MXPA00002758A - Composiciones en capas con iones onio multicargados como cationes de intercambio, y su aplicacion para preparar intercalados monomericos, oligomericos y polimericos y nanocomposiciones preparadas con las composiciones en capas de los intercalados. - Google Patents

Abstract

Materiales en capas intercaladas preparadas mediante la cointercalacion de un agente de separacion/ acoplamiento de ion onio multicargado y un polimero matriz entre las capas planas de un material en capas hinchable, tal como un filosilicato, preferiblemente una arcilla de smectita. La separacion de las capas adyacentes de los materiales en capas se expande a al menos aproximadamente 3A, manera preferible a al menos aproximadamente 5A, de manera usual hasta aproximadamente 15-20A, por ejemplo 18A con el agente de separacion/ acoplamiento de ion onio dicargado. La intercalacion del polimero matriz incrementa entonces la separacion entre las capas adyacentes a al menos aproximadamente 15A, de manera preferible de aproximadamente 20A hasta aproximadamente 30A.

Description

COMPOSICIONES EN CAPAS CON IONES ONIO MULTICARGADOS COMO CATIONES DE INTERCAMBIO, Y SU APLICACIÓN PARA PREPARAR INTERCALADOS MONOMERICOS , OLIGOMERICOS Y POLIMERICOS Y NANOCOMPOSICIONES PREPARADAS CON LAS COMPOSICIONES EN CAPAS DE LOS INTERCALADOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a materiales en capas intercaladas y, opcionalmente, exfoliados de los mismos, preparados por contacto, y por lo tanto intercalando, un material de silicato de en capas, por ejemplo, un filosilicato, tal como una arcilla de esmectita, con un agente separador/de acoplamiento que está cargado multipositivamente (aquí posteriormente "multicargado") , de manera preferible doblemente cargado, y la cointercalación del material en capas con un cointercalante (como reactivos polimerizables conintercalantes, o como el cointercalante oligomérico o cointercalante polimérico) para formar materiales nanocompuestos. El monómero, oligómero o polímero cointercalante puede ser intercalado después de, o junto con la intercalación del agente de separación/acoplamiento multicargado, tal como por composición directa, por ejemplo, combinando un material en capas intercalado de iones onio multicargado y un monómero, polímero u oligómero cointercalante en un dispositivo de mezclado o extrusión para producir el material en capas cointercalado y la nanocomposición. La separación ínterla inar de las capas (plaquetas) adyacentes del material en capas (separación de menos el espesor de una plaqueta del material en capas) se expande al menos 3 Á, de manera preferible al menos 5 Á, hasta al menos aproximadamente 10 Á, de manera preferible hasta al menos aproximadamente 15 Á, y usualmente hasta aproximadamente 18 Á mediante el contacto del material en capas con el agente de separación/acoplamiento multicargado por intercalación simultánea o subsecuente con reactivos poliméricos cointercalantes, un cointercalante oligonomérico o un cointercalante polimérico. Los agentes de separación/acoplamiento multicargados tienen al menos dos átomos de intercambio de iones, cargados, capaces de intercambiar iones con Li+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, u otros cationes orgánicos que se encuentren dentro de los espacios entre las capas o entre capas o plaquetas de silicato adyacentes de los materiales de silicato en capas que están siendo intercalados. La asociación de los cationes inorgánicos de material en capas con al menos dos sitios cargados del agente de separación/acoplamiento multicargado, permite la conversión de las superficies de las plaquetas de arcilla interiores hidrofílicas a superficies de plaquetas hidrofóbicas, por intercambio iónico sustancialmente completo de los cationes intercambiables entre las capas sobre las superficies de las plaquetas con los iones onio, ' intercalando e intercambiando sustancialmente menos iones onio a la vez, hacia el espacio entre plaquetas adyacentes, dejando más espacio para la cointercalación de un oligómero o polímero cuando se compara con análogos de iones onio con una sola carga. Por lo tanto, los monómeros polimerizables capaces de reaccionar para formar un cointercalante polimérico, o moléculas cointercalantes oligoméricas polimerizables, o un polímero cointercalante pueden intercalarse fácilmente y más completamente entre las plaquetas adyacentes del material de silicato en capas, por ejemplo, plaquetas de arcilla de esmectita. De acuerdo con la modalidad preferida de la presente invención, un polímero cointercalante completamente polimerizado, que tiene un peso molecular promedio en peso de entre aproximadamente 100 y aproximadamente 5 millones, de manera preferible de aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 500,000, puede ser cointercalado entre plaquetas adyacentes del material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado, de manera preferible sustancialmente simultánea con la dispersión del material en capas intercalado con ion onio multicargado en un polímero de matriz, es decir, componiendo directamente el material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado con el oligómero o polímero cointercalante, agregando un exceso de oligómero o polímero cointercalante, y sin separación del intercalado resultante, el exceso de polímero cointercalante se convierte en el polímero matriz - lo mismo que el polímero cointercalante. La intercalación del agente de separación/acoplamiento multicargado y un oligómero o polímero cointercalante, o sus reactivos monoméricos (reactivos monoméricos polimerizables cointercalantes, oligómero cointercalante, y polímero cointercalante se nombran colectivamente como "polímero intercalante" o "polímero cointercalante", aquí posteriormente por simplicidad) , resulta en una dispersión completamente homogénea de material en capas cointercalado en un polímero matriz, o una composición nanocompuesta . Opcionalmente, el material nanocompuesto puede ser cortado, en o por encima de la temperatura de fusión del polímero matriz, para exfoliar hasta el 100% de los tactoides o aglomerados de plaquetas en plaquetas individuales, de modo que más del 50% en peso de las plaquetas estén en forma de plaquetas solas, por ejemplo, más del 60%; más del 70%; más del 80%; o más del 90% en peso del material en capas puede ser completamente exfoliado en capas de plaquetas solas. Los intercalados de la presente invención pueden ser utilizados como organoarcillas para la sorción de materiales orgánicos, o pueden dispersarse uniformemente en solventes para incrementar la viscosidad del líquidos orgánicos; o los intercalados pueden ser dispersados en materiales poliméricos matriciales para formar nanocomposiciones intercaladas de polímero/arcilla, por ejemplo, componiendo directamente la arcilla intercalada con agente de separación/acoplamiento multicargado con suficiente oligómero o polímero cointercalante para lograr una intercalación suficiente de la arcilla para formar un concentrado, que posteriormente puede ser mezclado con un polímero matriz y/o polímero cointercalante adicional, o materiales poliméricos diferentes para formar una nanocomposición. De manera alternativa, la arcilla intercalada con agente de separación/acoplamiento multicargado puede ser cointercalada con reactivos monoméricos que sean polimerizables para formar el cointercalante polimérico. En otra modalidad de la presente invención, el material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado puede ser dispersado en un monómero matriz seguido por la polimerización del monómero matriz, in si tu, por ejemplo, mediante la adición de un agente de curado, para formar el material nanocompuesto. También, los agentes de curado pueden ser incorporados directamente a los reactivos monoméricos que están cointercalados entre las plaquetas de la arcilla intercalada con agente de separación/acoplamiento multicargado, seguidos por la polimerización de los monómeros cointercalantes reactivos que han sido intercalados en las galerías entre las capas de arcilla. De acuerdo con una característica importante de la presente invención, si un polímero cointercalante es cointercalado en las galerías de la arcilla de agente de separación/acoplamiento multicargado para formar un cointercalado y polímero adicional se agrega para formar una nanocomposición, el polímero cointercalante puede ser compuesto directamente con el polímero matriz para formar una nanocomposición fácilmente, y el cointercalado puede ser cargado más completamente con el polímero cointercalante que si fuera utilizado un agente de separación/acoplamiento de ion onio con una sola carga para separar las plaquetas. Si los monómeros cointercalantes polimerizables, o los cointercalantes oligoméricos polimerizables son cointercalados en las galerías de arcilla, los cointercalantes pueden ser polimerizados junto con un material de matriz monomérico, oligomérico o polimérico deseado, y el material de la matriz puede entonces ser polimerizado o polimerizado adicionalmente junto con el cointercalante y compuesto para formar la nanocomposición.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Y TÉCNICA ANTERIOR Es bien conocido que los filosilicatos, tales como las arcillas de esmectita, por ejemplo, montmorilonita de sodio y montmorilonita de calcio, pueden ser tratados con moléculas orgánicas, tales como iones amonio, iones fosfonio o iones sulfonio (iones onio) orgánicos, para intercalar las moléculas orgánicas entre capas de silicatos planas, adyacentes, para el intercambio iónico de las moléculas de ion onio orgánico con los cationes intercambiables intercalados para separar las capas o plaquetas adyacentes del material de silicato en placas (separación interlaminar) suficientemente para la intercalación de un polímero entre las capas separadas, véanse por ejemplo, las Patentes Estadounidenses Nos. 4,739,007, 4,810,734 y 5,164,460. Los filosilicatos intercalados así tratados, que tienen separaciones entre capas que se incrementan por al menos 3Á, preferible de al menos 5Á, hasta una separación entre capas (interlaminar) de al menos de aproximadamente 10-25 Angstroms (Á) y hasta aproximadamente 100Á pueden entonces exfoliarse, por ejemplo, las capas de silicato se separan, por ejemplo, mecánicamente, por mezclado altamente cortante. Se ha encontrado que las capas de silicato individuales, cuando se mezclan con un polímero matriz, antes, después o durante de la polimerización del polímero matriz, por ejemplo, una poliamida - véanse 4,739,007; 4,810,734; 5,102,948; y 5,385,776 - mejoran substancialmente una o más propiedades del polímero matriz, tales como la resistencia mecánica, impermeabilidad al oxígeno y/o características a alta temperatura. Las composiciones de la técnica anterior ejemplares, también llamadas "nanocomposiciones", se describen en la solicitud PCT publicada de Allied Signal, Inc. WO 93/04118 y la Patente Estadounidense No. 5,385,776, que describen la mezcla de partículas en forma de plaquetas individuales derivadas de materiales de silicato en capas intercaladas, con un polímero matriz para formar una nanocomposición que tiene una o más propiedades del polímero matriz mejoradas por la adición del intercalado al menos parcialmente exfoliado. Como se describe en la WO 93/04118 y la Patente Estadounidense No. 5,554,670, el intercalado se forma (la separación entre capas entre plaquetas de silicato adyacentes se incrementa) por adsorción de un agente de acoplamiento de silano o un catión onio, tal como un compuesto de amonio cuaternario, que tiene un grupo reactivo, el cual es compatible con el polímero matriz. Tales cationes amonio cuaternario son bien conocidos para convertir arcillas altamente hidrofílicas, tales como la montmorilonita de sodio o calcio, en una arcilla organofílica, capaz de sorber moléculas orgánicas. De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, los intercalados se preparan poniendo en contacto un material de silicatos en capas, tal como un filosilicato, o un agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado, tal como un compuesto de agente de separación/acoplamiento de ion dionio, y que tiene al menos 2 átomos de carbono, hasta aproximadamente 24 átomos de carbono separando los dos cationes onio. Los ejemplos de tales moléculas de agentes de separación/acoplamiento multicargados adecuadas, incluyen a los iones de diamonio cuaternario, iones disolfonio, iones difosfonio, iones de dioxonio, y cualquier compuesto de ion onio multicargado de un elemento de los grupos V o VI de la tabla periódica de los elementos. Los agentes de separación/acoplamiento de ion onio multicargados útiles de acuerdo con la presente invención pueden ser multicargados después de la disociación de los aniones de la molécula, cuando se disuelven en agua y/o un solvente orgánico, o la molécula puede ser neutra y posteriormente protonada para proporcionar moléculas de ion onio que tengan múltiples átomos cargados positivamente, en solución. Dependiendo de la capacidad de intercambio catiónico del material de silicato en capas, por ejemplo, una arcilla de esmectita, las superficies plaquetarias interiores de las plaquetas de silicato incluyen centros de carga negativa que tienen separaciones que varían entre aproximadamente 4Á y aproximadamente 20Á (igual a la separación, o distancia, entre los cationes intercambiables adyacentes en el espacio interlaminar) . De acuerdo con los principios de la presente invención, se ha encontrado que los agentes de separación/acoplamiento de ion onio multicargados pueden ser intercalados entre plaquetas adyacentes para intercambiar iones con los cationes entre capas, por ejemplo, iones Na+, para equilibrar los centros de carga negativa dentro de la misma superficie de la plaqueta de silicato, en cada átomo de ion onio cargado apropiadamente separado, para separar las plaquetas adyacentes suficientemente, utilizando menos agente de separación/acoplamiento. En la modalidad preferida, al menos dos de los átomos cargados del agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargados están separados con moléculas orgánicas intermedias, por ejemplo, -CH2-CH2; -CH2-CH2-CH2; y similares, para separar los átomos de ion onio cargados (por ejemplo, Nf espacio -N+) a una distancia de aproximadamente 5Á (para materiales en capas de alta densidad de carga) hasta aproximadamente 24Á (para materiales en capas de baja densidad de carga) . Con tal separación preferida entre los átomos de iones onio cargados, ocurre el intercambio iónico con la intercapa en ambos átomos de iones onio cargados, necesitando por lo tanto, menos intercalación de ion onio para lograr el intercambio iónico completo, logrando a la vez, una separación suficiente de la plaqueta de silicato para la cointercalación del oligómero o polímero, y permitiendo la cointercalación de mayores cantidades de oligómero o polímero cointercalante . Como se muestra en las FIGURAS 1A y IB, el material en capas que tiene una alta densidad de carga, que tiene una separación entre los centros de carga negativa de la superficie plaquetaria entre capas adyacentes, en el intervalo de aproximadamente 6Á hasta aproximadamente 12Á, puede ser intercambiado iónicamente en ambos átomos cargados adyacentes de un agente de separación/acoplamiento de ion onio de doble carga que tiene los átomos cargados separados a una distancia de aproximadamente 4Á hasta aproximadamente 14Á o 16Á. La separación entre los dos átomos cargados más cercanos del agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado no necesita ser exactamente la misma que la separación entre cationes intercambiables adyacentes sobre la superficie plaquetaria del material en capas, puesto que cada carga negativa dentro de, y que se extiende por encima de la superficie de la plaqueta (que corresponde a la localización de los cationes intercambiables) se difunda radialmente hacia afuera del centro de carga negativa, una distancia de aproximadamente 5Á. Los círculos con líneas inclinadas rodeando los centros de carga negativa adyacentes, como se muestra en las FIGURAS ÍA y IB, representan cargas negativas de difusión que son mucho más débiles que las del centro de carga negativa, y se localizan directamente por encima de los cationes intercambiables, por ejemplo, Na+, como se muestra en las FIGURAS 1A y IB. La separación preferida entre los átomos cargados más cercanos del agente de separación/acoplamiento para materiales en capas con una densidad de carga de alta a media (150 miliequivalentes por 100 gramos de C.E.C.* a 70 miliequivalentes por 100 gramos de C.E.C.*) es de aproximadamente 6Á hasta aproximadamente 20Á, que corresponde al esqueleto de una molécula de C3 a Cío en la molécula separadora orgánica entre los átomos de ion onio cargados. La separación preferida entre los átomos cargados de agente de separación/acoplamiento de ion onio para materiales en capas con una densidad de carga de media a baja (70 miliequivales por 100 gramos de C.E.C. * a 30 miliequivalentes por 100 gramos de C.E.C.*) es de aproximadamente 12Á hasta aproximadamente 24Á, que corresponde al esqueleto de una molécula de C6 a C?2 en la molécula separadora orgánica unida covalentemente a ambos átomos de ion onio cargados . *Capacidad de intercambio catiónico De acuerdo con una característica importante de la presente invención, los mejores resultados se logran mezclando el material en capas con el (agente de separación/acoplamiento multicargado, en una concentración de al menos aproximadamente 0.25 moles de ion onio cargado multipositivamente, la porción catiónica del compuesto ion onio) por mol de cationes intercambiables entre las capas, de manera preferible al menos una relación molar de 0.5:1, de manera más preferible al menos una relación molar de 1:1 de catión de ion onio multicargado: cationes entre capas intercambiables. Cuando menos de todos los cationes entre las capas son intercambiados iónicamente con los iones onio multicargados, el resto de los cationes entre las capas pueden permanecer en su lugar, o al menos una porción de los cationes entre las capas restantes pueden ser intercambiados con iones onio con una sola carga. Para la mayoría de los materiales en capas, tales como las arcillas de montmorilonita de sodio, las relaciones molares anteriores se logran intercalando al menos aproximadamente 2% en peso, de manera preferible al menos aproximadamente 5% en peso de compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado, de manera más preferible al menos aproximadamente 10% en peso, y de manera más preferible aproximadamente 30% hasta aproximadamente 200% en peso de catión de agente de separación/acoplamiento multicargado, en base al peso seco del material en capas en la composición intercalante. Sin importar la concentración del compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado en la composición intercalante, la relación en peso de intercalante de agente de separación/acoplamiento multicargado: material en capas deberá ser de al menos 1:20, de manera preferible de al menos 1:10, de manera más preferible de al menos 1:5, y de manera más preferible de al menos aproximadamente 1:4 para lograr una intercalación suficiente de uno o más cointercalantes tal como el oligómero o polímero (o sus reactivos monoméricos) entre las superficies internas adyacentes de plaquetas adyacentes del material en capas. El agente de separación/acoplamiento multicargado sorbido entre un ion intercambiado con plaquetas de silicato, vía intercambio iónico en átomos multicargados, causa sorprendentemente una fácil intercalación del oligómero o polímero cointercaalante, en mayores cantidades de lo que era hasta ahora posible, o la intercalación de mayores cantidades de reactivos monoméricos para la polimerización in si tu . De acuerdo con una característica importante de la presente invención, se ha encontrado que el filosilicato intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado, tal como una arcilla de esmectita, puede ser cointercalado fácilmente con un polímero cointercalante para formar un intercalado que tiene una dispersibilidad del intercalado > inesperadamente superior en un polímero matriz, e inesperadamente puede ser cointercalado con mayores cantidades de moléculas de polímero cointercaladas. 'El intercalado también puede ser agregado a cualquier otro polímero matriz para mejorar un número de propiedades del polímero matriz, incluyendo la resistencia a la tracción, temperatura de distorsión térmica, temperatura de transición vitrea, impermeabilidad a los gases, alargamiento y similares. El material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado, gue es cointercalado con un cointercalante polimérico, y/o exfoliados del mismo, puede ser mezclado con un polímero matriz u otros compuestos o composiciones monoméricas orgánicas para incrementar la viscosidad del compuesto orgánico para proporcionar una composición de polímero matriz/intercalado y/o polímero matriz/exfoliado para mejorar una o más de las propiedades mencionadas anteriormente del polímero matriz. El material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado y el proceso de intercalación de la presente invención proporcionan una organoarcilla única, útil para todos los propósitos conocidos de las organoarcillas, que incluye más espacio entre las capas para las sorción de líquidos y gases orgánicos. También, de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, el intercalado puede ser agregado, particularmente por composición directa (mezclando el intercalado directamente en un polímero matriz fundido) del intercalado con cualquier polímero matriz, termoplástico o termoendurecible. Los ejemplos de sistemas de resina disponibles en el mercado para utilizarse como el polímero cointercalante y/o el polímero matriz de las composiciones, incluyen resinas epoxi tales como: resinas derivadas del Bisfenol A, resinas Novolac de epoxicresol, resinas Novolac de epoxifenol, resinas de Bisfenol F, resinas derivadas de fenol-glicidil éter polinuclear, resinas epoxicicloalifáticas, y resinas de glicidina aromáticas y heterocíclicas, resinas derivadas de tetraglicidilmetilendianilina, nylons, tales como el nynol-6 y nylon 66, y particularmente el nylon MXD6 (meta-xilendiamida y poliamidas polimerizadas con ácido adípico) .

