MÉTODO DE RECUBRIMIENTO DE SUPERFICIES POLIMÉRICAS CON UN RECUBRIMIENTO QUE CONTIENE CARBONO Y PRODUCTO OBTENIDO POR DICHO MÉTODO.

Método de recubrimiento de superficies poliméricas con un recubrimiento que contiene carbono y producto obtenido por dicho método.

La presente invención se refiere a un método de recubrimiento de superficies poliméricas con un recubrimiento que contiene carbono y el producto obtenido por dicho método

, el polímero recubierto obtenido por el método de la invención es especialmente aplicable al refuerzo mecánico, como revestimiento protector y al aumento de conductividad en materiales.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231103.

Solicitante: UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO-EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GUNKO,Yuri, MONDRAGÓN EGAÑA,Iñaqui, FERNÁNDEZ D\'ARLAS BIDEGAIN,Borja, ECEIZA MENDIGUREN,Arantxa.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Tratamiento químico o revestimiento de materiales... > C08J7/06 (con composiciones que no contienen sustancias macromoleculares)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Carbono; Sus compuestos (C01B 21/00, C01B 23/00  tienen... > C01B31/02 (Preparación de carbono (por medio de sobrepresión, p. ej. para la formación de diamantes, B01J 3/06; por crecimiento de cristales C30B ); Purificación)

PDF original: ES-2442765_A1.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de recubrimiento de superficies poliméricas con un recubrimiento que contiene carbono y producto obtenido por dicho método.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método de recubrimiento de superficies poliméricas con un recubrimiento que contiene material carbono y el producto obtenido por dicho método. El polímero recubierto obtenido por el método de la invención es especialmente aplicable al refuerzo mecánico de materiales, revestimiento protector y como conductor eléctrico.

Antecedentes de la invención Existe una demanda creciente de nuevos materiales poliméricos mejorados debido a sus propiedades únicas que los hacen adecuados para un amplio rango de aplicaciones.

De entre los polímeros reforzados, los polímeros reforzados que contienen carbono son especialmente atractivos debido a su bajo peso y propiedades mecánicas y eléctricas excelentes. Por ejemplo, los polímeros reforzados cargados con grafito, debido a su conductividad eléctrica, propiedades antiestáticas y también buena conducta térmica, se han utilizado en campos como electroquímica, envasado e industria aeronáutica.

Actualmente todas las aproximaciones existentes para la fabricación de polímeros mejorados conteniendo carbono utilizan técnicas estándar de procesado como preparación en solución, fundido, moldeo, extrusión y polimerización in situ.

En la mayoría de estas técnicas los materiales compuestos poliméricos modificados con carbono se producen mezclando los materiales poliméricos originales con polvos de grafito o negro de carbono. Por ejemplo, la solicitud de patente con número de publicación US 2009/0189125 muestra un proceso por mezclado en solución para preparar un polímero reforzado eléctricamente conductor con una relación en peso de carbono al polímero superior a 0, 11. El proceso comprende las etapas de mezclar el carbono no-pre-dispersado con una emulsión que contiene el polímero en un solvente líquido para conseguir la dispersión del carbono en la matriz polimérica y posterior eliminación del solvente líquido de la dispersión. La solicitud de patente con número de publicación US 2010/0190924 se refiere a materiales poliméricos reforzados eléctricamente que se producen por polimerización in situ en presencia de cargas basadas en carbono.

En todas estas técnicas el carbono o el grafito deben ser incorporados en la solución del polímero, el polímero fundido o mezclados con el monómero inicial antes de la formación del producto final.

Son también conocidos los recubrimientos de grafito en materiales no poliméricos, como el descrito en la solicitud de patente con número de publicación US2004/0129313, donde se describe un recubrimiento de grafito para lubricar elementos de un motor. En la patente con número de publicación US6841194 se describe un proceso para aplicar un recubrimiento de grafito en el interior de una carcasa de una pila.

Las aproximaciones actualmente existentes para los recubrimientos basados en grafito o carbono incluyen: esprayado, pintado, recubrimiento por inmersión, deposición a alta temperatura y con vacío. Sin embargo, estas técnicas no son adecuadas para recubrir polímeros, por ejemplo, la deposición a alta temperatura no es adecuada debido a los bajos puntos de fusión y a la baja estabilidad térmica de los polímeros. La mayoría de las técnicas existentes tienen problemas de adhesión o requieren aditivos de unión especiales si se quieren usar para el recubrimiento de polímeros. Por ejemplo, las técnicas de esprayado y recubrimiento requieren la preparación de suspensiones estables de partículas de grafito o carbono en solventes así como la adición de agentes de unión y estabilizantes específicos. Finalmente, la mayoría de estas técnicas son exigentes energéticamente y bastante costosas, requiriendo equipamiento especial caro así como una adecuada preparación del personal.

