BRPI0706696A2 - nanocompósito inorgánico e orgánico - Google Patents
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Abstract
NANOCOMPóSITO INORGáNICO E ORGáNICO. A presente invenção se refere a composições melhoradas de nanocompósitos e métodos para fabricas e utilizar as mesmas. A presente invenção também se refere ao uso desses nanocompósitos inorgânicos e orgânicos em composições, por exemplo, revestimentos, vedantes, calafetação, adesivos e como aditivos de composições sólidas contendo polimero.
Description
"NANOCOMPÓSITO INORGÂNICO E ORGÂNICO"
CAMPO DA INVENÇÃO.
A presente invenção se refere geralmente a compo-sições melhoradas de nanocompósitos e métodos para fazer eusar o mesmo. Mais particularmente, a presente invenção serefere a nanocompósitos inorgânicos e orgânicos e processospara sua preparação. Esta invenção também se refere ao usodessas composições de nanocompósitos inorgânicos e orgânicosem, por exemplo, revestimentos, vedantes, calafetação, ade-sivos e plásticos.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO.
Os nanocompósitos inorgânicos e orgânicos podemexpor propriedades mecânicas superiores àquelas dos seuscomponentes separados. Para otimizar as propriedades de de-sempenho desses materiais, é normalmente desejável dispersaros componentes inorgânicos na matriz orgânica em uma escalananométrica de tamanho. As argilas e outros materiais inor-gânicos disposto em camadas que podem ser quebrados até blo-cos estruturais em nanoescala são úteis para a preparação denanocompósitos inorgânicos e orgânicos.
A adição de materiais de argila aos polimeros éconhecida na técnica, entretanto, a modalidade de argilas aopolimero pode não fornecer uma melhora desejável nas propri-edades fisicas, particularmente nas propriedades mecânicas,do polimero. Isto pode ser devido, por exemplo, à falta daafinidade na interface, ou na fronteira, entre a argila e opolimero dentro do material. A afinidade entre a argila e opolimero pode melhorar as propriedades fisicas do nanocompó-sito resultante permitindo ao material argiloso se dispersaruniformemente por todas as partes do polimero. A área super-ficial relativamente grande da argila, quando uniformementedispersa, pode fornecer mais interfaces entre a argila e opolimero, e pode melhorar posteriormente as propriedades fí-sicas, reduzindo a mobilidade das cadeias de polimero nestasinterfaces. Por contraste, uma falta de afinidade entre aargila e polimero pode afetar adversamente a força e a uni-formidade da composição criando bolsões da argila concentra-da, em vez de uniformemente dispersa, em todas as partes dopolimero. A afinidade entre argilas e polimero está relacio-nada ao fato de que as argilas, por natureza, são geralmentehidrofilicas enquanto que o polimero é geralmente hidrofóbico.
Os minerais de argi.la são tipicamente compreendi-dos por silicatos de aluminio hidrligados que possuem granu-lação fina e a característica de se depositarem em forma la-minar. A estrutura cristalina de um mineral de argila tipicoé uma estrutura em multicamadas compreendida por combinaçõesde camadas tetraédricas de SÍO4 que são unidas a camadas oc-taédricas de AlO(OH)2. Os minerais de argila variam baseadosna combinação das suas camadas e cátions constituintes. Asubstituição isomórfica dos cátions do mineral de argila,tais como Al3+ ou Fe3+ em substituição aos ions Si4+ na redetetraédrica, ou tais como Al3+, Mg2+ ou Fe2+ em substituição aoutros cátions na rede octaédrica, ocorre tipicamente e podecomunicar uma carga negativa liquida à estrutura da argila.Os elementos que ocorrem naturalmente dentro das galerias daargila, tais como as moléculas de água ou os cátions de só-dio ou de potássio, são atraídos para a superfície das cama-das de argila devido a esta carga negativa liquida.
Para promover mais afinidade na interface entre aargila e o polímero e fornecer uma dispersão uniforme da ar-gila dentro do polímero, a quimica de superfícies intercama-das da argila pode ser modificada para fornecer camadas desilicato menos hidrofilicas.
Os ions de alquilamônio, tais como sais de amônio,estão comumente usados para preparar dispersões de argilapara materiais nanocompósitos. A fórmula básica de um ionalquilamônio tipico é CH3- (CH2) n-NH3+ onde n varia de 1 a 18.Acredita-se que os ions alquilamônio também troquem rapida-mente com os cátios de ocorrência natural presentes entre asplaquetas de argila resultando em um estado, intercalado. A-lém disso, acredita-se que os ions alquilamônio possam au-mentar o espaço entre as camadas de argila e também possamdiminuir a energia superficial da argila permitindo assimque espécies orgânicas com a polaridade diferente se tornemintercaladas entre as camadas de argila.