DEFINICIONES Siempre que se utilicen en esta especificación los términos expuestos tendrán los siguientes significados : "Material en Capas" significará un material orgánico, tal como un mineral de arcilla de esmectita, que está en forma de una pluralidad de capas unidas, adyacentes, y que tienen un espesor, por cada capa, de aproximadamente 3 Á hasta aproximadamente 50 Á, de manera preferible de aproximadamente 10 Á. "Plaquetas" significará capas individuales del Material en Capas.

"Intercalado" significará un Material en Capas que incluye moléculas de agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargadas colocadas entre plaguetas adyacentes del Material en Capas e intercambiadas iónicamente con cationes de una superficie plaquetaria interna en átomos multicargados (al menos dos) del agente de separación/acoplamiento para incrementar la separación entre capas entre plaquetas adyacentes al menos 3 A, de manera preferible al menos 5 A a una separación entre capas, por ejemplo, de al menos aproximadamente 10 A, de manera preferible de al menos 15 A, por ejemplo, 18 A, y la intercalación posterior de un polímero cointercalante, la separación d del cointercalado se incrementa a al menos aproximadamente 20 A, de manera preferible de 25 A a 35 A. "Intercalación" significará un proceso para formar un Intercalado. "Agente de Separación/Acoplamiento Multicargado" significará un compuesto orgánico monomérico que incluye al menos dos átomos cargados positivamente, tal como dos o más átomos de nitrógeno protonados (amonio o amonio cuaternario) (N+) ; dos o más átomos de fósforo cargados positivamente (fosfonio) (P+) ; dos o más átomos de azufre cargados positivamente (sulfonio) (S+) ; dos o más átomos de oxígeno cargados positivamente (oxonio) (0+) ; o cualquier combinación de dos o más átomos de N+, P+, S+ y/o 0+ que estén separados por al menos dos átomos de carbono sustituidos o no sustituidos, de manera preferible separados por 3 a 24, de manera más preferible 3 a 6 átomos de carbono. Los preferidos son los compuestos de amonio dicuaternarios que incluyen dos átomos cargados positivamente, separados, seleccionados de N+, P+, S+, 0+ o una combinación de cualesquier dos o más. Cuando se disuelve en agua y/o un solvente orgánico, un anión puede disociarse del compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado, dejando una molécula de catión multicargada que tiene al menos dos átomos cargados positivamente, seleccionados del nitrógeno, fósforo, azufre, y/u oxígeno, los átomos cargados positivamente separados por dos o más átomos de carbono; el ion onio multicargado preferiblemente tiene un átomo cargado positivamente colocado sobre los extremos opuestos de una molécula de intercalante de agente de separación/acoplamiento de ion onio cargada con dos cargas positivas. "Cointercalación" significa un proceso para formar un cointercalado por intercalación de un agente de separación/acoplamiento multicargado y, al mismo tiempo o áo por separado, la cointercalación de un oligómero o polímero o la intercalación de monómeros polimerizables cointercalantes, capaces de reaccionar o polimerizarse para formar un polímero. "Concentrado" significará un intercalado formado ' mediante la intercalación de un agente de separación/acoplamiento multicargado y un polímero cointercalado, el intercalado combinado con un polímero matriz, en una concentración de intercalado mayor de la necesaria para mejorar una o más propiedades del polímero matriz, de modo que el concentrado pueda ser mezclado con polímero matriz adicional para formar una composición nanocompuesta o un artículo comercial. "Portador de Intercalación" significará un portador gue comprende agua y/o un solvente orgánico utilizado con el agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado y/o con el polímero cointercalante o los monómeros u oligómeros cointercalantes para formar una Composición de Intercalación capaz de lograr la Intercalación del agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado, y al mismo tiempo o por separado, la intercalación del polímero cointercalante o los monómeros u oligómeros polimerizables cointercalantes entre plaquetas de Material en Capas.

