ES2642363T3 - Material de carbono de microdominio para aislamiento térmico - Google Patents

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ES2642363T3 ES13771518.1T ES13771518T ES2642363T3 ES 2642363 T3 ES2642363 T3 ES 2642363T3 ES 13771518 T ES13771518 T ES 13771518T ES 2642363 T3 ES2642363 T3 ES 2642363T3
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Description

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DESCRIPCION
Material de carbono de microdominio para aislamiento termico
El presente documento se refiere al uso de un material de carbono microestructurado en partlculas en aplicaciones de aislamiento termico, preferentemente como una carga atermana.
El aislamiento termico para ahorrar energla ha alcanzado gran importancia en el contexto del deseo de un desarrollo sostenible y del aumento del coste de la energla. El aislamiento termico esta adquiriendo cada vez mayor importancia a la luz de los crecientes precios de la energla, los recursos cada vez mas escasos, el deseo de reducir las emisiones de CO2, la necesidad de una reduccion sostenible de la demanda de energla y tambien los requisitos cada vez mas exigentes que la proteccion contra el calor y el frlo tendra que cumplir en el futuro. Estos requisitos cada vez mas exigentes para optimizar el aislamiento termico se aplican por igual en edificios, por ejemplo en edificios nuevos o en edificios existentes, y al aislamiento termico en los sectores movil, loglstico y estacionario.
Los materiales de construction como el acero, el hormigon, la mamposterla y el vidrio, as! como la roca natural, son conductores termicos relativamente buenos, de modo que las paredes exteriores de los edificios hechas de estos materiales, desprenden calor muy rapidamente desde el interior hacia el exterior en tiempo frlo. Por lo tanto, el desarrollo tiene por objetivo, en primer lugar, mejorar las propiedades aislantes aumentando la porosidad de estos materiales de construccion como en el caso de, por ejemplo, el hormigon y la mamposterla, y en segundo lugar, revestir las paredes exteriores con materiales de aislamiento termico. Los materiales de aislamiento termico que se utilizan principalmente en la actualidad son materiales que tienen una baja conductividad termica. Los materiales utilizados incluyen tanto materiales de aislamiento organicos como materiales de aislamiento inorganicos, por ejemplo plasticos espumados tales como poliestireno y poliuretano; materiales de fibra de madera tales como lana de madera y corcho; fibras vegetales o animales tales como canamo, lino, lana; lana mineral y de vidrio, vidrio espumado en forma de placa; placas de silicato de calcio y placas de carton-yeso. Estos materiales de aislamiento termico se usan principalmente en forma de tableros y molduras de espuma o prensados, solos o en combination con otros. Otra forma eficaz de proporcionar aislamiento termico es el uso de paneles de aislamiento al vaclo (VIP por sus siglas en ingles vacuum insulated panel) que se basan en el principio de aislamiento al vaclo. Estos VIP comprenden un material de nucleo poroso para soportar el vaclo y rodeado por un material de cobertura altamente estanco a los gases. Los materiales que pueden emplearse para el nucleo incluyen espumas de pollmero de celda abierta, materiales de microfibras, sllice pirogena y perlita.
