Cola para fibras que comprende nanopartículas.

Fibra que comprende una formulación de encolado dispuesta alrededor de la fibra,

en la que la formulación de encolado comprende nanopartículas de metales de transición dispersas por toda la formulación de encolado y las nanopartículas de metales de transición comprenden un catalizador para el crecimiento de nanotubos de carbono adicionales, y nanotubos de carbono que crecen a partir de las nanopartículas de metales de transición.

Cola para fibras que comprende nanopartículas Solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud provisional estadounidense con n.° de serie 5 61/168.52, presentada el 1 de abril de 29.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a fibras que comprenden composiciones de encolado y a métodos relacionados. Antecedentes de la invención

Los agentes de encolado son recubrimientos sobre fibras que pueden controlar muchas de las características de las 1 fibras tales como la manera en que se comportarán las fibras durante el procesamiento y la manera en que las fibras funcionan como parte de un material compuesto. Se han desarrollado agentes de encolado de fibras para proporcionar una mejor resistencia interfacial cuando se usan en un material compuesto, para mejorar la lubricidad para evitar la abrasión de las fibras y para proporcionar propiedades antiestéticas, por ejemplo. El documento US 26/2534 A1 describe un sustrato que incluye un material fibroso en forma de lana mineral y/o fibras de vidrio 15 de tipo de refuerzo y un recubrimiento proporcionado sobre al menos una parte de la superficie del material fibroso. La solicitud de patente PCT WO 27/13979 A2 describe fibras nanorreforzadas y cables de fibras, materiales compuestos que incluyen las fibras nanorreforzadas y los cables y artículos de fabricación que incluyen los materiales compuestos.

Las nanopartículas presentan propiedades inusuales no compartidas con el material a granel de los mismos 2 elementos. Aunque la incorporación de nanopartículas en formulaciones de encolado de fibras se ha investigado poco, un ejemplo notable es el uso de agentes de encolado a base de silano con nanopartículas para potenciar la resistencia del material compuesto. Tales formulaciones de encolado se han aplicado sobre fibras de vidrio y las fibras encoladas se han incorporado en materiales compuestos. Sería útil desarrollar formulaciones de encolado con nanopartículas para conferir otras características a las fibras encoladas y a los materiales compuestos que las 25 incorporan.

Además, sería útil proporcionar una formulación de encolado de fibras que incorpore una estructura de nanopartículas que pueda dispersarse por toda la capa de cola y proporcionar una plataforma para preparar estructuras jerárquicas con la fibra como base. Tales fibras encoladas impregnadas de NP pueden reducir las etapas de procesamiento de la fibra requeridas para los tratamientos de fibras, incluyendo la funcionalización en relación 3 con fibras encoladas en las que las NP no se incorporan en la capa de cola. La presente invención satisface estas necesidades y proporciona también ventajas relacionadas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra el resultado de la aplicación de nanopartículas a una fibra disponible en el mercado una vez que se ha fabricado la fibra y se ha aplicado la cola.

La figura 2 muestra el resultado de la aplicación de nanopartículas durante la producción de fibras, según una realización ilustrativa de la presente invención.

La figura 3 muestra la aplicación de nanopartículas durante la producción de fibras, incluyendo un segundo agente de encolado, según una realización ilustrativa de la presente invención.

Sumario de la invención

En algunos aspectos, las realizaciones dadas a conocer en el presente documento se refieren a una fibra que comprende una formulación de encolado que incluye (1) una disolución de nanopartículas (NP) que incluye una dispersión de nanopartículas (NP) de metales de transición en un disolvente y (2) un primer agente de encolado de fibras. Las NP se dispersan por todo el primer agente de encolado de fibras tras la aplicación de la formulación de encolado de fibras a una fibra y la eliminación del disolvente. Las NP sirven como catalizador para el crecimiento de 45 nanoestructuras adicionales sobre la fibra.

En otros aspectos, las realizaciones dadas a conocer en el presente documento se refieren a una fibra que incluye una cola dispuesta alrededor de la fibra. La cola incluye nanopartículas de metales de transición dispersas por toda

la cola.

Aún en otros aspectos, las realizaciones dadas a conocer en el presente documento se refieren a un método que Incluye aplicar las formulaciones de encolado que Incluyen NP a una fibra durante la fabricación de la fibra, eliminar el disolvente de la formulación aplicada y hacer crecer nanotubos de carbono sobre la fibra a partir de las NP.

También se da a conocer un método que incluye añadir una disolución de NP de metales de transición a una fibra recubierta con cola y cocer la cola. En tales realizaciones, la disolución de NP se añade antes de cocer la cola.