"Composición de Intercalación" o "Composición Intercalante" significará una composición que comprende un agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado, y/o un polímero intercalante o monómeros y oligómeros polimerizables intercalantes y un Material en Capas, con o sin un Portador de Intercalación. "Exfoliado" o "Exfoliante" significará plaquetas individuales un Material en Capas, o tactoides o aglomerados de plaquetas individuales, por ejemplo, 2-10 plaquetas, de manera preferible 2-5 plaquetas, que son menores en el espesor total que el Material en Capas no exfoliado, dispersas como plaquetas individuales o tactoides a través de un material portador, tal como el agua, un polímero, un alcohol o glicol, o cualquier otro solvente orgánico, o a través de un polímero matriz. "Exfoliación" significará un proceso para formar un Exfoliado y un Intercalado. "Polímero matriz" significará un polímero termoplástico o termoendurecible que el Intercalado o Exfoliado dispersa dentro para mejorar la resistencia mecánica, resistencia térmica, por ejemplo, aumentar la temperatura de transición vitrea (Tv) , y/o a impermeabilidad al gas de descarga (02) del Polímero Matriz.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De manera breve, la presente invención está dirigida a organoarcillas o materiales en capas intercaladas preparados por intercalación de un agente de separación/acoplamiento multicargado entre plaquetas de silicato ""adyacentes de un material en capas hinchable y materiales cointercalados y nanocompuestos formados cointercalando moléculas de monómero, oligómero o polímero entre las capas o plaquetas de silicato planas, intercaladas con agente de separación/acoplamiento del material en capas hinchable, tal como un filosilicato, de manera preferible una arcilla de esmectita, tal como la arcilla de montmorilonita de sodio. La separación de las capas adyacentes del material en capas se expande a al menos 3 A, de manera preferible de al menos aproximadamente 5 A, hasta al menos aproximadamente 10 Á, de manera preferible hasta al menos aproximadamente 15 Á, de manera usual hasta aproximadamente 15-30 A con el agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado para formar las arcillas novedosas. La cointercalación de un cointercalante monomérico, oligomérico o polimérico (aquí algunas veces referidos como "polímero") incrementa entonces la separación de las capas adyacentes al menos aproximadamente 20 A, de manera preferible de aproximadamente 25 A hasta aproximadamente 35 A, y hasta aproximadamente 300 A, para utilizarse para incrementar la viscosidad de líquidos orgánicos y, en una modalidad preferida, para mezclar con un polímero matriz para formar un material o composición nanocompuesta . La presente invención está dirigida a un método para preparar materiales en capas intercaladas preparado mediante la intercalación de un agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado y, en una modalidad preferida, cointercalando un cointercalante oligomérico o polimérico en las galerías del material en capas para formar cointercalados o composiciones concentradas intercaladas para incorporarse en, por composición directa con un polímero matriz fundido, uno o más polímeros matriz. La presente invención también está dirigida a exfoliados preparados a partir del cointercalado o composición concentrada de intercalado. El exfoliado puede ser preparado diluyendo el concentrado en un (o adicional) polímero matriz, y curando a continuación. La presencia de monómero u oligómero o polímero en las galerías de los materiales en capas hace que los materiales en capas sean compatibles con un polímero matriz, cuando el intercalado se agregue a polímero matriz adicional que es el mismo que el cointercalado monomérico, oligomérico o polimérico. Cuando se agrega un agente de curado polimérico, los materiales en capas pueden ser exfoliados en virtud de una expansión, polimerización del monómero u oligómero intercalado y las moléculas poliméricas resultantes dispersas entre las capas de plaquetas, dependiendo del grado de polimerización alcanzado. Los cointercalados y/o exfoliados individuales o capas tactoides del material en capas, funcionarán como un refuerzo polimérico y barrera contra moléculas (gases) en un polímero matriz para mejorar las propiedades mecánicas y propiedades de barrera, por ejemplo, menor permeabilidad a los gases y aumento de la temperatura de transición vitrea (Tv) , del polímero matriz. El exfoliado también puede ser preparado agregando directamente un agente de curado al concentrado intercalado monomérico/oligomérico/o polimérico. El agente de curado penetrará en la región de la galería del intercalado para reaccionar con los monómeros, oligómeros o polímero polimerizables previamente cointercalados en la galería entre las capas y forma plaquetas dispersas uniformemente o intercalados de capas múltiples o tactoides en una nanocomposición que comprende el intercalado, y/o exfoliado de las mismas, y un polímero matriz . En otra modalidad de la presente invención, el intercalado puede ser agregado en un compuesto orgánico polar o un portador de la composición que contenga compuesto orgánico polar o solvente orgánico para proporcionar composiciones portadoras inesperadamente * í. viscosas, para la liberación del portador o solvente, o para la administración de un compuesto activo que es disuelto o disperso en el portador o solvente. Tales composiciones, especialmente los geles de alta viscosidad, son particularmente útiles para liberar compuestos activos, tales como agentes oxidantes para lociones para ondular el pelo, y fármacos para administración tópica, puesto que pueden obtenerse viscosidades extremadamente altas; y para mezclas del intercalado o exfoliado de las mismas, con solventes polares para modificar la reología, por ejemplo, de cosméticos, fluidos de perforación de pozos petroleros, pinturas, lubricantes, especialmente lubricantes grado alimenticio, en la producción de lubricantes, grasas y similares. Tales intercalantes y/o exfoliados son también especialmente útiles en mezcla con polímero matriz termoplásticos o termoendurecibles en la manufactura de nanocomposiciones para formar artículos poliméricos. Las composiciones líquidas orgánicas que contienen intercalado y/o exfoliado pueden estar en forma de un gel tixotrópico estable que no sea objeto de la separación de fase y pueda utilizarse para liberar cualesquier materiales activos, tales como en la industria cosmética, del cuidado del pelo y farmacéutica. El material en capas se intercala por contacto con un agente de separación/acoplamiento multicargado para formar las organoarcillas novedosas. Simultáneamente o después de la adición de un oligómero o polímero cointercalante al material en capas intercalado con ion onio, tal como mediante la composición directa en un extrusor para cointercalar el oligómero o polímero entre plaquetas de filosilicato separadas, adyacentes y opcionalmente separada (exfoliada) el material en capas en plaquetas individuales, proporciona el material en capas cointercalado para mezclarse con un polímero matriz para formar una composición nanocompuesta. La adición de cointercalado de un polímero matriz fundido mejora una o más propiedades del polímero matriz fundido, tales como la resistencia o resistencia a la temperatura, y particularmente la impermeabilidad a los gases; o mezclar el intercalado o cointercalado con un portador o material solvente mantiene y/o incrementa la viscosidad y tixotropía del material portador. Los intercalados y cointercalados de la presente invención son dispersados de manera fácil, homogénea y uniforme a través del portador solvente para lograr viscosidades nuevas e inesperadas en las composiciones de portador/plaqueta, aún después de la adición de un compuesto orgánico activo, tal como un componente cosmético o un medicamento, para la administración de los compuestos orgánicos activos de la composición. Los cointercalados de la presente invención se dispersan de manera fácil, homogénea y uniforme en un polímero matriz para proporcionar propiedades de resistencia y barrera a los gases novedosas e inesperadas a los polímeros matriz. Los anteriores y otros aspectos y ventajas de la presente invención se volverán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la presente invención, tomada en conjunto con los dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las FIGURAS 1A-1D son vistas laterales esquemáticas de una porción de una plaqueta de Material en Capas que muestra dos cationes de Na+ intercambiables, adyacentes, sobre la superficie de la plaqueta y centros de carga negativos encima de la superficie de la plaqueta, directamente bajo los cationes de Na+, mostrando las cargas negativas que se difunden radialmente hacia afuera del centro de carga negativa, y mostrando iones onio cargados positivamente, con porciones separadas de diferentes longitudes unidas entre dos átomos (N+) cargados positivamente intercambiados en lugares diferentes con respecto a los centros de carga negativa. La FIGURA ÍA muestra esquemáticamente una plaqueta de material en capas que tiene una densidad de carga catiónica tal que los centros de carga negativa, y los cationes asociados correspondientes (Na+) están separados a una distancia L. Como se muestra en las FIGURAS IB, 1C Y ID, los iones onio multicargados son capaces de intercambiar iones con los cationes Na+ en ambos iones de Na+ adyacentes, teniendo a la vez moléculas de separación de carbono Ri, R2, y R3 de diferentes longitudes, debido a que la carga negativa ocupa una distancia radial substancial de aproximadamente 5Á desde el centro de carga negativa (R?,<R3=L<R2) . En consecuencia, la distancia entre los dos átomos cargados positivamente de los iones onio multicargados dif-iere idealmente dependiendo de la densidad de carga del material en capas. Las FIGURAS 2A y 2B son representaciones esquemáticas de plaquetas de material en capas intercaladas con iones onio con una sola carga (amina de sebo) y con doble carga (diamina de sebo) ; y Las FIGURAS 3A Y 3B son representaciones esquemáticas de plaquetas de material en capas adyacentes intercaladas con iones onio con una sola carga y con dos cargas, como en las FIGURAS 2A Y 2B, y cointercaladas con un cointercalante polimérico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Para formar los materiales intercalados y exfoliados de la presente invención, el material en capas, por ejemplo, el filosilicato, deberá hincharse o intercalarse por sorción de un agente de separación/acoplamiento multicargado para formar las organoarcillas de la presente invención. Para formar los materiales cointercalados de la modalidad nanocompuesto preferida de la invención, el material en capas intercambiado con ion onio multicargado es cointercalado simultánea o secuencialmente con un monómero, oligómero polimerizable o polímero cointercalante. Los agentes de separación/acoplamiento multicargados útiles incluyen por ejemplo, especies de tetra, tri y dionio tales como el tetraamonio, triamonio y diamonio (primario, secundario, terciario y cuaternario) , derivados de fosfonio, oxonio, o sulfonio de aminas, fosfinas, esteres, alcoholes y sulfuros alifáticos, aromáticos o arilalifáticos . Ilustrativos de tales materiales son los compuestos de dionio de la fórmula: R1 X+ - R - Y+ donde X+ y Y+, son el mismo o diferente, son radicales amonio, sulfonio, fosfonio, u oxonio tales como ±NH3, ±NH2-, ±N(CH3)3, ±N(CH3)2-, ±N(CH3)2(CH2CH3), ±N(CH3) (CH2CH3)-, ±S(CH3)3, ±S(CH3)2-, ±P(CH3)3, ±P(CH3)2- ±NH4, ±NH3-, y similares; R es un separador orgánico, al radical estructural, lineal o ramificado, que preferiblemente tiene de 2 a 24, de manera más preferible de 3 a 10 átomos de carbono, en una molécula separadora orgánica estructural unida covalentemente a sus extremos a cationes N+, P+, S+ y/o 0+ cargados y R1 puede ser hidrógeno, o un radical alquilo de 1 a 22 átomos de carbono, lineal o ramificado, que tenga de manera preferible al menos 6 átomos de carbono. Los ejemplos de R incluyen alquileno, cicloalquenileno, cicloalquileno, arileno, alquilarileno, sustituido o no sustituido, no sustituido o sustituido con amino, alquilamino, dialquilamino, nitro, azido, alquenilo, alcoxi, cicloalquilo, cicloalquenilo, alcanoilo, alquiltio, alquilo, ariloxi, arilalquilamino, alquilamino, arilamino, dialquilamino, diarilamino, arilo, alquilsulfinilo, ariloxi, alquilsulfinilo, alquilsulfonilo, ariltio, arilsulfinilo, alcoxicarbonilo, arilsulfonilo o alquilsilano. Los ejemplos de R1 incluyen no existentes, H; alquilo que tiene de 1 a 22 átomos de carbono, de cadena lineal o ramificada, cicloalquenilo; cicloalquilo; arilo; alquilarilo, ya sea no sustituido o sustituido o sustituido con amino, alquilamino, dialquilamino, nitro, azido, alquenilo, alcoxi, cicloalquilo, cicloalquenilo, alcanoilo, alquiltio, alquilo, ariloxi, arilalquilamino, alquilamino, arilamino, dialquilamino, diarilamino, arilo, alquilsulfinilo, ariloxi, alquilsulfinilo, alquilsulfonilo, ariltio, arilsulfinilo, alcoxicarbonilo, arilsulfonilo, o alquilsilano. Ilustrativo de los grupos R útiles son los alquílenos, tales como el metileno, etileno, octileno, nonileno, ter-butileno, neopentileno, isopropileno, sec-butileno, dodecileno y similares; alquenilenos tales como el 1-propenileno, 1-butenileno, 1-?entenileno, 1-hexenileno, 1-heptenileno, 1-octenileno y similares; cicloalquenilenos tales como el ciclohexenileno, ciclopentenileno y similares; alcanoilalquilenos tales como butanoiloctadecileno, pentanoilnonadecileño, octanoilpentadecileno, etanoilundecileno, propanoilhexadecileno y similares, alquilaminoalquileños, tales como el metilaminooctadecileno, etilaminopentadecileno, butilaminononadecileno y similares; dialquilaminoalquileno, tales como el di etilaminooctadecileno, metiletilaminononadecileno y similares, arilaminoalquilenos tales como fenilaminooctadecileno, p-metilfenilaminononadecileno y similares; diarilaminoalquilenos, tales como el difenilaminopentadecileno, p-nitrofenil-p ' -metilfenilaminooctadecileno y similares; alquilarilaminoalquilenos, tales como el 2-fenil-4-metilaminopentadecileno y similares; alquilsulfinilenos, alquilsulfonilenos, alquiltio, ariltio, arilsulfinilenos, y arilsulfonilenos tales como el butiltiooctadecileno, neopentiltiopentadecileno, metilsulfinilnonadecileno, bencilsulfonilpentadecileno, fenilsulfoniloctadecileño, propiltiooctadecileno, octiltiopentadecileno, nonilsulfonilnonadecileño, octilsulfoniIhexadecileño, metiotiononadecileno, isopropiltiooctadecileno, feni1sulfoniIpentadecileño, metilsulfonilnonadecileño, noniltiopentadecileno, pentiltiooctadecileño, etiltiononadecileño, benciltioundecileno, fenetiltiopentadecileño, sec-butiltiooctadecileno, naftiltioundecileno y similares; alcoxicarbonilalquilenos tales como el metoxicarbonileno, etoxicarbonileno, butoxicarbonileno y similares; cicloalquilenos tales como el ciclohexileno, ciclopentileno, ciclooctileno, cicloheptileno y similares; alcoxialquilenos tales como el metoximetileno, etoximetileno, butoximetileno, propoxietileno, pentoxibutileno y similares; ariloxialquileno y ariloxiarilenos tales como el fenoxifenileno, fenoximetileno y similares; ariloxialquilenos tales como el fenoxidecileno, fenoxioctileno y similares; arilalquilenos tales como el bencileno, fentileno, 8-feniloctileno, 10-fenildecileno y similares; alquilarilenos tales como el 3-fenildecileno, 4-octilfenileno, 4-nonilfenileno y similares; y propilenglicoles y polietilenglicoles sustituidos tales como el etileno, propileno, butileno, fenileno, bencileno, tolueno, p-estirileno, p-fenilmetileno, octileno, dodecileno, octadecileno, metoxietileno, y porciones de las fórmulas -C3H6COO-, -C5H?0COO-, -C7H?0COO-, -C7H?4COO-, -C9H18COO-, CuH^COO-, -C13H26COO-, -C?5H30COO-, y C?7H34COO- y -C=C (CH3) COOCH2CH2-, y similares. Los radicales tales como los tetra, tri y diamonio, sulfonio, fosfonio, oxonio; amonio/sulfonio; amonio/fosfonio; amonio/oxonio; fosfonio/oxonio; sulfonio/oxonio; y sulfonio/fosfonio son bien conocidos en la técnica y pueden derivarse de las aminas, fosfinas, alcoholes o éteres y sulfuros correspondientes. La sorción del agente de separación/acoplamiento multicargado deberá ser suficiente para lograr la expansión de la separación entre capas de plaquetas adyacentes de material en capas (cuando se mida en seco) a al menos aproximadamente 10 A, de manera preferible a al menos aproximadamente 15 A, y la intercalación del agente de separación/acoplamiento multicargado y el polímero cointercalante deberá lograr una separación entre capas de al menos aproximadamente 20 A, de manera preferible de al menos aproximadamente 25 A, hasta aproximadamente 300 A, usualmente de hasta aproximadamente 100 A. El agente de separación/acoplamiento multicargado se introduce en las galerías de material en capas en forma de un sólido o un líquido en una composición intercalante que contenga el material en capas (solo o acuoso, con o sin un solvente orgánico, por ejemplo, un hidrocarburo alifático, tal como el heptano, para, si es necesario, ayuda a disolver el compuesto de ion onio multicargado) que tiene una concentración de agente de separación/acoplamiento multicargado de al menos aproximadamente el 2%, de manera preferible de al menos aproximadamente 5% en peso de agente de separación/acoplamiento multicargado, de manera más preferible de al menos aproximadamente 50% hasta aproximadamente 200% en peso de agente de separación/acoplamiento multicargado en la composición de intercalación, en base al peso seco del material en capas, para la sorción e intercambio iónico del agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado. En la modalidad preferida, el material en capas, por ejemplo, arcilla de esmectita, se suspende en agua y el agente de separación/acoplamiento multicargado (cationes multicargados) se disuelve en el agua de la suspensión de arcilla, de manera preferible en una relación molar de ion onio multicargado a cationes de las capas de arcilla de al menos aproximadamente 0.25:1, de manera preferible de al menos aproximadamente 0.5:1, de manera más preferible a una relación molar de al menos aproximadamente 1:1. La arcilla intercalada con agente de separación/acoplamiento multicargado se separa entonces del agua fácilmente, puesto que el material intercalado, por ejemplo, arcilla, es ahora hidrofóbico, y se seca en un horno a menos del 5% de agua, en base del peso seco del material en capas, de manera preferible totalmente seco, antes de ser compuesto con el polímero cointercalante y antes de componer con un polímero matriz - preferiblemente el mismo polímero matriz gue el polímero cointercalante. El compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado puede ser agregado como un sólido con la adición de la mezcla de material en capas/compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado de al menos aproximadamente 20% de agua, de manera preferible de al menos aproximadamente 30% de agua o más en base al peso seco del material en capas. De manera preferible de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 50% de agua, de manera más preferible de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 40% de agua, en base al peso seco del material en capas, se incluye en la composición de intercalación de compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado, de modo que sea sorbido menos agua por el intercalado, necesitando por lo tanto, menos energía de secado después de la intercalación del compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado . Los compuestos de agente de separación/acoplamiento multicargados preferidos son compuestos de iones onio múltiples que incluyen al menos dos átomos cargados positivamente, cada uno (el mismo o diferente) seleccionado de iones amonio, fosfonio, sulfonio y/u oxonio primarios, secundarios, terciarios o cuaternarios que tienen la fórmula I, como sigue: Fórmula I donde R es un alquileno, aralquileno, o una porción separadora con un átomo cargado sustituida con alquileno, que de manera preferible fluctúa de C3 a C24, de manera preferible de aproximadamente C3 a Ce para materiales en capas de densidad relativamente alta (150 miliequivalentes) /100 gramos de C.E.C. a 70 miliequivalentes/100 gramos de C.E.C.); y de manera preferible de C6 a C12 para materiales en capas de densidad de carga de media a baja (70 miliequivalentes) /100 gramos de C.E.C. a 30 miliequivalentes/100 gramos de C.E.C.). R puede ser una cadena lineal o ramificada, incluyendo mezclas de tales porciones, es decir, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, CXo, Cu, C?2, C?3, C?4, C15, Ci6, C17, Cíe, Cig, C2o, C2?, C2?, C23 y C24, solas o en cualquier combinación; y Ri, R2, R3 y R son porciones, las mismas o diferentes, seleccionadas del grupo que consiste de hidrógeno, alquilo, aralquilo, bencilo, bencilo sustituido, por ejemplo, una cadena lineal o ramificada sustituida con alquilo y sustituida con halógeno; alquilo etoxilado o propoxilado, bencilo etoxilado o propoxilado, por ejemplo, 1-10 moles de etoxilación o 1-10 moles de propoxilación. Z1 y Z2, el mismo o diferente, pueden no existir, o pueden ser cualquiera de las porciones descritas para Ri, R2, R3 y R4. También, uno o ambos de Z1 y Z2 pueden incluir uno o más átomos o iones onio cargados positivamente. Las organoarcillas de la técnica anterior utilizadas para intercalar arcillas han sido utilizadas únicamente con iones amonio o fosfonio con una sola carga." La presente invención describe la primera composición de organoarcílla que utiliza iones onio catiónicos multicargados, de manera preferible de doble carga, para preparar organoarcillas. En particular, la composición de la presente invención es más adecuada para la preparación de nanocomposiciones de polímero-arcilla, tal como vía un reactor y composición directa. Los tensoactivos catiónicos multicargados (iones onio gue tienen al menos un radical unido a uno de los átomos cargados que tienen una longitud de al menos C6 hasta aproximadamente C24) son los preferidos y se encuentran comercialmente a costos muy razonables, y pueden proporcionar un intercambio completo para los cationes entre las capas utilizando mucho menos material de ion onio, dejando más espacio para la cointercalación de un polímero, como se muestra en la Tabla I.