La capacidad de aislamiento de cada uno de los materiales mencionados anteriormente y las combinaciones de vaclo/material, respectivamente, puede mejorarse adicionalmente anadiendo un material atermano capaz de interactuar con la radiation infrarroja y reducir as! la transmision infrarroja. Por ejemplo, los materiales atermanos pueden utilizarse como relleno en espumas polimericas termoaislantes y en paneles de aislamiento al vaclo. Los pollmeros termoplasticos expandibles y entre ellos, en particular, el poliestireno expandible (EPS por sus siglas en ingles expandable polystyrene), son materiales aislantes convencionales conocidos y utilizados durante mucho tiempo para preparar artlculos expandidos que pueden adoptarse en diversas areas de aplicacion, entre las que una de las mas importantes es el aislamiento termico. Las laminas planas de poliestireno expandido se utilizan normalmente con una densidad de aproximadamente 30 g/l ya que la conductividad termica del pollmero tiene un mlnimo a estos valores. No es ventajoso caer por debajo de este llmite, incluso aunque sea tecnicamente posible, ya que provoca un aumento drastico de la conductividad termica de la lamina que debe compensarse con un aumento de su espesor. Para evitar este inconveniente, el pollmero puede rellenarse con materiales atermanos tales como grafito (por ejemplo, en Neopor® disponible de BASF), negro de carbon o aluminio. Un buen comportamiento del relleno atermano y por lo tanto del aislamiento termico global permite una reduccion significativa de la densidad del artlculo expandido o del espesor del mismo sin reducir el valor de resistencia termica total. El documento EP 0620246 A describe un proceso para preparar granulos de poliestireno expandible que contiene un material atermano, por ejemplo negro de carbon, distribuido en la superficie o, alternativamente, incorporado dentro de la propia partlcula. El uso de negro de carbon se conoce desde hace mucho tiempo como relleno o pigmento, o bien como agente de nucleacion (vease, por ejemplo, Chem. Abstr., 1987, "Negro de carbon que contiene perlas de poliestireno"). Entre los diversos tipos de negro de carbon, los mas importantes son el negro de carbon procedente de la combustion de petroleo ("negro de petroleo")/negro de carbon procedente de la combustion de gas, negro de carbon de acetileno, negro de lampara, negro de canal, negro de carbono termico y negro de carbon conductor de electricidad. El documento WO 97/45477 describe composiciones a base de poliestireno expandible que comprende un pollmero de estireno y de 0,05 al 25 % de negro de carbon del tipo negro de lampara. Dependiendo del proceso de fabrication, estos negros de carbon tienen diametros con intervalos que van desde 10 nm hasta 1000 nm aproximadamente, y tienen superficies especlficas muy diferentes (de 10 a 2000 m2/g). Estas diferencias conducen a diferentes capacidades de bloqueo de los rayos infrarrojos. El documento WO 2006/61571 describe composiciones a base de poliestireno expandible que comprende un pollmero de estireno y de 0,05 a menos de un 1 % de negro de carbon, con un area superficial que oscila entre 550 y 1600 m2/g.
Se sabe que el grafito tambien puede utilizarse eficazmente como un cuerpo negro (como se describe, por ejemplo, en los documentos JP 63-183941, WO 2004/022636, WO 96/34039). Sin embargo, su uso como agente atenuante de la radiacion infrarroja en espumas polimericas es mas reciente. La solicitud de patente japonesa 63-183941 es
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una de las primeras en proponer el uso de algunos aditivos, activos en el bloqueo de rayos infrarrojos en longitudes de onda comprendidas entre 6 y 14 pm, obteniendo asi resinas termoplasticas termicamente aislantes capaces de mantener permanentemente una baja conductividad termica. Entre todos los aditivos, se prefiere el grafito.
El documento DE 9305431 U describe un metodo para producir productos moldeados expandidos que tienen una densidad de menos de 20 kg/m3 y una conductividad termica reducida. Este resultado se alcanza incorporando un material atermano, tal como grafito y tambien negro de carbon, en la espuma rigida de poliestireno. La solicitud de patente internacional WO 98/51735 describe material particulado de poliestireno expansible que contienen de 0,05 al 25 % en peso de particulas de grafito sinteticas o naturales distribuidas homogeneamente en la matriz de poliestireno. El grafito tiene preferentemente un diametro medio que varia de 1 a 50 pm, una densidad aparente que varia de 100 a 500 g/l y un area superficial que varia de 5 a 20 m2/g.
El documento WO 2011/042800 se refiere a una composicion polimerica de nanocompuesto termoplastico expandible, preferentemente una composicion de poliestireno, que incluye un relleno atermano que comprende laminas de grafeno a escala nanometrica que tienen un espesor no mayor de 150 nm, una dimension media (longitud, anchura o diametro) no mayor de 10 pm y un area superficial 50 m2/g.