Existe uma necessidade de nanocompósitos possuindopropriedades melhoradas. A invenção aqui divulgada forneceum processo de baixo custo e eficiente para a produção denovas composições de nanocompósitos inorgânicos e orgânicosque são especialmente adequadas para uso em vedantes com ascaracterísticas desejadas de suavidade, processabilidade eelasticidade, que são importantes critérios de desempenho.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO.De acordo com a presente invenção, é fornecido umnanocompósito inorgânico e orgânico compreendendo pelo menosum componente inorgânico que é um componente nanoparticuladoinorgânico disposto em camadas e pelo menos um componenteorgânico que é um organopolissiloxano de amônio quaternário.
O novo nanocompósito inorgânico e orgânico de a-cordo com a presente invenção pode ser usado como um materi-al de reforço para uma ampla faixa de resinas poliméricasque contendo as composições e, especialmente, como materialde reforço de tais composições destinadas à aplicação comovedantes, revestimentos e adesivos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO.
De acordo com a presente invenção, é fornecido umnanocompósito inorgânico e orgânico compreendendo pelo menosum componente inorgânico que é um componente nanoparticuladoinorgânico disposto em camadas e pelo menos um componenteorgânico que é o organopolissiloxano de amônio quaternário.Durante a descrição da presente invenção, os seguintes ter-mos possuem as seguintes significações, a menos que de outromodo seja indicado.
Definições:
O termo "esfoliação", tal como aqui utilizado,descreve um processo em que os pacotes de plaquetas de nano-argila são separados uns dos outros em uma matriz poliméri-ca. Durante a esfoliação, as plaquetas na região externa decada pacote são clivadas, expondo mais plaquetas para sepa-ração.
O termo "galeria", tal como aqui utilizado, des-creve o espaço entre camadas paralelas de plaquetas de argi-la. O espaçamento da galeria se modifica dependendo da natu-reza da molécula ou do polímero que ocupa o espaço. Um espa-ço da intercamada entre plaquetas individuais de nanoargilavaria, novamente, dependendo do tipo de moléculas que ocupemo espaço.
O termo "intercalante", tal como aqui utilizado,inclui qualquer composto inorgânico ou orgânico capaz de seintroduzir na galeria da argila e se aderir à sua superficie.
O termo "intercalar", tal como aqui utilizado, in-dica uma complexação química da argila através da qual o es-paçamento da galeria da argila tenha aumentado devido aoprocesso da modificação superficial. Sob condições apropria-das da temperatura e cisalhamento, uma intercalação é capazda esfoliação em uma matriz de resina.
Tal como aqui utilizado, o termo "intercalação" serefere ao processo de se intercalar.
A expressão "componente nanoparticulado inorgâni-co", tal como aqui utilizado, descreve um material inorgâni-co disposto em camadas, por exemplo, a argila, com uma ouvárias dimensões, tais como comprimento, largura ou espessu-ra, na faixa de tamanho de nanômetro e que é capaz de sofreruma troca de íon.
A expressão "argila modificada", tal como aqui u-tilizado, indica um material argiloso, por exemplo, a nano-argila, que foi tratado com qualquer composto inorgânico ouorgânico que seja capaz de sofrer reações de troca de íoncom os cátions presentes nas superfícies da intercamada daargila.
O termo "nanoargila", tal como aqui utilizado,descreve materiais de argila dispostos em camadas que possu-em uma morfologia única com uma dimensão que está na faixade nanômetro. As nanoargilas pode formar complexos químicoscom um intercalante que se liga ionicamente nas superfíciesentre as camadas que compõem as partículas de argila. Estaassociação entre intercalante e partículas de argila resultaem um material que é compatível com muitas espécies diferen-tes de resinas hospedeiras permitindo ao material de reforçode argila se dispersar nas mesmas.
Tal como aqui utilizado, o termo "componente nano-particulado" se refere a tamanhos de partícula, geralmentedeterminados pelo diâmetro, geralmente menores do que apro-ximadamente 1.000 nm.
Tal como aqui utilizado, o termo "plaquetas" serefere às camadas individuais do material disposto em cama-das.
