WO2009132405A2 - Processo de preparação, recobrimento e modificação de argilominerais com matrizes poliméricas, concentrado em pó obtido e nanocompósitos poliméricos obtidos a partir dos ditos concentrados - Google Patents

Processo de preparação, recobrimento e modificação de argilominerais com matrizes poliméricas, concentrado em pó obtido e nanocompósitos poliméricos obtidos a partir dos ditos concentrados Download PDF

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WO2009132405A2
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polymer
nanoparticles
matrix
nanocomposite
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Luis Antonio Pessan
Antonio José Felix DE CARVALHO
Paulo Rodrigo Alves Bernardo
Suel Eric Vidotti
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Universidade Federal de Sao Carlos
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/08—Ingredients agglomerated by treatment with a binding agent

Definitions

  • the present invention relates to a process of preparing, coating and functionalizing clay minerals such as montmorillonite, hectonite, saponite, bentonite, with nonionic and ionic hydrophilic polymeric matrices and the use of such functionalized clay to obtain polymeric nanocomposites, including supporting polymers.
  • the clay is dispersed in water so that it is completely exfoliated, that is, the separation of the individual clay layers.
  • a preferably water-soluble polymer that can interact with the clay is added.
  • cationic, anionic or even amphoteric polymers or molecules capable of reacting via ion exchange with the silicate are preferred.
  • the individual clay layers are isolated by quick drying to form a core / shell (sheath) structure, where the clay mineral lamellae constitute the core and the shell is formed by the polymers.
  • the hydrophilic polymers employed in the preparation, coating and functionalization of the clay may be ionomers, hydrophilic polymers preferably containing hydroxyl groups such as polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymers or having in their chemical structure groups with electron pairs that may form bridges.
  • ethylene polyoxide PEO
  • PEG propylene polyoxide
  • polyvinyl pyrolidone This polymer must be soluble in the solvent used, usually water, and have a glass transition temperature higher than spray drying after drying, ie above 60 ° C, in order to avoid agglomeration of the dried material.
  • Another important feature of the hydrophilic polymer is its ability to interact with supporting polymers such as polyethylene, polypropylene and others, so that nanoparticles can be dispersed into these materials with ease.
  • the colloidal suspension formed of coated nanoparticles is atomized by means of an atomizing nozzle, in the form of a droplet suspension in air and the solvent is removed by evaporation, to then generate a solid material powder and can be employed, for example, the process known as "spray dryer".
  • the process described in the present invention is much more effective than other processes such as direct dispersion of solid state nanoparticles, as it is possible to obtain extremely homogeneous dispersions by avoiding the formation of agglomerates, and when using particles smaller than 500 nm (0, 5 ⁇ ), it is possible to obtain fully transparent nanocomposites.
  • the obtained concentrate can be easily dispersed in other polymeric matrices, depending on its compatibility with it. Another important feature is the ability to control the thickness of the coating polymer layer by concentrating the water soluble polymer in the solution.
  • nanocomposite is used to describe materials that have two (or more) phases in which the dispersed phase has at least one of its dimensions on a nanometer scale (10 "9 m).
  • the dispersed phase (clay) It is present in the form of layers (lamellas) approximately 1nm thick and 20-500nm long, thus having a high form factor.As a result of their small size, the clays have a large surface area, approximately 700 m 2. / g.
  • Polymer-layered silicate nanocomposites preparation, properties and uses of a new class of materials (Materials Science and Engineering, v. 28, pp. 1-63, 2000). The great scientific interest in these materials has been concentrated in works that seek the development of new nanocomposite materials, as well as their structural characterization, and in the understanding of the correlation between the structure of the materials and their excellent properties.
  • Polymer-clay nanocomposites can be prepared in different ways, including: in situ polymerization, solution intercalation, and melt intercalation.
  • a) In situ polymerization was the first method used in the preparation of polymer-clay nanocomposites and is currently the conventional process of preparing thermosetting nanocomposites.
  • the clay is dispersed and expanded in the monomer.
  • the driving force for intercalation in this case, is related to monomer polarity, clay surface treatment and temperature.
  • Clay expansion occurs due to the attraction of polar monomer molecules on the surface of the clay layers until the coupling agent chains are oriented perpendicular to them.
  • the polarity of the intercalated molecules decreases, shifting the thermodynamic equilibrium and causing the diffusion of other monomer molecules to the galleries, thus being able to separate (and eventually exfoliate) the layers of the clay mineral.
  • Solution intercalation is a viable technique for obtaining low or no polarity polymer nanocomposites, but in parallel has the disadvantage of using high amounts of solvent. It can also be used in the preparation of nanocomposites whose polymeric matrix is water soluble (polyvinyl alcohol), poly (ethylene oxide), in which case using an untreated clay (sodium clay).
  • a polymer solution either in the same solvent or in miscible solvents
  • the solvent is then evaporated off.
  • the driving force in this case is due to the increase in entropy due to desorption of solvent molecules, compensating for the decrease in conformational entropy due to polymer intercalation.
  • the polymer in the melt intercalation the polymer is processed in the melt state together with the clay to allow the intercalation of the polymer chains between the layers of the same. Due to the high drop in conformational entropy of the intercalated polymer chains between the clay layers, the driving force of this process is the enthalpy contribution of polymer / clay interactions during processing. In this case, the shear stresses originated during processing make it possible to destroy the clay agglomerates and thus the access of the polymer chains to the primary clay particles, helping the intercalation process, allowing their occurrence in systems with slow interleaving kinetics or in systems where clay is difficult to disperse.
  • the structure will be similar to that of a conventional composite and the clay will behave in a conventional inorganic filler, providing little or no improvement in material properties.
  • the second possible structure is formed when few polymer chains interleave between the clay layers increasing the interlayer separation of the same, however, without destroying the natural stacking of the clay.
  • This system is known as interleaved nanocomposite.
  • the third structure is formed when the amount of intercalated chains between the clay layers is sufficient to increase the interlayer distance of the clay, nullifying the effect of attractive forces between the layers.
  • the system no longer has any ordering and is then called delaminated or exfoliated nanocomposite.
  • This type of structure is the most desirable and objective to be achieved in the preparation of polymer-clay nanocomposites, as it promotes improvement in the mechanical, thermal and barrier properties of the material.
  • nanoparticles have a high surface area.
  • nanoparticles of inorganic materials generally have very high surface energy, there is a great tendency for them to agglomerate. This is for thermodynamic reasons to decrease system power. Therefore, to stabilize suspended nanoparticles it is necessary to charge them electrically so that repulsion between them will keep them isolated or to coat them with a material capable of forming a strong bond with the nanoparticle surface.
