WO2015084139A1 - Electrically conductive elastomers with electrostatic dissipation and capacitance properties, and uses thereof in galvanic cells and esd materials - Google Patents

Electrically conductive elastomers with electrostatic dissipation and capacitance properties, and uses thereof in galvanic cells and esd materials Download PDF

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WO2015084139A1
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Alberto ROSAS ABURTO
Pedro ROQUERO TEJEDA
Martín Guillermo HERNÁNDEZ LUNA
Ismael Alberto GABALDON SAUCEDO
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Universisad Nacional Autónoma De México
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Definitions

  • the key to the success of flexible organic batteries is to take into account a series of parameters associated with the properties of the materials or the battery as a whole, as well as aspects such as the layer thickness of the films printed on the battery, the conductivity ionic to achieve a high power density, thermal stability, permeation of gas (air) and humidity that should be as short as possible to ensure a long life to the battery, its flexibility and ability to bend, its cover that should be flexible waterproof, mechanically resistant.
  • Mixing is carried out at a temperature ranging from 60 ° C to 180 ° C, preferably at 90 ° C, at a spindle speed ranging from 10 to 200 rpm, preferably between 30 and 100 rpm, and more preferably at 50 rpm and the batch mixing time or residence time in an extruder ranges from 1 to 20 minutes, preferably less than 10 minutes, and more preferably 1.5 minutes, either by feeding all at once or by dosing the electrical conductive compound, preferably dosing the electrical conductor compound.
  • thermoplastic elastomeric composite material function as bridges or junctions for the continuity of the electric current between them and the larger particles of the ionic conductor, so their dispersion and percolability is important.
  • thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention for this example was obtained from an LLDPE resin.
  • Said resulting elastomeric composite material had the ability to dissipate an electric shock, since it can "maintain or store” the charge in question, to subsequently discharge or dissipate energy slowly over time.
  • two materials were manufactured and compared in their electrical conductivity properties with the original LLDPE matrix.
  • the electronic conductive composite was made from poly (aniline) doped with acidified haloisite nanotubes and was obtained as described in the reference [AI Gabaldón-Saucedo, Characterization of Nanostructured Silcoaluminatos Coated with Inherently Conductive Polymers, CIMAV- Chihuahua 2013] and the ionic conductive compound was prepared by placing 6 parts of propylene carbonate with 3.5 parts of PMMA Plastiglas Silux and 0.5 parts of lithium perchlorate, the The mixture was heated to 180 ° C and reflux and the components were integrated by stirring at 50 rpm. After the components were integrated the mixture was allowed to cool.
  • Two types of materials were used as supports, aluminum foil and acetates with a layer of adhesive, such as those used before for projection, and these were impregnated with conductive and semiconductor inks.

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Abstract

The present invention relates to a thermoplastic elastomer compound which is electrically conductive and capacitive and is based on the combination of a polymer matrix which acts as a binding agent, in addition to being used as a matrix or substrate; a nanostructured electrically conductive compound, which has the function of conducting electricity by means of transporting electrons; and a compatibilising compound and ion conductor, the main function of which is to ensure the compatibility of the "first two components, one dispersing in the other, in addition to conducting the electricity by ion transport". According to the invention, said elastomer compound is useful mainly in the electronics industry, and preferably in the production of thin flexible rechargeable polymer batteries.

Description

ELASTÓMEROS ELÉCTRICAMENTE CONDUCTORES CON PROPIEDADES DE DISIPACIÓN ELECTROSTÁTICA Y CAPACITANCIA, Y SUS APLICACIONES EN  ELECTRIC DRIVEN ELASTOMERS WITH ELECTROSTATIC DISSIPATION AND TRAINING PROPERTIES, AND THEIR APPLICATIONS IN
CELDAS GALVÁNICAS Y MATERIALES ESD  ESD GALVANIC AND MATERIAL CELLS
CAMPO DE LA INVENCIÓN FIELD OF THE INVENTION
La presente invención está relacionada con los principios y técnicas utilizadas en la Industria Química, así como en la Ingeniería Especializada en Sistemas Electrónicos, para el diseño y manufactura de componentes aplicables en dispositivos electrónicos, y más específicamente, está relacionada con materiales compuestos elastoméricos termoplásticos que son eléctricamente conductores y capacitores, aplicables en dispositivos electrónicos, como delgada capa conductora o semiconductora en celdas galvánicas para almacenamiento de energía, en la manufactura de delgadas y flexibles baterías poliméricas recargables, entre otras muchas aplicaciones. The present invention is related to the principles and techniques used in the Chemical Industry, as well as in the Specialized Engineering in Electronic Systems, for the design and manufacture of components applicable in electronic devices, and more specifically, it is related to thermoplastic elastomeric composite materials that They are electrically conductive and capacitors, applicable in electronic devices, such as thin conductive or semiconductor layer in galvanic cells for energy storage, in the manufacture of thin and flexible rechargeable polymer batteries, among many other applications.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
La fabricación de dispositivos electrónicos es una de las áreas más dinámicas y de mayor crecimiento en términos de oportunidades de negocio, debido a la creciente demanda de dispositivos portátiles, teléfonos celulares, computadoras, tablets y gadgets de todo tipo ya sea para trabajo, entretenimiento u otros propósitos. Esto genera bastas áreas de negocio que para aquellos interesados les representa nuevos mercados emergentes. Uno de dichos mercados es aquel dedicado a la manufactura de dispositivos electrónicos impresos. The manufacture of electronic devices is one of the most dynamic and fastest growing areas in terms of business opportunities, due to the growing demand for portable devices, cell phones, computers, tablets and gadgets of all kinds, whether for work, entertainment or other purposes This generates ample business areas that for those interested represent new emerging markets. One of these markets is that dedicated to the manufacture of printed electronic devices.