O componente nanoparticulado inorgânico do nano-compósito inorgânico e orgânico pode ser natural ou sintéti-co, tal como a argila de smectita e deve possuir certas pro-priedades de troca de íon tal como nas argilas smectita,rectorita, vermiculita, ilíta, micas e os seus análogos sin-téticos, incluindo laponita, mica-montmorillonita sintéticae mica tetrassilícica.
Os componentes nanoparticulados podem possuir umadimensão lateral máxima média (largura) em uma primeiramodalidade entre aproximadamente 0,01 iam e aproximadamente10 ym, em uma segunda modalidade entre aproximadamente 0,05pm e aproximadamente 2 iam e em uma terceira modalidade entreaproximadamente 0,1 iam e aproximadamente 1 pm. A dimensãovertical máxima média (espessura) dos componentes nanoparti-culados pode variar, em geral, em uma primeira modalidadeentre aproximadamente 0,5 nm e aproximadamente 10 nm e emuma segunda modalidade entre aproximadamente 1 nm e aproxi-madamente 5 nm.
Os materiais componentes nanoparticulados inorgâ-nicos úteis de acordo com a presente invenção incluem filos-siiicatos naturais ou sintéticos, particularmente argilasesméticas, tais como a montmorillonita, montmorillonita desódio, montmorillonita de cálcio, montmorillonita de magné-sio, nontronita, beidellita, volkonskoita, laponita, hecto-rita, saponita, sauconita, magadita, quêniaita, sobockita,svindordita, stevensita, talco, mica, caolinita, vermiculi-ta, haloisita, óxido de aluminato, ou hidrotalcitas, mine-rais micáceos, tais como a ilita e misturas dos minerais i-lita/smectita dispostos em camadas, tais como as rectorita,tarosovita, ledikita e misturas de ilitas com um ou mais dosminerais de argila acima mencionados. Qualquer material dis-posto em camadas espansives que adsorvam suficientemente asmoléculas orgânicas para aumentar o espaçamento da interca-mada entre plaquetas adjacentes de filossilicatos em pelomenos aproximadamente 5 angstrõms, ou em pelo menos aproxi-madamente 10 angstrõms (quando o filossilicato é medido se-co) pode ser utilizado na produção do nanocompósito inorgâ-nico e orgânico de acordo com a presente invenção.
O componente nanoparticulado inorgânico modificadode acordo com a presente invenção é obtido contatando com asquantidades do componente nanoparticulado inorgânico dispos-to em camadas possuindo um cátion trocável, por exemplo,Na+, Ca2 Al3+, Fe2+, Fe3+ e Mg2+, com pelo menos um organopo-lissiloxano contendo amônio. O componente nanoparticuladomodificado resultante é um nanocompósito inorgânico e orgâ-nico possuindo um organopolissiloxano de amônio quaternáriointercalado.
O organopolissiloxano contendo o amônio deve con-ter pelo menos um grupo amônio e pode conter dois ou maisgrupos de amônio. Os grupos de amônio quaternário podem es-tar em posições nas extremidades terminais do organopolissi-loxano e/ou ao longo da cadeia principal de siloxano. Umaclasse de organopolissiloxanos contendo amônio úteis possuia fórmula geral:
MaDbD'c;
em que "a" é 2 e "b" é igual a ou maior do que 1 e"c" é zero ou positivo; o M é:
[R3zNR4] 3-x-yR1xR2ySi01/2;
em que "x" é 0, 1 ou 2 e "y" é 0 ou 1, sujeito àlimitação de que x + y seja menor do que ou igual a 2, "z" é2, R1 e R2 cada um, independentemente, são um grupo hidro-carboneto monovalente com até 60 átomos de carbono; R3 é se-lecionado do grupo consistindo de H e um grupo hidrocarbone-to monovalente com até 60 átomos de carbono; R4 é um grupohidrocarboneto monovalente com até 60 átomos de carbono; o D é:R5R6SiOv2;
onde R5 e R6 cada um, independentemente, é um grupohidrocarboneto monovalente com até 60 átomos de carbono; e
D' é:
R7R8Si02/2;
onde R7 e R8 cada um, independentemente, é um grupohidrocarboneto monovalente contendo amina com a fórmula ge-ral :
[R9aNR10] ;
em que "a" é 2, R9 é selecionado do grupo consis-tindo de H e um grupo hidrocarboneto monovalente com até 60átomos de carbono; e R10 é um grupo hidrocarboneto monova-lente com até 60 átomos de carbono.