  • certain types of nanoparticles form very stable systems, such as clays or lamellar silicates. When water is eliminated, nanoparticles are re-agglomerated with loss of advantage due to nanometric dimensions.
  • the polymer emulsion obtained in the presence of clays causes intercalation or exfoliation of the silicate coverslips during polymerization.
  • the material obtained is isolated and used as an additive for plastics. This process is actually based on polymerization intercalation and uses techniques such as spray drying or coagulation to isolate the product obtained.
  • US Patent 2006/0083694 A1 and WO 2006/135384 A1 describe multi-component systems formed of inorganic nanoparticles distributed in an organic matrix. The process is based on the formation of spray droplets that are collected in a liquid where they are rapidly cooled (0.001 seconds) to generate a suspension. colloidal material to be employed, for example, as ink for inkjet printers.
  • nanocomposites in both thermoplastic and thermoset matrices is all the more difficult the lower the surface energy of the matrix employed, so dispersing nanoparticles in matrices such as polyolefins is a challenge. What largely determines the performance of a nanocomposite is the quality of the dispersion and in the case of interleaving and exfoliation clays. New technologies will be critical for nanocomposites to become a more affordable option for a wide range of products that could have significantly improved performance.
  • nanoparticles already dispersed in a polymeric matrix which in itself is a nanocomposite and that can be used directly for a specific purpose or diluted in another polymeric matrix, including those of low surface energy, thereby greatly increasing the potential of use of this type of material.
  • the present invention describes a novel method for producing polymer / clay nanocomposites obtained from a clay mineral preparation, coating and functionalization process.
  • the clay lamellae are wrapped and isolated in a suitable polymeric matrix by means of the atomization and evaporative drying technique of the liquid medium.
  • This process avoids a major problem that limits the production of nanocomposites, that is, the agglomeration of nanoparticles and allows to obtain nanocomposites where nanoparticle dispersion is exceptional. In this way it is possible to obtain low cost nanocomposites with high performance.
  • the innovation of the present patent is in the process of encapsulating the lamellae constituting silicate nanoparticles such as montmorillonite, hectonite, saponite, bentonite and others, capable of reacting via ion exchange reactions with polymers or ionic substances and finally isolating these particles, which are actually nanocomposites, by means of a solvent atomization and evaporation process.
  • the fundamental point of the invention is based on the control of the lamellae / nanoparticle agglomeration kinetics, through the atomization / drying process to obtain nanocomposites where the lamellae / nanoparticle dispersion is much higher than those obtained by the techniques employed today.
  • the lamellae constituting the silicate nanoparticles in aqueous medium or polar organic solvents are coated with polymers capable of tightly bonding to the surface of the lamellae / nanoparticles, preferably by ionic bonding and such a system being atomized. and the suspension liquid is evaporated rapidly to avoid reacglomeration of the coverslips / nanoparticles, obtaining a homogeneous dispersion thereof in the polymer matrix.
  • a colloidal suspension of silicate is treated with a hydrophilic polymer to obtain a core / shell structure, where the core is the inorganic lamella / nanoparticle and the shell is formed by the polymer.
  • This shell may have its controlled thickness as a function of the concentration and characteristics of the hydrophilic polymer employed.
  • Such a suspension is atomized by means of an atomizing head and subjected to a counter-flow of hot and dry air so that the liquid evaporates rapidly so that a fine, homogeneous powder consisting of a high concentration nanocomposite is obtained. nanoparticles.
  • the concentrate obtained in the first object can be dispersed in any polymeric matrix (polar or nonpolar) both in molten state processes commonly employed for thermoplastics (extrusion, injection, etc.) as well as in processes. of sintering as usual for polytetrafluorectile and also in liquid monomers or prepolymers to obtain thermoplastic as well as thermoset materials, or in elastomers.
  • polymeric matrix polar or nonpolar
  • the first objective of the present invention will be achieved by employing a new technique of preparation / coating / functionalization of the clay mineral aiming at obtaining high exfoliation polymeric nanocomposites.
  • the present invention will give a considerable technological boost in nanocomposite technology as it will at the same time reduce the cost of these materials, increase the flexibility of the production process and especially the performance of these materials.
  • the spray dryer technique is to produce a cloud of small droplets of the suspension containing the substance to be isolated and pass this mist into a countercurrent of air or other dry gas to evaporate the liquid and thus generate a dust. extremely thin and homogeneous.
  • Figure 1 a and b show, respectively, the x-ray diffractograms and TGA (thermogravimetric analysis) curves of untreated clay (MMTNa +) and ionomer-coated (PS20) coated / functionalized clay.
  • Figures 2 and 3 show a micrograph obtained by Scanning Electron Microscopy (SEM) and x-ray microanalysis by FEG (Field Emission Cannon) of concentrated MMTNa + / PS20 nanoparticle powder (1/1).
  • Figure 4 a and b show, respectively, x-ray diffractograms and TGA (thermogravimetric analysis) curves of untreated clay (MMTNa +) and PVOH-coated / functionalized clay.
  • Figures 5 and 6 show, respectively, the X-ray diffractograms and transmission electron microscopy (TEM) of the PP nanocomposite prepared in Example 3.
  • TEM transmission electron microscopy
  • Figures 7 and 8 show, respectively, the X-ray diffractograms and Transmission electron microscopy (MET) of the PET nanocomposite prepared in Example 4.
  • Figure 9 shows a transmission electron micrograph (MET) of the EVOH nanocomposite prepared in Example 5.
  • the present invention can be divided into four steps:
  • coverslip / nanoparticle coating with single or multiple monolayers of a generally polymeric organic compound so as to prevent the process of re-agglomeration of the coverslips / nanoparticles, 3. isolation of the coverslips / nanoparticles by spray drying and spraying solvent, a process known industrially by the term "spray-dryer",
  • the colloidal silicate suspension may be of any clay capable of exfoliation in aqueous medium or polar organic solvents or mixtures of water and polar organic solvents.
  • colloidal dispersions have nanoparticles with dimensions of approximately 1nm thick and 20-500nm long.
  • the obtained nanoparticles must be coated to avoid their reaglomeration due to the high surface energy, which is typical of the silicates in question.
  • the isolation of the nanoparticle whose process is the removal of the liquid medium, usually water, there is an increase in the energy of the system, which is the driving force of the reaglomeration.
  • the coating slows down the generally slow process of reaglomeration, causing the nanoparticles to remain isolated.
  • Dependence on kinetic factors is fundamental, since even in the colloidal solution the suspension of nanoparticles is not a thermodynamically stable system.
  • the polymer used should have groups capable of interacting with the nanoparticle surface and preferably form ionic exchange chemical bonds with the exfoliated clay.