Sistemas electrónicos impresos, es la designación que se le da a toda una nueva línea tecnológica dedicada a la manufactura de dispositivos electrónicos a través de procesos o tecnologías "tradicionales de impresión" como la flexografía, gravure, offset, pantalla, inyección de tinta, ablación láser, deposición a vacío en áreas de gran formato, litografía en todas sus variantes, y otras técnicas de impresión por rolado que adhieren películas delgadas de materiales electro-activos o eléctricamente conductores para generar productos delgados, ligeros, flexibles, además de conceptualizar esos mismos productos y sus procesos de manufactura como amigables con el medio ambiente. Estas ventajas clave, que ofrecen principalmente los compuestos orgánicos en conjunto con los electrónicos impresos permiten generar una gran variedad de componentes electrónicos que se pueden producir e integrar a un bajo costo directamente sobre la línea de producción de componentes más grandes. Los compuestos orgánicos para electrónicos impresos son una plataforma tecnológica, basada en la combinación de nuevos materiales y costos de materias primas accesibles que permiten la producción en masa de componentes, abriendo a su vez el camino a nuevos campos de aplicación. Printed electronic systems, is the designation given to a whole new technological line dedicated to the manufacture of electronic devices through "traditional printing" processes or technologies such as flexography, gravure, offset, screen, inkjet, ablation laser, vacuum deposition in large format areas, lithography in all its variants, and other roll printing techniques that adhere thin films of electro-active or electrically conductive materials to generate thin, light, flexible products, in addition to conceptualizing those same products and their manufacturing processes as environmentally friendly ambient. These key advantages, which are mainly offered by organic compounds in conjunction with printed electronics, allow a wide variety of electronic components to be generated and integrated at a low cost directly on the larger component production line. Organic compounds for printed electronics are a technological platform, based on the combination of new materials and accessible raw material costs that allow mass production of components, opening the way to new fields of application.
Empaques inteligentes para protección electrostática, identificadores de radio frecuencia (RFID, por sus siglas en inglés) accesibles en costo como sustitutos del código de barras en los supermercados, pantallas plegables, celdas solares flexibles, dispositivos portátiles para diagnóstico médico, video juegos portátiles, baterías impresas y flexibles, son tan sólo algunos de los ejemplos de los prometedores campos de aplicaciones de los materiales orgánicos para electrónicos impresos, basados en la producción en masa de materiales semiconductores y eléctricamente conductores. La mayoría de los compuestos orgánicos para electrónicos impresos apuntan como su mercado principal el incidir en dispositivos móviles, pero en estos hay un factor clave que los limita, la autonomía del dispositivo, esto es el suministro eléctrico y el tiempo que dura dicho suministro eléctrico. Es así que la implementación de baterías flexibles en dispositivos móviles toma relevancia para el despunte de estas tecnologías. Actualmente baterías delgadas y flexibles están al alcance del público para algunas aplicaciones aisladas, pero se está trabajando para mejorar su capacitancia, permitiendo su uso continuo en tiempos prolongados, así como su potencia para soportar demandas altas de energía en periodos cortos de tiempo. Se sabe también que prototipos de dichas baterías flexibles se integran a textiles y ropa, empaques y otras cosas cotidianas para que sirvan además de su función primordial, como baterías recargables en casos requeridos. Smart packaging for electrostatic protection, radio frequency identifiers (RFID) accessible at cost as substitutes for bar codes in supermarkets, folding screens, flexible solar cells, portable medical diagnostic devices, portable video games, batteries Printed and flexible, they are just some of the examples of the promising fields of applications of organic materials for printed electronics, based on mass production of semiconductor and electrically conductive materials. Most of the organic compounds for printed electronics point to their main market as having an impact on mobile devices, but in these there is a key factor that limits them, the autonomy of the device, this is the electrical supply and the duration of said electrical supply. Thus, the implementation of flexible batteries in mobile devices becomes relevant for the emergence of these technologies. Currently thin and flexible batteries are available to the public for some isolated applications, but work is being done to improve their capacitance, allowing its continuous use in prolonged times, as well as its power to withstand high energy demands in short periods of time. It is also known that prototypes of such flexible batteries are integrated into textiles and clothing, packaging and other everyday things to serve in addition to their primary function, as rechargeable batteries in required cases.
En la actualidad existe una creciente diversidad de compañías que fabrican baterías flexibles impresas; sin embargo, dichas baterías están típicamente limitadas por su densidad de potencia. Usualmente las baterías flexibles impresas están contenidas en hojas metálicas lo que limita la posibilidad de integración directa con otros dispositivos impresos orgánicos. There is currently a growing diversity of companies that manufacture printed flexible batteries; however, said batteries are typically limited by their power density. Usually the flexible printed batteries are contained in metallic sheets which limits the possibility of direct integration with other organic printed devices.
La clave del éxito de las baterías orgánicas flexibles es tomar en consideración una serie de parámetros asociados con las propiedades de los materiales o de la batería ya en su conjunto, así aspectos como el espesor de capa de las películas impresas en la batería, la conductividad iónica para lograr una alta densidad de potencia, la estabilidad térmica, la permeación de gas (aire) y humedad que debe ser la menor posible para asegurar una larga vida a la batería, su flexibilidad y capacidad de doblarse, su cubierta que debe ser flexible impermeable, mecánicamente resistente. The key to the success of flexible organic batteries is to take into account a series of parameters associated with the properties of the materials or the battery as a whole, as well as aspects such as the layer thickness of the films printed on the battery, the conductivity ionic to achieve a high power density, thermal stability, permeation of gas (air) and humidity that should be as short as possible to ensure a long life to the battery, its flexibility and ability to bend, its cover that should be flexible waterproof, mechanically resistant.
Por su parte, el ensamblado de las baterías orgánicas flexibles se puede resumir como un emparedado que tiene como relleno una delgada capa de un semiconductor que va a almacenar iones y que es capaz de brindarles la movilidad máxima para su mejor funcionamiento y que esta capa se encuentra entre dos películas eléctricamente conductoras depositadas sobre un apropiado soporte o sustrato flexible. For its part, the assembly of flexible organic batteries can be summarized as a sandwich that has a thin layer of a semiconductor that is going to store ions and that is capable of providing maximum mobility for better operation and that this layer is lies between two electrically conductive films deposited on an appropriate flexible support or substrate.