Em outra modalidade de acordo com a presente in-venção, o organopolissiloxano contendo amônio é R11R12R13N, emque R11, R12 e R13 cada um, independentemente, são um alcóxisilano ou um grupo hidrocarboneto monovalente com até 60 á-tomos de carbono. A fórmula geral do alcóxi silano é:
[R140]3-x-yR15xR16ySiR17;
em que "x" é 0, 1 ou 2 e "y" é 0 ou 1, sujeito àlimitação de que x + y seja menor do que ou igual a 2; R14 éum grupo hidrocarboneto monovalente com até 30 átomos decarbono; R15 e R16 são independentemente escolhidos de gruposhidrocarbonetos monovalentes com até 60 átomos de carbono;
R17 é um grupo hidrocarboneto monovalente com até 60 átomosde carbono. Os compostos adicionais úteis para modificar ocomponente inorgânico de acordo com a presente invenção sãoos compostos de amina ou o ion de amônio correspondente coma estrutura R18R19R20N, em que R18, R19 e R20 cada um, indepen-dentemente, são um alquil ou o grupo alquenil de até 30 áto-mos de carbono e cada um, independentemente, e cada um é in-dependentemente um alquil ou um grupo alquenil de até 20 á-tomos de carbono em uma outra modalidade, que podem ser osmesmos ou diferentes. E em ainda outra modalidade, a molécu-la orgânica é uma longa cadeia de amina terciária onde R18,R19 e R20 cada um, independentemente, são um alquil ou alque-nil de 14 a 20 átomos de carbono.
As composições inorgânicas de componente nanopar-ticulado disposto em camadas de acordo com a presente inven-ção não precisam ser convertidas em uma forma que possuatroca de próton. Tipicamente, a intercalação de um organopo-lissiloxano de amônio quaternário no material componente na-noparticulado inorgânico disposto em camadas é realizada pe-la troca de cátions utilizando processos com solventes e semsolvente. No processo a base de solvente, o componente deorganopolissiloxano de amônio é colocado em um solvente queé inerte em relação à reação de ligação ou de polimerização.Os solventes especialmente convenientes são a água ou o eta-nol-água, a acetona-água e sistemas semelhantes de co-solvente polar-água. Quando da remoção do solvente, são ob-tidos os concentrados de componentes nanoparticulados inter-calados. No processo sem solvente, um misturador com altopoder de cisalhamento é normalmente necessário para realizara reação de intercalação. 0 nanocompósito inorgânico e orgâ-nico pode estar em uma suspensão, um gel, uma pasta ou emformas sólidas.Uma classe específica de organopolissiloxanos con-tendo amônio são aqueles descritos na Patente Americana N0US 5.130.396, sendo o teor completo da mesma aqui incorpora-do pela referência, e que podem ser preparados de materiaisconhecidos incluindo aqueles que estão comercialmente dispo-níveis.
Os organopolissiloxanos contendo amônio de acordocom a Patente Americana N0 US 5.130.396 são representadospela fórmula geral:
<formula>formula see original document page 12</formula>
na qual R1 e R2 são idênticos ou diferentes e re-presentam um grupo de acordo com a fórmula:
<formula>formula see original document page 12</formula>
(H) ;
em que os átomos de nitrogênio em (I) estão Iiga-dos aos átomos de silício em (II) via os grupos R5 e R5 re-presenta um grupo alquileno contendo 1 a 10 átomos de carbo-no, um grupo cicloalquileno contendo de 5 a 8 átomos ou umaunidade de acordo com a fórmula geral:
<formula>formula see original document page 12</formula>
em que n é um número de 1 a 6 e indica o número degrupos metileno na posição do nitrogênio e m é um número deO a 6 e as valências livres dos átomos de oxigênio ligadosao átomo de silicio estão saturadas tal como nos esqueletosde silica por átomos de silicio de outros grupos da fórmula(II) e/ou com os átomos metálicos de uma ou mais das seguin-tes conexões da ligação de reticulação:
<formula>formula see original document page 13</formula>
em que o M é um silicio, titânio ou átomo de zir-cônio e R' é um grupo alquil linear ou ramificado contendode 1 a 5 átomos de carbono e a proporção dos átomos de sili-cio dos grupos de acordo com a fórmula (II) para os átomosmetálicos nas conexões das ligações é de 1:0 e em que R3 éigual a R1 ou R2, ou hidrogênio, ou a um grupo alquil linearou ramificado contendo de 1 a 20 átomos de carbono, um grupocicloalquil contendo de 5 a 8 átomos de carbono ou é o grupobenzyl e R4 é igual ao hidrogênio, ou a um grupo alquil li-near ou ramificado contendo de 1 a 20 átomos de carbono ou éum cicloalquil, benzil, alquil, propargil, cloroetil, hidro-xietil, ou o grupo cloropropil consistindo de 5 a 8 átomosde carbono e X é um ânion com a valência de x igual a um va-lor de 1 a 3 e selecionado de um grupo consistindo de halo-genita, hipoclorita, sulfato, bissulfato, nitrito, nitrato,fosfato, diidrogeno fosfato, bifosfato, carbonato, bicarbo-nato, hidróxido, clorato, perclorato, cromato, dicromato,cianeto, cianato, rodanida, sulfito, bissulfito, selenito,telurito, borato, metaborato, azida, tetrafluoroborato, te-trafenilborato, hexaflourofosfato, formato, acetato, propio-nato, oxalato, triflouroacetato, tricloroacetato ou benzoato.