TABLA I Las organoarcillas intercaladas con ion onio de doble carga anteriores de la presente invención han sido preparadas por el proceso de reacción de intercambio de ion onio dicargado. De manera sorprendente, ambos de los átomos cargados del intercalante de diamina de sebo intercambiados iónicamente sobre la misma superficie plaquetaria de la arcilla de esmectita no forman puentes entre las superficies de plaquetas adyacentes. Para lograr todas las ventajas de la presente invención, la distancia entre al menos dos de los átomos cargados separados de los onio multicargados deberá estar en el intervalo (dentro de aproximadamente 6 A) de la distancia promedio entre dos cationes iñtercalables o cargas negativas adyacentes sobre la superficie de la plaqueta de arcilla. Por ejemplo, el área promedio ocupada por una carga negativa de un arcilla de montmorilonita con una C.E.C de 140 miliequivalentes/lOOg está en el intervalo de 70-80Á2. Por lo tanto, la distancia promedio de la carga adyacente está en el intervalo de 8-9 A. La distancia entre los dos grupos amonio cargados en la diamina de sebo, donde los dos átomos de nitrógeno cargados (N+) están separados por tres átomos de carbono, es de aproximadamente 8 A.

R—H 2N—CH2ChL2CH2N+H3 -8A Los dos grupos amina cargados de la molécula de diamina de sebo, por lo tanto, están cada uno colocados dentro de aproximadamente 6 A del centro de carga negativa cuando cada uno reemplaza un catión intercambiable adyacente (en este caso, cada N+ está dentro de aproximadamente 1 A del centro de carga negativa) sobre la misma superficie de plaqueta de silicato, con el radical sebo (R) extendiéndose hacia arriba de la superficie de la plaqueta, como se muestra en las FIGURAS 2A, 2B, 3A y 3B. Las FIGURAS 3A y 3B muestran la diferencia esquemática entre la organoarcillas preparadas utilizando iones cargados con una sola carga y dos cargas. Las colas hidrofóbicas (sebo) de los tensoactivos de doble carga permitirán la interacción de las moléculas huésped oligomérica y polimérica para intercalarse en las galerías de arcilla justamente igual como las organoarcillas intercambiadas con ion onio con una sola carga. Puede asumirse que el grado de intercalación de las moléculas de polímero cointercalante en las galerías de organoarcilla de uno o dos iones onio es la misma, en base al hecho, que es el factor que controla en la intercalación, que la longitud de la cadena de ambos intercalantes sea la misma. Sin embargo, debido al hecho de que el número de colas largas (sebo) de los iones onio con dos cargas se reduzca al 50%, el volumen ocupado por las moléculas poliméricas cointercalantes se incrementará sustancialmente, como se muestra esquemáticamente en las FIGURAS 3A y 3B. Los ejemplos de tensoactivos de onio multicargados disponibles incluyen a los siguientes: Diamina de Sebo (TDA) Duoquad T50 (T50) E-DT-3, o Ethoduomeen T13 (E-DT-3) DA-16/18 R- -O — CH2CH2CH— HN -CH2CH2CH2N H 2' Triamina de sebo (T3) R — HN— CH„ 2CH 2„CH„ 2N" H— CH 2„C"H' 2„C"H"2„N" H "2 ;' y Tretramina de sebo (T4) R — HN— CH2CH2CH2N+H— CH2CH2CH2N+H — CH2CH2CH2N+H2 donde R = cadena de alquilo de C? - Cíe Los resultados de la intercalación de los monómeros y polímeros a la organoarcilla intercambiada con ion onio multicargado indican que no existe movilización de las capas de silicato de arcilla adyacente mediante el uso de intercalantes de ion onio multicargados . Cualquier material en capas hinchables que sorba suficientemente el agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado para incrementar la separación entre capas entre plaquetas de filosilicato adyacente a al menos 3A, de manera preferible a al menos 5A, a al menos aproximadamente 10 A, de manera preferible a al menos aproximadamente 15A, puede ser utilizado en la práctica de esta invención. Los materiales en capas hinchables útiles incluyen filosilicatos, tales como los minerales de arcilla de esmectita, por ejemplo, montmorilonita, particularmente la montmorilonita de sodio; montmorilonita de magnesio y/o montmorilonita de calcio; nontronita; beidelita; volconscoita; hectorita; saponita; sauconita; soboctita; estevensita; esvinfordita; vermiculita; y similares. Otros materiales en capas útiles incluyen minerales micáceos, tales como la ilita y minerales de ilita/esmectita en capas mezcladas, tales como la rectorita, tarosovita, lediquita y mezclas de ilitas con los minerales de arcilla nombrados anteriormente . Los materiales en capas hinchables preferidos son filosilicatos del tipo 2:1 que tienen una caga negativa sobre las capas que fluctúan de aproximadamente 0.15 hasta aproximadamente 0.9 cargas por unidad de fórmula y un número medible de cationes metálicos intercambiables en los espacios entre capas . Los materiales en capas más preferidos son los minerales de arcilla de esmectita tales como la montmorilonita, nontronita, beidelita, volconscoita, hectorita, saponita, 'sauconita, soboctita, estevensita, y esvinfordita . Como se utiliza aquí "separación entre capas" o "separación interlaminar" se refiere a la distancia entre las caras internas de las capas adyacentes que son montadas en el material en capas antes de que tome lugar cualquier deslaminación (exfoliación) . La cantidad de agente de separación/acoplamiento multicargado intercalado en los materiales en capas hinchables, para que las superficies de las plaquetas del material en capas intercaladas intercambien iones suficientemente con las moléculas de agente de separación/acoplamiento multicargado, de modo que las plaquetas adyacentes del material en capas puedan separarse suficientemente para la fácil cointercalación de un cointercalante polimérico polimerizable, puede variar substancialmente entre aproximadamente 2%, de manera preferible de al menos aproximadamente 10%, y hasta aproximadamente 200%, en base al peso seco del material en capas . El intercalante de agente de separación/acoplamiento de ion onio multicargado y el polímero cointercalante pueden ser introducidos en (sorbido dentro) los espacios entre las capas del material en capas en un número de formas. Un método preferido de intercalar el agente de separación y/o acoplamiento de ion onio multícargado entre las plaquetas adyacentes del material en capas, el material en capas se suspende en agua, por ejemplo 5-20% en peso del material en capas y el 80-95% en peso de agua, y el compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado se disuelve o dispersa en el agua en la cual el material en capas se suspendió. Si es necesario, el compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado puede ser disuelto primero en un solvente orgánico, por ejemplo, propanol. El material en capas es entonces separado del agua de la suspensión y secado antes de componerlo con el polímero cointercalante para la intercalación del cointercalante para formar el material nanocompuesto en un polímero matriz, de manera preferible, el mismo polímero matriz que un polímero cointercalante. En un método preferido de intercalación, el cointercalante como un oligómero o polímero, el material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado es mezclado íntimamente con oligómero o polímero cointercalante fundido, por ejemplo, por extrusión o trituración con muelas, para formar una composición de intercalación que comprenden el material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado y oligómero o polímero cointercalante. El material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado resultante tiene superficies plaquetarias interiores que son suficientemente hidrofóbicas y están suficientemente separadas para la intercalación del polímero cointercalante. El portador del agente de separación/acoplamiento multicargado (preferiblemente agua, con o sin un solvente orgánico) puede ser agregado primero solubilizando o dispersando el compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado en el portador; o puede mezclarse un compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado seco y material en capas relativamente seco (que de manera preferible contenga al menos aproximadamente 4% en peso de agua) y el portador de intercalación agregado a la mezcla, o el material en capas, antes de agregar el agente de separación/acoplamiento multicargado seco. Cuando se intercala el material en capas con agente de separación/acoplamiento multicargado en forma de suspensión (por ejemplo, 900 libras (408.2 kg) de agua, 100 libras (45.3 Kg.) de material en capas, 100 libras (45.3 Kg.) de compuesto de agente de separación/acomplamiento multicargado, la cantidad de agua puede variar substancialmente, por ejemplo de aproximadamente 4% en peso, preferiblemente de un mínimo de al menos aproximadamente 30% en peso, sin limite superior a la cantidad de agua en la composición de intercalación (debido a que el intercalado se separa fácilmente de la composición de intercalación debido a su hidrofobicidad después de la intercalación del agente de separación/acoplamiento multicargado) . De manera alternativa, el portador de intercalación del agente de separación/acoplamiento multicargado, por ejemplo, agua, con o sin un solvente orgánico, puede ser agregado directamente al material en capas, es decir, el filosilicato, antes de agregar el compuesto de agente de separación/acomplamiento multicargado, ya sea seco o en solución. La sorción de las moléculas de compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado puede efectuarse exponiendo el material en capas a un compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado líquido o seco en la composición de intercalación de agente de intercalación de separación/acoplamiento multicargado. De acuerdo con otro método de intercalación, el agente de j separación/acoplamiento cargado y el cointercalante entre las plaquetas del material en capas, el material en capas, que de manera preferible contiene al menos aproximadamente 4% en peso de agua, por ejemplo, aproximadamente 10% hasta aproximadamente 15% en peso de agua, se mezcla con agua y/o solución de solvente orgánico de un compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado. El compuesto de agente de separación/acoplamiento multicargado puede ser intercalado en el material en capas simultáneamente con la intercalación de un polímero cointercalante, o el polímero cointercalante puede ser intercalado después de la intercalación del agente de separación/acoplamiento multicargado. El material en capas intercalado con agente de separación/acoplamiento multicargado seco se extruye entonces con el oligómero o polímero intercalante fundido para su composición directa, con la intercalación del polímero cointercalante en el material en capas intercalado con agente de separación/acomplamiento multicargado.