La tecnología de las películas delgadas eléctricamente conductoras y de sus respectivos soportes es una vasta área de estudio, donde es posible encontrar todo tipo de soluciones, tanto en la naturaleza de los materiales, así como en sus procesos de manufactura, por lo que es factible encontrar una solución "a doc" para este requerimiento de las baterías orgánicas flexibles. The technology of electrically conductive thin films and their respective supports is a vast area of study, where it is possible to find all kinds of solutions, both in the nature of the materials, as well as in their processes of manufacturing, so it is feasible to find a solution "to doc" for this requirement of flexible organic batteries.
Sin embargo, la película, capa o placa flexible eléctricamente semiconductora que es el corazón de las baterías orgánicas flexibles, casi no tiene nuevas opciones técnicamente competentes, ni mucho menos económicamente atractivas. La selección de materiales se restringe a pocas opciones que cubren todas las demandas necesarias para la manufactura de baterías orgánicas flexibles. No obstante lo anterior, materiales elastoméricos eléctricamente conductores o semiconductores podrían encajar en muchos de los requerimientos y demandas para dichas baterías, ya que se pueden generar con ellos películas o capas delgadas y flexibles, que son fácilmente procesadas, en especial si son termoplásticas, ya que son térmicamente y mecánicamente estables bajo un amplio intervalo de condiciones ambientales y pueden servir como una capa adherente entre las capas conductoras. El problema principal es que los elastomeros, lejos de ser eléctricamente conductores, en forma común son materiales aislantes, incapaces de conducir electricidad. However, the electrically semiconductor flexible film, layer or plate that is the heart of flexible organic batteries, has almost no new technically competent options, much less economically attractive. The selection of materials is restricted to few options that cover all the necessary demands for the manufacture of flexible organic batteries. Notwithstanding the foregoing, electrically conductive or semiconductor elastomeric materials could fit many of the requirements and demands for such batteries, since thin and flexible films or layers can be generated with them, which are easily processed, especially if they are thermoplastic, since which are thermally and mechanically stable under a wide range of environmental conditions and can serve as an adherent layer between the conductive layers. The main problem is that elastomers, far from being electrically conductive, are commonly insulating materials, unable to conduct electricity.
Pese a lo anterior, diversos grupos de investigación y compañías han desarrollado formas de cómo modificar a los elastomeros, de materiales aislantes transformándolos a materiales eléctricamente conductores, pasando por semiconductores o disipadores electrostáticos. Si bien hay reportes de elastomeros a los cuales se les añaden cargas inorgánicas, metálicas u otros polímeros inherentemente conductores, para hacerlos eléctricamente conductores, tal es el caso de la Patente Norteamericana Serie No. 5,143,967 que se refiere a una composición de caucho curado por azufre compuesta de hule natural seleccionado y negro de humo para detectar la presión aplicada con referencia a la energía eléctrica sinusoidal. Asimismo, la Publicación Internacional No. W01994/025966 describe un polímero conductor que comprende un polímero y partículas de óxido de cinc y tiene una forma sustancialmente de varilla. Despite the above, various research groups and companies have developed ways to modify elastomers, from insulating materials to electrically conductive materials, passing through semiconductors or electrostatic dissipators. While there are reports of elastomers to which inorganic, metallic or other inherently conductive polymers are added, to make them electrically conductive, such is the case of US Patent No. 5,143,967, which refers to a sulfur cured rubber composition. composed of selected natural rubber and carbon black to detect the pressure applied with reference to sinusoidal electrical energy. Also, International Publication No. W01994 / 025966 describes a conductive polymer that comprises a polymer and particles of zinc oxide and has a substantially rod shape.
La Publicación Internacional No. W01995/022151 se refiere a una composición de elastomero eléctricamente conductor que comprende un polímero termoplástico y un polímero dopado con anilina. Un problema en la preparación de composiciones de elastómeros eléctricamente conductores es la falta de termoplasticidad del componente conductor de la electricidad, lo que dificulta el procesamiento y la obtención de un producto homogéneo. Este problema se ha resuelto ahora por tener el polímero dopado con anilina siendo un polímero sustancialmente termoplástico dopado con anilina que se obtiene haciendo reaccionar un ácido prótico funcionalizado con un copolímero conjugado homo-o que comprende por lo menos una anilina mers sustituida y/o no sustituido. El ácido prótico funcionaliza el polímero de anilina, ya sea al ser calentado junto con el polímero de anilina a una temperatura de 80°C - 250°C o al ser calentado junto con el polímero de anilina y un solvente y el disolvente siendo evaporado. La composición de elastomero también está compuesta de un plastificante que plastifica el polímero dopado con anilina y promueve su flujo, preferiblemente un metal compuesto con un efecto plastificante, tal como un producto de reacción de óxido de zinc y ácido dodecilbencenosulfónico. Uno de los primeros grupos de investigación que dieron un paso importante en la obtención de elastómeros eléctricamente conductores fue el de Nokia Kalle Hanhi y colaboradores en Optatech Oy, quienes generaron una de las familias de patentes más relevantes en el tema, a saber: US5993696, DE69630453T2, AU199666603A, EP843703B1 , FI199503803A, JP11510839A, KR491473B1 , W01997/006213A1. La invención de Optatech Oy se describe como la mezcla de un elastomero termoplástico que comprende entre el 10 y el 90 % en peso del mismo que puede ser un copolímero bloque de estireno tipo A-B-A, donde A representa al bloque de poliestireno, B representa al bloque de un polímero suave o elástico, que a su vez contiene entre 90 y hasta 1 % en peso de un polímero inherentemente conductor de la electricidad, comprendiendo cualquier derivado de la poli(anilina) protonada con ácido. Las aplicaciones descritas para este material son diversas y van desde material antiestático para sellos de válvulas y contenedores de gasolina, cubiertas para protección electromagnética de componentes electrónicos (EMI/shielding), entre otros. International Publication No. W01995 / 022151 refers to an electrically conductive elastomer composition comprising a thermoplastic polymer and an aniline doped polymer. A problem in the preparation of electrically conductive elastomer compositions is the lack of thermoplasticity of the electrically conductive component, which makes processing and obtaining a homogeneous product difficult. This problem has now been solved by having the polymer doped with aniline being a substantially thermoplastic polymer doped with aniline that is obtained by reacting a functionalized protic acid with a homo-o conjugated copolymer comprising at least one substituted and / or non-substituted aniline replaced. The protic acid functionalizes the aniline polymer, either when heated together with the aniline polymer at a temperature of 80 ° C - 250 ° C or when heated together with the aniline polymer and a solvent and the solvent being evaporated. The elastomer composition is also composed of a plasticizer that plasticizes the doped polymer with aniline and promotes its flow, preferably a composite metal with a plasticizing effect, such as a reaction product of zinc oxide and dodecylbenzenesulfonic acid. One of the first research groups that took an important step in obtaining electrically conductive elastomers was that of Nokia Kalle Hanhi and collaborators at Optatech Oy, who generated one of the most relevant patent families on the subject, namely: US5993696, DE69630453T2, AU199666603A, EP843703B1, FI199503803A, JP11510839A, KR491473B1, W01997 / 006213A1. The invention of Optatech Oy is described as the mixture of a thermoplastic elastomer comprising between 10 and 90% by weight thereof which can be a copolymer. ABA type styrene block, where A represents the polystyrene block, B represents the block of a soft or elastic polymer, which in turn contains between 90 and up to 1% by weight of an inherently electrically conductive polymer, comprising any derivative of the poly (aniline) protonated with acid. The applications described for this material are diverse and range from antistatic material for valve seals and gasoline containers, covers for electromagnetic protection of electronic components (EMI / shielding), among others.
