PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE MATERIALES NANOCOMPUESTOS DE POLIMEROS CLORADOS Y NANOESTRUCTURAS DE CARBONO.
Procedimiento de obtención de materiales nanocompuestos de polímeros clorados y nanoestructuras de carbono.
La presente invención proporciona procedimiento para la obtención un material nanocompuesto de polímero clorado unido covalentemente a nanoestructuras de carbono, y los sus usos de dicho material como refuerzo de nanocompuestos poliméricos.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031055.
Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC).
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: MARTINEZ ALBILLOS,Gerardo, SALAVAGIONE,Horacio J.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B82Y30/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B82 NANOTECNOLOGIA. › B82Y USOS O APLICACIONES ESPECIFICOS DE NANOESTRUCTURAS; MEDIDA O ANALISIS DE NANOESTRUCTURAS; FABRICACION O TRATAMIENTO DE NANOESTRUCTURAS. › Nano tecnología para materiales o ciencia superficial, p.ej. nano compuestos.
- C01B31/00
PDF original: ES-2372856_A1.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento de obtención de materiales nanocompuestos de polímeros clorados y nanoestructruas de carbono.
La presente invención se encuadra en el sector de la industria de los plásticos y, en particular, en el área de los nanocompuestos poliméricos dedicados a la obtención de materiales más ligeros con prestaciones térmicas y mecánicas mejoradas. A su vez, la presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de un material nanocompuesto que comprende, al menos, un polímero clorado unido covalentemente a nanoestructuras de carbono, y también al uso del material obtenido por dicho procedimiento como refuerzo en materiales nanocompuestos.
Estado de la técnica anterior
Los materiales nanocompuestos o nanocomposites son aquellos formados por una matriz, en este caso polimérica, a la que se añade un segundo componente de dimensiones nanométricas que mejoran las propiedades de la matriz. De manera general, el uso de nanopartículas de carbono (nanotubos de carbono (CNTs) y grafeno), así como el porcentaje incorporado a la matriz (generalmente menos del 10%) produce resultados muy mejorados al aumentar las propiedades como rigidez, estabilidad térmica y dimensional, propiedades mecánicas y eléctricas, sin perder otras como el peso, la tenacidad y la transparencia. Esto se debe a la alta relación de aspecto que tienen estos materiales (dimensiones laterales/espesor en el caso de grafeno y longitud/diámetro para los CNTs).
Uno de los materiales más empleados como reforzante son los CNTs. Debido a su gran relación longitud/diámetro, los CNTs tienen propiedades intrínsecas únicas. Son cuatro veces más ligeros y cinco veces más resistentes que el acero, su conductividad eléctrica es equivalente a la del cobre, su conductividad térmica es extremadamente alta y son tan duros como el diamante. En los plásticos, los CNTs se emplean para mejorar las propiedades de resistencia, tenacidad, flexibilidad y conductividad, ya que su alta relación de aspecto proporciona un gran área superficial de interacción con la matriz polimérica. Por otra parte, se conoce por grafeno a una única lámina bidimensional de átomos de carbono de las que se compone el grafito, una forma alotrópica del carbono que se obtiene de la naturaleza. Las propiedades del grafeno, comparadas con las propiedades de los CNTs, son iguales o incluso mejores debido a su mayor relación de aspecto, ya que está formado por sólo una lámina de átomos de carbono de espesor del orden de Amstrongs. Nuevamente, esta característica hace que la superficie de interacción con el polímero sea muy grande y la transferencia de carga al mismo, muy efectiva. La clave de la preparación de esta clase de nanocompuestos está en conseguir una dispersión homogénea de las nanocargas de carbono en la matriz polimérica para obtener la transferencia más efectiva. Aunque algunos trabajos han estudiado la preparación de nanocompuestos de policloruro de vinilo (PVC) reforzados con nanoestructuras de carbono, no existen productos comerciales de estos materiales.
Dentro de los nanocompuestos de PVC con CNTs se han desarrollado dos estrategias de preparación. La primera consiste en el mezclado directo de los CNTs con el polímero. Jung et al. han preparado nanocompuestos de PVC con CNTs de pared múltiple (MWNT) por adsorción de los nanotubos en microesferas de PVC. El material presenta buena conductividad eléctrica, así como mejoras en las propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción y el módulo de Young (Jung et al., Macromol. Symp., 2007, 249-250, 259). Igualmente, Broza et al. han preparado nanocompuestos de PVC con MWNT y CNTs de pared simple (SWNT) que presentan propiedades distintas de las del polímero como las expansión por absorción de cloruro de metileno, mayor temperatura de transición vítrea (Tg) y conductividad eléctrica (Broza et al., Composites Sci. Technol., 2007, 67, 890).
