invencion (vease la parte de los ensayos experimentales) que durante la inflamacion de la composicion de nanocomposite, la accion combinada de la sepiolita, la PA y el PPgAM permite la
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formacion de un carbon cuyas resistencias termica y mecanica estan reforzadas. En efecto, sin querer quedar ligado a teona alguna, parece que la sepiolita se aloja en los nodulos de PA. Ademas, el PPgAM asegura la buena dispersion de estos nodulos de PA. Por tal razon, los nodulos de PA cargados con nanopartfculas de sepiolita se reparten de forma uniforme. La presencia de la sepiolita en el seno de los nodulos de PA conduce al aumento de la velocidad y la cantidad de carbon formado. La formacion de esta capa carbonada sobre la superficie del material afsla la fase de PP del oxfgeno y conduce a una disminucion de la pHRR.
La HRR (tasa de liberacion de calor) representa la tasa de desprendimiento de calor durante la combustion de un material. El maximo del pico de HRR (pHRR) es un parametro muy importante en la medida en que caracteriza la aptitud del material para propagar el fuego a otros objetos proximos durante su combustion. Este parametro se mide habitualmente en kW. La HRR es representativa de la potencia de un fuego generado. Para presentar buenas propiedades al fuego, un material debe presentar idealmente una pHRR baja.
Preferentemente, las nanopartfculas de sepiolita son nanopartfculas de tipo sepiolita natural.
Las nanopartfculas de sepiolita pueden presentar las dimensiones siguientes: entre 20 y 5 000 nm y una anchura comprendida entre 2 y 60 nm con un espesor de 2 a 20 nm.
El PP usado en la composicion de nanocomposite se selecciona preferentemente entre el grupo que comprende homopolfmeros de propileno ramificados y copolfmeros de propileno y de etileno (aleatorios, en bloque, de bloques segmentados, heterofasicos) y/o mezclas de los mismos.
Preferentemente, la composicion de nanocomposite comprende una fase mayoritaria de PP, es decir, cuya cantidad es la mas importante de la composicion.
Preferentemente, la PA es poliamida 6 (PA-6).
De modo ventajoso, la composicion de acuerdo con la invencion comprende una cantidad de PP comprendida entre aproximadamente un 40 % y aproximadamente un 80 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
De acuerdo con una realizacion, la cantidad de PA en la composicion de nanocomposite esta comprendida entre aproximadamente un 5 % y aproximadamente un 40 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
La composicion de nanocomposite puede comprender entre aproximadamente un 2 % y aproximadamente un 15 % en peso de nanopartfculas de sepiolita con respecto al peso total de la composicion y, preferentemente, entre un 3 % y un 10 % en peso de nanopartfculas de sepiolita con respecto al peso total de la composicion. En particular, la composicion de nanocomposite comprende al menos un 3 % y, preferentemente, al menos un 5 % de nanopartfculas de sepiolita en peso con respecto al peso total de la composicion de nanocomposite.
La composicion de nanocomposite comprende preferentemente entre un 0,5 % y un 15 % de PPgAM en peso con respecto al peso total de la composicion de nanocomposite.
De modo ventajoso, la composicion de nanocomposite comprende entre aproximadamente un 41 % y aproximadamente un 61 % en peso de PP, entre aproximadamente un 30 % y aproximadamente un 40 % en peso de PA, de aproximadamente un 5 % y aproximadamente un 12 % en peso de PPgAM y de entre aproximadamente un 4 % y aproximadamente un 7 % de nanopartfculas de sepiolita con respecto al peso total de la composicion.
De acuerdo con una realizacion, la composicion de nanocomposite comprende una mezcla de: uno o varios PP, una o varias PA, preferentemente PA-6, uno o varios PPgAM y nanopartfculas de sepiolita, preferentemente de tipo sepiolita natural.
La composicion de nanocomposite puede comprender ademas uno o varios compuestos retardantes de llama. Estos compuestos retardantes de llama se pueden seleccionar entre el grupo constituido por fosfatos, polifosfatos, fosfinatos, fosfitos o derivados de los mismos.
En particular, el compuesto retardante de llama es el polifosfato de amonio.