  • An excess of polymer allows the nanoparticle to be coated with a relatively thick polymer layer during isolation of the nanoparticle, which may aid in their dispersion in the desired matrix in the subsequent step.
  • the process consists of adding the coating polymer and providing the conditions for the coating to stick to the surface of the nanoparticles.
  • the colloidal suspension of the nanoparticles is atomized by means of an atomizing head to form a micro-droplet mist containing the coated nanoparticles.
  • Water is removed by evaporation to generate microparticles of nanocomposite (or coated / functionalized clay) with a high concentration of nanoparticles.
  • This process allows the production of powders (concentrated in nanoparticles), which can be easily used to obtain nanocomposites.
  • the process is fast enough to minimize the agglomeration of nanoparticles and hence the importance in choosing the coating polymer.
  • nanoparticles are montmorillonites, due to some intrinsic characteristics that these clay minerals present, that is, they can be dispersed in water and have a high cation exchange capacity (CTC), allowing very fast intercalation reactions and practically exchanges. 100%
  • CTC cation exchange capacity
  • the ability to The cation exchange of montmorillonite ranges from 80-150meq / 100g, being much higher than that of other clay minerals (CTC less than 40meq / 100g).
  • the coating polymers should be high surface energy materials such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, starch and polyester, polystyrene, polyethylene ionomers, generally sulphonated, phosphate or with amino groups.
  • Such polymers should be soluble in water or in polar organic solvent mixtures which may include water, dimethyl formamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, alcohols, among others.
  • the concentrate obtained in step 3 is dispersed in a polymeric matrix (polar or nonpolar) both in molten state processes commonly employed for thermoplastics (extrusion, injection, etc.), as in sintering processes as is usual for the process.
  • Example 1 In order to facilitate understanding of the invention, some examples will be provided below. However, these examples are for demonstrative purposes only and the invention is not restricted to the examples herein. Example 1
  • the present example relates to the process of coating and functionalization of clay minerals using a hydrodispersible ionomer polyester obtained by the steps described below:
  • the colloidal suspension of the nanoparticles was atomized by spray drying using the Buchi B-190 equipment with an atomizing head that forms a micro-droplet mist containing the coated nanoparticles.
  • the preparation conditions were: flow meter for spray gas volume at 4001 / h, air flow temperature at 128 ° C, system equilibrium temperature 100 ° C. During the process, water was removed by evaporation. The process is fast enough, minimizing the reagglomeration of nanoparticles, obtaining powders (coated / functionalized nanoparticles), which can be easily used to obtain nanocomposites in different types of matrices.
  • Figure 1 a and b show, respectively, the x-ray diffractograms and TGA (thermogravimetric analysis) curves of untreated clay (MMTNa +) and ionomer-coated (PS20) coated / functionalized clay.
  • Figures 2 and 3 show a micrograph obtained by Scanning Electron Microscopy and x-ray microanalysis by FEG (Field Emission Cannon) of the concentrated MMTNa + / PS20 nanoparticle powder. It is possible to notice that the particles are in their constitution both silicon and carbon, not being found domains only composed by clay or organic material. This fact highlights the effectiveness of the process.
  • Arpilomineral coating and functionalization process using PVOH relates to the process of coating and functionalization of clay minerals using a polyvinyl alcohol matrix.
  • Figure 4 a and b show, respectively, the x-ray diffractograms and TGA (thermogravimetric analysis) curves of untreated clay and PVOH-coated / functionalized clay.
  • the present example refers to the preparation of polymer / clay nanocomposites in an apolar polypropylene matrix (PP homopolymer H501 HC from Braskem) obtained by the steps described below:
  • Nanocomposite characterization The prepared nanocomposite was characterized by the following techniques:
  • Example 4 Preparation of polar matrix nanocomposites using the coated / functionalized clay prepared in example 1.
  • the present example relates to the preparation of polymer / clay nanocomposites in a polar matrix (PET-CLEARTUF® MAX from Mossi & Ghisolfi - M&G).
  • PET-CLEARTUF® MAX from Mossi & Ghisolfi - M&G.
  • the nanocomposite was characterized by X-ray diffraction ( Figure 7) and transmission electron microscopy (TEM) techniques ( Figure 8). In X-ray diffraction it is possible to notice the disappearance or displacement of the peak from curve 1 to curve 2, showing the separation of the lamellae from the clay. Transmission electron microscopy demonstrates the separation of the coverslips.
  • the present example relates to the preparation of polymer / clay nanocomposites in a polar matrix (EVOH).
  • EVOH polar matrix
  • the same methodology as in Example 4 was followed by replacing the PET matrix with EVOH and the processing temperature to 230 ° C.
  • the nanocomposite was characterized by transmission electron microscopy (TEM) ( Figure 9).

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Abstract

Processo de preparação, recobrimento e funcionalização de argilominerais e seu uso para a produção de nanocompositos poliméricos e produtos resultantes. Processo para a preparação de argilominerais revestidos e de seus respectivos compόsitos com polímeros polares e apolares. O invento esta baseado na secagem em condições apropriadas de uma suspensão coloidal da argila na presenca de um ou mais polímeros polares e solύveis no solvente empregado. O processo de secagem consiste na atomização para gerar uma nuvem de gotículas do material composto das nanoparticulas e dos polímeros de revestimento e remoção do solvente por evaporação. O material assim obtido, composto de nanoparticulas revestidas, pode ser facilmente disperso em matrizes polares e também apolares como polietileno e outras.

Description

Relatório Descritivo de Patente de invenção de "PROCESSO DE PREPARAÇÃO, RECOBRIMENTO E MODIFICAÇÃO DE ARGILOMINERAIS COM MATRIZES POLIMÉRICAS, CONCENTRADO EM PÓ OBTIDO E NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS OBTIDOS A PARTIR DOS DITOS CONCENTRADOS".