La invención de Optatech Oy en su capítulo reivindicatorío reclama aspectos de su invención para este compuesto de elastómero termoplástico capaz de usarse como antiestático o protector de campos magnéticos: un elastómero termoplástico que comprende: (a) entre el 10 y el 90 % en peso del mismo que puede ser un copolímero bloque de estireno tipo A-B-A, donde A representa al bloque de poliestireno, B representa al bloque de un polímero suave o elástico como por ejemplo el poli(etilen-co-butileno) o SEBS, el hule del poli(etilen-propilen-dieno) vulcanizado o entrecruzado (EPDM), la mezcla de poli(etilen-co-acetato de vinilo) y el hule de acrilato, la mezcla entre el poli(etilen-co-butilacrilato) con el hule de acrilato, la mezcla con el poli(etileno) lineal de baja densidad (LLDPE), la mezcla del hule acrilato con hule alquil-acrilato desde 1 hasta 12 carbonos en su estructura o cualquier polímero derivado de alquil metacrilato desde 4 hasta 14 carbonos con una temperatura de transición vitrea por debajo de los 20°C, un polímero derivado del etil hexilacrilato o uno de butil acrilato, una mezcla entre el poli(propileno) aleatorio y el hule acrilato, una mezcla del homopolimero de un copolímero de olefina y un elastómero entrecruzado; (b) entre, el del 90 y el 1 % de un material inherentemente conductor de la electricidad, el cual se puede referir como un compuesto metálico, donde dicho compuesto es el producto de la reacción del óxido de cinc y el ácido dodecil bencensulfónico o los derivados de la poli(anilina) como la emeraldina la cual se encuentre dopada con un ácido protónico, ácido órgano-sulfónico como un ácido aromático sulfónico en específico el dodecil bencensulfónico. Y donde este elastomero fue obtenido mediante el contacto de la poli(anilina) o sus derivados y el ácido protónico bajo altos esfuerzos de corte a temperaturas entre 80°C y 250°C de acuerdo al elastomero que se trate, y que el mezclado fue hecho en un equipo que los combinó teniendo al elastomero fundido, ya sea un extrusor, cámara de mezclado, que trabajase entre 40 y 120 rpm/min, acorde al elastomero. Este desarrollo de Optatech Oy es de los primeros en su clase que empleaban los procesos de mezclado y extrusión. The invention of Optatech Oy in its claim chapter claims aspects of its invention for this thermoplastic elastomer compound capable of being used as an antistatic or magnetic field protector: a thermoplastic elastomer comprising: (a) between 10 and 90% by weight of the same as an ABA type styrene block copolymer, where A represents the polystyrene block, B represents the block of a soft or elastic polymer such as poly (ethylene-co-butylene) or SEBS, the rubber of the poly ( Vulcanized or crosslinked ethylene-propylene-diene (EPDM), the mixture of poly (ethylene-co-vinyl acetate) and the acrylate rubber, the mixture between the poly (ethylene-co-butylacrylate) with the acrylate rubber, the mixture with the linear low density poly (ethylene) (LLDPE), the mixture of the acrylate rubber with alkyl acrylate rubber from 1 to 12 carbons in its structure or any polymer derived from alkyl methacrylate from 4 to 14 carbons with a temperature of glass transition below 20 ° C, a polymer derived from ethyl hexyl acrylate or one from butyl acrylate, a mixture between random poly (propylene) and acrylate rubber, a mixture of the homopolymer of an olefin copolymer and a crosslinked elastomer; (b) between 90 and 1% of an inherently electrically conductive material, which can be referred to as a metal compound, where said compound is the product of the reaction of zinc oxide and benzenesulfonic acid dodecyl or poly (aniline) derivatives such as emeraldine which is doped with a protonic acid, organ-sulfonic acid as an acid sulfonic aromatic in particular the dodecyl benzenesulfonic. And where this elastomer was obtained by contacting the poly (aniline) or its derivatives and the protonic acid under high cutting efforts at temperatures between 80 ° C and 250 ° C according to the elastomer in question, and that the mixing was made in a team that combined them having the molten elastomer, either an extruder, mixing chamber, that worked between 40 and 120 rpm / min, according to the elastomer. This development of Optatech Oy is one of the first in its class that used the processes of mixing and extrusion.
