MX2011000876A - Mezcla basica para polimero termoplastico electroconductor, proceso para preparar tal mezcla basica, y uso de la misma. - Google Patents

Mezcla basica para polimero termoplastico electroconductor, proceso para preparar tal mezcla basica, y uso de la misma.

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Abstract

La presente invención proporciona un proceso para preparar una mezcla básica que comprende más de 0% en peso y hasta 70% en peso de negro de carbón con una absorción de DBP de por lo menos 200 ml/100 g y un polímero termoplástico y, opcionalmente, otros aditivos, que comprende las etapas de mezclar en orden aleatorios sucesiva o simultáneamente, a una temperatura elevada, un medio líquido, negro de carbón, y polímero termoplástico, y, opcionalmente, aditivos, en donde el medio líquido está presente al final en una cantidad de más de 0% en peso y de hasta 80% en peso del peso total del negro de carbón y del polímero termoplástico; posteriormente enfriar y granular la composición; separar el medio líquido por extracción con un solvente; y secar la composición. Se proporcionan además una mezcla básica conveniente para preparar una composición de polímero termoplástico electroconductor y un proceso para preparar una composición de polímero termoplástico electroconductor.

Description

MEZCLA BASICA PARA POLIMERO TERMO PLASTICO ELECTROCONDUCTOR. PROCESO PARA PREPARAR TAL MEZCLA BASICA. Y USO DE LA MISMA Descripción de la Invención La presente invención se refiere a una mezcla básica para un polímero termoplástico electroconductor, a un proceso para preparar tal mezcla básica, y al uso de la misma. Más específicamente, la invención se refiere a una mezcla básica que contiene una alta cantidad de negro de carbón electroconductor y un polímero termoplástico, a un proceso para prepararlo, y al uso del mismo.
En un número de aplicaciones se desea proporcionar buenas composiciones de polímero termoplástico con propiedades electroconductoras. Un ejemplo de las mismas es la industria automotriz, donde se desea que las partes plásticas del vehículo sean electroconductoras similares a las partes de metal, para poder proporcionarle al vehículo completo una capa de recubrimiento de polvo en una sola etapa.
Para proporcionar una composición de polímero termoplástico con propiedades electroconductoras, pueden agregarse a la misma pequeñas partículas tales como, por ejemplo, partículas de negro de carbón que tienen una porosidad relativamente alta.
Existe un deseo en la industria de tener mezclas básicas de negro de carbón y polímero termoplástico. Tales mezcla básicas contienen una alta cantidad relativa de partículas de negro de carbón y pueden diluirse simplemente con el polímero termoplástico por el usuario final para hacer la composición de polímero termoplástico electroconductor deseada. Por lo tanto, el uso de mezclas básicas hace al negro de carbón más fácil de manejar y permite la dosificación fácil y la dispersión uniforme y rápida del negro de carbón en el polímero sin quitar el polvo.
Las mezclas básicas conocidas hasta ahora generalmente se preparan por fusión mezclando los componentes con ayuda de extrusores.
El documento JP 0701 1064 describe la preparación de una mezcla básica de poliolefina electroconductora mezclando negro de carbón conductor y poliolefinas termoplásticas por encima de la temperatura de fusión de la resina y el moldeo después del enfriamiento. La cantidad de negro de carbón que puede introducirse en la poliolefina por este método está entre 15 y 40% en peso; sin embargo, en los ejemplos el contenido más alto alcanzado es de 30% en peso.
Sin embargo, las partículas del negro de carbón con una porosidad alta no pueden agregarse simplemente a un polímero termoplástico en una dosis alta, ya que la adición del negro de carbón resultará en una composición de polímero termoplástico (pulverizada) muy viscosa o incluso seca. También puede ocurrir que las partículas del negro de carbón se adhieran, lo que hace imposible una dispersión uniforme de las partículas a través de la matriz del polímero.
El documento JP 2002322366 describe un proceso para hacer un polímero termoplástico electroconductor por la adición de negro de carbón en el mismo. El proceso comprende la etapa de agregar un aditivo de ácido carboxílico al negro de carbón en una cantidad baja de modo que el negro de carbón se recubra con un ácido carboxílico, y posteriormente mezclar el negro de carbón recubierto con el polímero termoplástico. Las composiciones que contienen cantidades de negro de carbón de hasta 18% en peso se preparan en los ejemplos usando el ácido isoftálico como el aditivo de ácido carboxílico.
