ES2387768B1 - Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico - Google Patents
Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico Download PDFInfo
- Publication number
- ES2387768B1 ES2387768B1 ES201230989A ES201230989A ES2387768B1 ES 2387768 B1 ES2387768 B1 ES 2387768B1 ES 201230989 A ES201230989 A ES 201230989A ES 201230989 A ES201230989 A ES 201230989A ES 2387768 B1 ES2387768 B1 ES 2387768B1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- polymeric material
- carbon nanotubes
- microwave heating
- transformation processes
- microwave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 230000009466 transformation Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 54
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 14
- -1 polyethylenes Polymers 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 8
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 7
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 2
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims 2
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 claims 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 claims 1
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 claims 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 claims 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 claims 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 claims 1
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 claims 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 5
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 5
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 2
- WSQZNZLOZXSBHA-UHFFFAOYSA-N 3,8-dioxabicyclo[8.2.2]tetradeca-1(12),10,13-triene-2,9-dione Chemical compound O=C1OCCCCOC(=O)C2=CC=C1C=C2 WSQZNZLOZXSBHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920006168 hydrated nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
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.
Description
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
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
10 material polimérico, y según un tercer aspecto, la presente invención se refiere al uso de dicho material polimérico.
15 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.
20 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.
25 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
30 de microondas.
Se conocen diferentes documentos que describen la utilización de radiación de microondas como fuente de calentamiento.
35 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.
40 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
ES 2 387 768 Al
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.
5 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.
10 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.
15 Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es introducir aditivos nano-susceptores de nueva generación mucho más eficientes que los tradicionalmente utilizados.
20 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
25 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
35 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.
40 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 con otros aditivos o susceptores más
ES 2 387 768 Al
convencionales, tales como óxidos metálicos, negros de humo, zeolitas, metales, materiales cerámicos o grafitos. En los estudios realizados se que demostrado que en apenas unos pocos segundos es posible conseguir la fusión del material termoplástico, permitiendo su posterior procesado. La dispersión del susceptor en la matriz termoplástica es fundamental para alcanzar la máxima eficacia del
5 calentamiento.
El procedimiento implica una correcta dispersión de las cargas susceptoras, evitando la tendencia clara de los nanotubos de carbono a sufrir procesos de aglomeración. La presencia de estructuras aglomeradas de gran tamaño limita la eficacia del calentamiento y favorece la localización de zonas especialmente sobre calentadas,
10 generadores de quemados y degradados en el material.
Un aspecto importante en el proceso de preparación ha sido la selección y diseño de un husillo de dispersión adecuado para el proceso. Con el objetivo de alcanzar elevadas fuerzas dispersivas se ha estudiado y optimizado un husillo que cumple con los requerimientos de mezclado suficientes para minimizar la formación
15 de aglomerados en la estructura del material. El diseño de husillo es tal que la energía mecánica específica del procedimiento sea entre 300-900 kW·h/t, cuya energía específica es la responsable de la rotura de los aglomerados.
Según un tercer aspecto, la presente invención se refiere al uso del material polimérico para procesos de
20 transformación mediante calentamiento con microondas descrito anteriormente, siendo apto y efectivo para su aplicación con diferentes tipologías de microondas seleccionadas entre monomodo, multimodo, de antena abierta, de frecuencia variable o de frecuencia fija (entre 2.45 y 5.48GHz).
25 Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
La figura 1 es un gráfico en el que se muestra la temperatura alcanzada con microondas de 2,45 GHz a 400W 30 durante 20 segundos para un material de comparación, con polímero y negro de carbón.
La figura 2 es un gráfico en el que se muestra la temperatura alcanzada con microondas de 2,45 GHz a 400W
durante 20 segundos para el material según la presente invención, con polímero y nanotubos de carbono.