Matéria motivo da patente
A presente patente se refere a um processo de preparação, recobrimento e funcionalização de argilominerais como montmorilonita, hectonita, saponita, bentonita, com matrizes poiiméricas hidrofílicas não iónicas e iónicas e a utilização dessa argila funcionalizada na obtenção de nanocompósitos poliméricos, inclusive polímeros apoiares. No processo de preparação, recobrimento e funcionalização, a argila é dispersa em água de modo que ocorra a sua completa esfoliação, ou seja, a separação das camadas individuais da argila. Em uma segunda etapa, é adicionado um polímero, de preferência solúvel em água, que possa interagir com a argila. Em geral, são preferíveis polímeros ou mesmo moléculas catiônicas, aniônicas ou mesmo anfóteras capazes de reagir via troca iônica com o silicato. As reações mais típicas ocorrem com cátions de alquilamônia e alquilfosfatos primários, secundários, terciários ou quaternários. Em uma terceira etapa, as camadas individuais de argila são isoladas por meio de secagem rápida formando uma estrutura do tipo núcleo/casca (recobrimento), onde as lamelas do argilomineral constituem o núcleo e a casca é formada pelos polímeros. Os polímeros hidrofílicos empregados na preparação, recobrimento e funcionalização da argila podem ser ionômeros, polímeros hidrofílicos preferencialmente contendo grupos hidroxila como o poli(álcool vinílico), copolímeros de etileno vinil álcool ou apresentar em sua estrutura química grupos com pares de elétrons que possam formar pontes de hidrogénio como o polióxido de etileno (PEO), o polióxido de propileno (PEG) e a polivinil pirolidona. Esse polímero deve ser solúvel no solvente empregado, em geral água e apresentar temperatura de transição vítrea superior à temperatura de trabalho no "spray dryer" após secagem, ou seja, superior a aproximadamente 60°C, com o objetivo de evitar aglomeração do material seco. Outra característica importante do polímero hidrofílico é a capacidade de interagir com polímeros apoiares como polietileno, polipropileno e outros, de modo que a dispersão das nanopartículas nesses materiais se dê com facilidade. Numa etapa subsequente, a suspensão coloidal formada por nanopartículas revestidas é atomizada por meio de um bico atomizador, na forma de uma suspensão de gotículas no ar e o solvente é removido por evaporação, para então gerar um pó do material sólido, podendo ser empregado, por exemplo, o processo conhecido como "spray dryer". O processo descrito no presente invento, é muito mais eficaz que outros processos como a dispersão direta de nanopartículas no estado sólido, pois é possível obter dispersões extremamente homogéneas evitando a formação de aglomerados, e quando utilizando partículas com dimensões menores que 500 nm (0,5 μιη), é possível obter nanocompósitos totalmente transparentes. O concentrado obtido pode ser facilmente disperso em outras matrizes poliméricas, dependendo de sua compatibilidade com a mesma. Outra característica importante é a possibilidade de controlar a espessura da camada de polímero de revestimento através da concentração do polímero hidrossolúvel na solução.
Estado da arte
O termo nanocompósito é utilizado para descrever materiais que apresentam duas fases (ou mais), nos quais a fase dispersa apresenta pelo menos uma das suas dimensões em escala nanométrica (10"9m). Nos nanocompósitos polímero-argila a fase dispersa (argila) está presente sob a forma de camadas (lamelas) de aproximadamente 1nm de espessura e 20- 500nm de comprimento, possuindo, portanto um elevado fator de forma. Como resultado de sua pequena dimensão, as argilas apresentam uma grande área superficial, aproximadamente 700 m2/g.
As excelentes propriedades dos materiais compósitos orgânico/inorgânico, decorrentes do sinergismo entre as propriedades dos componentes do sistema, fizeram com que estes materiais ganhassem um aumento significativo em importância nos dia de hoje. Durante os últimos anos, a área de nanocompósitos poliméricos tem atraído muita atenção da indústria e do meio académico, porque estes materiais normalmente apresentam uma grande melhoria nas propriedades em comparação ao polímero puro e aos compósitos convencionais. Como exemplo destas melhorias pode-se destacar: maior módulo elástico, maior resistência mecânica e térmica, redução na permeabilidade a gases e aromas, na inflamabilidade e na melhoria da processabilidade em fluxo cisalhante ou em deformação elongacional, como ocorre na extrusão de filmes tubulares (Alexandre, M.; Dubois, P. Polymer- layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materiais. Materials Science and Engineering, v. 28, p. 1-63, 2000). O grande interesse cientifico nestes materiais tem se concentrado em trabalhos que buscam o desenvolvimento de novos materiais nanocompósitos, bem como na sua caracterização estrutural, e no entendimento da correlação entre a estrutura dos materiais com suas excelentes propriedades.
Preparação dos nanocompósitos polímero-arpila
A preparação de nanocompósitos polímero-argila pode ser realizada por diferentes formas, entre elas: polimerização in situ, intercalação em solução e intercalação no estado fundido.
a) a polimerização in situ foi o primeiro método utilizado na preparação de nanocompósitos polímero-argila e atualmente é o processo convencional de preparação de nanocompósitos com matriz termofixa. Nesse método, a argila é dispersa e expandida no monômero. Com a adição do agente de cura a reação de polimerização tem início. A força motriz para a intercalação, nesse caso, está relacionada com a polaridade do monômero, tratamento superficial da argila e com a temperatura. A expansão da argila ocorre devido à atração de moléculas polares do monômero pela superfície das camadas da argila, até que as cadeias do agente de acoplagem estejam orientadas perpendicularmente a elas. Com o início da polimerização a polaridade das moléculas intercaladas diminui, deslocando o equilíbrio termodinâmico e ocasionando a difusão de outras moléculas de monômero para as galerias, sendo possível assim separar (e, eventualmente, esfoliar) as camadas do argilomineral.
b) a intercalação em solução se mostra uma técnica viável na obtenção de nanocompósitos com polímeros com baixa ou nenhuma polaridade, mas paralelamente apresenta a desvantagem de utilizar quantidades elevadas de solvente. Pode ser também utilizado na preparação de nanocompósitos cuja matriz polimérica é solúvel em água (poli(álcool vinílico), poli(óxido de etileno)), nesse caso utilizando-se uma argila sem tratamento (argila sódica). Por este método, inicialmente a argila é dispersa e expandida no solvente, com posterior adição de uma solução do polímero (no mesmo solvente ou em solventes miscíveis) permitindo a intercalação do polímero entre as camadas da argila. O solvente é então retirado por evaporação. A força motriz, nesse caso, deve-se ao aumento de entropia devido a desorção de moléculas do solvente, compensando a diminuição de entropia conformacional devido à intercalação do polímero.
c) na intercalação no estado fundido o polímero é processado no estado fundido juntamente com a argila de forma a permitir a intercalação das cadeias do polímero entre as camadas da mesma. Devido à elevada queda de entropia conformacional das cadeias poliméricas intercaladas entre as camadas da argila, a força motriz desse processo é a contribuição entálpica das interações polímero/argila durante o processamento. Nesse caso, as tensões cisalhantes originadas durante o processamento possibilitam a destruição dos aglomerados de argila e com isso o acesso das cadeias do polímero às partículas primárias da argila, auxiliando o processo de intercalação, permitindo sua ocorrência em sistemas com cinética de intercalação lenta ou em sistemas onde a argila é de difícil dispersão. O processo de intercalação no estado fundido apresenta um grande potencial para aplicação industrial, pois nesse caso, são utilizados equipamentos convencionais de processamento (extrusoras, reômetros de torque, injetoras...) na produção dos nanocompósitos. Nesse sentido, esta técnica de preparação de nanocompósitos, desde que possível, vem substituindo as anteriores. Estrutura dos nanocompósitos polímero-arpila
Dependendo da natureza dos componentes utilizados (argila, modificador orgânico da argila, matriz polimérica e compatibilizantes) e do método de preparação, três diferentes tipos de (nano)compósitos podem ser obtidos.