Los agentes de separación/acoplamiento multicargados tienen afinidad por el filosilicato en ambos átomos cargados, separados apropiadamente, para formar puentes entre los sitios de carga negativa adyacentes sobre la superficie de una plaqueta, de modo los agentes de separación/acoplamiento multicargados son sorbidos sobre una sola superficie de plaqueta, y se mantienen unidos a las superficies internas de las plaquetas de silicato, en los espacios entre capas, después de la exfoliación. Se prefiere que la carga del intercalado sea de menos de aproximadamente el 10% con el propósito de incrementar la viscosidad de un portador líquido orgánico. Las cargas de intercalado dentro del intervalo de aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 40% en peso, de manera preferible de aproximadamente 0.5% hasta aproximadamente 20%, de manera más preferible de aproximadamente 1% hasta aproximadamente 10%, aumentan significativamente la viscosidad. En general, la cantidad de intercalado y/o partículas exfoliadas del mismo incorporados en un portador líquido, tal como un solvente polar, por ejemplo, un glicol tal como el glicerol, es menor de aproximadamente 90% en peso de la mezcla, y de manera preferible de aproximadamente 0.01% hasta aproximadamente 80% en peso de la mezcla de material compuesto, de manera más preferible de aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 40% en peso de la mezcla, y s * de manera más preferible de aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 20% o 0.05% hasta aproximadamente 10% en peso. De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, el material en capas cointercalado puede ser cointercalado con cualquier oligómero o polímero y a continuación dispersado en uno o más oligómeros o polímeros de matriz termoplásticos y/o termoendurecibles procesables por fusión, o mezclas de los mismos, por composición directa. Los polímeros matriz para usarse en esta modalidad del proceso de esta invención pueden variar ampliamente. El único requerimiento es que sean procesables por fusión. En esta modalidad de la invención, el polímero incluye al menos diez (10), de manera preferible al menos treinta (30) unidades monoméricas recurrentes. El límite superior al número de unidades monoméricas recurrentes no es crítico, siempre que el índice de fusión del polímero matriz sea tal que el polímero matriz forma una mezcla fluida. De manera más preferible, el polímero matriz se intercala en el material en capas intercalado con el agente de separación/acoplamiento dicargado simultáneamente con la dispersión del polímero cointercalado uniformemente en el polímero matriz. El polímero matriz preferiblemente incluye de al menos aproximadamente 10 hasta aproximadamente 100 unidades monoméricas recurrentes, y preferiblemente es el mismo oligómero o polímero que el cointercalante. En las modalidades más preferidas de esta invención, el número de unidades recurrentes es tal, que el polímero matriz tiene un índice de fusión de al menos aproximadamente 0.01 hasta aproximadamente 12 gramos por 10 minutos a la temperatura de procesamiento. El nylon MXD6, obtenido de Mitsubicshi Gas Chemical Company, Inc., Tokio, Japón es un polímero que tiene la siguiente Fórmula 2: H- —N Fórmula 2 donde n para el monómero = 1 n para el oligómero = 2-10; y n para el polímero = 11-20,000, de manera preferible 11-1,000, de manera más preferible 11-500.

Otras resinas termoplásticas y cauchos para utilizarse como monómeros, oligómeros o polímeros matriz en la práctica de esta invención puede variar ampliamente. Ilustrativas de las resinas termoplásticas útiles, que pueden ser utilizadas solas o en mezcla, son las polilactonas tales como poli (pivalolactona) , poli (caprolactona) y similares; poliuretano derivado de la reacción de diisocianatos tales como el diisocianato de 1, 5-naftaleno; diisocianato de p-fenileno, diisocianato de m-fenileno, diisocianato de 2, 4-tolueno, diisocianato de 4, ' -difenilmetano, diisocianato de 3,3'-dimetil-4, 4 ' -bifenilo, diisocianato de 4,4'-difenilisopropilideno, diisocianato de 3, 3 ' -dimetil-4 , 4 ' -difenilo, diisocianato de 3, 3 '-dimeti-4-4 ' -difenilmetano, diisocianato de 3, 3 '-dimetoxi-4, ' -bifenilo, diisocianato de dianicidina, diisocianato de toluidina, diisocianato de hexametileno, 4, 4 ' -diisocianatodifenilmetano y similares y dioles de cadena larga lineal, tales como el poli (adipato de tetrametileno), poli (adipato de etileno), poli (adipato de 1, 4-butileno) , poli (succinato de etileno), poli (succinato de 2-3-butileno) , dioles de poliéter y similares; policarbonatos como el poli [bis (4-fenil) carbonato de metano], poli [bis (4-fenil) carbonato de 1,1 éter], poli [bis (4-fenil) carbonato de difenilmetano], poli [bis (4-fenil) carbonato de 1, 1-ciclohexano] y similares; polisulfonas; poliéteres; policetonas; poliamidas tales como el poli (ácido 4-aminobutírico) , poli (hexametilenadipamidas) , poli (ácido 6-aminohexanoico) , poli (m-xililenadipamidas) , poli (p-xililensebacamidas) , poli (2,2,2-trimetilhexametilentereftalamida) , poli (metafenilen-isoftalamida) (NOMEX) , poli (p-fenilen tereftalamida) (KEVLAR), y similares; poliésteres tales como el poli (azelato de etileno), poli (etilen-1, 5-naftalato) , poli (tereftalato de 1, -ciclohexandimetileno) , poli (oxibenzoato de etileno), (A-TELL) , poli (parahidroxibenzoato) , (EKONOL) , poli (tereftalato de 1,4-ciclohexilidendimetileno) (KODEL) (cis), poli (tereftalato de 1, 4-ciclohexilidendimetileno) (KODEL) (trans), tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno y similares; poli (óxidos de arileno) tales como el poli (óxido de 2, 6-dimetil-l, 4-fenileno) , poli (óxido de 2, 6-difenil-l, 4-fenileno) y similares; poli (sulfuros de arileno) tales como el poli (sulfuro de fenileno) y similares; polieterimidas; polímeros de vinilo y sus comolímeros tales como el acetato de polivinilo, alcohol polivinílico, cloruro de polivinilo; polivinilbutiral, cloruro de polivinilideno, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, y similares; poliacrílicos, poliacrilato y sus copolímeros tales como el acrilato de polietilo, poli (acrilato de n-butilo) , - polimetilmetacrilato, metacrilato de polietilo, poli (metacrilato de n-butilo), poli (metacrilato de n- propilo) , poliacrilamida, poliacrilonitrilo, ácido poliacrílico, copolímeros de etileno-ácido acrílico, copolímeros de etileno-alcohol vinílico, copolímeros de acrilonitrilo, copolímeros de metacrilato de metilo- estireno, copolímeros de etileno-acrilato de etilo, copolímeros de butadieno metacrilado-estireno y similares; poliolefinas tales como el poli (etileno) de baja densidad, poli (propileno) , poli (etileno) de baja densidad clorado, poli (4-metil-l-penteno) , poli (etileno) , poli (estireno) , y similares; ionómeros; poli (epiclorohidrinas) , poli (uretano) tales como el producto de la polimerización de dioles tales como la glicerina, trimetilol-propano, 1, 2, 2-hexantriol, sorbitol, pentaeritritol, polioles de poliéter, polioles de poliéster y similares con un poliisocianato tales como el diisocianato de 2, -tolileno, diisocianato de 2, 6-tolileno, diisocianato de 4 , 4 ' -difenilmetano, diisocianto de 1, 6-hexametileno, diisocianato de 4,4'- diciolahexilmetano y similares; y polisulfonas tales como el producto de la reacción de la sal sódica de 2,2- bis (4-hidroxifenil) propano y 4, 4 '-diclorofenilsulfona; resinas de furano tales como el poli (furano) ; plásticos de éster de celulosa tales como el acetato de celulosa, butirato de acetato de celulosa, propionato de celulosa y similares; silicones tales como el poli (dimetilsiloxano) , poli (dimetilsiloxanoco-fenilmetilxiloxanos) y similares; plásticos proteicos; y mezclas de dos o más de los anteriores. Los cauchos vulcanizables y termoplásticos útiles como polímeros de matriz en la práctica de esta modalidad de la invención también pueden variar ampliamente. Ilustrativos de tales cauchos son el caucho de butilo bromado, caucho de butilo clorado, elastómeros de poliuretano, fluoroelastómeros, elastómeros de poliéster, cloruro de polivinilo, elastómeros de butadieno/acrilonitrilo, elastómero de silicón, poli (butadieno) , poli (isobutileno) , copolímeros de etileno-propileno, terpolímeros de etileno-propilenodieno, terpolímeros de etileno-propileno-dieno sulfonados, poli (cloropreno) , poli (2, 3-dimetilbutadieno) , poli- (butadieno-pentadieno) , poli (etilenos) clorosulfonados, elastómeros de poli (sulfuro) , copolímeros de bloques, hechos de segmentos de bloques vitreos o cristalinos tales como el poli (estireno) , poli (vinil-tolueno) , poli (t-butil estireno), poliésteres y similares y los bloques elastoméricos tales como el poli (butadieno) , poli (isopreno) , copolímeros de etileno-propileno, copolímeros de etileno-butileno, poliéter y similares, como por ejemplo, los copolímeros en el copolímero de bloques de poli (estireno) -poli (butadieno) -poli (estireno) manufacturado por Shell Chemical Company bajo la marca comercial de KRATON®. Las resinas termoendurecibles útiles como polímero matriz incluyen por ejemplo, las poliamidas; polialquílamidas; poliésteres; poliuretanos; policarbonatos; poliepóxidos; y mezclas de las mismas. Los polímeros termoplásticos más preferidos para utilizarse como polímero matriz son los polímeros termoplásticos tales como las poliamidas, particularmente nylons, de manera más particular el nylon MXD6. Las poliamídas que pueden ser utilizadas como polímeros matriz en el proceso de la presente invención son policarbamidas lineales sintéticas, caracterizadas por la presencia de grupos carbonamida recurrentes con una parte integral de la cadena polimérica, que están separados entre sí por al menos dos átomos de carbono. Las poliamidas de este tipo incluyen polímeros, generalmente conocidos en la técnica como nylons, obtenidos de diaminas y ácidos dibásicos que tienen la unidad recurrente representada por la fórmula: -NHCOR13COHNR14- en la cual R13 es un grupo alquileno de al menos 2 átomos de carbono, de manera preferible de aproximadamente 2 hasta aproximadamente 11; o arileno que tiene al menos aproximadamente 6 átomos de carbono, de manera preferible 6 hasta aproximadamente 17 átomos de carbono; y R14 se selecciona de R13 y grupos arilo. También, se incluyen las copoliamidas y terpoliamidas obtenidas por métodos conocidos, por ejemplo, por condensación de hexametilen diamina o metaxililen diamina y una mezcla de ácidos dibásicos que consiste de ácido tereftálico y ácido adípico. Las poliamidas de la descripción anterior son bien conocidas en la técnica e incluyen, por ejemplo, la copoliamidas de 30% de isoftalato de hexametilen diamonio y 70% de adipato dehexametilen diamonio, poli (hexametilen adipamida) (nylon 6,6), poli (hexametilen sebacamida) (nylon 6, 10), poli (hexametilen isoftalamida) , poli (hexametilen terftalamida) , poli (heptametilen pimelamida) (nylon 7,7), poli (octametilen sebacamida) (nylon 8,8), poli (nonametilen acelamida) (nylon 9,9), poli (decametilen acela ida) (nylon 10,9), poli (decametilen sebacamida) (nylon 10,10), poli [bis (4-amino ciclohexil) metan-1, 10-decan-carboxamida) ] , poli (m-xililen adipamida), poli (p-xililen sebacamida), poli (2, 2, 2-trimetil hexametilen terftalamida) , poli (piperacin sebacamida), poli (p-fenilen tereftalamida) , poli (metafenilen isoftalamida) y similares . Otras poliamidas útiles para utilizarse como polímero matriz son aquéllas formadas por la polimerización de aminoácidos y derivados de los mismos, como, por ejemplo, lactamas, ilustrativas de esas poliamidas útiles son el poli (ácido 4-aminobutírico) (nylon 4), poli (ácido 6-aminohexanoico) (nylon 6), poli (ácido 7-aminoheptanoico) (nylon 7), poli (ácido 8-aminooctanoico) (nylon 8), poli (ácido 9-aminononanoico) (nylon 9), poli (ácido 10-aminodecanoico) (nylon 10), poli (ácido 11-aminoundecanoico) (nylon 11), poli (ácido 12-aminododecanoico) (nylon 12) y similares. Otros polímeros matriz o huésped que pueden ser empleados en mezcla con el intercalantes de agente de separación/acoplamiento dicargado y polímero cointercalante de la presente invención para fomar nanocomposíciones, son los poliésteres lineales. El tipo de poliéster no es crítico y los poliésteres particulares elegidos para utilizarse en cualquier situación particular dependerán esencialmente de las propiedades físicas y características, es decir, resistencia a la tracción, módulo y similares, formadas en la forma final.