Derivada de la familia de patentes antes descrita, Martín Albers, et al., trabajando para la compañía Premix Oy, quien a la postre absorbería a Optatech Oy, desarrollaron un compuesto elastomérico termoplástico eléctricamente conductor, cuya familia de patentes es: US6875375B2, FI120151 B1 , WO2003/028039A1 , AT416463T, CN1276437C, DE60230174D1 , EP1440451B1. La invención que comprende una matriz de elastomero y partículas no conductoras recubiertas de metal como una carga (filler) eléctricamente conductora dentro de dicha matriz. Las partículas eléctricamente conductoras son al menos parcialmente recubiertas con una monocapa auto-ensamblada de moléculas sobre el metal en cuestión. La resistividad del elastomero termoplástico, materia de la invención descrita, es relativamente baja y no se incrementa por la acción de compresión sobre el elastomero por cuestiones de manufactura. Este fenómeno de que se incrementa la resistividad del elastomero termoplástico cuando se somete a presión fue previsto por el grupo de Premix Oy recubriendo parcialmente la partícula metálica con una capa monomolecular de un hidrocarburo de cadena alifática larga que contenga una cabeza polar. Este hidrocarburo debería trabajar como un medio de unión entre la carga metálica y un polímero inherentemente conductor como la poli(anilina), el poli(pirrol) o los poli(tiofenos). Esta familia de patentes reclama como novedoso un compuesto de elastomero termoplástico eléctricamente conductor que comprende un elastomero como el poli(estireno-eteno-buteno-estireno) o SEBS como matriz y la matriz del elastómero comprende al menos dos fases la polimérica y la que contiene las partículas metálicas como carga eléctricamente conductora, en donde dichas partículas están al menos parcialmente recubiertas de una capa monomolecular de hidrocarburos alifáticos de cadena larga y cabeza polar con la siguiente estructura: X-(CH2)n-CH3, en donde X comprende un grupo polar como los mercaptanos (-SH), 4-piridinas o fosfinas capaces de formar un complejo estable con la superficie metálica, en donde la longitud de dicho alambre molecular está entre los 7 y 12Á y puede conformar una molécula de cuatertiofeno o un difenil hexatrieno. La longitud de dicha cola alifática "n" puede ser desde 9 hasta 19 carbonos. El polímero inherentemente conductor de la electricidad puede ser la poli(anilina), el poli(tiofeno) y/o el poli(pirrol). Derived from the patent family described above, Martín Albers, et al., Working for the company Premix Oy, who would eventually absorb Optatech Oy, developed an electrically conductive thermoplastic elastomeric compound, whose patent family is: US6875375B2, FI120151 B1 , WO2003 / 028039A1, AT416463T, CN1276437C, DE60230174D1, EP1440451B1. The invention comprising an elastomer matrix and non-conductive metal-coated particles as an electrically conductive filler within said matrix. The electrically conductive particles are at least partially coated with a self-assembled monolayer of molecules on the metal in question. The resistivity of the thermoplastic elastomer, subject of the described invention, is relatively low and is not increased by the compression action on the elastomer due to manufacturing issues. This phenomenon of increasing the resistivity of the thermoplastic elastomer when subjected to pressure was foreseen by the Premix Oy group, partially coating the metal particle with a monomolecular layer of a long aliphatic chain hydrocarbon containing a polar head. This hydrocarbon should work as a means of attachment between the metal filler and an inherently conductive polymer such as poly (aniline), poly (pyrrole) or poly (thiophenes). This family of patents claims as novel an electrically conductive thermoplastic elastomer compound comprising an elastomer such as poly (styrene-ethene-butene-styrene) or SEBS as matrix and matrix The elastomer comprises at least two phases, the polymeric one and the one containing the metallic particles as an electrically conductive charge, wherein said particles are at least partially covered with a monomolecular layer of long chain and polar head aliphatic hydrocarbons with the following structure: X- (CH 2 ) n-CH 3 , wherein X comprises a polar group such as mercaptans (-SH), 4-pyridines or phosphines capable of forming a stable complex with the metal surface, where the length of said molecular wire is between 7 and 12A and can form a molecule of quatertiophene or a diphenyl hexatriene. The length of said aliphatic tail "n" can be from 9 to 19 carbons. The inherently conductive polymer of electricity can be poly (aniline), poly (thiophene) and / or poly (pyrrole).
Por otra parte, en la Patente Norteamericana Serie No. 7589284, Christopher L. Severance, et al., trabajando para Parker Hannifin Corp., reivindican un material con propiedades de protección a campos magnéticos para sellos, recubrimientos y otros artículos. Este material incluye un polímero no conductor de la electricidad, un polímero inherentemente conductor de la electricidad y conductor eléctrico metálico pulverizado. Sus aplicaciones se enfocan en carcasas para elementos o componentes electrónicos. Dicha patente reivindica un material capaz de contener la interferencia electromagnética de campos externos y el cual comprende: una mezcla de un elastómero polimérico no conductor sugerido de las siguientes familias de materiales siliconas, uretanos, elastomeros epóxicos flexibles, poli(estireno), PC, ABS, aleaciones PC/ABS, PBT, nylon, y mezclas de ellos, así como un polímero inherentemente conductor como la poli(anilina) y una carga eléctricamente conductora, que puede ser seleccionada de entre una partícula de carbón recubierta con níquel, carbón, polvo de plata, polvo de cobre, polvos de plata y cobre, esferas de vidrio recubiertas con plata, polvo de níquel y que pueden constituir desde el 1 hasta el 50 % en peso del compósito. En donde dicho material puede moldearse en la forma que se desee para la cubierta o accesorio con propiedades de blindaje contra la interferencia electromagnética (EMI/shielding). On the other hand, in US Pat. No. 7589284, Christopher L. Severance, et al., Working for Parker Hannifin Corp., claim a material with magnetic field protection properties for seals, coatings and other items. This material includes a non-electrically conductive polymer, an inherently electrically conductive polymer and pulverized metallic electrical conductor. Its applications focus on housings for electronic elements or components. Said patent claims a material capable of containing the electromagnetic interference of external fields and which comprises: a mixture of a polymeric non-conductive elastomer suggested from the following families of silicone, urethane, flexible epoxy elastomer, poly (styrene), PC, ABS , PC / ABS alloys, PBT, nylon, and mixtures thereof, as well as an inherently conductive polymer such as poly (aniline) and an electrically conductive charge, which can be selected from a carbon particle coated with nickel, coal, dust of silver, copper powder, silver and copper powders, glass spheres coated with silver, nickel powder and which can constitute from 1 to 50% by weight of the compound. Where said material can be molded in the manner desired for the cover or accessory with shielding properties against electromagnetic interference (EMI / shielding).