Se o polímero não for capaz de intercalar entre as camadas de argila, a estrutura será semelhante à de um compósito convencional e a argila terá o comportamento de uma carga inorgânica convencional, proporcionando pouca ou nenhuma melhora nas propriedades do material.
A segunda estrutura possível é formada quando poucas cadeias poliméricas intercalam entre as camadas da argila aumentando a separação intercamadas das mesmas, no entanto, sem destruir o empilhamento natural da argila. Esse sistema é conhecido como nanocompósito intercalado.
A terceira estrutura é formada quando a quantidade de cadeias intercaladas entre as camadas da argila é suficiente para aumentar a distância intercamadas da mesma, anulando o efeito das forças atrativas entre as camadas. O sistema não apresenta mais nenhum ordenamento e é então chamado de nanocompósito delaminado ou esfoliado. Esse tipo de estrutura é o mais desejável e objetivo a ser alcançado na preparação dos nanocompósitos polímero-argila, pois promove melhoria nas propriedades mecânicas, térmicas e de barreira do material.
Problemática e Desafios
Uma das vantagens dos nanocompósitos, como descrito anteriormente, é proveniente do fato das nanopartículas apresentarem uma elevada área superficial. Contudo, como em geral as nanopartículas de materiais inorgânicos apresentam energia de superfície muito elevada, existe uma grande tendência de aglomeração das mesmas. Isso ocorre por razões termodinâmicas no sentido de diminuir a energia do sistema. Portanto, para estabilizar nanopartículas em suspensão é necessário carregá-las eletricamente de modo que a repulsão entre as mesmas as mantenham isoladas ou revesti-las com um material capaz de formar forte ligação com a superfície da nanopartícula. Quando em suspensão aquosa, certos tipos de nanopartículas formam sistemas muito estáveis, como por exemplo, as argilas ou silicatos lamelares. Quando a água é eliminada ocorre a reaglomeração das nanopartículas com perda da vantagem devido às dimensões nanométricas. Muitas vezes é possível dispersar os aglomerados de nanopartículas em um polímero por forças de cisalhamento, contudo se a matriz polimérica for apolar, ou seja, de baixa energia de superfície, a dispersão se torna muito difícil. Isso ocorre devido à elevada energia de superfície das nanopartículas, o que acarretaria um aumento da energia do sistema se as nanopartículas fossem dispersas em um meio de baixa energia superficial.
Alguns processos empregando técnicas de atomização e eventual evaporação têm sido descritos. Em US 4,278,576 (Goldman, T. D., 1981) partículas de copolímero estireno-butadieno-acrilonitrila (ABS) foram obtidas na presença de nanopartículas de carbonato de cálcio revestidas com estearato. O nanocompósito foi isolado por meio de várias técnicas entre elas "spray dryer". Essas partículas de ABS foram utilizadas no referido invento como modificadores de matrizes termoplástica para aumento da resistência ao impacto. A técnica de "spray dryer" no referido invento foi utilizada apenas para remover a água da emulsão polimérica. Em US 7,259,203 (Chou, C-S., 2004) é descrita a produção de uma suspensão aquosa de um nanocompósito. A emulsão polimérica obtida na presença de argilas provoca a intercalação ou esfoliação das lamelas de silicato durante a polimerização. O material obtido é isolado e utilizado como aditivo para plásticos. Esse processo na verdade se baseia na intercalação por meio da polimerização e faz o uso de técnicas como "spray dryer" ou coagulação para isolar o produto obtido. Em US Patent 2006/0083694 A1 e WO 2006/135384 A1 (Kodas, T.T. et. al., 2006) são descritos sistemas formados por múltiplos componentes formados por nanopartículas inorgânicas distribuídas em uma matriz orgânica. O processo é baseado na formação de gotículas via spray que são coletadas em um líquido onde são resfriadas rapidamente (0,001 segundos) para gerar uma suspensão coloidal a ser empregada, por exemplo, como tinta para impressoras de jato de tinta.
A obtenção de nanocompósitos tanto em matrizes termoplásticas como termofixas é tanto mais difícil quanto menor a energia de superfície da matriz empregada, de modo que a dispersão de nanopartículas em matrizes como poliolefinas é um desafio. O que determina em grande parte a performance de um nanocompósitos é a qualidade da dispersão e no caso das argilas do grau de intercalação e esfoliação. Novas tecnologias serão fundamentais para que os nanocompósitos se tornem uma opção mais acessível para uma grande gama de produtos que poderiam ter sua performance significativamente melhorada.
Apesar dos avanços consideráveis no desenvolvimento dos nanocompósitos a dispersão e interação entre nanopartículas e matriz polimérica continua sendo o grande desafio e o limitante tanto em termos de custo como de performance, fator que poderá ser muito melhorado com o presente invento que permite a obtenção de concentrados de nanopartículas já dispersas em uma matriz polimérica, o que por si só já é um nanocompósito e que pode ser utilizado diretamente para um fim específico ou diluído em outra matriz polimérica, incluindo as de baixa energia de superfície, dessa forma aumentando muito o potencial de uso desse tipo de material.
Obietivos e soluções
A presente invenção descreve um novo método para a produção de nanocompósitos polímero/argila obtidos a partir de um processo de preparação, recobrimento e funcionalização de argilominerais. No processo de recobrimento/funcionalização as lamelas de argila são envolvidas e isoladas em uma matriz polimérica adequada por meio da técnica de atomização e secagem por evaporação do meio líquido. Esse processo evita um grande problema que limita a produção de nanocompósitos, ou seja, a aglomeração das nanopartículas e permite a obtenção de nanocompósitos onde a dispersão das nanopartículas é excepcional. Dessa forma, é possível obter nanocompósitos a baixo custo com elevada performance. Portanto, a inovação da presente patente está no processo de encapsulamento das lamelas constituintes das nanopartículas de silicatos como montmorilonita, hectonita, saponita, bentonita entre outros, capazes de reagir via reações de troca iônica com polímeros ou substâncias iónicas e por fim isolar essas partículas, que na verdade são nanocompósitos, por meio de um processo de atomização e evaporação do solvente. O ponto fundamental do invento está baseado no controle da cinética de aglomeração das lamelas/nanopartículas, através do processo de atomização/secagem para obter nanocompósitos onde a dispersão das lamelas/nanopartículas é muito superior às obtidas pelas técnicas empregadas atualmente.