Os compostos de organopolissiloxano contendo amô-nio aqui descritos são particulas de forma macroscopicamenteesférica com um diâmetro de 0,01 a 3,0 mm, uma área superfi-cial especifica de 0 a 1.000 m2/g, um volume especifico deporo de 0 a 5,0 ml/g, uma densidade de volume de 50 a 1.000g/l, bem como uma base de substância seca em relação ao vo-lume de 50 a 750 g/l.
Um método de preparar um organopolissiloxano con-tendo amônio envolve a reação de um aminossilano primário,secundário, ou terciário possuindo pelo menos um grupo âlcó-xi hidrolisável, com água, opcionalmente na presença de umcatalisador, para realizar a hidrólise, e a subseqüente con-densação do silano e a produção do organopolissilano comterminação amina que é posteriormente quaternizado com umreagente de quaternização conveniente, tal como um ácido mi-neral e/ou um haleto de alquila para fornecer o organopolis-siloxano contendo o amônio. Um método deste tipo é descritona Patente Americana N0 US 5.130.396 acima citada. Dentrodesse mesmo aspecto, a Patente Americana N0 US 6.730.766,sendo o teor completo da mesma aqui incorporado pela refe-rência, descreve processos para fabricação de polissiloxanoquaternizado pela reação do polisiloxano com funcionalizaçãoepóxi.
Em uma variação do presente método, o aminossilanoprimário, secundário ou terciário possuindo grupos alcóxihidrolisáveis é quarternizado antes das reações de condensa-ção por hidrólise que fornecem o organopolissiloxano. Porexemplo, o cloreto de N-trimetoxi-silil-propil-N,N,N-trimetilamônio contendo amônio, o cloreto de N-trimetoxisililpropil-N,N,N-tri-n-butilamônio e o cloreto detrialcoxisilano octadecildimetil (3-trimetiloxi-silil-propil) amônio contendo amônio comercialmente disponível(disponível pela Gelest, Inc) depois de suas condensaçõespor hidrólise fornecerão o organopolissiloxano contendo oamônio para uso de acordo com a presente invenção.
Outros aminossilano terciários úteis adequados pa-ra preparar o organopolissiloxano contendo amônio incluem otris (trietoxi-siiii-propii) amina, tris (trimetoxi sililpropil) amina, tris (dietoximetil-silil-propil) amina, tris(tripropoxi-silil-propil) amina, tris (etoxidimetil-silil-propil) amina, tris (trietoxifenil-silil-propil) amina e as-sim por diante.
Ainda outro método para preparar o organopolissi-loxano contendo o amônio necessita da quaternização de umaamina-primária, secundária, ou terciária contendo organopo-lissiloxano com o reagente de quaternização. Organopolissi-loxanos contendo amina úteis incluem aqueles de acordo com afórmula geral:
<formula>formula see original document page 15</formula>
em que R1, R2 R6 e R7 cada um, independentemente, éH, hidrocarbila de até 30 átomos de carbono, por exemplo,alquil, cicloalquil, aril, alcaril, aralquil, etc, ou R1 eR2 em conjunto ou R6 e R7 em conjunto formam um grupo hidro-carboneto divalente de junção com até 12 átomos de carbono,R3 e R5 cada um, independentemente, é um grupo hidrocarbone-to divalente de junção com até 30 átomos de carbono, opcio-nalmente contendo um ou mais átomos de oxigênio e/ou de ni-trogênio na cadeia, por exemplo, a cadeia de alquileno retaou ramificada contendo de 1 a 8 átomos de carbono, tal como-CH2-, -CH2-CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2-C (CH3)-CH2-, -CH2CH2CH2CH2-,etc., cada R4 independentemente é um grupo alquil e n variade 1 a 20 e vantajosamente varia de 6 a 12.
