Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas,

procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico.

El material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas comprende una matriz de polímero y un susceptor, y se caracteriza porque dicho susceptor está formado por nanotubos de carbono en una concentración entre el 0,1% y el 10% en peso.

El procedimiento para la preparación de dicho material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas se caracteriza porque se realiza mediante la dispersión de nanotubos de carbono en una matriz polimérica, comprendiendo la dispersión las siguientes etapas:

a) preparar un concentrado de termoplástico con una concentración de nanotubos de carbono entre el 5% y el 20% en peso; y

b) diluir dicho concentrado de termoplástico a una concentración entre el 0,1% y el 10% en peso.

Permite aumentar la eficacia del calentamiento hasta 20 veces si se compara con otros aditivos o susceptores convencionales.

El material polimérico es apto para su uso en diferentes tipologías de microondas.

Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico. 5

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un material polimérico para su calentamiento mediante microondas. Según un segundo aspecto, la presente invención también se refiere a un procedimiento para la preparación de dicho

material polimérico, y según un tercer aspecto, la presente invención se refiere al uso de dicho material polimérico.

Antecedentes de la invención

Los materiales poliméricos, debido a su comportamiento claramente dieléctrico, son prácticamente transparentes a la radiación de microondas. Es por ello por lo que la elevada efectividad de los calentamientos mediante esta tecnología, mucho mayores que otras técnicas convencionales como convección o conducción, no pueden ser aprovechados totalmente para materiales poliméricos.

Existen algunos desarrollos que tratan de dopar en masa los materiales poliméricos mediante aditivos llamados susceptores que absorben de manera muy eficiente la radiación de microondas. Como susceptor se entiende un material que tiene capacidad para absorber energía electromagnética y convertirla en calor. Los usos más habituales suelen ser destinados al aumento de velocidad en procesos de curado de resinas termoestables o cauchos, y en reacciones química con un alto grado de avance.

Los sistemas capaces de interaccionar con la radiación de microondas deben integrar especies químicas capaces de orientar momentos dipolares bajo la acción de un campo electromagnético, o tener un comportamiento de semiconductor. Los materiales poliméricos habituales en aplicaciones industriales difícilmente muestran ninguno de ambos comportamientos que implican cualquier interacción con la radiación

de microondas.

Se conocen diferentes documentos que describen la utilización de radiación de microondas como fuente de calentamiento.

La solicitud de patente WO 2007/138290 A2 describe una metodología para la fabricación de piezas conformadas usando radiación electromagnética de microondas como fuente de calentamiento. Este documento define una serie de aditivos susceptores convencionales como aptos, destacando el negro de carbono. La efectividad de calentamiento con este último material no es comparable al obtenido en la presente invención con otros derivados carbonados como los nanotubos de carbono.

La solicitud de patente CN102108174A utiliza nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) al 10% como susceptores de microondas. Sin embargo, en este documento, la utilidad se centra en la compatibilización de mezclas de caucho HNBR y EPM, y no se aplica a materiales termoplásticos para procesos de calentamiento y transformación.

45 La solicitud de patente JP2011162898A define varios susceptores de microondas, entre ellos nanotubos de carbono, para una nueva metodología de obtención de fibras de carbono a partir de poliacrilonitrilo, pero no se describe un calentamiento controlado para procesos de transformación, soldadura con microondas o aplicaciones finales en envases.

50 También se conocen los siguientes artículos relacionados:

El artículo “Aligned carbon nanotube coating on polyethylene surface formed by microwave radiation”, Rui Xie, Jiaping Wang, Yang Yang, Kaili Jiang, Qunqing Li, Shoushan Fan. Composites Science and Technology 72

55 (2011) 85–90, describe una nueva metodología de recubrimiento superficial de polietilenos con nanotubos de carbono. En esta metodología se depositan unas películas de CNTs sintetizados en la superficie de polietileno, y las microondas actúan generando un gran aumento de temperatura en la superficie y provocando la fusión superficial del polímero, produciendo la soldadura de los CNTs en la superficie del polímero. Este artículo no describe mezclas en masa con todo el polímero, ni el calentamiento homogéneo de todo el polímero.

60 La publicación “Carbon Nanotubes and Microwaves: Interactions, Responses, and Applications”, Ester Vázquez y Maurizio Prato. ACS NANO. Vol. 3, Nº. 12, 3819–3824, describe la efectividad de los CNTs en su interacción con la radiación de microondas. Las aplicaciones que define están relacionadas con la modificación de CNTs, y para acelerar reacciones químicas, pero no con la interacción de los CNTs integrados en matrices poliméricas.

La publicación “Microwave Properties of Multiwall Carbon Nanotubes filled Polymers”, A. Mdarhri, G. Pecastings, F. Carmona, M.E. Achour, P. Delhaes, J.L. Miane, “Journal of Microwaves and Optoelectronics”, Vol.6, No.1, junio 2007, estudia el efecto de absortividad de microondas en sistemas formados por MWCNTs en resinas epoxi. En este documento se describe el efecto de la dispersión de los CNTs en la matriz mediante AFM, pero no hace referencia al comportamiento en diferentes aplicaciones, ya sea curado, fusión, etc.