La invención ahora proporciona un proceso para preparar una mezcla básica que comprende hasta 70% en peso de negro de carbón con una absorción de DBP de por lo menos 200 ml/100 g y un polímero termoplástico y, opcionalmente, otros aditivos, que comprenden las etapas de - mezclar en orden aleatorio sucesiva o simultáneamente, a una temperatura elevada, un medio líquido, un negro de carbón, y polímero termoplástico, y, opcionalmente, los aditivos, en donde el medio líquido está presente al final en una cantidad de más de 0% en peso y hasta 80% en peso en el peso total del negro de carbón y del polímero termoplástico; - posteriormente enfriar y granular la composición; - separar el medio líquido por extracción con un solvente; - secar la composición.
Adicionalmente, la invención proporciona una mezcla básica obtenible por el proceso antes mencionado.
Se encontró que la mezcla básica obtenible por el proceso de la invención tiene características diferentes de las de la mezclas básicas preparadas por procesos de mezclado por fusión de acuerdo a la técnica tal como lo descrito por el documento JP 07011064. Así se encontró que la mezcla básica tiene mejor dispersión en el polímero termoplástico, es más fácil de manipular (un contenido de polvo más bajo), y menos frágil.
La presente invención por otra parte proporciona una mezcla básica conveniente para preparar una composición de polímero termoplástico electroconductor, que comprende 40-70% en peso de negro de carbón con una absorción de DBP de por lo menos 200 ml/100 g y 60-30% en peso de un polímero termoplástico y, opcionalmente, de otros aditivos.
Finalmente, la invención proporciona un proceso para preparar las composiciones de polímero termoplásticas electroconductores que comprenden las etapas de hacer una mezcla básica de acuerdo con el proceso antes mencionado y posteriormente mezclar esta mezcla básica con el polímero termoplástico.
Granular significa cada método para dividir al material en partículas de la composición, incluyendo varios métodos tales como extrusión, trituración, o corte de la composición. Se entiende que un número de métodos de granulación ocurren a una temperatura elevada.
La absorción DBP es un valor para la porosidad del negro de carbón y soporta la absorción de aceite de ftalato de dibutilo de acuerdo con ASTM D2414.
Debido a una forma regular del granulo y a una fragilidad inferior del gránulo que se dosifica fácilmente de la mezcla básica se logra el polímero termoplástico.
El medio líquido se utiliza por lo menos en una cantidad de modo que después de la incorporación del negro de carbón en la mezcla básica prácticamente todas las partículas del negro de carbón se rodean completamente por el medio líquido y el polímero. En general el medio líquido se utiliza en una cantidad de más de 0% en peso y hasta 80% en peso basado en la cantidad de la composición total, preferiblemente 10-70% en peso, incluso más preferiblemente 20-70% en peso. El medio líquido deberá ser capaz de soportar el punto de fusión del polímero termoplástico que significa que en general deberá tener un punto de ebullición de arriba de 180°C, preferiblemente p r encima de 200°C, más preferiblemente por encima de 250°C, y deberá ser fácilmente separable del polímero termoplástico por extracción con un solvente. Adicionalmente, el medio líquido no deberá ser tal que el polímero termoplástico se disuelva o se expanda en el mismo a temperatura ambiente.
Los ejemplos convenientes del medio líquido no se limitan a los ftalatos tales como ftalatos de dialquilo de 1 a 10 átomos de carbono como dimetilo, dibutilo, dioctilo, diisobutilo, ftalato de diisononilo, butilbencilo y ftalato de poliglicol, aminas tales como aminas de ácido graso (etoxiladas), amidas tales como amidas de ácido graso (etoxilado), fosfato de trietilo, fosfato de tricresilo, citrato de acetiltributilo, adipato de dioctilo, aceite de soya epoxidizado y glicoles, como etileng licol , dietilenglicol, trietilenglicol, polietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol y polipropilenglicol, 1 ,3-propandiol, 1 ,4-butandiol, 2,3-butanodiol, hexilenglicol, 1 ,5-pentandio!, glicerol, monoéteres, diéter y ésteres de glicoles, alcoholes de 8 a 12 átomos de carbono, parafinas, aceite de soya.
Generalmente además de mezclarse con el medio líquido, el solvente usado para la extracción deberá ser relativamente volátil, es decir tiene un punto de ebullición por debajo de 100°C, y el polímero termoplástico deberá ser soluble o hinchable en este solvente. Los ejemplos convenientes del solvente de extracción son alcanos de 1 a 8 átomos de carbono como el pentano, hexano, heptano, alcanos clorados como el cloroformo, diclorometano, cetonas tales como acetona, metiletilcetona.