Estes e organopoiissiioxanos semelhantes contendoamina podem ser obtidos por procedimentos conhecidos e con-vencionais, por exemplo, reagindo uma amina olefinica, talcomo a alilamina com um polidiorganosiloxano possuindo liga-ções Si-H na presença de um catalisador hidrogenação, talcomo, um catalisador hidrogenação contendo platina, tal comodescrito na Patente Americana N0 US 5.026.890, sendo o teorcompleto da mesma aqui incorporado pela referência.
Organopoiissiioxanos contendo amina específicosque são úteis para preparar o organopolissiloxano contendoamônios da presente invenção incluem a mistura comercial de:
<formula>formula see original document page 16</formula><formula>formula see original document page 17</formula>
Os nanocompósitos inorgânicos e orgânicos de acor-do com a presente invenção são úteis, entre outras coisas,como material de reforço único ou parcial de composiçõescompreendendo um polimero sólido ou misturas/composições depolímeros sólidos.
Os polímeros sólidos úteis incluem o epóxi, o po-licarbonato, o silicone, o poliéster, o poliéter, a poliole-fina, a borracha natural e sintética, o poliuretano, o nái-lon, o poliestireno, o polivinilaromático, o acrilico, ésterde acrilato, a poliamida, a poliimida, a resina fenólica, ohaleto de polivinila, o óxido de polifenileno, a plicetona,os seus copolimeros e misturas dos mesmos. Os copolimerosincluem tanto os copolimeros aleatórios como os em bloco. Asresinas de poliolefina incluem o polibutileno, polipropilenoe polietileno, tal como o polietileno de baixa densidade,polietileno de média densidade, polietileno de alta densida-de e copolimeros de etileno; as resinas de haleto de polivi-nila incluem o polimero e copolimeros de cloreto de polivi-nila e o polimero e copolimeros de cloreto polivinilideno,fluoropolimeros; as resinas de polivinilaromatico incluem opolimero e copolimeros de poliestireno; as resinas de acri-lato incluem o polimero e copolimeros de acrilato e ésteresde metacrilato, resinas depoliamida incluem o náilon-6, onáilon 11 e o náilon 12, bem como os copolimeros de poliami-da e misturas dos mesmos, as resinas de poliéster incluemtereftalatos de polialquileno, tal como tereftalato de poli-etileno e tereftalato de polibutileno, bem como copolimerosde poliéster; a borracha sintética inclui copolimeros de bu-tadieno-estireno e acrilonitrila-butadieno-estireno e; aspolicetonas incluem poliétercetonas e poliéter-étercetonas.
Nas composições carregadas da resina de acordo coma presente invenção, o nanocompósito inorgânico e orgânicoestá presente em uma quantidade, naturalmente, que realça aspropriedades de barreira de gás da mesma. Em uma primeiramodalidade, o nanocompósito inorgânico e orgânico pode estarpresente a um nivel de até aproximadamente 90 por cento depeso, em uma segunda modalidade a um nivel de até aproxima-damente 50 por cento de peso e em uma terceira modalidade aum nivel de até aproximadamente 20 por cento de peso.
O nanocompósito inorgânico e orgânico da presenteinvenção também é vantajosamente empregado como um materialde reforço em composições destinadas a funcionar como bar-reiras de gás, por exemplo, composições divulgadas e reivin-dicadas no Pedido co-pendente do depositante intitulado"COMPOSIÇÃO DE ORGANOPOLISSILANO CURÁVEL À TEMPERATURAAMBIENTE" arquivada de até a presente data com o mesmo, osconteúdos da mesma sendo aqui incorporados em sua totalidade.
