MATERIAL COMPOSITE.

La presente invención describe un material composite formado por un polímero plástico y nanopartículas de biomasa que actúan como refuerzo.

Estas nanopartículas de biomasa están aleadas con dicho polímero plástico, lo que permite un porcentaje en peso de dichas nanopartículas de biomasa superior a los alcanzados en la técnica.

La invención también comprende el procedimiento de obtención de dicho composite por un proceso de criomolienda sólida, que evita el estado fundido del polímero y con ello los problemas de aglomeración de las partículas durante la mezcla. El conformado posterior del material se realiza mediante los procesos convencionales de transformación de plásticos.

Material composite.

Sector técnico La presente invención refiere a un material composite de matriz polimérica con un alto porcentaje de nanopartículas de biomasa. El resultado es un material termoplástico fuertemente reforzado con aplicación en la construcción, en la industria de automoción generalmente para piezas de interiores y en la fabricación de muebles.

Estado de la técnica anterior Un material compuesto es aquel que combina dos o más materiales para conformar un nuevo producto en el que se pueden distinguir dichos materiales originales. En general, se denomina matriz al material base y mayoritario que se desea transformar con la adición de cargas o refuerzos, que son minoritarios, que modifican y mejoran sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, de desgaste, etc.

Un tipo de materiales compuestos o composites son los de matriz polimérica, ya sea termoplástica o termoestable, a la que se le añaden refuerzos de diferente tipo que pueden ser continuos (tejidos o no tejidos) o discontinuos, de tamaños y morfologías variables. Los refuerzos normalmente son menos maleables y proporcionan al composite mayor resistencia en comparación con la matriz. La matriz actúa como transferidora de cargas a través de las diferentes fibras y capas del material reforzado. Los más establecidos en la industria desde hace mucho tiempo son los materiales compuestos de fibra de vidrio y fibra de carbono. Más recientemente se han incorporado también las fibras poliméricas sintéticas como aramidas (kevlar) , fibras de poliéster, etc. Los procesos de fabricación de estos materiales se clasifican en base al tipo de polímero empleado. Para los composites termoestables, cuyos monómeros normalmente se encuentran en estado líquido antes de polimerizar y endurecer, se emplean técnicas de molde abierto en los que las fibras tejidas o discontinuas se impregnan de la resina bien por spray o manualmente con rodillo, o técnicas de molde cerrado como son la transfusión de resina (RTM, Resin Transfer Molding) o técnicas de infusión mediante bolsa de vacío. En el caso de los composites termoplásticos, se debe realizar, en primer lugar, la mezcla del polímero con el refuerzo mediante métodos que impliquen una buena dispersión y homogenización, siendo el más empleado la extrusión de doble husillo. La mezcla compuesta del polímero con refuerzos es moldeada a continuación por métodos conocidos en la técnica para los termoplásticos, como inyección, blow-molding, extrusión, etc.

Recientemente se han incorporado al mercado composites que emplean refuerzos procedentes de biomasa. El principal interés de estos materiales es que, proporcionando similares propiedades que los composites tradicionales, son más baratos y medioambientalmente más respetuosos. Las fibras naturales como cáñamo, lino, algodón, sisal, bambú, madera o yute se están convirtiendo en una alternativa a las fibras convencionales de vidrio, carbono o aramidas en el uso como refuerzo de materiales termoplásticos. El rápido crecimiento del mercado de este tipo de compuestos se justifica por las ventajas que aportan; por ejemplo, un coste menor de las partículas de carga que otras más tradicionales como la fibra de vidrio, menor densidad y reducción significativa del peso, buenas propiedades de insonorización y aislamiento térmico y aspectos medioambientales ya que los materiales naturales empleados representan una fuente renovable y son biodegradables.

La naturaleza de las matrices poliméricas más empleadas para obtención de materiales compuestos con fibras naturales son los termoplásticos como el polietileno (PE) , polipropileno (PP) , policloruro de vinilo (PVC) , etc, conformados fundamentalmente por moldeo por compresión y, minoritariamente, moldeo por inyección.

Los procesos de fabricación empleados para los materiales compuestos con refuerzos de origen natural son, en principio, los mismos que para los refuerzos no procedentes de biomasa. En el caso de los composites termoplásticos, y especialmente cuando se trata de refuerzos de pequeño tamaño, es muy difícil obtener una buena dispersión en el polímero fundido, ya que se producen aglomeraciones de las partículas. Esto se debe fundamentalmente al carácter hidrófobo del polímero e hidrófilo del refuerzo, con tendencia a captar humedad. Existen en la técnica varios procesos para la producción de composites en general:

Molienda de baja energía para reducción de tamaño de polímeros empleando temperaturas criogénicas El empleo de temperaturas criogénicas en la trituración o molienda de polímeros es habitual ya que, a temperaturas inferiores a su temperatura de transición vítrea (Tg) la fase amoría se encuentra en estado cristalino o vítreo, es decir, son frágiles. La molienda criogénica se emplea para desarrollar plástico ultrafino, especialmente para aquellos que funden o reblandecen a bajas temperaturas, utilizando mayoritariamente nitrógeno líquido. (Xing, L et al. "Research on cr y ogenic grinding of plastics with air turbine refrigeration system", 2008, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, part E: Journal of process mechanical engineering, vol. 222, iss. 2, pp. 93-101) . Esta técnica ofrece una disminución en el tamaño de partículas y una distribución homogénea, así como morfologías que permite el desarrollo de nuevos procesos de fabricación que disminuyen la generación de burbujas y porosidad en los productos finales. La principal característica de emplear temperatura criogénica es la eliminación de generación de calor, por lo que es una vía útil para estudiar las propiedades de los polímeros en la producción de nuevos materiales y modificación de éstos, así como para el reciclaje de plásticos y elastómeros (Sadadinovi´c, J.; Iliˇckovi´c, Z. "Polyurethane recycling. Journal of chemists and chemical engineers", 2002, vol. 51, iss. 10, pp. 431-436) .

Molienda de alta energía para disminución de tamaños o aleación polimérica La molienda de alta energía, aleado mecánico o molienda reactiva, se emplea habitualmente en la tecnología pulvimetalúrgica para la aleación mecánica de polvos y la obtención de materiales compuestos en los que dentro de una misma partícula existen al menos dos tipos de estructuras diferentes. Para este proceso de aleación mecánica se emplean atmósferas inertes que impiden la reacción de las nuevas especies y controlan la temperatura del proceso. Esta técnica se ha incorporado muy recientemente para la modificación de las propiedades de los polímeros al disminuir su tamaño de partícula, o bien para la obtención de aleaciones de polímeros. Se ha estudiado recientemente la molienda mecánica criogénica en varios homopolímeros, como polietileno de alta densidad, polipropileno isotáctico, fluoruro de polivinilideno, poliestireno sindiotáctico, en baño de nitrógeno líquido (Stranz M. et al. "Stress induced formation of stable & metastable phases in semi-cr y stalline polymers during cr y ogenic mechanical milling", 2005, Journal of metastable and nanocr y stalilne materials series, vol. 24-25, pp. 463-466; Stranz M., Koster, U. "Cr y ogenic mechanical milling of syndiotactic polystyrene (sPS) ", 2005, Journal of metastable and nanocr y stalilne materials series, vol. 20-21, pp. 281-286) . Los polímeros pulverizados resultantes muestran transformaciones en las fases cristalinas que influyen en sus propiedades térmicas. Por otro lado, esta técnica se ha incorporado a las líneas de investigación para la aleación polimérica (o blends) , de modo que gracias a los impactos producidos entre partículas a temperaturas criogénicas que evitan que funda el material se produce la aleación mecánica entre los distintos polímeros. Este proceso ha demostrado la viabilidad para producir aleaciones de polímeros que normalmente son incompatibles (Smith, A.P et al. "Temperature-induced morphological evolution in polymer blends produced by cr y ogenic mechanical alloying", 2000, Macromolecular materials and engineering, vol. 274, iss. 1, pp. 1-12) .

Criomolienda de alta energía para composites poliméricos reforzados con partículas metálicas o cerámicas La molienda mecánica de alta energía es un método alternativo para la preparación de materiales nanocompuestos. Se logra un alto grado de dispersión de nanopartículas en una matriz polimérica gracias a la transferencia de energía entre las esferas muy duras de molienda y la mezcla de materiales a alear. Cabe mencionar la aparición de los primeros trabajos que emplean esta técnica de molienda de alta energía para la fabricación de nanocomposites, con polímeroscomo ABS, PAÑI o PET con nanopartículas...

1. Material composite que comprende al menos un polímero termoplástico que actúa como matriz y nanopartículas de biomasa en aleación con dicho polímero, dichas nanopartículas de biomasa en un porcentaje superior al 10% en peso respecto al peso total.

2. Material composite según la reivindicación 1, en el que dicha matriz polimérica es una poliolefina.

3. Material composite según la reivindicación 2, en el que dicha poliolefina es polietileno y/o polipropileno.

4. Material composite según la reivindicación 3, en que dicho polietileno es polietileno de alta densidad.

5. Material composite según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en que dicha matriz polimérica es un biopolímero termoplástico.

6. Material composite según la reivindicación 5, en que dicho biopolímero es un PLLA.

7. Material composite según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas partículas de biomasa son fibras naturales.

8. Material composite según la reivindicación 7, en el que dichas fibras naturales están seleccionadas entre el grupo comprendido por fibras de cáñamo, fibras de lino, fibras de sisal y fibras procedentes de algas.

9. Procedimiento de obtención de un material composite, que comprende criomolienda en nitrógeno líquido de partículas de biomasa en forma de fibras y polímero plástico en estado criogénico, para obtener la aleación de dicho material composite.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende la activación previa de dichas partículas de biomasa y la micronización de dicho polímero.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende la etapa posterior de disminuir la energía de dicha criomolienda para obtener la aglomeración de dicha aleación.