Por otro lado, Huo Yuyun y Zeng Jingyuan, trabajando para Guangzhou Huayuan Electrotherm, obtienen prioridad para el Modelo de Utilidad No. CN2064103 U al reportar un material elastomérico conductor como la capa conductora colectora de corriente dentro de una batería. Dicho material provee una mejora en una batería o tándem de baterías al paso de corriente, ya que se coloca en las mismas junto a los electrodos. Este modelo de utilidad describe un hule compuesto conductor de la electricidad, el cual se usa como colector de corriente y que distribuye la energía eléctrica reduciendo la resistividad de la batería, en donde uno de los lados del electrodo está hecho de este colector de corriente y una muy delgada capa metálica como el electrodo de contacto. De acuerdo con los inventores, el compuesto elastomérico eléctricamente conductor usado como colector de corriente en la batería tiene una buena conductividad eléctrica, flexibilidad, resistencia a la corrosión, ligereza y fuerza de adhesión con el metal y la sustancia activa de la batería, además de que el compuesto es fácilmente moldeable y procesable. El modelo de utilidad protegido, de acuerdo con los inventores, es especialmente favorable para aligerar y adelgazar la batería, así como para mejorar sus propiedades eléctricas. Este modelo de utilidad formula el compuesto a partir de un material elastomérico como puede ser el poli(fluoruro de vinilideno) o PVDF, el poli(tetrafluoroetileno) o PTFE o teflón, el hule Vitón (FKM, HFP u algún otro) con cargas eléctricamente conductoras como nanotubos de carbón, sales de litio y óxidos metálicos. On the other hand, Huo Yuyun and Zeng Jingyuan, working for Guangzhou Huayuan Electrotherm, get priority for Utility Model No. CN2064103 U by reporting a conductive elastomeric material such as the conductive current collecting layer inside a battery. Said material provides an improvement in a battery or tandem of batteries to the current passage, since it is placed in them next to the electrodes. This utility model describes a rubber compound conductor of electricity, which is used as a current collector and which distributes the electrical energy reducing the resistivity of the battery, where one side of the electrode is made of this current collector and a very thin metallic layer like the contact electrode. According to the inventors, the electrically conductive elastomeric compound used as a current collector in the battery has a good electrical conductivity, flexibility, corrosion resistance, lightness and adhesion strength with the metal and the active substance of the battery, in addition to that the compound is easily moldable and processable. The protected utility model, according to the inventors, is especially favorable for lightening and thinning the battery, as well as for improving its electrical properties. This utility model formulates the compound from an elastomeric material such as polyvinylidene fluoride or PVDF, poly (tetrafluoroethylene) or PTFE or Teflon, Viton rubber (FKM, HFP or some other) with electrically charged conductors such as carbon nanotubes, lithium salts and metal oxides.
Durante las dos últimas décadas, diversas patentes se han otorgado en Japón alrededor de elastómeros eléctricamente conductores, tal es el caso de Sanehiro Furukawa, et al., quienes trabajando para Sanyo Electronic Co LTD produjeron una batería delgada, capaz de ser flexible y de conservar sus propiedades, en especial el electrodo, a pesar de ser doblada en repetidas ocasiones, así como mejorar el desempeño de la batería mediante el uso de una placa porosa de consistencia hulosa mezclada con un material eléctricamente conductor como principal componente del electrodo. La batería fue diseñada con sendos jackets uno al polo positivo y otro al polo negativo, ambos externos y conteniendo una especie de sección transversal en forma de plato y todo esto va fijo a un sustrato aislante. El colector de corriente que da ai polo positivo, el electrodo positivo, un separador, el electrodo negativo y el colector de corriente negativo fueron acomodados entre ambos jackets. Como electrodo positivo se tiene una delgada placa de un complejo de poli(anilina)-poli(butadieno) obtenido mediante la polimerización electrolítica de la anilina dentro de los espacios dejados por el grafito que previamente se había dispersado en los poros del elastómero de estireno-butadieno en una solución acuosa de ácido borofluórico, en donde la anilina estaba dispersa para su uso. Como electrodo negativo, una hoja de compuesto de litio es empleada. Como electrolito una dispersión de borofluoruro de litio en propilencarbonato fue usada. During the last two decades, various patents have been granted in Japan around electrically conductive elastomers, such as Sanehiro Furukawa, et al., Who working for Sanyo Electronic Co LTD produced a thin battery, capable of being flexible and conserving its properties, especially the electrode, despite being repeatedly bent, as well as improving the battery performance by using a porous plate of spun consistency mixed with an electrically conductive material as the main electrode component. The battery was designed with two jackets, one at the positive pole and one at the negative pole, both external and containing a kind of cross-section in the form of a plate and all this is fixed to an insulating substrate. The current collector that gives the positive pole, the positive electrode, a separator, the negative electrode and the negative current collector were accommodated between both jackets. As a positive electrode there is a thin plate of a poly (aniline) -polium (butadiene) complex obtained by electrolytic polymerization of the aniline within the spaces left by the graphite that had previously dispersed in the pores of the styrene elastomer- butadiene in an aqueous solution of borofluoric acid, where the aniline was dispersed for use. As a negative electrode, a sheet of lithium compound is used. As an electrolyte a dispersion of lithium borofluoride in propylene carbonate was used.