A presente invenção é ilustrada pelo seguinte e-xemplo não-limitante:
EXEMPLO 1
Um nanocompósito inorgânico e orgânico de acordocom a presente invenção foi preparado inicialmente colocação10 g de siloxano com temrinação amino propil ("GAP 10," com-primento do siloxano de 10, da GE Silicones, Waterford, EUA)em um balão de fundo redondo de pescoço único de 100 ml eadicionando 4 ml de metanol disponível pela Merck. 2,2 ml deHCl concentrado foram acrescentados muito lentamente com a-gitação. A agitação foi mantida durante 10 minutos. 900 mlde água foram acrescentados a um frasco de fundo redondo detrês pescoços de 2.000 ml ajustado com condensador e agita-dor mecânico em posição superior. Foram adicionados 18 g deargila Cloisita Na+ (montmorillonita natural disponível pelaSouthern Clay Products) à água muito lentamente com agitação(velocidade de agitação de 250 rpm). A solução de cloreto deamônio (preparada acima) então foi acrescentada muito lenta-mente à mistura de água com argila. A mistura foi agitadadurante 1 hora e deixada em repouso durante uma noite. Amistura foi filtrada por um funil de Buckner e o sólido ob-tido foi tornado em pasta com 800 ml de metanol, agitado du-rante 20 minutos e depois a mistura foi filtrada. O sólidofoi seco em forno a 80 0C durante aproximadamente 50 horas.
Embora a modalidade preferida de acordo com a pre-sente invenção tenha sido ilustrada e descrita detalhadamen-te, várias modificações de, por exemplo, componentes, mate-riais e parâmetros, ficarão evidentes para aqueles versadosna técnica e se pretende abranger todas as tais modificaçõese alterações que estiverem dentro do alcance da presente in-venção .
Claims (23)
1. Nanocompósito inorgânico e orgânico,CARACTERIZADO pelo fato de compreender pelo menos um compo-nente inorgânico que é um componente nanoparticulado inorgâ-nico disposto em camadas e pelo menos um componente orgânicoque é um organopolissiloxano de amônio quaternário.
2. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o com-ponente nanoparticulado inorgânico disposto em camadas pos-sui cátions trocáveis selecionado do grupo constituído deNa+, Ca2+, Al3+, Fe2+, Fe3+, Mg2+ e misturas dos mesmos.
3. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o com-ponente nanoparticulado disposto em camadas é pelo menos ummembro selecionado do grupo consistindo de montmorillonita,montmorillonita de sódio, montmorillonita de cálcio, montmo-rillonita de magnésio, nontronita, beidellita, volkonskoita,laponita, hectorita, saponita, sauconita, magadita, quêniai-ta, sobockita, svindordita, stevensita, vermiculita, haloi-sita, óxidos de aluminato, hidrotalcita, ilita, rectorita,tarosovita, ledikita, caolinita e, misturas dos mesmos.
4. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o com-ponente nanoparticulado inorgânico disposto em camadas temuma dimensão lateral máxima média de entre aproximadamente- 0,01 pm e aproximadamente 10 ym e uma dimensão vertical má-xima média de entre aproximadamente 0,5 nm e aproximadamente- 10 nm.
5. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o or-ganopolissiloxano de amônio quaternário é pelo menos um di-organopolissiloxano contendo amônio possuindo a fórmula: MaDbD'c;em que "a" é 2 e "b" é igual a ou maior do que 1 e"c" é zero ou positivo; o M é:[R3zNR4] 3-x-yR1xR2ySÍOi/2 ;em que "x" é 0, 1 ou 2 e "y" é 0 ou 1, sujeito àlimitação de que x + y seja menor do que ou igual a 2, "z" é-2, R1 e R2 cada um, independentemente, são um grupo hidro-carboneto monovaiente com até 60 átomos de carbono; R3 é se-lecionado do grupo consistindo de H e um grupo hidrocarbone-to monovaiente com até 60 átomos de carbono; R4 é um grupohidrocarboneto monovaiente com até 60 átomos de carbono; o Dé:R5R6SiOi72;onde R5 e R6 cada um, independentemente, é um grupohidrocarboneto monovaiente com até 60 átomos de carbono; eD' é:R7R8SiO2Z2;onde R7 e R8 cada um, independentemente, é um grupohidrocarboneto monovaiente contendo amina com a fórmula ge-ral : [R9aNR10];em que "a" é 2, R9 é selecionado do grupo consis-tindo de H e um grupo hidrocarboneto monovaiente com até 60átomos de carbono; e R10 é um grupo hidrocarboneto monova-lente com até 60 átomos de carbono.
6. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o gru-po amônio quaternário é representado pela fórmula R6R7R8N+Xem que pelo menos um R6, R7 e R8 são um alcóxi silano até 60átomos de carbono e o restante são um grupo alquil ou umgrupo alquenil de até 60 átomos de carbono e X é um ânion.
7. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o or-ganopolissiloxano de amônio quaternário é obtido reagindo umaminossilano possuindo pelo menos um grupo hidrolisável coma água sob condições de condensação por hidrólise para for-necer um organopolissiloxano com terminação amina e posteri-ormente com quaternizando o organopolissiloxano com termina-ção amina para fornecer o organopolissiloxano de amônio.
8. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o or-ganopolissiloxano de amônio quaternário é obtido por quater-nização de um aminossilano possuindo pelo menos um grupo al-cóxi hidrolisável antes da condensação por hidrólise parafornecer o organopolissiloxano de amônio.
9. Nanocompósito inorgânico e orgânico, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o or-ganopolissiloxano de amônio quaternário é obtido por hidro-lisação do organopolissiloxano terminado pelo hidrogênio comuma alilamina na presença de catalisador de hidrólise parafornecer organopolissiloxano com terminação amina e posteri-ormente com a quaternização do organopolissiloxano com ter-minação amina para fornecer o organopolissiloxano de amônio.
10. Método de preparar nanocompósito inorgânico eorgânico, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as eta-pas de:a) reagir um aminossilano possuindo um pelo menosum grupo alcóxi hidrolisável com a água, opcionalmente, napresença de um catalisador, para fornecer organopolissiloxa-no com terminação amina;b) quaternização do organopolissiloxano com termi-nação amina para fornecer um organopolissiloxano quaterniz-do; e,c) combinação do organopolissiloxano quaternizadocom um componente nanoparticulado inorgânico disposto em ca-madas possuindo um cátion trocável para fornecer um nanocom-pósito inorgânico e orgânico.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que o aminossilano é um aminossi-lano primário, secundário ou terciário possuindo um pelo me-nos um grupo alcóxi hidrolisável.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador é selecionadodo grupo consistindo de compostos organometálicos, ácidos,bases e misturas dos mesmos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que o organopolissiloxano comterminação amina é quaternizado com um ácido mineral, um ha-leto de alquila, ou mistura dos mesmos.
14. Nanocompósito inorgânico e orgânico,CARACTERIZADO pelo fato de ser obtido pelo método de acordocom a reivindicação 10.
15. Nanocompósito inorgânico e orgânico,CARACTERIZADO pelo fato de ser obtido pelo método de acordocom a reivindicação 11.
16. Nanocompósito inorgânico e orgânico,CARACTERIZADO pelo fato de ser obtido pelo método de acordocom a reivindicação 12.
17. Nanocompósito inorgânico e orgânico,CARACTERIZADO pelo fato de ser obtido pelo método de acordocom a reivindicação 13.
18. Composição, GARAtêRizãdã pelo fato de que com-preende pelo menos uma resina sintética sólida e, como mate-rial de reforço parcial ou total da mesma, pelo menos um na-nocompósito inorgânico e orgânico de acordo com a reivindi-cação 1.
19. Composição, de acordo com a reivindicação 18,CARACTERIZADA pelo fato de que a resina é pelo menos uma se-lecionada do grupo consistindo de epóxi, policarbonato, si-licio, poliéster, poliéter, poliolefina, borracha natural esintética, poliuretano, náilon, poliestireno, polivinilaro-mático, acrilico, éster acrilato de poliamida, poliimida,resina fenólica, haleto de polivinila, óxido de polifenile-no, policetona, o seus copolimeros e mistura dos mesmos.
20. Composição, de acordo com a reivindicação 18,CARACTERIZADA pelo fato de que o nanocompósito inorgânico eorgânico está presente na mesma em um nivel de até aproxima-damente 90 por cento em peso.
21. Composição, CARACTERIZADA pelo fato de quecompreende pelo menos uma resina sintética sólida e, comomaterial de reforço parcial ou total da mesma, pelo menos umnanocompósito inorgânico e orgânico obtido pelo método deacordo com a reivindicação 10.
22. Composição, de acordo com a reivindicação 21,CARACTERIZADA pelo fato de que a resina é pelo menos uma e-póxi, policarbonato, silicone, poliéster, poliéter, poliole-fina, borracha natural e sintética, poliuretano, náilon, po-liestireno, polivinilaromatic, acrilico, éster acrilato depoliamida, poliimida, resina fenólica, haleto de polivinila,óxido de poiifeniieno, policetone, os seus copolimeros emisturas dos mesmos.
23. Composição, de acordo com a reivindicação 21,CARACTERIZADA pelo fato de que o nanocompósito inorgânico eorgânico está presente na mesma a um nivel de até aproxima-damente 90 por cento de peso.
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