El material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, que comprende:
40 -una matriz polimérica; y
- -
- un susceptor formado por nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono pueden ser nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) o nanotubos de
45 carbono de pared única (SWCNT) con una concentración entre el 0,1% y el 10% en peso, preferentemente con una concentración entre 0.5 y 3% en peso. Dichos nanotubos de carbono pueden ser nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) oxidados o funcionalizados con aminas o polietilenglicol.
Por su parte, para la matriz de polímero se utilizan poliolefinas, poliésteres o poliamidas. Por ejemplo, dichas
50 poliolefinas pueden ser polietilenos o polipropilenos, dichos poliésteres pueden ser poli-etiltereftalato o polibutilentereftalato, y dichas poliamidas pueden ser PA6 o PA66.
Los nanotubos de carbono, en particular los de pared múltiple (MWCNT), ofrecen una alta área superficial y muestran una importante mejora en el calentamiento. La potencia de los microondas se puede reducir a 400 W,
55 que es suficiente para alcanzar temperaturas mayores de 100ºC en 20 segundos. Debe indicarse que esta observación es independiente del uso del material de la matriz.
Debe indicarse que se han probado diferentes tipologías de microondas: monomodo, multimodo, antena abierta, frecuencia variable o frecuencia fija, que consiguen los efectos deseados en el material polimérico de la
60 presente invención.
ES 2 387 768 Al
Tal como se puede apreciar en las gráficas de las figuras 1 y 2, el material de la presente invención con nanotubos de carbono presenta una eficiencia de diez a veinte veces mayor que con negro de carbono.
Por su parte, el procedimiento para la preparación de dicho material se realiza mediante la dispersión de 5 nanotubos de carbono en una matriz polimérica con una extrusora de doble husillo, 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, preferentemente el 6% en peso; y
10 b) diluir dicho concentrado de termoplástico a una concentración entre el 0,1% y el 10% en peso, preferentemente al 1% en peso.
Para que dicha dispersión se realice adecuadamente, preferentemente se aplica una velocidad entre 200 y 1200 15 revoluciones por minutos a dicho husillo.
Este procedimiento es crucial para conseguir una buena dispersión y distribución de los nanotubos de carbono en la matriz. Los nanotubos de carbono tienen una alta afinidad a aglomerarse en grandes estructuras microscópicas. Durante este procedimiento, la eliminación de las partículas aglomeradas en polímeros no
20 polares, tales como polietileno o polipropileno, es un reto.
Para minimizar estos problemas, se ha utilizado un husillo para conseguir la máxima dispersión y homogeneidad posible. Con el procedimiento según la presente invención se mejora no solamente la calidad de la dispersión, sino también la manipulación del material.
25 Con un husillo con una velocidad entre 200 y 1200 revoluciones por minuto se consigue la rotura de las estructuras aglomeradas. Sin embargo, debe indicarse que velocidades excesivas podrían provocar la fractura de los nanotubos de carbono, y limitar así la eficiencia de calentamiento.
30 El ajuste del procedimiento de preparación del material de la presente invención permite obtener un material optimizado para calentamiento con microondas minimizando los requerimientos energéticos y el tiempo de calentamiento.
Un cálculo de la eficiencia energética a partir del consumo y de la capacidad calorífica de los materiales
35 termoplásticos indica valores superiores al 80% (ver tabla 1), mientras que con los materiales convencionales solamente se alcanzan valores de aproximadamente el 50-60%.
Tabla 1. Cálculo de la eficiencia energética del calentamiento con microondas monomodo de varios materiales termoplásticos 40
- Eficiencia calentamiento con microondas:
- Tamaño muestras: 60 * 40 * 4 mm = 9600 mm3
- Material
- Δ T Potencia Microondas Tiempo Potencia entrada Densidad Peso muestra Capacidad calorífica Energía Absorbida Eficiencia
- [ºC]
- [W] = [J/s] [s] [J] [kg/m3] [kg] [J / kg K] [J] [%]
- HDPE
- 87,5 100 20 2000 950 0,0091 2050 1636 82
- PA
- 106 100 20 2000 1130 0,0108 1450 1667 83
El material de la presente invención puede ser aplicado en sistemas de calentamiento selectivo de materiales poliméricos. Cabe destacar en este sentido la capacidad de integrar estos sistemas en procesos de moldeado por compresión o termoconformado de piezas, así como la sustitución de sistemas de calentamiento por
45 resistencias eléctricas en equipos de moldeo por inyección.