De este modo, una multiplicidad de poliésteres termoplásticos que tienen amplias variaciones en las propiedades físicas son adecuados para utilizarse en mezcla con plaquetas de material en capas exfoliado en la manufactura de nanocomposiciones, de acuerdo con esta invención. El poliéster particular elegido para utilizarse cómo un polímero matriz puede ser un homopoliéster o un copoliéster, o mezclas de los mismos, según se desee. Los poliésteres normalmente se preparan mediante la condensación de un ácido dicarboxílico orgánico y un diol orgánico, y, los reactivos pueden ser agregados a los intercalados, o intercalados exfoliados para la polimerización in si tu del poliéster mientras está en contacto con el material en capas, antes o después de la exfoliación de los intercalados. Los poliésteres que son adecuados para utilizarse como polímeros matriz en esta modalidad de la invención, son aquéllos que se derivan de la condensación de dioles aromáticos, cicloalifáticos y alifáticos con ácidos dicarboxílicos alifáticos, aromáticos y cicloalifáticos y pueden ser poliésteres cicloalifáticos, alifáticos o aromáticos. Los ejemplos de poliésteres cicloalifáticos, alifáticos y aromáticos útiles que pueden ser utilizados como polímeros matriz en la práctica de esta modalidad de la invención son el poli (tereftalato de etileno), poli (tereftalato de ciclohexilendimetileno) , poli (dodecato de etileno), poli (tereftalato de butileno), poli [etilen (2, 7-naftalato) ] , poli (isoftalato de metafenileno) , poli (ácido glicólico), poli (succinato de etileno), poli (adipato de etileno), poli (sebacato de etileno) , poli (acelato de decametileno) , poli (adipato de decametileno) , poli (sebacato de decametileno), poli (dimetilpropiolactona) , poli (para-hidroxibenzoato) , (EKONOL) , poli (oxibenzoato de etileno), (A-tell), poli (isoftalato de etileno), poli (oxibenzoato de etileno), oli (tereftalato de hexametileno), poli (tereftalato de decametileno), poli (tereftalato de 1, 4-ciclohexan dimetileno) , (trans), (poli (1, 5-naftalato de etileno), poli (2, 6-naftalato de etileno), poli (tereftalato de 1, -ciclohexiliden dimetileno), (KODEL) (cis), y poli (tereftalato de 1, -ciclohexiliden dimetileno) (KODEL) (trans) . Los compuestos de poliéster preparados de la condensación de un diol y un ácido dicarboxílico aromático, son especialmente adecuados como polímeros matriz de acuerdo con esta modalidad de la presente invención. Ilustrativos de tales ácidos carboxílicos aromáticos útiles son el ácido tereftálico, ácido isoftálico y un ácido o-ftálico, ácido 1, 3-naftalen-dicarboxílico, ácido 1, 4-naftalendicarboxílico, ácido 2, 6-naftalendi-carboxílico, ácido 2, 7-naftalendicarboxílico, ácido 4, 4, -difenildicarboxílico, ácido 4, 4' -difenisulfon-dicarboxílico, 1, 1, 3-trimetil-5-carboxi-3- (p-carboxifenil) -idano, ácido difenil éter 4, 4' -dicarboxílico, bis-p (carboxi-fenil) metano y similares. De los ácidos dicarboxílicos aromáticos anteriormente mencionados, aquéllos basados en un anillo de benceno (tales como el ácido tereftálico, ácido isoftálico, ácido ortoftálico) son los preferidos para utilizarse en la práctica de esta invención. Entre esos precursores ácidos preferidos, el ácido tereftálico es el precursor ácido particularmente preferido. ^ Otros polímeros matriz homopoliméricos y copoliméricos termoplásticos útiles aún para formar nanocomposiciones con materiales en capa cointercalados de la presente invención, son los polímeros formados mediante la polimerización de monómeros alfa-beta-insaturados de la fórmula: R15R16C=CH2 en la cual : R15 y R16 son el mismo o diferente y son ciano, fenilo, carboxi, alquiléster, halo, alquilo, alquilo sustituido con uno o más de cloro o flúor, o hidrógeno. Ilustrativos de tales homopolímeros y copolímeros preferidos son los homopolímeros y copolímeros de etileno, propileno, alcohol vinílico, acrilonitrilo, cloruro de vinilideno, esteres de ácido acrílico, esteres de ácido metacrílico, clorotrifluorometileno, cloruro de vinilo y similares. Los preferidos son el poli (propileno) , copolímeros de propileno, poli (etileno) y copolímeros de etileno. Los más preferidos son el poli (etileno) y poli (propileno) . La mezcla puede incluir varios componentes opcionales, los cuales son aditivos comúnmente empleados con líquidos orgánicos polares. Tales componentes opcionales incluyen agentes nucleantes, rellenadores, plastificantes, modificadores del impacto, extensores de cadena, plastificantes, colorantes, lubricantes de desmoldeo, agentes antiestáticos, pigmentos, pirorretardantes y similares. Esos componentes opcionales y las cantidades apropiadas son bien conocidas por aquellos expertos en la técnica. La cantidad de material en capas intercaladas incluida en el portador líquido o composiciones de solvente para formar las composiciones viscosas adecuadas para liberar el portador o algún material activo disuelto en el portador o disperso en el portador, tales como un compuesto farmacéutico, puede variar ampliamente dependiendo del uso pretendido y la viscosidad deseada de la composición. Por ejemplo, se utilizan cantidades relativamente altas de intercalados, es decir, de aproximadamente 10% hasta aproximadamente 30% en peso de la composición total, en la formación de geles solventes que tienen viscosidades extremadamente altas, por ejemplo, de 5,000 a 5,000,000 de centipoises. Pueden lograrse también viscosidades extremadamente altas, sin embargo, con una concentración relativamente pequeña de intercalados y/o exfoliados de los mismos, por ejemplo, del 0.1% al 5% en peso, ajustando el pH de la composición en el intervalo de aproximadamente 0-6 o aproximadamente 10-14 y/o calentando la composición por encima de la temperatura ambiente, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 25 °C hasta aproximadamente 200 °C, de manera preferible de aproximadamente 75 °C hasta aproximadamente 100 °C. Se prefiere que la carga de intercalado o plaqueta sea menor de aproximadamente el 10% en peso de la composición. Las cargas de partículas de intercalado o plaqueta dentro del intervalo de 0.01% hasta aproximadamente 40% en peso, de manera preferible de aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 20%, de manera más preferida de aproximadamente 0.5% hasta aproximadamente 10% del peso total de la composición, incrementan significativamente la viscosidad de la composición. En general, la cantidad de intercalado y/o partículas plaquetarias incorporadas en el portador/solvente es menor de aproximadamente el 20% en peso de la composición total, y de manera preferible, de aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 20% en peso de la composición, de manera más preferible, de aproximadamente 0.01% hasta aproximadamente 10% en peso de la composición, y de manera más preferible de aproximadamente 0.01% hasta aproximadamente 5% en, en base al peso total de la composición. De acuerdo con una característica importante de la presente invención, las composiciones de intercalado y/o plaqueta/portador de la presente invención, pueden manufacturarse en una forma concentrada, por ejemplo, como un gel maestro, por ejemplo, que tiene aproximadamente 10-90%, de manera preferible aproximadamente 20-80% de intercalado y/o plaquetas exfoliadas o material en capas y aproximadamente 10-90%, de manera preferible, aproximadamente 20-80% de portador/solvente. El gel maestro puede ser diluido y mezclado con portado o solvente adicional para reducir la viscosidad de la composición a un nivel deseado.

En una modalidad, los intercalados y/o exfoliados de los mismos," se mezclan con un portador solvente para producir composiciones viscosas del portador o solvente, incluyendo opcionalmente uno o más compuestos activos, tales como un compuesto antitranspirante, disuelto o disperso en el portador o solvente. Cuando se emplea el corte para la exfoliación, puede ser utilizado cualquier método que pueda ser utilizado para aplicar un corte a la composición nanocompuesta de intercalado/polímero matriz. La acción cortante puede ser proporcionada por cualquier método apropiado, como por ejemplo por medios mecánicos, por choque térmico, por alteración de la presión o por ultrasonido, todo conocido en la técnica. En los procedimientos particularmente útiles, la composición se corta por métodos mecánicos en los cuales el intercalado, con o sin el portador o solvente, se corta mediante el uso de medios mecánicos, tales como agitadores, mezcladores tipo Banbury , mezcladores tipo Brabender , mezcladores continuos grandes, y extrusores. Otro procedimiento emplea el choque térmico, en el cual el corte se logra alterando hacia arriba o hacia abajo la temperatura de la composición causando expansiones térmicas y dando como resultado esfuerzos internos, los cuales causan el corte. En otros procedimientos aún, el corte se logra por cambios de presión súbitos en métodos de alteración de la presión; por técnicas ultrasónicas en las cuales la cavitación o vibraciones resonantes que hacen que porciones de la composición vibren o se exciten a diferentes fases y de este modo sometidas a corte. Esos métodos de corte son simplemente representativos de los métodos útiles, y puede utilizarse cualquier método conocido en la técnica para cortar intercalados. Puede emplearse métodos de corte mecánico, tales como la extrusión, máquinas de moldeo por inyección, mezcladores tipo Banbury , mezcladores tipo Brabender y similares. El corte también puede lograrse introduciendo el material en capas y el monómero intercalante en un extremo de un extrusor (de un solo o de doble tornillo) y recibiendo el material cortado en el otro extremo del extrusor. La temperatura de la composición de material en capas/monómero intercalante, la longitud del extrusor, el tiempo de residencia de la composición en el extrusor y el diseño del extrusor (de un solo tornillo, de doble tornillo, número de listones por unidad de longitud, profundidad del canal, separación del listón, zona de mezclado, etc.) son varias variables gue controlan la cantidad de corte a ser aplicado para la exfoliación.

De acuerdo con una característica importante de la presente invención, se ha encontrado que la arcilla intercalada con agente de separación/acoplamiento multicargado puede ser conintercalada con un oligómero o polímero directamente por composición, es decir, mezclando la arcilla intercalada con ion onio multicargado directamente con el oligómero o polímero cointercalante en un extrusor para hacer la arcilla cointercalada sin exfoliación significativa de las plaquetas de arcilla. El polímero matriz rellenado con cointercalado se extruye en una película transparente homogénea con excelente dispersión del cointercalado, y/o exfoliados del mismo. El cointercalado y/o exfoliados del mismo, disperso dentro del polímero matriz puede estar predominantemente en forma de tactoides de capas múltiples dispersos en el polímero matriz. Los tactoides tienen el espesor de al menos dos capas de plaqueta individuales más el agente de separación/acoplamiento intercalante dicargado intercambiado iónicamente y de uno a cinco espesores de monocapa del polímero cointercalante, e incluye pequeños múltiplos o agregados de menos de aproximadamente 10 plaquetas, en un agregado coplanar, de manera preferible menor de aproximadamente 5, de manera más preferible menor de aproximadamente 3 capas de plaquetas, de manera aún más preferible 2 ó 3 placas de plaquetas que tienen el compuestos de agente de separación/acoplamiento multicargado y polímero cointercalante entre las superficies plaquetarias . Las composiciones nanocompuestas, incluyendo el polímero matriz, pueden incluir el material en capas como todos los intercalados, completamente sin exfoliación, manteniendo a la vez la transparencia, excelente dispersibilidad del , intercalado, y excelente impermeabilidad a los gases. Las composiciones de moldeo que comprenden un polímero matriz que contiene una carga deseada de cointercalados de la presente invención, y/o plaquetas individuales obtenidas de la exfoliación de los cointercalados manufacturados de acuerdo a la presente invención, son notablemente adecuados para la producción de hojas, películas y paneles que tienen propiedades valiosas. Tales hojas, películas y paneles pueden ser formados por procesos convencionales, tales como el procesamiento al vacío o por prensado en caliente para formar objetos útiles. Las hojas y paneles de acuerdo a la invención son adecuados como materiales de recubrimiento para otros materiales que comprenden, por ejemplo, madera, vidrio, cerámica, metal u otros plásticos, y pueden lograrse resistencias notables utilizando promotores de la adhesión convencionales, por ejemplo, aquéllos basados en resinas de vinilo. Son posibles recipientes de bebidas, por ejemplo, botellas de plástico para cerveza/vino que tienen una vida de anaquel nueva e inesperada utilizando polímeros matriz rellenos con, por ejemplo, 1-10% en peso de los cointercalados de la presente invención, ya sea como una sola capa, o asegurados a, o entre una o más de otras capas, como es sabido en la técnica. Las hojas, películas y paneles pueden laminarse a otras películas plásticas, hojas o paneles y esto se efectúa preferiblemente por coextrusión, las hojas son unidas en estado fundido. Las superficies de las hojas, películas y paneles, incluyendo aquéllas en forma estampada, pueden mejorarse o terminarse por términos convencionales por ejemplo, por aplicación de laca o por la aplicación de películas protectoras . Los materiales de la composición de polímero matriz/intercalado son especialmente útiles para la fabricación de películas extruidas y láminas en forma de películas, como por ejemplo, películas para utilizarse en el empaque de alimentos que tienen bajas permeabilidades al 02. Tales películas pueden ser fabricadas utilizando las técnicas de extrusión de película convencionales. Las películas son, de manera preferible, de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 100 micrones, de manera más preferible de aproximadamente 20 hasta aproximadamente 100 micrones y de manera más preferible de aproximadamente 25 hasta aproximadamente 75 micrones de espesor. El intercalado distribuido homogéneamente y/o las plaquetas exfoliadas del mismo, que han sido cointercaladas de acuerdo con la presente invención, y un polímero matriz, pueden convertirse en una película por métodos de formación de película adecuados. Típicamente, la composición se funde y es forzada a través de una matriz que forma una película después de la cointercalación y composición del oligómero o polímero. La película de la nanocomposición puede pasar a través de pasos secuenciales para hacer que el intercalado y/o plaquetas exfoliadas del mismo sean orientadas aún más, de modo que los planos mayores a través de los cointercalados y/o plaquetas de los mismos, estén sustancialmente paralelos al plano mayor a través de la película. Un método para lograr esto es por estiramiento biaxial de la película. Por ejemplo, la película se estira en la dirección axial o de la máquina por rodillos de tensión que jalan la película cuando se extruye de la matriz. La película se estira simultáneamente en dirección transversal sujetando los bordes de la película y jalándolos por separado. De manera alternativa, la película se estira en la dirección transversal utilizando una matriz de película tubular y soplando la película hasta que pase de la matriz de película tubular. Las películas puede exhibir uno o más de los siguientes beneficios, además, de una menor permeabilidad a los gases, particularmente el 02: un módulo mayor; mayor resistencia a la humedad; mayor estabilidad dimensional; y menor adsorción de humedad. Los siguientes ejemplos se presentan para ilustrar de manera más particular la invención y no deben construirse en limitantes del alcance de la invención.