Se encontró que usando el proceso antes mencionado en lugar de apegarse a la enseñanza de la técnica anterior es posible hacer mezclas básicas que contengan un negro de carbón sustancialmente más alto y pueden obtenerse fácilmente cantidades de hasta 70% en peso (en base de la cantidad total del negro de carbón y del polímero termoplástico). En una modalidad preferida la cantidad de negro de carbón es de 40-60% en peso.
En una modalidad preferida el medio del solvente y líquido se elige de modo que puedan separarse fácilmente entre si y por lo tanto son reutilizables. Los métodos para separar el medio solvente y líquido de uno y otro son conocidos por un experto en la técnica e incluyen destilación, decantación, separación de capa líquida. En otra modalidad un medio' líquido puede utilizarse ya que se solidifica a una temperatura más baja y por lo tanto puede separarse del solvente como un sólido por ejemplo por filtración.
Los aditivos que pueden agregarse a la mezcla básica o a la composición de polímero termoplástico incluyen pero no se limitan a antioxidantes, antiozonos, antidegradantes, estabilizadores UV, coagentes, antifungicidas, antiestáticos, pigmentos, tintes, agentes de acoplamiento, auxiliares de dispersión, agentes de soplado, lubricantes, aceites de proceso, rellenos, agentes reforzantes.
El negro de carbón de la presente invención en una modalidad preferida tiene una absorción de DBP de 250 ml/100 g, 300 ml/100 g antes mencionado, incluso más preferido por encima de 300 ml/100 g.
Los ejemplos preferidos del negro de carbón son Ketjenblack EC300J y Ketjenblack EC600JD.
Ejemplos Ejemplos de Preparación 1-7 (Comparativo) Ejemplo 1 10 g de negro de carbón (Ketjenblack EC600JD, que tiene una absorción de DBP de 550 ml/100 g) y 10 g de polipropileno (HC101 BF ex Borealis) se mezclaron en presencia de 50 g de erucamida (Armoslip E antes Akzo Nobel). La mezcla se proceso a una temperatura de 250°C en una cámara de mezclado de una manera comparable al procesamiento de polipropileno puro (según lo conocido por los expertos). Después de enfriar la mezcla a temperatura ambiente el material sólido se trituró en partículas de 1 mm y la erucamida se extrajo con n-heptano en ebullición. Posteriormente, la composición se seco durante 30 minutos a 110°C y se aplicó a alto vacío para evaporar los rastros restantes del solvente de extracción. La composición de las partículas resultantes se calculó, basado en el peso, que contiene 48% en peso del negro de carbón, 48% en peso de polipropileno, y 4% en peso de erucamida.
Ejemplo Comparativo 2 El ejemplo 1 se repitió sin la adición de erucamida. La mezcla resultante no podría procesarse a 250°C, ya que fue demasiado seca y polvorienta.
Ejemplo 3 El ejemplo 1 se repitió pero en vez de erucamida, se utilizó aceite de soya (supermercado antes Lidl). Se calculó que las partículas resultantes contienen 47.5% en peso de negro de carbón, 47.5% en peso de polipropileno, y 5% peso de aceite de soya.
Ejemplo 4 10 g de negro de carbón (Ketjenblack EC600JD), 20 g de poliamida 6 (Akulon F223-D ex DSM) se mezclaron en presencia de 50 g de erucamida (Armoslip E antes Akzo Nobel). La mezcla se proceso a una temperatura de 250°C en una cámara de mezclado de una manera comparable al procesamiento de poliamida pura. Después de enfriar la mezcla a temperatura ambiente el material sólido se trituro en partículas de 1 mm y la erucamida se extrajo con n-heptano de ebullición. Posteriormente, la composición se secó durante 30 minutos a 110°C y se aplicó alto vacío para evaporar rastros restantes del solvente de extracción. Se calculó que las partículas resultantes contienen 30% en peso de negro de carbón, 60% en peso de poliamida, y 10% en peso de erucamida.
Ejemplo 5 El ejemplo 4 se repitió con 10 g de poliamida en lugar de 20 g. Las partículas podrían hacerse con un contenido de 45% en peso de negro de carbón, 45% en peso de poliamida, y 10% en peso de erucamida.