Por otra parte, Matsubara Keiko adquiere la concesión de patentes Japonesa No. (JP2003109597 y Coreana No. KR 20030026815, referidas a la obtención de un material para electrodo capaz de adherirse y doblarse entre las capas de material activo o entre este y las capas de colector de corriente y que permite a la batería tener altas capacidades de carga y descarga con muchos ciclos de vida. Se menciona que el electrodo de este material se produjo al mezclar un sustrato conteniendo entre 0.1 y 10 % en peso (basados en el material de electrodo) de una dispersión acuosa de un polímero inherentemente conductor, entre 0.1 y 10 % en peso (basados en el material de electrodo) de un hule en látex, y entre 0.1 y 10 % en peso (basados en el material de electrodo) de un polímero disuelto en agua. El polímero inherentemente conductor disperso en agua es una forma soluble de la poli(anilina) que contiene en su estructura un grupo de ácido sulfónico o carboxílico y el polímero soluble en agua es un alcohol polivinílico. Ahora bien, después de analizar todas estas patentes y documentos se observa un extenso trabajo por parte de diferentes países y grupos de desarrollo e investigación acerca de la obtención de compuestos elastoméricos eléctricamente conductores de la electricidad, incluyendo compuestos elastoméricos con aplicaciones como electrodos en baterías delgadas. On the other hand, Matsubara Keiko acquires the Japanese patent concession No. (JP2003109597 and Korean No. KR 20030026815, referring to obtaining an electrode material capable of adhering and bending between the layers of active material or between it and the layers of current collector and that allows the battery to have high charge and discharge capabilities with many life cycles.It is mentioned that the electrode of this material was produced by mixing a substrate containing between 0.1 and 10% by weight (based on the material of electrode) of an aqueous dispersion of an inherently conductive polymer, between 0.1 and 10% by weight (based on the electrode material) of a latex rubber, and between 0.1 and 10% by weight (based on the electrode material) of a polymer dissolved in water The inherently conductive polymer dispersed in water is a soluble form of the poly (aniline) which contains in its structure a group of sulfonic or carboxylic acid and the polymer soluble in ag ua is a polyvinyl alcohol. However, after analyzing all these patents and documents, extensive work is observed by different countries and development and research groups on obtaining electrically conductive elastomeric compounds, including elastomeric compounds with applications such as electrodes in thin batteries .
Sin embargo, a pesar de todo ello y que estos elastómeros se usan como materiales de disipación electrostática, de blindaje para interferencias electromagnéticas, de electrodo en baterías flexibles o colector de corriente, no hay ninguna patente en el estado de la técnica que use un compuesto elastomérico eléctricamente conductor como la parte activa de la batería, como el capacitor, como la capa de almacenamiento de los iones litio y mucho menos que indique que se usa en baterías recargables que sean ligeras y flexibles. However, despite all this and that these elastomers are used as electrostatic dissipation materials, shielding for electromagnetic interference, electrode in flexible batteries or current collector, there is no patent in the state of the art that uses a compound Electrically conductive elastomeric as the active part of the battery, as the capacitor, as the lithium ion storage layer and much less that indicates that it is used in rechargeable batteries that are light and flexible.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En la presente invención se describe un material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, el cual comprende: desde 10% hasta 90% en peso de una matriz polimérica que funciona como aglutinante; desde 1% hasta 90% en peso de un material compuesto conductor eléctrico nanoestructirado, cuya función es la de conducir la electricidad a través del transporte de electrones; y, desde 20% hasta 70% en peso de un compuesto compatibilizante y conductor iónico, cuya función principal es hacer compatibles a los otros dos materiales, además de conducir la electricidad a través del transporte de iones. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention a thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material is described, which comprises: from 10% to 90% by weight of a polymeric matrix that functions as a binder; from 1% to 90% by weight of a nanostructured electrical conductor composite, whose function is to conduct electricity through electron transport; and, from 20% to 70% by weight of a compatibilizing compound and ionic conductor, whose main function is to make the other two materials compatible, in addition to conducting electricity through ion transport.
La matriz polimérica elastomérica es un elastómero termoplástico que comprende entre 10% y 90% en peso del compuesto elastomérico eléctricamente conductor y capacitor, teniendo como función servir de matriz o soporte para los otros componentes. El material compuesto conductor eléctrico nanoestructurado comprende desde 1 % hasta 90% en peso de cualquier material capaz de conducir electricidad por vía o transporte de electrones. The elastomeric polymer matrix is a thermoplastic elastomer comprising between 10% and 90% by weight of the electrically conductive and capacitive elastomeric compound, having the function of serving as a matrix or support for the other components. The nanostructured electrical conductor composite comprises from 1% to 90% by weight of any material capable of conducting electricity via electron transport or transport.
El compuesto compatibilizante y conductor iónico está comprendido en la mezcla desde 10% hasta 60 % en peso, el cual como se Indica es capaz de conducir electricidad a través del transporte de iones. Dado que en ocasiones el compuesto conductor electrónico y la matriz elastomérica no siempre son compatibles entre sí, dicho compuesto conductor iónico sirve como medio para hacerlos compatibles, dispersando uno en el otro. El material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor que se describe en la modalidad particularmente preferida de la presente invención, se obtiene mediante el . mezclado de los tres componentes descritos anteriormente, a saber: la matriz elastomérica, el material compuesto conductor eléctrico y el compuesto compatibilizante y conductor iónico, mediante cámara de mezclado o extrusión, ya sea mono o doble husillo, preferiblemente husillos de bajo corte alto mezclado. The compatibilizing compound and ionic conductor is comprised in the mixture from 10% to 60% by weight, which as indicated is capable of conducting electricity through ion transport. Since sometimes the electronic conductive compound and the elastomeric matrix are not always compatible with each other, said ionic conductive compound serves as a means to make them compatible, dispersing in one another. The thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material described in the particularly preferred embodiment of the present invention is obtained by the. mixing of the three components described above, namely: the elastomeric matrix, the electrically conductive composite material and the compatibilizing and ionic conductive compound, by mixing or extrusion chamber, whether single or double spindle, preferably low mixed high spindles.
El mezclado se lleva a cabo a una temperatura que va desde 60° C hasta 180°C, a una velocidad de husillo que va desde 10 hasta 200 rpm y el tiempo de mezclado en lotes o tiempo de residencia en una extrusora va desde 1 hasta 20 minutos, ya sea alimentando todo a la vez o dosificando el compuesto conductor electrónico. Mixing is carried out at a temperature ranging from 60 ° C to 180 ° C, at a spindle speed ranging from 10 to 200 rpm and the mixing time in batches or residence time in an extruder ranges from 1 to 20 minutes, either by feeding everything at once or by dosing the electronic conductor compound.