Ejemplo 1 Este ejemplo demuestra la formación de una arcilla de montmorilonita (organofílica) modificada con ion onio doblemente cargado. El ion onio es una amina neutra (primaria o secundaria) y puede ser protonada por contacto con HCl. Cien gramos de arcilla de Na-montmorilonita (PGW) comercialmente disponible de Nanocor, Inc.

(Arlington Heights, IL) se dispersaron en 3 litros de agua desionizada con un mezclador de paletas mecánico o molino coloidal. La dispersión de arcilla se calentó de 75°C a 80°C. Se mezclaron 26.4 g de diamina de sebo, disponible de Tomah Products, con 70 ml de HCl 2N en 1 litro de agua desionizada de 75°C a 80°C. La solución de amina-HCl se introdujo a la dispersión de arcilla, seguida por mezclado vigoroso. La mezcla se mantuvo de 75°C a 80°C durante aproximadamente 30 minutos, seguida por un proceso de deshidratación, tal como la filtración. La torta de filtración se redispersó en 4 litros de agua de 75°C a 80°C y el sólido (torta de filtración) se recolectó y colocó en un horno de 75°C a 80°C para secar seguido por la reducción del tamaño de partícula. La torta de filtración también puede ser liofilizada. El material seco tiene una separación dOOl de 17 A medida por difracción de rayos X y se codificó como TDA-2H-PGW. También puede ser utilizada amina de sebo para preparar montmorilonita tratada con esencialmente el mismo procedimiento, pero con una mayor cantidad de amina de sebo, por ejemplo, 37.1 gramos. El producto se codifica como TA-PGW, con una separación dOOl de 22 A.

Ejemplo 2 Este ejemplo demuestra la formación de una arcilla de montmorilonita (organofílica) modificada con ion onio doblemente cargado. El ion onio es una amina neutra (terciaria) y puede ser protonada por contacto con HCl.

Cien gramos de arcilla de Na-montmorilonita (PGW) comercialmente disponible de Nanocor, Inc.

(Arlington Heights, IL) se dispersaron en 3 litros de agua desionizada con un mezclador de paletas mecánico o molino coloidal. La dispersión de arcilla se calentó de 75°C a 80°C. Se mezclaron 33.6 g de diamina E-DT-3, disponible de Tomah Products, con 70 ml de HCl 2N en 1 litro de agua desionizada de 75°C a 80°C. La solución de amina-HCl se introdujo a la dispersión de arcilla, seguida por mezclado vigoroso. La mezcla se mantuvo de 75°C a 80°C durante aproximadamente 30 minutos, seguido por un proceso de deshidratación, tal como la filtración. La torta de filtración se redispersó en 4 litros de agua de 75°C a 80°C y el sólido (torta de filtración) se recolectó y colocó en un horno de 75°C a 80 °C para secar, seguido por la reducción del tamaño de partícula. La torta de filtración también puede ser liofilizada. El material seco tiene una separación dOOl de 17 A medida por difracción de rayos X y se codificó como E-TD-3-2H-PGW.

Ejemplo 3 Este ejemplo demuestra la formación de una arcilla de montmorilonita (organofílica) modificada con ion onio doblemente cargado. El ion onio es un catión de amonio cuaternario doblemente cargado . Cien gramos de arcilla de Na-montmorilonita (PGW) comercialmente disponible de Nanocor, Inc. (Arlington Heights, IL) se dispersaron en 3 litros de agua desionizada con un mezclador de paletas mecánico o molino coloidal. La dispersión de arcilla se calentó de 75°C a 80°C. Se mezclaron 67.2 g de DuoquadT50 (50% de sólidos) , disponible de Aczo Nobel, con 1 litro de agua desionizada de 75°C a 80°C. La solución T50 se introdujo en la dispersión de arcilla, seguida por mezclado vigoroso. La mezcla se mantuvo de 75 °C a 80 °C durante aproximadamente 30 minutos, seguida por un proceso de deshidratación, tal como la filtración. La torta de filtración se redispersó en 4 litros de agua de 75°C a 80°C y el sólido se recolectó y colocó en un horno de 75°C a 80 °C para secar, seguido por la reducción del tamaño de partícula. La torta de filtración también puede ser liofilizada. El material seco tiene una separación dOOl de 19 A medida por difracción de rayos X y se codificó como T50-PGW.

Ejemplos 4-6 Esos ejemplos ilustran la formación de intercalados de arcilla combinando las arcillas (organofílicas) modificadas con ion onio multicargado con compuestos orgánicos no poliméricos. 5 gramos de los productos de los Ejemplos 1-3, TDA-2H-PGW, TA-PGW, E-DT-3-2H-PGW, y T50-PGW se mezclaron con 45 gramos de los siguientes compuestos orgánicos no poliméricos, e-caprolactama de 70 °C a 90°C,? DGEBA DER331 de 70°C a 80°C y bis (difenil fosfato) de Resorcinol (RDP, Akxo Nobel) de 70°C a 80°C. Las mezclas se enfriaron a temperatura ambiente y se colocaron sobre un portaobjetos de vidrio para microscopio para medir los patrones de difracción de rayos X. Los resultados se dan en la Tabla 1. Los intercalados de arcilla tratada con ion onio multicargado con los compuestos orgánicos no poliméricos también pueden formarse mezclando los compuestos orgánicos no poliméricos con la torta de filtración seguido por deshidratación, secado y reducción del tamaño de partícula. Los resultados de la dOOl son casi idénticos a los resultados generados de la ruta de dispersión de los Ejemplos 1-3. Los resultados en la Tabla 1 indican la intercalación exitosa de los compuestos orgánicos no poliméricos en la separación entre capas de las arcillas tratadas con ion onio multicargado. Las arcillas tratadas con ion onio multicargado funcionan similarmente a las organoarcillas normales. Las colas alifáticas largas (Cß+ ) de los iones onio multicargados preferidos proporcionan grados de intercalación excepcionales.

TABLA 1 Resultados de d0o? de las arcillas modificadas con ion onio multicargado dispersas en compuestos orgánicos no poliméricos por difracción de rayos X.

Ejemplo Comparativo 1 Para comparación, se mezclaron 5 gramos de arcilla de Na-montmorilonita (PGW) no tratada con los compuestos orgánicos no poliméricos mencionados anteriormente, y sus mezclas se examinaron por difracción de rayos X. El resultado se incluyó en la Tabla 1. Se observó la no intercalación de las moléculas orgánicas .

Ejemplos 7-9 • ' Esos ejemplos ilustran la formación de una nanocomposíción de polímero-arcilla componiendo por fusión. La composición por fusión se utilizó para preparar nanocomposiciones de polímero y arcilla. Se seleccionaron las resinas termoplásticas, Nylon 6 (PA6) , Metacrilato de poli metilo (PMMA) y Nylon MXD6 (MXD6) como las matrices. Los granulos de resina y la arcilla intercalada con ion onio multicargado se alimentaron en un extrusor de doble tornillo (Leistritz Micro27) a temperaturas elevadas (por encima de los puntos de fusión de las resinas) , por ejemplo, para el PMMA las temperaturas de las zonas del extrusor estuvieron en el intervalo de 210°C a 230°C. La relación de arcillas intercaladas con ion onio multicargado a las resinas fueron controladas a 5:95 en peso. Las cadenas compuestas del extrusor se enfriaron en un baño de agua fría antes de ser granuladas. Las rianocomposiciones de PA6 y MXD6 se moldearon a películas de 2 milésimas de pulgada (50.8 µm) de espesor y los resultados de OTR (Velocidad de Transmitancia de Oxígeno) se midieron a una RH del 65% a 23°C utilizando un Mocon OX-Tran2/20. Las nánocomposiciones de PMMA-arcilla se moldearon en especímenes de prueba estándar ASTM para probar la HDT (Temperatura de Deflexión Térmica) . Los resultados de la dispersión de las arcillas tratadas con ion onio multicargado en las resinas anteriormente mencionadas se listan en la Tabla 2. " Se obtuvieron los patrones de difracción de rayos X de nanocomposiciones de película de arcilla PA6, MXD6 y barras nanocompuestas de PMMA- arcilla. Los resultados de la difracción de rayos X se muestran en la Tabla 3.

TABLA 2 La observación de la dispersión de la arcilla de las arcillas tratadas con ion onio multicargado y arcilla de Na-montmorilonita (PGW) en Nylon 6 (PA6) , Poli (metacrilato de metilo) (PMMA) y Nylon MXD6 (MXD6) .

Excelente: Las plaquetas extruidas y las películas moldeadas son casi transparentes y no se observaron partículas por microsocopía óptica a xlOO. Muy buena: Las plaquetas extruidas y las películas moldeadas son ligeramente opacas y no se observaron partículas por microsocopía óptica a xlOO. Buena: Las plaquetas extruidas y las películas moldeadas son opacas y se observaron partículas de cuerpo gelatinoso por microsocopía óptica a xlOO. Pobre: Las plaquetas tienen partículas visibles, y son turbias. Las película moldeada de las plaquetas tiene una fase discontinua visible y huecos.

Los polímeros de resina fundida se intercalaron en las arcillas tratadas con ion onio multicargado para formar nanocomposiciones de resina-arcilla en el proceso de extrusión. Los resultados de la difracción de rayos X indican que el apilamiento de la capa de arcilla original ha sido interrumpido por la intercalación de la resina. Los resultados de la OTR de las nanocomposiciones de PA6 y MXD6 tienen una reducción de más del 30% en comparación con las resinas no rellenadas, respectivamente. La HDT de la nanocomposición de PMMA se incrementa aproximadamente 10 °C sobre la resina de PMMA pura.

TABLA 3 Resultados de dooi de nanocomposiciones que contienen arcillas tratadas con ion onio multicargado dispersas en resinas termoplásticas a través de la composición por fusión por difracción de rayos X.

Ejemplo Comparativo 2 Para comparación, se compuso 5% en peso de la arcilla de Na-montmorilonita (PGW) no tratada con Nylon 6 (PA6), Poli (metacrilato de metilo) (PMMA) y Nylon MXD6 (MXDß) utilizando las mismas condiciones que para las arcillas tratadas con ion onio multicargado. Las resinas llenadas con OGW no tratado tienen una dispersión muy pobre (Tabla 2) . Las películas moldeadas tienen huecos visibles, y las barras muestra moldeadas tienen superficies rugosas y agregados de arcilla. Los resultados de la difracción de rayos X (Tabla 3) no indican intercalación de las resinas poliméricas en la separación entre capas de arcilla. También la deshidratación (secado) de la arcilla colapso las galerías de la arcilla en el proceso de extrusión en caliente .

Ejemplo 10 Este ejemplo ilustra la formación de una nanocomposición de Nylon6-TDA-2H-PGW a través de una ruta de polimerización de caprolactama. Se mezclaron 70 g de TDA-2H-PGW con 2,000 gramos de caprolactama a 80 °C durante la noche, antes de ser colocados en un reactor. El reactor se equipó con un mezclador de pedal de velocidad constante y se purgó con nitrógeno. El tiempo de reacción es de 12 hr a 260°C. El producto de reacción se rompió en pequeñas piezas con enfriamiento con nitrógeno líquido y se lavó en agua hirviente para remover la caprolactama residual. Se moldeó una película de 2 milésimas de pulgada (50.8 µm) de espesor y se midió la OTR en el Mocon OX-Tran 2/20. La nanocomposición que contiene TA-PGW se preparó por el mismo método. La comparación de los resultados de la OTR de la resina no rellenada y las nanocomposiciones se muestra en la Tabla 4.