Existe una necesidad continua de materiales aislantes altamente eficaces que tengan un bajo requerimiento de espacio y que permitan asi multiples campos de uso. El problema subyacente a la presente invencion es encontrar un material particulado que tenga una conductividad radiactiva termica excepcionalmente baja que pueda utilizarse en combinacion con materiales convencionales para mejorar el aislamiento termico. Mas particularmente, se busca una carga atermana para su uso en espumas polimericas y paneles de aislamiento al vacio.
Se ha descubierto ahora que puede utilizarse para el aislamiento termico un material particulado de carbono que comprende particulas de carbono en forma de discos ("discos de carbono") y conos abiertos huecos ("conos de carbono").
Los terminos "conos de carbono" y "discos de carbono" se utilizan para designar una cierta clase de estructuras de carbono en el microdominio o mas pequeno (nanodominio). Estas estructuras pueden describirse burdamente como pilas de laminas grafiticas con estructuras planas o conicas. Los conos de carbono abiertos son generalmente conos huecos, cada uno de ellos formado por una lamina ininterrumpida de grafito, excepto en sus bordes abiertos. Todos los conos estan cerrados en el vertice y solo existen con cinco angulos de apertura diferentes. Una lamina grafitica compuesta exclusivamente por hexagonos no puede formar una tapa de cono continua sino que forma una placa plana o disco. Tienen que anadirse los pentagonos para formar una punta curvada. Los conos de carbono abiertos pueden modelarse como una lamina de grafito envuelta. Para tener envoltura libre de tension, sin soldadura, tiene que cortarse un sector de la lamina y, a continuacion, tienen que conectarse los bordes. Teniendo en cuenta la simetria de una lamina de grafito, el sector debe tener un angulo (=disclinacion total TD) de TD=Nx60 °, donde N=0, 1, 2, 3, 4 o 5 y corresponde al numero efectivo de pentagonos necesario para producir la disclinacion total particular (curvatura). Por lo tanto, los angulos de apertura a de los conos solo tienen ciertos valores discretos de acuerdo con la ecuacion a=2 arcsin(1-N/6). Una disclinacion total de 0 ° (N=0) corresponde a una placa plana, es decir, los discos de carbono pueden describirse como laminas de grafito circulares planas que tienen estructura de grafito hexagonal pura. La figura 1, tomada de la solicitud internacional WO 98/42621, muestra esquematicamente los angulos proyectados (angulos de apertura o de vertice) de los diversos conos de carbono posibles.
El concepto de disclinacion y angulo proyectado aplicado a los conos y discos de carbono se entiende mejor con referencia al articulo "Graphitic Cones and the Nucleation of Curved Carbon Surfaces" que aparece en Nature (1997), edicion del 31 de julio. Como se muestra en la figura 1, los angulos proyectados para cada uno de los posibles conos son 19,2 °, 38,9 °, 60 °, 83,6 ° y 112,9 °, que corresponden a disclinaciones totales de 300 ° (N=5), 240 ° (N=4), 180 ° (N=3), 120 ° (N=2) y 60 ° (N=1), respectivamente. Ademas, la lamina grafitica de placa plana tiene un angulo proyectado de 180 ° y una disclinacion total de 0 °. Las micrografias electronicas del material particulado de carbono confirman la presencia de discos y conos que tienen al menos uno de los posibles angulos de apertura mencionados anteriormente. No se han observado conos de carbono con angulos de apertura diferentes de los mencionados.
El tamano caracteristico o dimension mas larga de los conos y discos de carbono normalmente es inferior a 5 pm, preferentemente menor que 4 pm, mas preferentemente no mayor que 2 pm tal como de 1 a 2 pm o inferior a 1 pm o inferior a 800 nm, y el espesor, medido como el espesor de pared de los conos de carbono abiertos huecos o el espesor de los discos, normalmente es menor de 100 nm, preferentemente menor de 80 nm, mas preferentemente menor de 50 nm tal como de 20 a 30 nm. Las relaciones de aspecto normales estan dentro del intervalo de 1 a 50 distinguiendose claramente aquellas estructuras de microdominio de nanotubos de carbono que tienen relaciones de aspecto en el intervalo de 100 a 1000.