El artículo “Carbon nanotubes for RF and Microwaves”, P.J.Burke; Z.Yu; C.Rutherglen. 13th GAAS Symposium, 2005, es un estudio sobre el efecto de las microondas sobre nanotubos de carbono desde un punto de vista teórico. Se postulan mecanismos de absorción de radiación de microondas pero no se hace mención a aplicaciones o metodologías de uso.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es introducir aditivos nano-susceptores de nueva generación mucho más eficientes que los tradicionalmente utilizados.

Descripción de la invención

Con el material y el procedimiento de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.

Según un primer aspecto, la presente invención se refiere a un material polimérico para procesos de

transformación mediante calentamiento con microondas, que comprende una matriz polimérica y un susceptor, y se caracteriza porque dicho susceptor está formado por nanotubos de carbono en una concentración entre el 0, 1% y el 10% en peso.

Ventajosamente, dichos nanotubos de carbono pueden ser nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) 30 o nanotubos de carbono de pared única (SWCNT) .

Para dicha matriz de polímero se puede utilizar todo tipo de material termoplástico. En particular, poliolefinas, poliésteres, poliamidas, poliuretanos termoplásticos. Dichas poliolefinas pueden ser polietilenos o polipropilenos, dichos poliésteres pueden ser poli-etilentereftalato, poli-butilentereftalato, polimetacrilatos o

policarbonatos, dichas poliamidas pueden ser PA6 o PA66, y los poliuretanos del tipo TPU de poliéster o poliéter.

Si se desea, dichos nanotubos de carbono pueden ser nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) oxidados o funcionalizados con aminas o polietilenglicol.

Según una realización preferida, dichos nanotubos de carbono están presentes en el material polimérico con una concentración entre el 0.5 y el 3% en peso, dependiendo de los requerimientos finales.

Según un segundo aspecto, la presente invención también se refiere a un procedimiento para la preparación de

45 un material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas tal como se ha descrito anteriormente, que se caracteriza porque se realiza mediante la dispersión de nanotubos de carbono en una matriz de polímero, comprendiendo la dispersión las siguientes etapas:

a) preparar un concentrado de termoplástico con una concentración de nanotubos de carbono entre el 5% y el 50 20% en peso; y

b) diluir dicho concentrado de termoplástico a una concentración entre el 0, 1% y el 10% en peso.

Ventajosamente, dicha dispersión se realiza mediante una extrusora de doble husillo co-rotante, y aplicando 55 una velocidad entre 200 y 1200 revoluciones por minuto a dicho husillo.

Por lo tanto, la presente invención introduce aditivos nano-susceptores de nueva generación mucho más eficientes que los tradicionalmente utilizados.

60 De esta manera, se han dopado materiales termoplásticos mediante nanotubos de carbono, aumentando la eficacia del calentamiento hasta 20 veces si lo comparamos... [Seguir leyendo]

1. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, que

comprende una matriz polimérica y un susceptor, caracterizado porque dicho susceptor está formado por 5 nanotubos de carbono en una concentración comprendida entre el 0, 1% y el 10% en peso.

2. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 1, en el que dichos nanotubos de carbono son nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) o nanotubos de carbono de pared única (SWCNT) .

3. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 1, en el que se utilizan materiales termoplásticos, en particular, poliolefinas, poliésteres, poliamidas, o poliuretanos para dicha matriz de polímero.

4. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 2, en el que dichos nanotubos de carbono son nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) oxidados o funcionalizados con aminas o polietilenglicol.

5. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la

reivindicación 1, en el que dichos nanotubos de carbono están presentes en el material polimérico con una concentración entre 0.5 y 3% en peso.

6. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la

reivindicación 3, en el que dichas poliolefinas son polietilenos o polipropilenos. 25

7. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 3, en el que dichos poliésteres son poli-etilentereftalato, poli-butilentereftalato, polimetacrilatos o policarbonatos.

8. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 3, en el que dichas poliamidas son PA6 o PA66.

9. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la

reivindicación 3, en el que dichos poliuretanos son termoplásticos basados en poliéster o poliéter. 35

10. Procedimiento para la preparación de un material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se realiza mediante la dispersión de nanotubos de carbono en una matriz de polímero, comprendiendo la dispersión las siguientes etapas:

a) preparar un concentrado de termoplástico con una concentración de nanotubos de carbono entre el 5% y el 20% en peso; y

b) diluir dicho concentrado de termoplástico a una concentración entre el 0, 1% y el 10% en peso. 45

11. Procedimiento para la preparación de un material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 10, en el que dicha dispersión se realiza mediante una extrusora de doble husillo.

50 12. Procedimiento para la preparación de un material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según la reivindicación 11, en el que dicha dispersión se realiza aplicando una velocidad entre 200 y 1200 revoluciones por minuto a dicho husillo.

13. Procedimiento para la preparación de un material polimérico para procesos de transformación mediante

55 calentamiento con microondas según la reivindicación 10, en el que en dicha etapa a) la concentración de nanotubos de carbono es entre el 5 y 10% en peso.

14. Procedimiento para la preparación de un material polimérico para procesos de transformación mediante

calentamiento con microondas según la reivindicación 10, en el que en dicha etapa b) dicho concentrado se 60 diluye al 0.5-3% en peso.

15. Uso de un material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que las microondas se seleccionan entre monomodo, multimodo, de antena abierta, de frecuencia variable o de frecuencia fija.