La cantidad de compuesto retardante de llama esta comprendida entre aproximadamente un 0,01 % y aproximadamente un 20 % en peso con respecto al peso total de la composicion, preferentemente entre aproximadamente un 5 % y aproximadamente un 15 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
La composicion de nanocomposite puede comprender tambien uno o varios aditivos seleccionados entre el grupo que comprende: antioxidantes, anti-UV, antiestaticos, nucleantes de la cristalizacion, lubricantes, absorbentes y/o reflectantes de infrarrojos, colores, cargas de refuerzo, agentes de oxodegradacion...
Asimismo, la cantidad de este aditivo o aditivos esta comprendida preferentemente entre aproximadamente un 0,01 % y aproximadamente un 52,5 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
El procedimiento de fabricacion de la composicion de nanocomposite de acuerdo con la invencion comprende en
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general las etapas de:
- preparacion de una premezcla (mezcla madre) que comprende PPgAM y un 30 % de nanopartfculas de sepiolita,
- mezcla de la premezcla (mezcla madre) obtenida previamente con PP y PA.
La preparacion previa de esta mezcla madre permite ubicar rapidamente una gran cantidad de sepiolita en los nodulos de PA lo que conlleva una mejor carbonizacion de la PA durante la combustion. El uso de PPgAM permite tambien mejorar la dispersion de los nodulos de PA y la reduccion de su tamano.
Otro aspecto de la invencion se refiere a un artfculo manufacturado que comprende la composicion de nanocomposite de acuerdo con la invencion y al uso de las composiciones de nanocomposite para fabricar artfculos manufacturados. En particular se puede tratar de: alfombras, piezas extruidas o moldeadas en el campo de los medios de transporte (coche, tren, barco, avion, etc.), en edificios, artfculos domesticos o de ocio.
La presente invencion se refiere tambien a las espumas obtenidas a partir de la composicion de nanocomposite de acuerdo con la invencion. Estas espumas comprenden ademas uno o varios agentes de espumacion qrnmica y/o ffsica. Estos agentes de espumacion qrnmica se pueden seleccionar entre azobisisobutironitrilo, azodicarbonamida, dinitroso-pentametilen-tetramina, 4,4'-oxibis(bencenosulfonilhidrazida), difenilsulfona-3,3'-disulfohidrazida, benceno- 1,3-disulfohidrazida, p-toluenosulfonilsemicarbazida; acido cftrico, bicarbonato sodico y mezclas de los mismos. Preferentemente, el agente de espumacion ffsica se selecciona entre isobutano, nitrogeno, CO2, en caso necesario en forma supercntica, y alcanos C2-C5. Las espumas pueden comprender adicionalmente uno o varios aditivos seleccionados entre el grupo constituido por: reguladores de intercambio gaseoso, nucleantes de celdas, antioxidantes, anti-UV, antiestaticos, lubricantes, absorbentes y/o reflectantes de infrarrojos, colores, cargas de refuerzo, agentes de oxodegradacion...
La presente invencion se extiende tambien a los perfiles de espuma, los artfculos y productos obtenidos a partir de estas espumas, por ejemplo, espumas que tienen funciones de aislamiento termico, de embalaje protector, de embalaje separador, de ocio o de decoracion, que se pueden usar en medios de transporte, edificios, artfculos de ocio y artfculos de decoracion...
En particular, el procedimiento de fabricacion de espumas de polipropileno o polipropilenos y de poliamida o poliamidas y de polipropileno o polipropilenos injertados con anhndrido maleico y de nanopartfculas de sepiolita de acuerdo con la presente invencion comprende preferentemente las etapas de:
- dosificacion del polipropileno o polipropilenos, de la poliamida o poliamidas, del polipropileno o polipropilenos injertados con antndrido maleico y de la sepiolita o sepiolitas, opcionalmente premezclados o dosificados individualmente y, opcionalmente un agente expansor qmmico, a la alimentacion de una extrusora (de un solo tornillo, de doble tornillo, de corrotacion, o de contrarrotacion, primera extrusora de una disposicion en tandem...);
- plastificacion de la mezcla obtenida por calentamiento a alta temperatura del cilindro y mezcla por el tornillo o tornillos para fundir por completo la masa y homogeneizarla,
- inyeccion opcional en el cilindro de un gas de espumacion en el lugar en el que la viscosidad de la mezcla sea la mas apropiada,
- homogeneizacion de la masa de polfmeros y gas,
- enfriamiento de la masa y homogeneizacion,
- extrusion a traves de una boquilla, controlada en cuanto a temperatura, que tiene una seccion de forma predefinida segun la aplicacion final de la espuma, sometiendo la masa a un incremento elevado de la presion que conlleva la formacion de burbujas de gas tras la salida de la boquilla, provocando la formacion de la espuma al aire libre,
- enfriamiento, estirado y guiado de la espuma:
- la espuma extruida es guiada mediante una maquina de estirado practicamente sin tension, a una seccion de enfriamiento (con aire, agua o los dos) para solidificar la estructura deseada.
De acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente en el presente documento, el agente expansor usado puede ser uno o mas agentes expansores ffsicos o qrnmicos o los dos simultaneamente.
Todas las realizaciones descritas previamente se pueden combinar en la medida de lo razonable.
Breve descripcion de las figuras
Se han efectuado ensayos experimentales para determinar el comportamiento al fuego de la composicion de nanocomposite de acuerdo con la invencion. Ademas, se han realizado tambien ensayos comparativos con
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composiciones de nanocomposite que comprenden montmorillonita modificada con una sal de amonio cuaternario (Cloisite ® 30B).
Las figuras siguientes ilustran los resultados obtenidos y muestran:
Fig. 1: representa las curvas de HRR obtenidas para diferentes mezclas de poKmeros:
- PP,
- 48 % de PP, 40 % de PA 6 y 12 % de PPgAM,
- 57 % de PP, 38 % de PA 6 y 5 % de nanopartfculas de sepiolita,
- 45 % de PP, 38 % de PA 6, 5 % de nanopartfculas de sepiolita y 12 % de PPgAM.
Fig. 2: representa las curvas de HRR para diferentes cantidades de nanopartfculas de sepiolita:
- PP,
- 47,4 % de PP, 12 % de PPgAM, 39,6 % de PA 6, 1 % de nanopartfculas de sepiolita,
- 46,2 % de PP, 12 % de PPgAM, 38,8 % de PA 6, 3 % de nanopartfculas de sepiolita,
- 45 % de PP, 12 % de PPgAM, 38 % de PA 6, 5 % de nanopartfculas de sepiolita.
Fig. 3: es una foto que representa placas de composiciones de nanocomposite inmediatamente despues de su inflamacion y que contienen una cantidad creciente de nanopartfculas de sepiolita:
- 48 % de PP, 12 % de PPgAM, 40 % de PA 6 y 0 % de nanopartfculas de sepiolita,
- 47,7 % de PP, 12 % de PPgAM, 39,6 % de PA 6 y 1 % de nanopartfculas de sepiolita,
- 46,2 % de PP, 12 % de PPgAM, 38,8 % de PA 6 y 3 % de nanopartfculas de sepiolita,
- 45 % de PP, 12 % de PPgAM, 38 % de PA 6 y 5 % de nanopartfculas de sepiolita.
Fig. 4: es una foto que representa las mismas placas de composiciones de nanocomposite al final de la combustion.
Fig. 5: es una foto obtenida mediante microscopfa que ilustra la formacion de carbon durante la combustion de una composicion de nanocomposite que comprende un 48 % de PP, un 12 % de PPgAM, un 40 % de PA y un 5 % de nanopartfculas de sepiolita.
Fig. 6: representa 2 fotos de residuos de composicion de nanocomposite obtenidos tras la combustion:
- a) composicion de nanocomposite que comprende un 44 % de PP, un 38 % de PA 6, un 11 % de PPgAM, y un 7 % de nanopartfculas de montmorillonita modificada con una sal de amonio cuaternario (Cloisite ® 30B), se le ha incorporado un 7 % de nanopartfculas de montmorillonita modificada con una sal de amonio cuaternario a fin de obtener una tasa inorganica del 5 % identica para la composicion a) y b) ya que la sepiolita no ha sido tratada en superficie mientras que la montmorillonita contiene la sal de amonio cuaternario,
- b) composicion de nanocomposite que comprende un 45 % de PP, un 38 % de PA 6, un 12 % de PPgAM, y un 5 % de nanopartfculas de sepiolita natural.
Fig. 7: representa las curvas de HRR de composiciones de nanocomposite que comprenden:
- 42 % de PP, 36 % de PA 6, 12 % de PPgAM, 5 % de sepiolita y 5 % de polifosfato de amonio,
- 41 % de PP, 36% de PA 6, 11 % de PPgAM, 7% de montmorillonita modificada con una sal de amonio cuaternario (Cloisite ® 30B), y 5 % de polifosfato de amonio.