Los discos y conos de carbono son estructuras de microdominio de carbono que son fuertemente dominantes en el presente material particulado de carbono. Normalmente, el material particulado de carbono comprende mas del 90 % en peso de estructuras de microdominio de carbono y hasta aproximadamente el 10 % en peso de negro de carbono ordinario. La fraccion de microdominio del material particulado comprende normalmente por lo menos el
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El presente material particulado de carbono se produce mediante el denominado proceso de Kvaerner de negro de carbon e hidrogeno, un proceso de antorcha de plasma, que se describe completamente en el documento WO 98/42621. El metodo de production puede resumirse como un proceso de pirolisis en dos etapas en el que una materia prima hidrocarbonada se conduce primero a una zona de plasma y, por lo tanto, se somete a una primera etapa de pirolisis suave en la que los hidrocarburos solo se agrietan parcialmente o se descomponen para formar hidrocarburos aromaticos policlclicos (HAP), antes de introducir los HAP en una segunda zona de plasma suficientemente intensa para completar la descomposicion de los hidrocarburos en carbono elemental e hidrogeno.
La patente de Estados Unidos 6.476.154 esta dirigida al uso del presente material particulado de carbono de microdominio en elastomeros basados en dieno para mejorar las propiedades mecanicas de las composiciones de caucho. Las aplicaciones de las composiciones de caucho incluyen neumaticos, correas y mangueras. La conductividad radiactiva termica del material particulado de carbono no se menciona ni es relevante para las aplicaciones previstas mencionadas en la patente de Estados Unidos 6.476.154.
El documento WO 2006/052142 se refiere a un material compuesto conductor de la electricidad que comprende un material no conductor por naturaleza que se ha hecho conductor al cargarlo con un relleno conductor de la electricidad que consiste en el presente material particulado de carbono preparado por el proceso de Kvaerner de negro de carbon e hidrogeno. El documento WO 2006/052142 tambien declara el relleno y, en consecuencia, el material compuesto termicamente conductor, pero no se proporciona ninguna evidencia.
En vista de la ensenanza del documento WO 2006/052142 para anadir el material particulado de carbono a un material no conductor para mejorar la conductividad termica, es bastante sorprendente que el material particulado de carbono pueda utilizarse para el aislamiento termico. Es un merito de los presentes inventores haber descubierto que el material particulado de carbono microestructurado tiene un coeficiente de extincion excepcionalmente alto para la radiation infrarroja que lo hace ideal para aplicaciones de aislamiento termico.
El coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A a una longitud de onda en el intervalo de A=1,4 pm a 35 pm es una medida para la atenuacion de la radiacion termica que transmite el material. La extincion incluye procesos de absorcion y de dispersion dentro del material. La influencia de la dispersion anisotropica en la transferencia radiactiva puede incluirse escalando a las llamadas cantidades efectivas, marcadas con un asterisco (s*a, e*A, y w*0.a). El coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A esta dado por la suma del coeficiente de dispersion especlfico espectral efectivo s*Ay el coeficiente de absorcion espectral aA.
e*A=**A+flA [m2/kg] (1)
El reclproco del producto del coeficiente de extincion espectral efectivo e*A y la densidad p es la trayectoria libre media La de la radiacion termica en el medio, es decir, la trayectoria antes de que tenga lugar la dispersion o la absorcion:
1
= —------ [m] (2)
« a P
El albedo espectral efectivo w*0,a es el cociente del coeficiente de dispersion especlfico espectral efectivo s*A y el coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A.
imagen1
[1]
(3)
Los valores del albedo w*0,a pueden encontrarse entre 0 y 1 (0 en el caso de solo absorcion y 1 en el caso de solo dispersion).