Segundo a presente invenção é fundamental que as lamelas constituintes das nanopartículas de silicatos em meio aquoso ou em solventes orgânicos polares sejam revestidas por polímeros capazes de se fixar fortemente à superfície da lamelas/nanopartículas, preferencialmente por meio de ligações iónicas e que tal sistema seja atomizado e o líquido da suspensão seja evaporado rapidamente, de modo a evitar a reaglomeração das lamelas/nanopartículas, obtendo uma dispersão homogénea das mesmas na matriz polimérica.
São, portanto, objetivos da presente patente de invenção, I) encapsular as lamelas constituintes das nanopartículas de silicatos por meio de um processo de atomização seguido de secagem da névoa, obtendo-se nanocompósitos em forma de pó com elevada concentração de lamelas/nanopartículas em uma matriz polimérica de elevada energia de superfície e II) dispersar o concentrado produzido (I) em matrizes poliméricas de qualquer natureza, inclusive de materiais de baixa energia de superfície, sendo que nesse caso outros agentes dispersantes e compatibilizantes podem ser empregados.
De acordo com o primeiro objetivo da presente invenção, uma suspensão coloidal do silicato é tratada com um polímero hidrofílico de forma a se obter uma estrutura núcleo/casca, onde o núcleo é a lamela/nanopartícula inorgânica e a casca é formada pelo polímero. Essa casca pode ter sua espessura controlada em função da concentração e das características do polímero hidrofílico empregado. Tal suspensão é atomizada por meio de uma cabeça atomizadora e submetida a uma contra-corrente de ar seco e quente de forma que ocorra a rápida evaporação do líquido, de modo que se obtenha um pó fino e homogéneo constituído de um nanocompósito com elevada concentração de nanopartículas.
De acordo com o segundo objetivo da presente invenção, o concentrado obtido no primeiro objetivo pode ser disperso em qualquer matriz polimérica (polar ou apolar) tanto em processos no estado fundido comumente empregados para os termoplásticos (extrusão, injeção, etc), como em processos de sinterização como é usual para o politetrafluoretilento e também em monômeros ou pré-polímeros no estado líquido para obter materiais termoplásticos bem como termofixos, ou ainda em elastômeros.
O primeiro objetivo da presente invenção será atingido através do emprego de uma nova técnica de preparação/recobrimento/funcionalização do argilomineral visando-se à obtenção de nanocompósitos poliméricos com alto grau de esfoliação.
Vantagens
As vantagens da presente invenção sobre as técnicas anteriores são: a. Permitir a obtenção de concentrados de lamelas/nanopartículas encapsuladas por uma matriz polimérica apropriada em forma de pó,
b. Permitir a obtenção de nanocompósitos com ótima dispersão e distribuição das lamelas/nanopartículas, inibindo a ocorrência de aglomerados, c. Permitir a obtenção de nanocompósitos com qualidade ótica excepcional, podendo, dependendo da matriz usada, ser totalmente transparente à luz visível,
d. Permitir a obtenção de nanocompósitos com propriedades superiores em comparação com compósitos convencionais ou polímeros não modificados, tais como: propriedades mecânicas, térmicas, transporte de gases e aromas, barreira, inflamabilidade, entre outras, e. Permitir a obtenção de nanocompósitos tanto em matrizes polares, com os quais existem mais estudos e com maior sucesso, como também em matrizes de baixa energia de superfície como as poliolefinas,
f. Permitir a obtenção de um nanocompósitos com elevada concentração de fase inorgânica dispersa que pode ser empregado de forma muito versátil na obtenção de outros nanocompósitos com menores teores de fase inorgânica.
A presente invenção dará um impulso tecnológico considerável na tecnologia de nanocompósitos, pois permitirá ao mesmo tempo reduzir o custo desses materiais, aumentar a flexibilidade do processo de sua produção e de forma especial a performance desses materiais.
Resumidamente, a técnica de "spray dryer" consiste em produzir uma nuvem de pequenas gotículas da suspensão que contém a substância a ser isolada e passar essa névoa em uma contra-corrente de ar ou outro gás seco para evaporar o líquido e assim gerar um pó extremamente fino e homogéneo.
A presente invenção será descrita a seguir com detalhes, sendo que inicialmente serão descritas as figuras que contêm esquemas e gráficos que caracterizam os exemplos de dispositivos relacionados.
Figuras
A Figura 1 a e b apresenta, respectivamente, os difratogramas de raios- x e as curvas de TGA (análise termogravimétrica) da argila sem tratamento (MMTNa+) e da argila recoberta/funcionalizada com o poliéster ionômero (PS20).
As Figuras 2 e 3 mostram uma micrografia obtida por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e a microanálise de raios-x feita através de FEG (Canhão de Emissão de Campo) do pó concentrado de nanopartículas de MMTNa+/PS20 (1/1).
A Figura 4 a e b apresenta, respectivamente, os difratogramas de raios- x e as curvas de TGA (análise termogravimétrica) da argila sem tratamento (MMTNa+) e da argila recoberta/funcionalizada com PVOH. As Figuras 5 e 6 apresentam, respectivamente, os difratogramas de raios-X e as microscopias eletrônicas de transmissão (MET) do nanocompósito de PP preparado no Exemplo 3.
As Figuras 7 e 8 apresentam, respectivamente, os difratogramas de raios-X e as microscopias eletrônicas de Transmissão (MET) do nanocompósito de PET preparado no Exemplo 4.
A Figura 9 apresenta uma micrografia eletrônica de transmissão (MET) do nanocompósito de EVOH preparado no Exemplo 5.
Descrição da invenção
A presente invenção pode ser dividida em quatro etapas:
1. Produção da suspensão de silicato lamelar (p. ex. MMT),
2. Recobrimento da lamela/nanopartícula com uma monocamada ou múltiplas monocamadas de um composto orgânico, em geral polimérico, de forma que impeça o processo de reaglomeração das lamelas/nanopartículas, 3. Isolamento das lamelas/nanopartículas por meio da secagem por atomização e vaporização do solvente, processo conhecido industrialmente pelo termo em inglês "spray-dryer",
4. Preparação de nanocompósitos pela dispersão do material obtido na etapa 3 em uma matriz polimérica.
A seguir, as distintas etapas são descritas detalhadamente para permitir a compreensão da presente invenção.