Descripción detallada

La presente invención se refiere, en parte, a una fibra que comprende formulaciones de encolado que incorporan nanopartículas (NP) de metales de transición junto con agentes de encolado convencionales. Cuando se usan en la fabricación de fibras, las formulaciones proporcionan un producto de fibra encolada que contiene las NP dispersas por todo el agente de encolado convencional, tal como se muestra a modo de ejemplo en la figura 2. La colocación de las NP sobre una fibra ya encolada, tal como se muestra en la figura 1, da como resultado la colocación de las nanopartículas sólo sobre la superficie de la cola. En contraposición, las NP en las formulaciones de encolado de la presente invención pueden dispersarse por toda la capa de cola para fibras, incluyendo NP en contacto de superficie con la propia fibra. Las propias NP pueden usarse, por ejemplo, como agentes de encolado secundarios, como catalizadores para la producción de nanoestructuras adicionales sobre la fibra y para conferir propiedades de conductividad eléctrica y térmica a la fibra. En algunas realizaciones, pueden añadirse capas de cola adicionales tras la capa de cola inicial que contiene las NP. Esta configuración se muestra a modo de ejemplo en la figura 3, que muestra una capa de cola secundaria aplicada sobre la primera capa de cola que contiene las NP. También son posibles otras configuraciones tales como una primera NP en una primera capa y una segunda NP en una segunda capa. También puede haber capas alternas de cola con y sin nanopartículas. Por ejemplo, puede haber una primera capa de cola que tiene una primera NP, una segunda capa de cola que no tiene NP y una tercera capa de cola que tiene la misma NP o una diferente.

Las fibras fabricadas con las formulaciones de encolado pueden usarse en filamentos, cables de fibras, materiales compuestos y en otras estructuras jerárquicas. Las NP presentes en una fibra encolada se usan para sintetizar nanoestructuras adicionales sobre la fibra tales como nanotubos de carbono, nanovarillas (nanocables), y similares. Las nanoestructuras también pueden servir como material de encolado para la fibra y/o para conferir propiedades deseadas cuando se incorporan en un material compuesto, tal como resistencia mejorada del material compuesto, propiedades de conductividad eléctrica o térmica, absorción de radiación, y similares.

La fibras encoladas fabricadas con las formulaciones de encolado de la invención pueden bobinarse y/o intercalarse en cables de fibras (hilos) y similares y empaquetarse para su transporte, permitiendo el procesamiento adicional de las fibras en aplicaciones aguas abajo en otras instalaciones. Por tanto, por ejemplo, un producto de fibra encolada que tiene nanopartículas de metales de transición dispuestas dentro de la cola puede enviarse/venderse como un producto de fibra encolada que está listo para la síntesis de nanotubos de carbono. Así como la cola convencional puede proteger a la fibra de las condiciones ambientales y ayudar a mantener la integridad de la fibra, las NP también pueden beneficiarse de la presencia de la cola convencional que las rodea. Por tanto, por ejemplo, las NP encapsuladas en agentes de encolado convencionales también se protegen de la exposición ambiental en grados variables, dependiendo de los otros agentes de encolado empleados.

Tal como se usa en el presente documento, el término "fibra" se refiere a cualquiera de una clase de materiales que incluyen filamentos continuos o materiales alargados diferenciados. Las fibras pueden hilarse dando lugar a filamentos, cordeles, cuerdas, hilos y similares, y usarse como componente de materiales compuestos, o apelmazarse dando lugar a láminas para obtener productos de papel o fieltro. Las fibras de la presente invención pueden incluir fibras naturales, así como fibras sintéticas compuestas por materiales orgánicos o inorgánicos. Las fibras pueden ser fibras de alta temperatura o fibras de baja temperatura, tal como reconoce un... [Seguir leyendo]

1. Fibra que comprende una formulación de encolado dispuesta alrededor de la fibra, en la que la formulación de encolado comprende nanopartículas de metales de transición dispersas por toda la formulación de encolado y las nanopartículas de metales de transición comprenden un catalizador para el crecimiento de nanotubos de carbono

adicionales, y nanotubos de carbono que crecen a partir de las nanopartículas de metales de transición.

2. Fibra según la reivindicación 1, en la que la fibra se incorpora en un material compuesto que comprende un material de matriz.

3. Fibra según la reivindicación 1, en la que las nanopartículas de metales de transición tienen un diámetro de partícula de entre 1 nm y 3 nm.

4. Fibra según la reivindicación 1, en la que las nanopartículas de metales de transición se seleccionan del grupo

que consiste en Ni, Fe, Co, Mo, Cu, Pt, Au, Ag, sales de los mismos, y mezclas de los mismos.

5. Método que comprende:

aplicar una formulación de encolado a una fibra durante la fabricación de la fibra, comprendiendo la formulación de encolado una dispersión de nanopartículas (NP) de metales de transición en un disolvente en un intervalo de entre 15 aproximadamente el ,1 y aproximadamente el 5 por ciento en peso de la formulación y las nanopartículas de metales de transición comprenden un catalizador para el crecimiento de nanotubos de carbono adicionales, eliminar el disolvente de la formulación aplicada y hacer crecer nanotubos de carbono sobre la fibra a partir de las nanopartículas de metales de transición.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende además incorporar la fibra en un cable de fibras.

7. Método según la reivindicación 5, que comprende además incorporar la fibra en un material de matriz para formar

un material compuesto.

8. Método según la reivindicación 5, en el que las nanopartículas de metales de transición tienen un diámetro de partícula de entre 1 nm y 3 nm.

9. Método según la reivindicación 5, en el que las nanopartículas de metales de transición se seleccionan del grupo 25 que consiste en Ni, Fe, Co, Mo, Cu, Pt, Au, Ag, sales de los mismos, y mezclas de los mismos.