Una description completa de las propiedades opticas infrarrojas viene dada por el coeficiente de extincion y el albedo o por el coeficiente de dispersion y el coeficiente de absorcion. Estos cuatro valores estan conectados a traves de la ecuacion (1) y la ecuacion (3).
Para describir el transporte termico radiactivo total a traves del medio de dispersion y absorcion, se obtiene el coeficiente de extincion especlfico efectivo total en funcion de la temperatura e*(T) integrando el coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A sobre todas las longitudes de onda A en el intervalo de A=1,4 pm a 35 pm usando la funcion de peso de Rosseland (fR(A, T):
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imagen2
donde la funcion de Rosseland es la derivada parcial de la intensidad espectral ib(A, T) emitida por un cuerpo negro a una longitud de onda dada A y una temperatura T con respecto a la intensidad total Ib(t) a la misma temperatura:
imagen3
La conductividad radiactiva puede calcularse dependiendo del espesor de la muestra si se conoce el coeficiente de extincion especffico efectivo total:
imagen4
donde T es la temperatura media de la muestra y o=5,67.10'8 Wm'2K'4 la constante de Stefan-Boltzmann.
imagen5
Generalmente, el coeficiente de extincion especffico efectivo total e* para la radiacion infrarroja con A=1,4 pm a 35 pm del presente material particulado de carbono a 300 K esta dentro del intervalo de 1200 a 1700 m2/kg, normalmente dentro del intervalo de 1290 a 1640 m2/kg. Los parametros para calcular el coeficiente de extincion efectivo total e* del material particulado de carbono se obtuvieron como se describe en el ejemplo.
La extincion por infrarrojos del presente material particulado microestructurado de carbono es, de hecho, mucho mas alta que la de los negros de carbon y grafitos conocidos utilizados hasta ahora como rellenos atermanos. Es una ventaja fundamental adicional de la presente invencion que el material particulado de carbono especffico pueda producirse a escala industrial en aproximadamente las mismas magnitudes y costes de production que el negro de carbon ordinario.
Debido a su caracterfstica unica de extincion por IR, el presente material particulado de carbono es util en cualquier aplicacion para aislamiento termico, ya sea solo o preferentemente en combination con cualquier otro material o materiales. Estos materiales normalmente son termicamente aislantes e incluyen tanto materiales de aislamiento termico organicos como inorganicos. La adicion del presente material particulado de carbono a un material aislante reduce significativamente la conductividad termica a traves del compuesto y de este modo mejora el efecto aislante. Materiales aislantes a modo de ejemplo que pueden utilizarse en combinacion con el presente material particulado de carbono son materiales polimericos termoplasticos o termoendurecibles; materiales de fibra de madera tales como lana de madera y corcho; fibras vegetales o animales tales como canamo, lino, lana; lana mineral y de vidrio, vidrio espumado en forma de placa; placas de silicato de calcio y placas de carton-yeso; sflice pirogena y mezclas de al menos dos de estos materiales. Ejemplos de materiales polimericos incluyen polfmeros vinflicos, preferentemente polfmeros aromaticos vinflicos tales como poliestireno, copolfmeros de estireno con al menos un monomero copolimerizable y polipropileno; asf como poliuretanos. Tambien pueden utilizarse mezclas de diversos polfmeros. Los materiales polimericos termicamente aislantes, incluyendo los mencionados anteriormente, normalmente estan presentes en forma de espuma ya sea de celdas abiertas o cerradas. Las espumas polimericas
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a utilizar junto con el presente material particulado de carbono incluyen, por ejemplo, poliestireno expandido (EPS), copollmeros expandidos de estireno y al menos un monomero copolimerizable, polipropileno expandido, poliestireno extruido (XPS) y espuma de poliuretano. En algunas realizaciones, la espuma polimerica comprende de un 1 a un 10 % en peso, preferentemente del 1,5 a 8 % en peso, mas preferentemente del 2 a 6 % en peso del presente material particulado de carbono, cada uno basado en el peso del material polimerico.