Por tanto, de lo que es conocido en el estado de la técnica, se deriva que es de gran interés el desarrollo de un método que permita la incorporación de carbono en productos poliméricos en la superficie de los mismos, sin afectar a las partes internas de la matriz polimérica, y que resulten en polímeros reforzados con propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas mejoradas y protegiéndolos de la oxidación de manera que se incrementa la durabilidad.

Objeto de la invención Los inventores han encontrado un método de recubrimiento de superficies poliméricas con un recubrimiento de carbono, así como los productos obtenidos por dicho procedimiento y los usos dados a los mismos.

El método de la invención puede recubrir objetos poliméricos que presenten cualquier forma, el método de la invención proporciona muy buena adhesión entre la superficie polimérica y el recubrimiento, además de requerir mínimas cantidades de material carbono para poder llevar a cabo el recubrimiento.

No hay nada en la técnica que sugiera un método de recubrimiento de polímeros con carbono, que sea sencillo, que requiera mínimas cantidades de carbono, y que consiga la adhesión del recubrimiento adecuada al polímero.

Por tanto, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un método de recubrimiento de un substrato polimérico con un recubrimiento de carbono, dicho método comprende las etapas de: a) suspender un alótropo de carbono o derivado del mismo en un disolvente; b) adicionar el substrato polimérico a la suspensión obtenida en la etapa a) ; c) tratar con ultrasonidos la suspensión de la etapa b) que contiene el substrato polimérico; d) aislar, lavar y secar el producto obtenido en la etapa c) .

En el método de la invención no es necesario que la suspension del alótropo de carbono sea estable en solución. Se puede reciclar la suspension del alótropo de carbono y reutilizarla muchas veces para varios substratos poliméricos.

Con el método de la invención se obtiene un polímero recubierto con un recubrimiento de carbono. Por lo tanto, un segundo aspecto de la invención es el producto polimérico recubierto obtenido mediante el método del primer aspecto de la invención.

El método de recubrimiento de la invención mejora la conductividad eléctrica del polímero recubierto respecto al mismo polímero sin recubrir. Por tanto un tercer aspecto de la invención se refiere al uso del producto polimérico recubierto obtenido según el método de la invención como material conductivo eléctrico.

Por último con el método de recubrimiento de la invención se incrementa el módulo de Young y la resistencia de tracción a la rotura; las propiedades mecánicas reforzadas y mejoradas del polímero recubierto hacen que el producto polimérico de la invención sea adecuado para utilizarlo como refuerzo mecánico de materiales. Por tanto un cuarto aspecto de la invención se refiere a un uso del producto polimérico recubierto obtenido según el método de la invención para el refuerzo mecánico de materiales.

Breve descripción de las figuras La FIG. 1A y la FIG. 1B muestran micrografías de microscopía de barrido electrónico de películas de poliuretano recubiertas con grafito obtenidas en el ejemplo 1.

La FIG. 2A y la FIG. 2B muestran micrografías de microscopía de barrido electrónico de películas de poli (vinil butiral) recubiertas con grafito obtenidas en el ejemplo 2.

La FIG. 3A y la FIG. 3B muestran micrografías de microscopía de barrido electrónico de fibras de poli (p-fenilen tereftalamida) , fibras Kevlar, recubiertas con grafito obtenidas en el ejemplo 3.

La FIG.4 muestra un espuma de poliuretano sin recubrir (0 mg/ml) y espumas de poliuretano recubiertas con suspensiones de grafito de diferente.

Descripción... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de recubrimiento de un substrato polimérico con un recubrimiento de carbono, dicho método comprende las etapas de:

a) suspender un alótropo de carbono o derivado del mismo en un disolvente; b) adicionar el substrato polimérico a la suspensión obtenida en la etapa a) ; c) tratar con ultrasonidos la suspensión de la etapa b) que contiene el substrato polimérico; d) aislar, lavar y secar el producto obtenido en la etapa c) .

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el substrato polimérico se selecciona entre poliuretano, poli (vinil butiral) y poli (p-fenilen tereftalamida) .

3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2 caracterizado porque el alótropo del carbono o el derivado del mismo se selecciona entre grafito, grafeno, negro de carbono, óxido de grafeno o mezclas de ellos.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3 caracterizado porque el alótropo de carbono es grafito.

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque el disolvente es ciclohexano.

6. Producto polimérico recubierto obtenido mediante el método de las reivindicaciones 1-5.

7. Uso del producto polimérico recubierto según reivindicación 6 como material conductivo eléctrico.

8. Uso del producto polimérico recubierto según reivindicación 6 para el refuerzo mecánico de materiales.