TABLA 4 Comparación de la OTR de nanocomposiciones de Nylon6-arcilla preparadas con arcilla tratada con ion onio tradicional (TA-PGW) y la arcilla tratada con ion onio multicargada (TDA-2H-PGW) Las nanocomposiciones preparadas de la arcilla tratada con ion onio multicargado tienen una permeabilidad al oxígeno significativamente reducida en comparación con la arcilla tratada tradicional (con ion onio con una sola carga) . También, otras propiedades además de la mecánica, térmica y resistencia a los solventes son mejores que aquéllas de las nanocomposiciones preparadas a partir de arcillas tratadas con ion onio con una sola carga tradicionales. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (51)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un material de silicato en capas modificado superficialmente, caracterizado porque comprende capas apiladas de plaquetas de silicato de arcilla que tienen en las superficies internas de las plaquetas, un ion onio multicargado intercalado e intercambiado iónicamente en lugar de cationes entre capas múltiples.
2. 2. El material de silicato en capas modificado superficialmente, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los cationes entre capas están sustituidos con iones onio multicargados en una relación molar de al menos 0.25 moles de iones onio multicargados por mol de cationes intercambiables entre las capas, para expandir la separación entre capas de las plaquetas de silicato de arcilla a al menos aproximadamente 3A.
3. 3. El material de silicato en capas modificado superficialmente, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la relación molar de los iones onio multicargados a cationes intercambiables entre las capas es de al menos 0.5:1.
4. 4. El material de silicato en capas modificado superficialmente, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la relación molar de los iones onio multicargados a cationes intercambiables entre las capas es de al menos 1:1.
5. 5. El material de silicato en capas modificado superficialmente, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los iones onio multicargados se seleccionan del grupo que consiste de diamonio, difosfato, disulfonio, dioxonio; amonio/fosfonio; amonio/sulfonio; amonio/oxonio; fosfonio/sulfonio; fosfonio/oxonio; sulfonio/oxonio; y mezclas de los mismos .
6. 6. Un método para intercalar un material de silicato en capas con iones onio multicargados, caracterizado porque comprende intercambiar iónicamente iones onio multicargados con el material de silicato en capas para sustituir los iones onio multicargados en lugar de los cationes entre las capas de silicato en capas .
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el intercambio iónico se logra dispersando el material de silicato en capas y los iones onio multicargados en un portador que comprende agua, para poner en contacto el material de silicato en capas con iones onio multicargados durante un tiempo suficiente para intercambiar iónicamente los iones onio multicargados por al menos una porción de los cationes entre las capas del material de silicato en capas; separar el material de silicato en capas intercambiado iónicamente del portador; secar el material de silicato en capas intercambiado iónicamente; y moler el material de silicato en capas a una distribución de tamaño de partícula deseada.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque los iones onio multicargados se dispersan en el portador a una relación molar de iones onio multicargados: cationes intercambiables entre capas de silicato en capas de al menos 0.25:1.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los iones onio multicargados se dispersan en el portador a una relación molar de iones onio multicargados: cationes intercambiables entre capas de silicato en capas de al menos 0.50:1.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los iones onio multicargados se dispersan en el portador a una relación molar de iones onio multicargados: cationes intercambiables entre capas de silicato en capas de al menos 1:1.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los iones onio multicargados se seleccionan del grupo que consisten de diamonio, difosfonio, disulfonio, dioxonio; amonio/fosfonio; amonio/sulfonio; amonio/oxonio; fosfonio/sulfonio; fosfonio/oxonio; sulfonio/oxonio; y mezclas de los mismos.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ion onio incluye dos átomos cargados positivamente separados por 5Á a 24Á.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el ion onio incluye un radical orgánico unido covalentemente a uno de los átomos cargados positivamente que tiene una longitud de cadena de al menos 6 átomos de carbono.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la separación de 5Á a 24A entre los átomos cargados positivamente se logra por medio de una porción separadora que tiene 3 hasta aproximadamente 12 átomos de carbono en su esqueleto.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ion onio multicargado es un compuesto de la fórmula: R donde R es una porción separadora de alquileno, aralquileno o alquileno substituido que fluctúa de C3 a C24, de cadena lineal o ramificada; Ri, R2, R3 y R son porciones similares o diferentes, seleccionadas del grupo que consiste de hidrógeno, alquilo, aralquilo, bencilo, bencilo susbtituido de cadena lineal o ramificada substituido con alquilo y substituido con halógeno; alquilo etoxilado; alquilo propoxilado; bencilo etoxilado; bencilo propoxilado; Z1 y Z2, iguales o diferentes, se seleccionan del grupo que consiste de no existentes y cualesquiera de las porciones como se definió paira Ri, R2, R3 y R -
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque Z1 o Z2 está cargado positivamente.
17. 17. Un material compuesto, caracterizado porque comprende un polímero matriz, y la organoarcilla de conformidad con la reivindicación 1.
18. 18. El material compuesto de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el polímero matriz es un oligómero o polímero de poliamida.
19. 19. El material compuesto de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el ion onio incluye dos átomos de nitrógeno cargados positivamente separados por 5Á a 24A.
20. 20. El material compuesto de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el ion onio incluye un radical orgánico unido covalentemente a uno de los átomos cargados positivamente, el radical orgánico tiene una longitud de cadena de al menos seis átomos de carbono.
21. 21. Una nanocomposición, caracterizada porque comprende de aproximadamente 0.05 por ciento en peso hasta aproximadamente 60 por ciento en peso de un material de silicato en capas intercalado con un agente de separación de ion onio multicargado y aproximadamente 40 por ciento en peso hasta aproximadamente 99.95 por ciento en peso de un polímero matriz, donde el material de silicato en capas intercalado se dispersa uniformemente a través del polímero matriz.
22. 22. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque el polímero matriz se cointercala en el material de silicato en capas.
23. 23. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 22, caracterizada porque el polímero matriz se cointercala en el material de silicato en capas mientras el dispersa el material en capas a través del polímero matriz.
24. 24. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 22, caracterizada porque el polímero matriz se cointercala en el material de silicato en capas antes de dispersar el material de silicato en capas a través del polímero matriz.
25. 25. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque el polímero matriz es un polímero o un oligómero del producto de la reacción de meta-xililediamina y ácido adípico.
26. 26. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque los iones onio multicargados incluyen al menos una porción unida covalentemente a un átomo de nitrógeno protonado que tiene una longitud de al menos seis átomos de carbono.
27. 27. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 21, formada por el contacto de un filosilicato con iones onio multicargados intercalantes para formar una composición de intercalación, caracterizada porque tiene una relación de iones onio multicargados: cationes intercambiables entre capas de polisilicato de al. menos aproximadamente 0.25:1 para lograr la sorción de los iones onio multicargados entre capas separadas adyacentes de filosilicato para expandir la separación predominantemente entre las placas de filosilicato adyacentes al menos aproximadamente 3Á, cuando se mide después de la sorción de los iones onio multicargados, y un segundo intercalante colocado entre capas separadas adyacentes del material de filosilicato, el segundo intercalante comprende un oligómero o polímero termoendurecible o termoplástico .
28. 28. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque el filosilicato intercalado se exfolia predominantemente de plaquetas individuales.
29. 29. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque la relación molar de iones onio intercalantes : cationes intercambiables entre las capas de filosilicato es al menos 0.5:1.
30. 30. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque la relación molar de iones onio intercalantes: cationes intercambiables entre las capas de filosilicato es al menos 1:1.
31. 31. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque el polímero matriz es elegido del grupo que consiste de un epoxi; una poliamida; un alcohol polivinílico; un policarbonato; una polivinilamina; una polivinilpirrolidona; un tereftalato de polietileno; y un tereftalato de polibutileno.
32. 32. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque el polímero matriz es nylon en MXD6.
33. 33. Una nanocomposición concentrada de una nanocomposición, caracterizada porque comprende aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 90% en peso de un material de capas intercalado con iones onio multicargado y aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 90% en peso de un oligómero o polímero matriz, donde el material de silicato en capas intercalado se dispersa uniformemente a través del polímero matriz.
34. 34. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada porque el polímero matriz se intercala en el material de silicato en capas.
35. 35. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 34, caracterizada porque el polímero matriz se intercala en el material de silicato intercalado mientras el dispersa el material en capas a través del polímero matriz.
36. 36. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 34, caracterizada porque el polímero matriz se intercala en el material de silicato en capas antes de la dispersión del material de silicato en capas a través del polímero matriz.
37. 37. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada porque el polímero matriz y el polímero intercalado en el material en capas es un polímero u oligómero del producto de la reacción de la meta-xililendiamina y el ácido adípico.
38. 38. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada porgue antes de intercalar el material en capas con el polímero de meta-xililen diamina y un ácido dicarboxílico, el material en capas se intercala primero con iones onio multicargados que incluyen al menos una porción unida covalentemente a un átomo de nitrógeno cargado positivamente que tiene una longitud de al menos 6 átomos de carbono.
39. 39. Un método de manufactura del material compuesto de conformidad con la reivindicación 17, que contiene de aproximadamente 10% hasta aproximadamente 99.95% en peso de un polímero matriz seleccionado del grupo que consiste de un polímero termoplástico, un polímero termoendurecible, y mezclas de los mismos, y aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 60% en peso de organoarcilla de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende intercalar un material en capas por contacto con iones onio multicargados, mezclar el material en capas intercalado con una masa fundida del polímero matriz y mezclar' el polímero fundido y el material en capas intercalado juntos para intercalar el polímero matriz entre las capas adyacentes del material en capas .
40. 40. La nanocomposición de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque el mezclado del intercalado y el polímero fundido se logra extruyendo la mezcla de intercalado/polímero fundido.
41. 41. Un método de manufactura de un material compuesto que comprende 10% a 99.95% en peso de un polímero matriz y aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 60% en peso de un intercalado, caracterizado porque comprende intercalar un material de silicato en capas por contacto con el material de silicato en capas con iones onio multicargados para intercambiar los iones onio multicargados por al menos una porción de los cationes intercambiables entre capas del material en capas; mezclar el material de silicato en capas intercalado con uno o más reactivos monoméricos u oligoméricos capaces de polimerizarse para formar el polímero matriz, mientras está en contacto con el intercalado, y someter la mezcla a condiciones suficientes para polimerizar los reactivos para formar el polímero matriz.
42. 42. Un método de manufactura de un material compuesto, caracterizado porque comprende poner en contacto un material de silicato en capas con iones onio multicargados para intercalar los iones onio multicargados entre capas adyacentes del material de silicato en capas, incrementando por lo tanto, la separación entre las capas adyacentes del material en capas a al menos 3A; simultánea o posteriormente poner en contacto el material de silicato en capas con una solución o dispersión de un oligómero o polímero seleccionado del grupo que consiste de (i) una solución del oligómero o polímero (ii) una dispersión del oligómero o polímero y (iii) una masa fundida de oligómero o polímero, para intercalar el oligómero o polímero entre capas adyacentes del material de silicato en capas para expandir la separación entre las capas adyacentes del material en capas a al menos 3A adicionales; y mezclar el material de silicato, que tiene iones onio multicargados y el oligómero o polímero intercalado entre capas adyacentes, con un material matriz oligomérico o polimérico.
43. 43. El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque el oligómero o polímero intercalado entre capas adyacentes del material de silicato en capas es el mismo material matriz oligomérico o polimérico mezclado con el intercalado.
44. 44. El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque la concentración del agente de separación del ion onio multicargado está en una relación molar de iones onio: cationes intercambiables entre capas de filosilicato de al menos 0.25:1.
45. 45. El método de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado porque el filosilicato está en contacto con el agente de separación del ion onio multicargado intercalante, el filosilicato, y un intercalante de oligómero o polímero matriz, donde la concentración del agente de separación de ion onio multicargado está en una relación molar de iones onio: cationes intercambiables entre capas de filosilicato de al menos 0.5:1.
46. 46. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque la concentración del agente de separación de ion onio está en una relación molar de iones onio: cationes intercambiables entre capas de filosilicato de al menos 1:1.
47. 47. Un método de manufactura de un material compuesto que contiene de aproximadamente 40% a aproximadamente 99.95% en peso de un oligómero o polímero matriz y de aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 60% en peso de un material de filosilicato intercalante, caracterizado porque comprende intercalar el material de filosilicato con un agente de separación de iones onio multicargado poniendo en contacto el filosilicato con iones onio multicargados en una relación molar de iones onio: cationes intercambiables entre capas de filosilicato de al menos 0.25:1. formar una mezcla del material de filosilicato intercalado con reactivos capaces de reaccionar para formar un oligómero o polímero matriz; y . someter la mezcla a condiciones suficientes para hacer reaccionar y polimerizar los reactivos, para polimerizar los reactivos mientras estén en contacto con el filosilicato intercalado y para cointercalar el oligómero o polímero resultante entre las placas adyacentes del material de filosilicato, donde los reactivos se combinan en cantidades tales que el material compuesto resultante contiene del 40% al 99.95% de oligómero o polímero y 0.05% a 60% de filosilicato intercalado.
48. 48. El intercalado formado mediante el contacto de un material de silicato en capas con un intercalante de ion onio multicargado, el intercalante se caracteriza porque tiene una relación molar de iones onio multicargados intercalantes a cationes entre capas de al menos 0.25:1, para lograr la sorción e intercambio iónico de los iones onio multicargados con cationes intercambiables entre capas del material de silicato en capas para expandir la separación entre un predominio de • plaquetas adyacentes del material de silicato en capas hasta al menos aproximadamente 3Á, cuando se mide después del intercambio iónico con los iones onio multicargados; y un segundo intercalante oligomérico o polimérico dispuesto entre capas adyacentes del material de silicato en capas, para expandir la separación entre un predominio de plaquetas adyacentes a una distancia adicional de al menos 3Á.
49. 49. Un método para prevenir el paso de oxígeno a un material a ser protegido del contacto con el oxígeno, caracterizado porque comprende colocar una película de material de hoja entre una fuente de oxígeno y el material a ser protegido, la mejora comprende la película del material en forma de hoja, la película del material en forma de hoja comprende un polímero matriz que tiene disperso homogéneamente en él un material de silicato en capa modificado superficialmente que tiene un ion onio multicargado intercalado e intercambiado iónicamente en lugar de cationes entre capas múltiples en una cantidad suficiente para reducir la cantidad de oxígeno en contacto con el material a ser protegido.
50. 50. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque la organoarcilla se dispersa a través del polímero matriz en una cantidad de aproximadamente 2% hasta aproximadamente 10% en peso del polímero matriz.
51. 51. El método de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque el polímero matriz se selecciona del grupo que consiste de un epoxi, una poliamida, y un tereftalato de polietileno.