Normalmente, el presente material particulado de carbono se utiliza como un relleno atermano que se incluye/incorpora en un material de matriz que es preferentemente una espuma polimerica como se ha mencionado anteriormente. En algunas realizaciones, el material particulado de carbono se utiliza como relleno atermano (por ejemplo, en un material de matriz que es preferentemente una espuma polimerica como se ha mencionado anteriormente) junto con al menos una carga adicional que puede ser termicamente aislante o no. Ejemplos de materiales de relleno para uso junto con el presente material particulado de carbono incluyen sllices pirogenas tales como Aerosil®R 812 (sllice pirogena hidrofoba tratada posteriormente con hexametildisilazano y disponible en Evonik Industries AG, Alemania). El experto en la materia conoce bien como incorporar un relleno atermano en una espuma polimerica y se describen diversos metodos en la bibliografla, por ejemplo en el documento WO 2011/042800 que divulga varios metodos para preparar laminas extruidas expandidas y expandidas de un pollmero termoplastico, preferentemente poliestireno, cargado con un relleno atermano.
Ademas, el presente material particulado de carbono puede utilizarse en paneles de aislamiento al vaclo (VIP) para reducir aun mas la conductividad termica. Puede anadirse al material utilizado como nucleo de soporte, preferentemente se incorpora en el material del nucleo poroso. Los materiales que pueden emplearse para el nucleo en combination con el presente material particulado de carbono incluyen espumas polimericas de celdas abiertas tales como espumas de poliuretano, materiales de microfibras, sllice pirogena y perlita.
Otra aplicacion en la que el presente material particulado de carbono puede utilizarse solo o en combinacion con otro material termicamente aislante es como un relleno para el aislamiento de hornos de alta temperatura.
Ejemplos
Algunas realizaciones de la presente invention se describiran ahora en detalle en los siguientes ejemplos.
Materiales:
Todos los polvos de negro de carbon estan comercialmente disponibles en Orion Engineered Carbons GmbH, Hanau, Alemania.
Ej. N.° . Description
EI1 material particulado de carbono que comprende discos y conos1
EI2 espuma de poliestireno expandido que comprende el 3 % en peso de EI12
EI3 espuma de poliestireno expandido que comprende el 5 % en peso de EI12
CE4*________________polvo de grafito natural3______________________________________________________
* ejemplo comparativo
1 preparado mediante el proceso de Kvaerner de negro de carbon e hidrogeno como se describe en el documento WO 98/42621
2 % en peso basado en el peso del poliestireno
3 disponible en Canada Carbon, Canada
Se investigaron el especimen de polvo (ejemplo de la invencion) y las 2 espumas (ejemplos de la invencion 2 y 3) para obtener el coeficiente de extincion especlfico efectivo total e* a temperatura ambiente (300 K).
Mediciones:
Las muestras se midieron utilizando un espectrometro de infrarrojo de transformation de Fourier Bruker (FTIR) Vertex 70v en el intervalo de longitud de onda de 1,4 pm a 35 pm que es decisivo para el transporte termico radiactivo a temperatura ambiente. Para medir la transmitancia y la reflectancia direccionales-hemisfericas espectrales, las pellculas delgadas de muestra de polvo se extendieron sobre capas PE de soporte, que son transparentes en el intervalo de longitud de onda infrarroja. Se pulverizan capas de polvo finas sobre la capa de PE usando un calibrador de vaclo. La preparation de pellculas finas homogeneas se realiza con el sistema de dispersion de polvo comercial GALAI PD 10. Una entrada de aire fuerte en una camara de vaclo transforma el polvo en un polvillo desaglomerado, cargado electricamente de forma parcial, que se deposita lentamente sobre la lamina de soporte y forma una muestra razonablemente estable. La figura 2 representa el sistema de dispersion de polvo de vaclo GALAi PD 10; los granos de polvo colocados dentro del pocillo en la parte superior del recipiente evacuado se aspiran dentro de la abertura y se depositan sobre la lamina de PE. El espesor de la capa de polvo entre 30 pm y 500 pm puede lograrse variando la cantidad de polvo.