El material de la presente invención también puede utilizarse en sistemas de soldadura térmica insertando películas con susceptores de nanotubos de carbono en las superficies a soldar. Otras aplicaciones puede ser el desarrollo de materiales auto-reforzados, es decir, materiales poliméricos reforzados con fibras de la misma 50 naturaleza química. Los susceptores situados en la matriz polimérica limitarían el calentamiento por
ES 2 387 768 Al
microondas en el polímero impidiendo la destrucción o el daño de la propia fibra de refuerzo.
Por último, es posible la fabricación de piezas y utensilios para cocinar con microondas: ollas, recipientes plásticos basados en susceptores para calentamiento rápido y localizado con asas o zonas de agarre no
5 calientes libres de susceptores. En resumen, los susceptores que utilizan carbono han mostrado la mejor eficiencia de calentamiento bajo radiación de microondas. En particular, los nanotubos de carbono mejoran la efectividad del proceso de calentamiento, en comparación con los materiales tradicionales con susceptores de carbono tales como negro de carbono o grafito.
10 El grado de dispersión de los susceptores tiene un efecto sobre el calentamiento por microondas y se puede mejorar mediante la selección y la optimización del procedimiento de preparación.
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto
15 en la materia que el material, el procedimiento y el uso descritos son susceptibles de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.
ES 2 387 768 Al
Claims (13)
- REIVINDICACIONES1. Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, quecomprende 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.15 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 la20 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 lareivindicación 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.30 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 lareivindicación 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:40 a) preparar un concentrado de termoplástico con una concentración de nanotubos de carbono entre el 5% y el 20% en peso; yb) 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 mediante55 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 mediantecalentamiento con microondas según la reivindicación 10, en el que en dicha etapa b) dicho concentrado se 60 diluye al 0.5-3% en peso.ES 2 387 768 Al
- 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.ES 2 387 768 AlES 2 387 768 AlOFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 201230989ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 26.06.2012Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : Ver Hoja AdicionalDOCUMENTOS RELEVANTES
- Categoría
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- US 2004222081 A1 (TOUR JAMES M et al.) 11.11.2004, párrafos [0022],[0023],[0051]; ejemplo 2. 1-15
- X
- WANG, H. et al. The formation of hollow poly(methylmethacrylate)/multiwalled carbon nanotube nanocomposite cylinders by microwave irradiation. Nanotechnology, 2009, Vol. 20, pp. 1-11. Resumen y Detalles Experimentales (apartados 2.2 y 2.4). 1-15
- X
- US 2012077398 A1 (GAILLARD PATRICE et al.) 29.03.2012, párrafos [0026]-[0029],[0032],[0070],[0072]-[0103]. 1-15
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 17.09.2012
- Examinador M. C. Bautista Sanz Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 201230989CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD C08K3/04 (2006.01)B29C35/08 (2006.01) B82Y30/00 (2011.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)C08K, B29C, B82YBases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, HCAPLUSInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 201230989Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 17.09.2012Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 10-14 1-9, 15 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-15 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2012309891. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- US 2004222081 A1 (TOUR JAMES M et al.) 11.11.2004