A suspensão coloidal de silicato pode ser de qualquer argila capaz de esfoliar em meio aquoso ou em solventes orgânicos polares ou misturas de água e solventes orgânicos polares. Tais dispersões coloidais apresentam nanopartículas com dimensões de aproximadamente 1nm de espessura e 20- 500nm de comprimento. As nanopartículas obtidas devem ser recobertas para evitar a reaglomeração destas devido a elevada energia de superfície, que é típica dos silicatos em questão. Durante o isolamento da nanopartícula, cujo processo consiste na remoção do meio líquido, em geral a água, ocorre um aumento da energia do sistema, que é a força motriz da reaglomeração. Dois fatores podem contribuir para evitar a reaglomeração, i) a diminuição da energia do sistema devido a interação da superfície da nanopartícula e o polímero de revestimento (preferencialmente por via de ligações químicas fortes, p. ex. covalentes), ii) fatores cinéticos - o revestimento retarda o processo de reaglomeração, que em geral é lento, fazendo com que as nanopartículas se mantenham isoladas. A dependência com os fatores cinéticos é fundamental, já que mesmo na solução coloidal a suspensão das nanopartículas não constitua um sistema estável do ponto de vista termodinâmico. Para se obter o recobrimento/funcionalização do argilomineral, o polímero utilizado deve apresentar grupos com capacidade de interagir com a superfície da nanopartícula e preferencialmente formar ligações químicas do tipo troca iônica com a argila esfoliada. Um excesso de polímero permite que durante o isolamento da nanopartícula a mesma seja revestida por uma camada relativamente espessa de polímero que pode ajudar a dispersão dessas na matriz desejada, na etapa subsequente. O processo consiste em adicionar o polímero de recobrimento e propiciar as condições para que o revestimento se fixe na superfície das nanopartículas.
Na terceira etapa do processo, a suspensão coloidal das nanopartículas é atomizada por meio de uma cabeça atomizadora para formar uma névoa de microgotas contendo as nanopartículas revestidas. A água é removida por evaporação para gerar micropartículas do nanocompósito (ou do argilomineral recoberto/funcionalizado), com elevada concentração de nanopartículas. Esse processo permite a obtenção de pós (concentrados em nanopartículas), que podem ser utilizados com facilidade na obtenção de nanocompósitos. O processo é suficientemente rápido para minimizar a reaglomeração das nanopartículas e daí a importância na escolha do polímero de revestimento.
Como nanopartículas as mais adequadas são as montmorilonitas, devido a algumas características intrínsecas que esses argilominerais apresentam, ou seja, podem ser dispersas em água e apresentam uma elevada capacidade de troca de cátions (CTC), permitindo reações de intercalação muito rápidas e trocas de praticamente 100%. A capacidade de troca de cátions das montmorilonitas varia entre 80-150meq/100g, sendo muito superior à dos demais argilominerais (CTC menores que 40meq/100g).
Os polímeros de revestimento devem ser materiais com elevada energia de superfície como o álcool polivinílico, polivinil pirrolidona, amido e ionômeros de poliéster, poliestireno, de polietileno, em geral sulfonados, fosfatados ou com grupos amino. Esses polímeros devem ser solúveis em água ou em misturas de solventes orgânicos polares que possam incluir água, dimetil formamida, dimetil sulfóxido, tetrahidrofurano, álcoois, entre outros.
Na quarta etapa, o concentrado obtido na etapa 3 é disperso em uma matriz polimérica (polar ou apolar) tanto em processos no estado fundido comumente empregados para os termoplásticos (extrusão, injeção, etc), como em processos de sinterização como é usual para o politetrafluoretilento e também em monômeros ou pré-polímeros no estado líquido para obter materiais termoplásticos bem como termofixos, ou ainda em elastômeros.
Com o objetivo de facilitar a compreensão do invento, alguns exemplos serão fornecidos a seguir. Entretanto, esses exemplos têm apenas caráter demonstrativo não ficando o invento restrito aos exemplos aqui apresentados. Exemplo 1
Processo de reçobrimento e funcionalização de argilominerais utilizando- se um poliéster ionômero.
O presente exemplo refere-se ao processo de reçobrimento e funcionalização de argilominerais, utilizando-se um poliéster ionômero hidrodispersível, obtido através das etapas descritas a seguir:
a) Obtenção de nanopartículas de argila através do processo de suspensão coloidal em solução aquosa. Nesse processo, preparou-se uma mistura de argila sódica (Cloisite® Na+ da Southern Clay Products) e água destilada, pela dispersão de 30g de argila em 300mL de água destilada. A solução resultante foi deixada sob agitação por 24 horas à temperatura ambiente.
b) Reçobrimento e funcionalização das nanopartículas. As nanopartículas de argila foram recobertas e funcionalizadas pela adição de um poliéster ionômero hidrodispersível (Geral PS20 da Kemira Chemical), que apresenta aproximadamente 13% em mol dos anéis aromáticos sulfonados e neutralizados com íon sódio na sua estrutura molecular. Foi feita uma mistura ionômero/água destilada com a mesma concentração da solução descrita no item a (relação argila/Gerol PS20 1 :1 em massa). A solução resultante foi deixada sob agitação por 24 horas à temperatura ambiente. Após esse período a solução b foi adicionada à solução a e deixada sob agitação por 48 horas, c) Obtenção da argila recoberta/funcionalizada. A suspensão coloidal das nanopartículas foi atomizada através da técnica spray drying, por meio do equipamento Buchi B-190 com uma cabeça atomizadora que forma uma névoa de microgotas contendo as nanopartículas revestidas. As condições de preparação foram: medidor de fluxo para o volume de gás no processo de spray em 4001/h, temperatura do fluxo de ar em 128°C, temperatura de equilíbrio do sistema 100°C. Durante o processo, a água foi removida por evaporação. O processo é suficientemente rápido, minimizando a reaglomeração das nanopartículas, obtendo pós (nanopartículas recobertas/f uncionalizadas), que podem ser utilizados com facilidade na obtenção de nanocompósitos em diferentes tipos de matrizes.
A Figura 1 a e b apresenta, respectivamente, os difratogramas de raios- x e as curvas de TGA (análise termogravimétrica) da argila sem tratamento (MMTNa+) e da argila recoberta/funcionalizada com o poliéster ionômero (PS20). As Figuras 2 e 3 mostram uma micrografia obtida por Microscopia Eletrônica de Varredura e a microanálise de raios-x feita através de FEG (Canhão de Emissão de Campo) do pó concentrado de nanopartículas de MMTNa+/PS20. É possível notar que as partículas são apresentam em sua constituição tanto silício como carbono, não sendo encontrados domínios somente compostos por argila ou por material orgânico. Esse fato evidencia a eficácia do processo.
Exemplo 2
Processo de recobrimento e funcionalização de arpilominerais utilizando- se PVOH. O presente exemplo refere-se ao processo de recobrimento e funcionalização de argilominerais utilizando-se uma matriz de poli (álcool vinílico). Nesse processo, seguiu-se a mesma metodologia descrita no exemplo 1 substituindo- se o poliéster ionômero por poli (álcool vinílico). A Figura 4 a e b apresenta, respectivamente, os difratogramas de raios-x e as curvas de TGA (análise termogravimétrica) da argila sem tratamento e da argila recoberta/funcionalizada com o PVOH.