Para medir la transmitancia y la reflectancia direccionales-hemisfericas espectrales de las espumas, se extirparon
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varias capas de cada muestra de espuma de la plancha de espuma. El diametro de las capas es de 16 mm.
Las muestras se colocan entonces en la abertura de una esfera integradora que esta acoplada al espectrometro. La figura 3 muestra las configuraciones de la esfera integradora para determinar la transmitancia direccional- hemisferica Tdh (en el lado izquierdo) y la reflectancia Rdh (en el lado derecho) a temperatura ambiente normal a la superficie. La muestra se irradia de forma normal a la superficie y la radiacion reflejada en el hemisferio del lado frontal o transmitida al hemisferio del lado posterior se mide para los espectros de transmitancia o reflectancia, respectivamente. Se midieron varias muestras con diferentes espesores para considerar posibles faltas de homogeneidad en la muestra y para garantizar un valor de medicion medio suficientemente bueno. Para el calculo del coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A tambien se determino la masa por area m" de cada muestra.
A partir de la transmitancia y de la reflectancia direccionales-hemisfericas espectrales, el coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A y el albedo espectral efectivo w*a de cada muestra se calculo utilizando una cierta solucion de la ecuacion de transferencia radiactiva, la llamada solucion de tres flujos. La solucion de tres flujos permite cuantificar la transferencia radiactiva a traves de los medios de dispersion y absorcion, as! como determinar los coeficientes de dispersion y de absorcion espectral de las muestras investigadas.
La figura 4 muestra el coeficiente de absorcion especlfico espectral aA del material particulado de carbono que comprende discos y conos (EI1) en dependencia de la longitud de onda A de 1,4 a 35 pm.
La figura 5 muestra el coeficiente de dispersion especlfico espectral s*a del material particulado de carbono que comprende discos y conos (EI1) en dependencia de la longitud de onda A de 1,4 a 35 pm.
La figura 6 muestra el coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A del material particulado de carbono que comprende discos y conos (EI1) en dependencia de la longitud de onda A de 1,4 a 35 pm.
La figura 7 muestra el coeficiente de absorcion especifico espectral aA de EI2 (espuma de poliestireno expandido que comprende el 3 % en peso de EI1) y de EI3 (espuma de poliestireno expandido que comprende el 5 % en peso de EI1) en dependencia de la longitud de onda A de 1,4 a 35 pm.
La figura 8 muestra el coeficiente de dispersion especlfico espectral efectivo s*a de EI2 (espuma de poliestireno expandido que comprende el 3 % en peso de EI1)y de EI3 (espuma de poliestireno expandido que comprende el 5 % en peso de EI1) en dependencia de la longitud de onda A de 1,4 a 35 pm.
La figura 9 muestra el coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A de EI2 (espuma de poliestireno expandido que comprende el 3 % en peso de EI1) y de EI3 (espuma de poliestireno expandido que comprende el 5 % en peso de EI1) en dependencia de la longitud de onda A de 1,4 a 35 pm.
A partir del coeficiente de extincion especlfico espectral efectivo e*A en el intervalo de longitud de onda entre 1,4 pm y 35 pm, se calcula el coeficiente de extincion especlfico efectivo total a temperatura ambiente de acuerdo con las ecuaciones de la descripcion de la presente solicitud.
Resultados:
En la Tabla 1, se presenta el coeficiente de extincion especlfico efectivo total e* de las muestras investigadas a una temperatura de 300 K. El coeficiente de extincion especlfico efectivo total e*, calculado a partir de la ecuacion (4), puede determinarse con una precision de aproximadamente el 10 % al 15 %.