Ensayos experimentales
1) Comportamiento al fuego de la composicion de nanocomposite que comprende PP, PA 6, PPgAM y nanoparticulas de sepiolita natural.
Todas las mezclas se han preparado en una mezcladora interna de tipo Brabender® durante 10 min a 240 °C. Se ha preparado una mezcla madre que contiene un 30 % de sepiolita natural en PPgAM y se ha usado para mezclar la sepiolita con el PP y la PA 6 en el caso de composiciones de nanocomposite que comprenden sepiolita natural.
La Fig. 1 muestra las curvas de HRR obtenidas con diferentes composiciones de nanocomposite. Se puede observar
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que se obtiene una reduccion significativa de la pHRR en el caso de la composicion de nanocomposite que comprende simultaneamente PP, PA 6, un 5% de sepiolita y un 12% de PPgAM. En efecto, se observa una disminucion de la pHRR de mas de un 50 % con respecto a la pHRR obtenida en el caso de la composicion que solamente comprende PP. Esta reduccion de la pHRR se debe a la formacion de carbon sobre la superficie del material.
Se ha evaluado igualmente la diferencia de la pHRR obtenida segun la cantidad de nanopartfculas de sepiolita contenida en la composicion de nanocomposite. Los resultados, ilustrados en la Fig. 2, revelan que la disminucion de la pHRR esta correlacionada con el aumento de la cantidad de nanopartfculas de sepiolita. Se observa asf una reduccion significativa a partir de una cantidad del 3 % de nanopartfculas de sepiolita. La reduccion del pHRR llega a aproximadamente un 50 % cuando la cantidad de sepiolita alcanza el 5 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
Paralelamente a la medida de las pHRR, tambien se han observado los carbones formados tras la combustion de las composiciones de nanocomposite. En particular en la Fig. 3, se pone de manifiesto que la cantidad de carbon formado aumenta con la cantidad de nanopartfculas de sepiolita presente en la mezcla. Las fotos de la Fig. 4 se refieren a los residuos obtenidos al final de la combustion de las composiciones de nanocomposite. Estas fotos ilustran el hecho de que la estabilidad termica de las composiciones de nanocomposite aumenta en funcion de la cantidad de nanopartfculas de sepiolita presentes en la composicion. La formacion de la capa de carbon que protege la fase de PP del aire, por tanto, es proporcional a la cantidad de nanopartfculas de sepiolita.
La Fig. 5 muestra la estructuracion del carbon formado durante la combustion de una composicion que comprende un 48 % de PP, un 12 % de PPgAM, un 40 % de PA 6 y un 5 % de nanopartfculas de sepiolita. A lo largo de la combustion, la PA conduce a la formacion del carbon cuyas resistencias termica y mecanica son mejoradas por la accion de las nanopartfculas de sepiolita.
2) Comparacion de la composicion de nanocomposite que comprende sepiolita natural con aquella que comprende montmorillonita modificada con una sal de amonio cuaternario.
A lo largo de estas experimentaciones se han medido dos parametros. La cohesividad de los carbones obtenidos tras la combustion de las dos composiciones de nanocomposite y la pHRR registrada.
La Fig. 6 representa los carbones obtenidos tras la combustion de las composiciones que comprenden un 45 % de PP, un 38 % de PA 6, un 12 % de PPgAM y o bien nanopartfculas de sepiolita natural (5 %) o bien nanopartfculas de montmorillonita modificada con una sal de amonio cuaternario (Cloisite ® 30B) (7 %). Las fotos presentadas revelan que el carbon obtenido tras la combustion de la composicion de nanocomposite de acuerdo con la invencion es mucho mas cohesivo que el obtenido con la montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario (Cloisite ® 30B). La capa de carbon formada a partir de la composicion de nanocomposite comprende sepiolita natural y, por tanto, es mas gruesa y mas densa que la producida por la composicion que comprende nanopartfculas de montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario. La superficie de cohesion, correspondiente a la superficie del material que permanece unificado tras la combustion con relacion a su superficie inicial, es del 80 % por lo que respecta a la composicion de nanocomposite que comprende las nanopartfculas de sepiolita natural mientras que se ha reducido a un 20% para la composicion de nanocomposite que comprende las nanopartfculas de montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario. Como consecuencia, la capa de carbon formada por la composicion que comprende nanopartfculas de sepiolita permite proteger del aire a la fase de PP de un modo mas eficaz que el producido por la composicion que comprende las nanopartfculas de montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario (Cloisite ® 30B).