Ejemplo 6 10 g de negro de carbón (Chezacarb A+ antes Chempetrol) que tiene una porosidad de 360 ml/g y 30g PP (Moplen HP500N antes Basell) se mezclaron con 20 g ftalato de diisodecilo (DIDP) en un tipo Mini extrusor Haake CTW5 (temperatura 250°C y a 100 rpm). Después de enfriarse, el material sólido se molió en partículas de 1 mm y se extrajo con diclorometano en ebullición. Se calculó que las partículas resultantes contienen 24% en peso de negro de carbón, 73% en peso de PP, y 3% en peso de DIDP. Ejemplo 7 El ejemplo 6 se repitió con 10 g de DIDP en vez de 20 g. Se calculó que las partículas resultantes contienen 24% en peso de negro de carbón, 73% en peso de PP, y 3% en peso de DIDP.
Ejemplos de Aplicación l-IV (Comparativo) Ejemplo 1 (uso de mezcla básica para preparar el artículo de polímero) La mezcla básica del ejemplo 1 se utilizó para hacer un artículo de polipropileno conductor. La mezcla básica se diluyó con polipropileno (Moplen HP500N antes Basell) hasta que contuviera 3% en peso de negro de carbón usando una cámara de mezclado Haake que opera a 50 rpm durante 30 minutos a 230°C. El polímero de polipropileno resultante se presionó en láminas de 2 mm a 190°C mediante moldeo por compresión y la resistencia de las mismas se midió de acuerdo con ASTM D257. Los resultados se proporcionaron en la tabla 1.
Ejemplo Comparativo II Un artículo de polipropileno conductor de la misma composición que en el ejemplo 1 se hizo usando el negro de carbón puro (Ketjenblack EC600JD) en lugar de la mezcla básica del ejemplo 1.
Ejemplo III La muestra obtenida en el ejemplo 6 se diluyó en Moplen HP500N antes Basell que contiene 5% en peso de negro de carbón usando una cámara de mezclado Haake que opera a 50 rpm durante 30 minutos a 230°C. El polímero resultante se presionó en láminas de 2 mm a 190°C mediante moldeo por compresión y la resistencia del artículo resultante se midió de acuerdo con ASTM D257. Los resultados se proporcionan en la tabla 1.
Ejemplo Comparativo IV Un artículo de polipropileno conductor de la misma composición que en el ejemplo III se hizo usando el negro de carbón puro (Chezacarb A+) en lugar de la mezcla básica del ejemplo 6. Tabla 1 (resistencia en ohmio. cm. Medida de acuerdo con ASTM D257) Negro de % de adición al Resistividad en Carbón negro de Ohmios. cm de carbón Ejemplo I Mezcla básica 3 1520 Ejemplo II del Ej. 1 (Comparativo Negro de 3 200 carbón puro Ejemplo III Mezcla básica 5 310 Ejemplo IV del Ej. 6 (Comparativo Negro de 5 200 carbón puro En la tabla anterior puede observarse que se comparó la resistencia del polipropileno puro, que se ubica en el orden de 1014-1015 ohmio. cm, el polipropileno electroconductor tiene las mismas propiedades conductoras beneficiosas, puede prepararse utilizando la mezcla básica de la presente invención y del negro de carbón puro.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Proceso para preparar una mezcla básica que comprende más de 0% en peso y hasta 70% en peso de negro de carbón con una absorción de DBP de por lo menos 200 ml/100 g y polímero termoplástico y, opcionalmente, aditivos adicionales, que comprende las etapas de: - mezclar en orden aleatorio sucesiva o simultáneamente, a una temperatura elevada, un medio líquido, un negro de carbón, y un polímero termoplástico, y, opcionalmente, los aditivos, en donde el medio líquido está presente al final en una cantidad de más de 0% en peso y de hasta 80% en peso en el peso total del negro de carbón y del polímero termoplástico; - posteriormente enfriar y granular la composición; - separar el medio líquido por extracción con un solvente; y - secar la composición.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el solvente y el medio líquido se eligen de modo que pueden separarse fácilmente entre si.
3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en donde se reutilizan el solvente y/o el medio líquido.
4. Proceso para preparar composiciones de polímero termoplástico electroconductor que comprenden las etapas de hacer una mezcla básica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -3 y posteriormente mezclar esta mezcla básica con el polímero termoplástico.
5. Mezcla básica obtenible por el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3.
6. Mezcla básica conveniente para preparar una composición del polímero termoplástico electroconductor, que comprende 40-70% en peso de negro de carbón con una absorción de DBP de por lo menos 200 ml/100 g y 60-30% en peso de un polímero termoplástico y, opcionalmente, de otros aditivos.
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