Exemplo 3
Preparação de nanocompósitos de matrizes apoiares (poliolefinas) a partir da argila recoberta/funcionalizada preparada no exemplo 1.
O presente exemplo refere-se à preparação de nanocompósitos polímero/argila em uma matriz apolar de polipropileno (PP homopolímero H501 HC da Braskem), obtido através das etapas descritas a seguir:
a) Incorporação das misturas argila/polímero hidrossolúvel na forma de pó em matrizes apoiares. A argila recoberta/funcionalizada obtida no exemplo 1 previamente seca (a vácuo) para eliminar qualquer resíduo de água é incorporada ao PP através de processamento no estado fundido, usando equipamentos convencionais de processamento como reômetro de torque Haake Rheomix à uma temperatura de 190°C, 10min com os rotores operando a 100rpm. Foi preparada uma mistura na concentração de 3% em massa de argila.
b) Caracterização do nanocomposito: o nanocomposito preparado foi caracterizado através das seguintes técnicas:
- Difração de Raios-X (DRX): A técnica foi utilizada para determinar a separação entre as camadas da argila (espaçamento basal) após a incorporação do polímero, visando identificar o tipo de (nano)compósito formado (Figura 5);
- Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET): com o objetivo de verificar a dispersão das nanopartículas na matriz polimérica e o tipo de nanocomposito formado (Figura 6).
Exemplo 4 Preparação de nanocompósitos de matrizes polares utilizando-se a argila recoberta/funcionalizada preparada no exemplo 1.
O presente exemplo refere-se à preparação de nanocompósitos polímero/argila em uma matriz polar (PET- CLEARTUF® MAX da Mossi & Ghisolfi - M&G). Nesse exemplo, seguiu-se a mesma metodologia descrita no exemplo 3 substituindo-se a matriz apolar por uma matriz polar e a temperatura de processamento para 240°C. O nanocompósito foi caracterizado através das técnicas de difração de raios-X (Figura 7) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) (Figura 8). Na difração de raios-X é possível notar o desaparecimento ou deslocamento do pico na curva 1 para a curva 2, evidenciando a separação das lamelas da argila. A microscopia eletrônica de transmissão demonstra a separação das lamelas.
Exemplo 5
Preparação de nanocompósitos de matrizes polares utilizando-se a argila recoberta/funcionalizada preparada no exemplo 1.
O presente exemplo refere-se à preparação de nanocompósitos polímero/argila em uma matriz polar (EVOH). Nesse exemplo, seguiu-se a mesma metodologia descrita no exemplo 4 substituindo-se a matriz de PET por EVOH e a temperatura de processamento para 230°C. O nanocompósito foi caracterizado através de microscopia eletrônica de transmissão (MET) (Figura 9).

Claims

Reivindicações
1. Processo de preparação, recobrimento e funcionalização de argilominerais a partir de uma suspensão coloidal utilizando-se uma matriz polimérica hidrofílica, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) Produção da nanopartículas pelo processo de suspensão coloidal com boa dispersão,
b) Recobrimento/funcionalização das nanopartículas com polímeros hidrofílicos,
c) Isolamento das nanopartículas por meio da atomização da sua suspensão e secagem rápida com contra-corrente de ar quente.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das nanopartículas serem lamelas de silicato.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das lamelas/nanopartículas serem utilizadas a partir de uma suspensão aquosa.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato da etapa b ser conduzida de modo que o recobrimento forme uma casca sobre a lamela/nanopartícula.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato dos polímeros hidrofílicos pertencerem à classe dos polímeros hidroxilados solúveis em água ou em misturas de solventes orgânicos polares, como o poli(álcool vinílico), amido, os copolímeros de álcool vinílico e etileno.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato dos polímeros hidrofílicos pertencerem à classe dos polímeros que contém grupos com pares de elétrons capazes de estabelecer ligação hidrogénio com compostos como água, e outros, como por exemplo, a polivil pirrolidona, ácido poliacrílico, poliaminas e outros.
7. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato dos polímeros hidrofílicos pertencerem à classe dos ionômeros solúveis ou dispersíveis em água, como por exemplo, o poliestireno sulfonado, polietileno sulfonado, poli(etileno) tereftalato sulfonado, poliésteres sulfonados.
8. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato da etapa c de isolamento da nanopartícula revestida ser realizado por meio da atomização seguida de evaporação do líquido em equipamentos como "spray dryers" baseados no processo de atomização da suspensão coloidal de nanopartículas e secagem com contra-corrente de ar quente.
9. Concentrado de lamelas/nanopartículas encapsuladas por uma matriz polimérica apropriada, em forma de pó, obtido de acordo com as reivindicações de 1 a 8 caracterizados por compreender entre 1 e 75% em massa de argila e o restante do polímero ou mistura de polímero hidrofílico.
10. Processo para a preparação de nanocompósitos polímero/argila, no qual o recobrimento/funcionalização do argilomineral é feito pelo processo de suspensão coloidal, caracterizado pelo fato do nanocomposito da reivindicação 9 ser disperso em uma matriz termoplástica por processamento no estado fundido como extrusão.
11. Nanocomposito, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato da matriz polimérica ser um polímero termoplástico como polietileno, polipropileno, poliésteres, poliamidas, poliacetais, e outras.
12. Processo para a preparação de nanocomposito poliméricos, dispersos em uma matriz termofixa, caracterizado pelo fato do nanocomposito da reivindicação 9 ser disperso nos precursores da matriz.
13. Nanocomposito, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato dos precursores da matriz serem monômeros como estireno, acrilatos, e outros.
14. Nanocomposito, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato dos precursores da matriz serem monômeros oligoméricos como epóxi, poliésteres, uretanas, polidimetil siloxanos, e outros.
15. Processo de preparação de nanocompósitos polímero/argila, de acordo com as reivindicações 1 a 14 caracterizado pelo fato de ser adicionado durante a etapa b da reivindicação 1 compostos orgânicos catiônicos de baixa massa molar.
16. Processo de preparação de nanocomppósitos polímero/argila, de acordo com a reivindicação 15 caracterizado pelo fato dos sais orgânicos quaternários pertencerem aos sais de amónio quaternários.
17. Processo de preparação de nanocomppósitos polímero/argila, de acordo com a reivindicação 15 e 16 caracterizado pelo fato da quantidade de sal catiônico em relação a massa final seca de material ser compreendida entre 0,25 e 50 % em massa.
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