- D02
- WANG, H. et al. Nanotechnology, Vol. 20, pp. 1-11. 2009
- D03
- US 2012077398 A1 (GAILLARD PATRICE et al.) 29.03.2012
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl objeto de la invención es un material polimérico para procesos de transformación con microondas que comprende una matriz polimérica y nanotubos de carbono entre el 0,1 y el 10% en peso. También es objeto de la invención el procedimiento de preparación del material compuesto y su uso para procesos de transformación con microondas.NOVEDAD (Art. 6.1. LP)El documento D01 divulga un material compuesto de poliestireno y un 3% de nanotubos de carbono de pared sencilla que es procesado por microondas. Para la preparación del material se dispersan los nanotubos de carbono en poliestireno y posteriormente se extruyen para obtener preforman de las cuales una mitad se somete a la radiación de microondas (Ejemplo 2). Otros posibles polímeros a utilizar serían el copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno, polibutadieno, poliisopreno y policarbonatos (párrafo [0051]). Los nanotubos de carbono pueden ser químicamente funcionalizados o físicamente modificados (párrafos [0022], [0023]).Por lo tanto, las reivindicaciones 1-5, 7 y 15 carecen de novedad en vista a lo divulgado en D02.El documento D02 divulga un material compuesto de polimetilmetacrilato y nanotubos de carbono de pared múltiple en porcentajes del 1,2 y 4% y su procesamiento por microondas. El procedimiento de preparación consiste en dispersar en un mortero el polvo de polímero blanco con el polvo de nanotubos de color negro hasta que se obtiene un color negro homogéneo que indica que los nanotubos se han dispersado. Este material así preparado se utiliza para fabricar composites con forma de cilindros huecos procesados con radiación de microondas (Resumen; Detalles experimentales: apartados 2.2 y 2.4).En vista a lo divulgado en el documento D02, las reivindicaciones 1, 2, 3, 5, 7 y 15 carecen de novedad.El documento D03 divulga un material compuesto de un termoplástico con nanotubos de carbono que es utilizado como recubrimiento de un sustrato fibroso y procesado mediante calentamiento con microondas. El termoplástico puede ser una poliamida del tipo poliamida 6 o 66 entre otras, poliolefinas, poliésteres (poliacrilatos), policarbonatos, poliuretanos. Los nanotubos de carbono pueden ser de pared múltiple o única y pueden haber sido oxidados. Su proporción es entre 0,3 y 15% preferiblemente.Ver párrafos [0026]-[0029], [0032], [0070], [0072]-[0103].En vista a lo divulgado en el documento D03, las reivindicaciones 1-9 y 15 carecen de novedad.En consecuencia, la invención definida en las reivindicaciones 1-9 y 15 carece de novedad en vista a lo divulgado en los documentos D01 a D03 considerados de forma independiente.ACTIVIDAD INVENTIVA (Art. 8.1. LP)En relación a las reivindicaciones 10-14 de procedimiento de preparación del material compuesto polímero/nanotubos, si bien no se han encontrado divulgadas en el estado de la técnica y por lo tanto, se consideran nuevas, no así con actividad inventiva dado que es ampliamente conocido del estado de la técnica del procesamiento de materiales termoplásticos el tener como punto de partida un concentrado o “masterbatch” que posteriormente se diluye a la concentración adecuada para posteriormente ser extruido o conformado. También es habitual utilizar extrusoras como medio de homogenización de mezclas poliméricas.Por lo tanto, las reivindicaciones 10 a 14 carecen de actividad inventiva.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201230989A ES2387768B1 (es) | 2012-06-26 | 2012-06-26 | Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201230989A ES2387768B1 (es) | 2012-06-26 | 2012-06-26 | Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2387768A1 ES2387768A1 (es) | 2012-10-01 |
| ES2387768B1 true ES2387768B1 (es) | 2013-08-12 |
Family