La segunda estrategia empleada consiste en la modificación de los CNTs con polímeros, para conseguir matrices poliméricas reforzadas. Se han empleado MWNT modificados con polipropileno (PP) clorado como reforzante de poliestireno (PS) y PVC para producir materiales con propiedades mecánicas mejoradas (Blake, et al., J. Mater. Chem., 2006, 16, 4206). Otro estudio muestra un aumento en las propiedades mecánicas y en la dureza de PVC reforzado con MWNT modificados con poli (metacrilato de n-butilo) (Shi et al., Nanotechnology, 2007, 18, 375704). Otro estudio ha mostrado que usando MWNT modificados con un copolímero de estireno y anhídrido maleico se pueden obtener nanocompuestos con mejoras sustanciales en el alargamiento a la rotura y en la resistencia al impacto comparadas con el polímero y/o con otros nanocompuestos PVC/MWNT (Guojian et al., Mater. Sci. Eng., A 2008, 472, 136). Otro trabajo ha descrito el empleo de MWNT modificados con poli-
A la vista del estado de la técnica, no se tiene información que describa la modificación directa de las nanoestructuras de carbono con polímeros clorados termoplásticos comerciales. Por consiguiente, existe la necesidad de desarrollar un método de modificación de nanoestructuras de carbono con polímeros clorados para producir materiales que puedan ser empleados como reforzante de PVC y de otras matrices poliméricas.
Descripción de la invención
La presente invención proporciona un procedimiento para la obtención de un material nanocompuesto de polímero clorado unido covalentemente a nanoestructuras de carbono (a partir de ahora procedimiento de la invención), y los usos de dicho material como refuerzo de nanocompuestos poliméricos.
Los materiales nanocompuestos se preparan, de forma general, mediante reacción entre los grupos funcionales de las nanoestructuras de carbono y los grupos funcionales del polímero. Por lo tanto, se requiere la modificación previa, tanto de las nanopartículas de carbono como del polímero.
Por tanto, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de un material nanocompuesto que comprende las etapas:
Por "material nanocompuesto" se entiende en la presente invención materiales formados por dos o más componentes distinguibles entre sí, donde al menos uno de ellos tiene una dimensión del orden de nanómetros; estos materiales nanocompuestos poseen propiedades que se obtienen como combinación de las propiedades de sus componentes, siendo superiores a la de los materiales que los forman por separado.
Preferiblemente la nanoestructura de carbono se selecciona de entre nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, grafeno, fullereno o cualquiera de sus combinaciones. Más preferiblemente los nanotubos de carbono se seleccionan de entre nanotubos de pared simple (SWCNTs) o nanotubos de pared múltiple (MWCNTs). Y aún más preferiblemente los nanotubos de carbono son de pared múltiple.
Por "nanotubos de carbono" (CNTs) en la presente invención se entiende por materiales formados únicamente por carbono, donde la unidad básica es un plano grafítico enrollado que forma un cilindro, formando... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de obtención de un material nanocompuesto que comprende las etapas:
2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la nanoestructura de carbono se selecciona de entre nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, grafeno, fullereno o cualquiera de sus combinaciones.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde los nanotubos de carbono se seleccionan de entre nanotubos de pared simple o nanotubos de pared múltiple.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, donde los nanotubos de carbono son de pared múltiple.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la etapa (a) de ozonolisis se realiza a una temperatura de entre 5 y 40ºC y a una presión de entre 0 y 2 atm.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el H2O2 adicionado en la etapa (b) está en un porcentaje en peso respecto al total de ente el 20 y 40%.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la etapa (b) se realiza a una temperatura de entre 50 y 80ºC.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la agitación de la etapa (c) se realiza a una temperatura de entre 50 a 80ºC y durante 4 a 8 horas.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el hidroxitiofenolato adicionado en la etapa (d) es 4-hidroxitiofenolato potásico.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde el 4-hidroxitiofenolato potásico tiene un porcentaje en peso respecto al total de entre 50 y 70%.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el polímero clorado se selecciona de entre policloruro de vinilo, policloruro de vinilideno, policloropreno, policlorometil estireno o cualquiera de sus combinaciones.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, donde el polímero clorado es policloruro de vinilo.
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde el reactivo orgánico empleado en la etapa (e) se selecciona de entre diciclohexilcarbodiimida, 4-dimetilamino piridina o cualquiera de sus combinaciones.
14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde en las etapas (d) y/o (e) se emplea un disolvente orgánico que se selecciona de entre ciclohexanona, tetrahidrofurano, dimetilformamida, N-vinil-pirrolidona o cualquiera de sus combinaciones.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, donde el disolvente empleado es ciclohexanona.
16. Material nanocompuesto obtenible según el procedimiento descrito en las reivindicaciones 1 a 15.
17. Uso del material nanocompuesto según la reivindicación 16, para la fabricación de recubrimientos antiestáticos, dispositivos electroquímicos, sensores, catalizadores, condensadores redox, escudos electromagnéticos y baterías.
18. Uso del material nanocompuesto según la reivindicación 17, como refuerzo en nanocompuestos poliméricos.
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