Tabla 1: Coeficiente de extincion especlfico efectivo total e*
Ejemplo N.°
Descripcion breve e*/m2/kg a T=300 K
EI1
discos y conos de carbono 1466±176
EI2
espuma EPS al 3 % de EI1 116±14
EI3
espuma EPS al 5 % de EI1 152±18
CE4*
Polvo de grafito natural 292±35
En la Tabla 2 se muestran el coeficiente de extincion especlfico efectivo total e*, la conductividad radiactiva Arada calculado de acuerdo con la ecuacion (7) y la densidad de espuma p de las espumas EI2 y EI3 investigadas a una temperatura T=300 K.
Tabla 2: Propiedades de las muestras de espuma
Ejemplo N.°
Descripcion e*/m2/kg a T=300 K Arad a(T) mW/(mK) a T=300 K p/kg/m3
EI2
espuma EPS al 3 % de 116±14 4,4 16
EI1
EI3
espuma EPS al 5 % de EI1 152±18 3,4 16
Es evidente a partir de los resultados mostrados en la Tabla 1 que el material particulado de carbono de microdominio que comprende discos y conos de carbono (EI1) tiene un coeficiente de extincion especlfico efectivo e* significativamente mayor que el del grafito utilizado como relleno atermano hasta ahora. Ademas es bastante 5 interesante ver en la Tabla 2 que las espumas EPS cargadas con el presente material particulado de carbono tienen conductividades termicas excepcionalmente bajas que estan en un intervalo normalmente alcanzado con paneles de aislamiento al vaclo. Esto es especialmente notable puesto que estas bajas conductividades se alcanzan en espumas EPS con densidades relativamente bajas de aproximadamente 16 kg/m3. Las espumas EPS sin carga utilizadas para fines de aislamiento deben tener densidades de al menos 30 kg/m3 debido a que las densidades mas 10 bajas causan un aumento drastico de la conductividad termica.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Uso de un material particulado de carbono, que comprende partlcuias de carbono en forma de discos y conos huecos abiertos, para aislamiento termico.
  2. 2. Uso de la reivindicacion 1, en el que los conos de carbono huecos abiertos tienen uno o varios de los siguientes angulos de apertura: 19,2 °, 38,9 °, 60 °, 83,6 ° y 112,9 °.
  3. 3. Uso de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el espesor de los discos de carbono y el espesor de las paredes de los conos de carbono huecos abiertos es inferior a 100 nm.
  4. 4. Uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la dimension mas larga de los discos de carbono y de los conos de carbono huecos abiertos es menor de 5 pm.
  5. 5. Uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material particulado de carbono tiene un coeficiente de extincion especlfico efectivo total e* para radiacion IR con A=1,4 pm a 35 pm a 300 K, como se define en la descripcion, dentro del intervalo de 1200 a 1700 m2/kg.
  6. 6. Uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el material particulado de carbono se utiliza en combinacion con al menos otro material, preferentemente un material termicamente aislante.
  7. 7. Uso de la reivindicacion 6, en el que el material particulado de carbono se usa como un relleno atermano.
  8. 8. Uso de la reivindicacion 7, en el que el material particulado de carbono se incorpora en un panel de aislamiento al vaclo (VIP).
  9. 9. Uso de la reivindicacion 7, en el que el material particulado de carbono se incorpora en una matriz que comprende al menos un material termicamente aislante adicional, preferentemente un material polimerico.
  10. 10. Uso de la reivindicacion 9, en el que el material termicamente aislante comprende al menos un pollmero seleccionado entre pollmeros vinllicos, especialmente pollmeros aromaticos vinllicos, y poliuretanos.
  11. 11. Uso de las reivindicaciones 9 o 10, en el que el material termicamente aislante comprende una espuma polimerica.
  12. 12. Uso de la reivindicacion 11, en el que la espuma polimerica comprende un pollmero termoplastico o termoendurecible.
  13. 13. Uso de la reivindicacion 12, en el que la espuma polimerica comprende al menos uno de poliestireno expandido, un copollmero expandido de estireno y al menos un monomero copolimerizable, polipropileno expandido, poliestireno extruido y espuma de poliuretano.
  14. 14. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que el material particulado de carbono se utiliza junto con al menos una carga adicional tal como sllice pirogena.
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