ID=46826960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201230989A Active ES2387768B1 (es) | 2012-06-26 | 2012-06-26 | Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2387768B1 (es) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107974069A (zh) * | 2016-10-21 | 2018-05-01 | 洛阳尖端技术研究院 | 一种碳纳米管基吸波超材料基材及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040222081A1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-11-11 | William Marsh Rice University | Use of microwaves to crosslink carbon nanotubes |
| FR2945549B1 (fr) * | 2009-05-12 | 2012-07-27 | Arkema France | Substrat fibreux, procede de fabrication et utilisations d'un tel substrat fibreux. |
-
2012
- 2012-06-26 ES ES201230989A patent/ES2387768B1/es active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2387768A1 (es) | 2012-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | Malleable, mechanically strong, and adaptive elastomers enabled by interfacial exchangeable bonds | |
| Bai et al. | A thermal-, water-, and near-infrared light-induced shape memory composite based on polyvinyl alcohol and polyaniline fibers | |
| Cui et al. | Formation of a segregated electrically conductive network structure in a low-melt-viscosity polymer for highly efficient electromagnetic interference shielding | |
| Kanagaraj et al. | Mechanical properties of high density polyethylene/carbon nanotube composites | |
| Abdalla et al. | Magnetically processed carbon nanotube/epoxy nanocomposites: Morphology, thermal, and mechanical properties | |
| Kim et al. | Toward high performance thermoset/carbon nanotube sheet nanocomposites via resistive heating assisted infiltration and cure | |
| Rangari et al. | Microwave processing and characterization of EPON 862/CNT nanocomposites | |
| US20040222081A1 (en) | Use of microwaves to crosslink carbon nanotubes | |
| Yan et al. | Green and high-expansion PLLA/PDLA foams with excellent thermal insulation and enhanced compressive properties | |
| Dong et al. | Carbonized cellulose nanofibers as dielectric heat sources for microwave annealing 3D printed PLA composite | |
| CN106120012A (zh) | 一种自发热聚酯纤维及其制备方法 | |
| ES2387768B1 (es) | Material polimérico para procesos de transformación mediante calentamiento con microondas, procedimiento para la preparación de dicho material polimérico y uso de dicho material polimérico | |
| Ren et al. | Effects of carbon nanofibers on crystalline structures and properties of ultrahigh molecular weight polyethylene blend fabricated using twin‐screw extrusion | |
| Aghvami-Panah et al. | LDPE/MWCNT and LDPE/MWCNT/UHMWPE self-reinforced fiber-composite foams prepared via supercritical CO2: a microstructure-engineering property perspective | |
| Jeevananda et al. | Investigation of multi‐walled carbon nanotube‐reinforced high‐density polyethylene/carbon black nanocomposites using electrical, DSC and positron lifetime spectroscopy techniques | |
| Kim et al. | Processing of open‐cell silicon carbide foams by steam chest molding and carbothermal reduction | |
| KR101794079B1 (ko) | 탄소나노튜브와 고분자물질을 포함하여 제조되는 발열체 | |
| CN102952328A (zh) | 一种碳纳米管/聚烯烃导电复合材料及制备方法 | |
| Ortiz et al. | Preparation and characterization of electron-beam treated HDPE composites reinforced with rice husk ash and Brazilian clay | |
| Qian et al. | Enhanced thermal conductivity via in situ constructed CNT aerogel structure in composites | |
| Gu et al. | 4D printed and multi-stimulus responsive shape memory polymer nanocomposites developed on hydrogen bonding–metal-phenolic sacrificial network: Application for hazardous chemical operations soft robots | |
| Dubey et al. | LDPE/EVA/PCR/MWNT nanocomposites: Radiation crosslinking and physicomechanical characteristics | |
| Ou et al. | Isothermal crystallization kinetics of Kevlar fiber‐reinforced wood flour/high‐density polyethylene composites | |
| KR20210091729A (ko) | 전자기 조사를 사용하는 탄소 나노입자 고분자 매트릭스 복합재 제조 방법 | |
| KR20200058682A (ko) | 케나프 섬유와 재활용 폴리프로필렌 복합재료 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2387768 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20130812 |