Se ha medido la pHRR de composiciones de nanocomposite que comprenden bien sepiolita natural o bien montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario, en combinacion con un retardante de llama fosforado (AP750). La Fig. 7 representa las curvas de la HRR medida en los dos casos. Mientras que la pHRR obtenida con la composicion que comprende la montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario alcanza 400 kW/m2 (a aproximadamente 125 segundos), la pHRR registrada para la composicion que comprende la sepiolita natural no supera los 300 kW/m2 (a aproximadamente 350 segundos). No solamente la pHRR registrada en el caso de la composicion que comprende la sepiolita natural es menor sino que ademas se produce mas tarde.
A la vista de estos resultados, parece que la composicion de acuerdo con la invencion presenta buenas propiedades al fuego.
De modo sorprendente, se ha demostrado tambien que los resultados obtenidos con la composicion de acuerdo con la invencion eran superiores a los obtenidos con una composicion de nanocomposite que comprende las nanopartfculas de montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario. En efecto, estos resultados van en contra de las ensenanzas habituales del estado de la tecnica, que promueven las propiedades al fuego de las composiciones de nanocomposite que comprenden nanopartfculas de montmorillonita o de montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario. Mientras que el estado de la tecnica describe que el uso de la sepiolita en composiciones de nanocomposite no muestran propiedades al fuego satisfactorias, la presente invencion ha permitido establecer que una composicion de nanocomposite que comprende simultaneamente PP, PA 6, PPgAM y
nanopartfculas de sepiolita podfa permitir alcanzar mejores resultados en comparacion con su equivalente que comprende nanopartfculas de montmorillonita modificada con la sal de amonio cuaternario.

Claims (16)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Composicion de nanocomposite que comprende una mezcla que contienen al menos un polipropileno, al menos una poliamida, al menos un polipropileno injertado con anhndrido maleico y nanopartfculas de sepiolita.
  2. 2. La composicion de nanocomposite de acuerdo con la reivindicacion 1 en la que las nanopartfculas de sepiolita son de tipo sepiolita natural.
  3. 3. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 en la que la poliamida es una poliamida 6 (PA-6).

  4. 4. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en la que la

    cantidad de polipropileno esta comprendida entre un 40 % y un 80 % en peso con respecto al peso total de la
    composicion.

  5. 5. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en la que la

    cantidad de poliamida esta comprendida entre un 5 % y un 40 % en peso con respecto al peso total de la
    composicion.
  6. 6. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en la que la cantidad de polipropileno injertado con anhndrido maleico esta comprendida entre un 0,5 % y un 15 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
  7. 7. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en la que la cantidad de nanopartfculas de sepiolita esta comprendida entre un 2 % y un 15 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
  8. 8. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende un compuesto retardante de llama.
  9. 9. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en la que el compuesto retardante de llama es el polifosfato de amonio.
  10. 10. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en la que la cantidad de compuesto retardante de llama esta comprendida entre un 0,01 % y un 20 % en peso con respecto al peso total de la composicion.
  11. 11. La composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende al menos un aditivo seleccionado entre: antioxidantes, anti-UV, antiestaticos, nucleantes de la cristalizacion, lubricantes, absorbentes y/o reflectantes de infrarrojos, colores, cargas de refuerzo, agentes de oxodegradacion.
  12. 12. Espuma que comprende la composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
  13. 13. Un artfculo manufacturado que comprende la composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
  14. 14. El artfculo manufacturado de acuerdo con la reivindicacion 13 que se selecciona entre alfombras, piezas extruidas o moldeadas en el campo de los medios de transporte o en edificios, o artfculos domesticos o de ocio.
  15. 15. Procedimiento de fabricacion de la composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 que comprende las etapas de:
    - preparacion de una premezcla que comprende PPgAM y un 30 % de nanopartfculas de sepiolita,
    - mezcla de la premezcla obtenida en la etapa anterior con PP y PA.
  16. 16. Uso de la composicion de nanocomposite de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para la fabricacion de un artfculo manufacturado.
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