El material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor obtenido por mezclado o extrusión es en esencia una pluralidad de micro/nanocapacitores, tal como se aprecia en la figura 1 de los dibujos que se acompañan, en donde cada uno de dichos micro/nanocapacitores es capaz de almacenar electricidad. Las aplicaciones actuales del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención están preferiblemente, más no excluyentemente, enfocadas en la industria electrónica como material capacitor para baterías recargables flexibles que se pueden usar en dispositivos portátiles ligeros, en baterías para automóviles híbridos y eléctricos, acopladas a celdas solares de todo tipo para luminarias, casas, equipos, entre otros. También encuentra aplicaciones en la industria del empaque, en especial para empaques que requieran tener propiedades de disipación de cargas electrostáticas (ESD), en películas como bolsas o empaques masivos para contener circuitos electrónicos u algún otro componente susceptible de ser dañado por estas cargas. En este último caso, el material puede ser empleado directamente o indirectamente; directamente haciendo la mezcla con la poliolefina, aunque para mejorar la dispersión del material se recomienda emplearlo como un "carrier" que se mezcle con la resina con la que se conformará el empaque, y que el material compuesto elastomérico emplee como matriz materiales elastoméricos suaves como los elastomeros termoplásticos derivados de SSBR, SBS, SEBS o poli(etilen- acetato de vinilo), fáciles de incorporar a las resinas para empaque. También se puede emplear en combinación con los aditivos correspondientes, como resina termoplástica para hacer cuerpos de piezas inyectadas para la industria automotriz, aeronáutica, electrónica, del hogar, por ejemplo en válvulas y sellos, contenedores de combustible, cubiertas para gadgets y aparatos electrónicos y que requieran de ser materiales ESD. El material también encuentra aplicaciones para hacer películas delgadas o recubrimientos, que prevengan, o reduzcan la corrosión de otros componentes metálicos principalmente, expuestos a condiciones de clima, humedad o salinidad extremas. OBJETOS DE LA INVENCIÓN The thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material obtained by mixing or extrusion is essentially a plurality of micro / nanocapacitors, as seen in Figure 1 of the accompanying drawings, wherein each of said micro / nanocapacitors is Able to store electricity. Current applications of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention are preferably, but not exclusively, focused on the electronics industry as a capacitor material for flexible rechargeable batteries that can be used in lightweight portable devices, in batteries for hybrid cars. and electrical, coupled to solar cells of all kinds for luminaires, houses, equipment, among others. It also finds applications in the packaging industry, especially for packages that require electrostatic charge dissipation (ESD) properties, in films such as bags or massive packages to contain electronic circuits or some other component that can be damaged by these charges. In the latter case, the material can be used directly or indirectly; directly by mixing with the polyolefin, although to improve the dispersion of the material it is recommended to use it as a "carrier" that mixes with the resin with which the packaging will be formed, and that the elastomeric composite material uses as soft matrix elastomeric materials such as Thermoplastic elastomers derived from SSBR, SBS, SEBS or poly (ethylene vinyl acetate), easy to incorporate into packaging resins. It can also be used in combination with the corresponding additives, such as thermoplastic resin to make bodies of injected parts for the automotive, aeronautics, electronics, household industries, for example in valves and seals, fuel containers, gadget covers and electronic devices and that require to be ESD materials. The material also finds applications to make thin films or coatings, which prevent, or reduce the corrosion of other metal components primarily, exposed to extreme weather, humidity or salinity conditions. OBJECTS OF THE INVENTION
Teniendo en cuenta los defectos de técnica anterior, es un objeto de la presente invención proveer un material compuesto elastomérico termoplástico de muy baja resistividad y muy alta capacitancia eléctrica, capaz de usarse como la parte activa de una celda galvánica, almacenando energía por ¡a presencia de iones ¡itio en dicho material compuesto elastomérico termoplástico. Taking into account the defects of the prior art, it is an object of the present invention to provide a thermoplastic elastomeric composite material of very low resistivity and very high electrical capacitance, capable of being used as the active part of a galvanic cell, storing energy in the presence of iumium ions in said thermoplastic elastomeric composite material.
Otro objeto más de la presente invención es proveer un material compuesto elastomérico termoplástico que sea eléctricamente conductor y capacitor, obtenido preferentemente a partir de hacer mezclas en fundido en máquinas de extrusión o cámaras de mezclado con bajos esfuerzos cortantes y temperaturas moderadas. A further object of the present invention is to provide a thermoplastic elastomeric composite material that is electrically conductive and capacitor, preferably obtained from melt blending in extrusion machines or mixing chambers with low shear stresses and moderate temperatures.
Un objeto adicional de la presente invención es proveer un material compuesto elastomérico termoplástico que pueda ser obtenido también por co-precipitación de los componentes que lo conforman previamente dispersos en sus respectivos medios. A further object of the present invention is to provide a thermoplastic elastomeric composite material that can also be obtained by co-precipitation of the constituent components previously dispersed in their respective media.
Un objeto más de la presente invención es proveer un material compuesto elastomérico termoplástico que tenga la capacidad de ser enrollado o doblado. A further object of the present invention is to provide a thermoplastic elastomeric composite material that has the ability to be rolled or folded.
Sigue siendo un objeto más de la presente invención proveer un material compuesto elastomérico termoplástico que pueda ser aplicado preferentemente en baterías poliméricas recargables y flexibles, como la parte activa de dichas baterías, diseñadas para aplicaciones en capa delgada. Es todavía más un objeto de la presente invención proveer un material compuesto elastomérico termoplástico que sea el componente que suministre energía de gadgets livianos y portátiles, tanto actuales como futuros. It is still a further object of the present invention to provide a thermoplastic elastomeric composite material that can preferably be applied to rechargeable and flexible polymeric batteries, such as the active part of said batteries, designed for thin layer applications. It is even more an object of the present invention to provide a thermoplastic elastomeric composite material that is the component that supplies power to light and portable gadgets, both current and future.
Es aún más otro objetivo de la presente invención proveer un material compuesto elastomérico termoplástico que pueda tener otras aplicaciones, tales como material de disipación electrostática, como material de blindaje para interferencia de campos electromagnéticos, como electrodo flexible, así como recubrimiento para inhibir la corrosión de partes metálicas, entre otras aplicaciones. It is yet another object of the present invention to provide a thermoplastic elastomeric composite material that may have other applications, such as electrostatic dissipation material, as shielding material for field interference electromagnetic, such as flexible electrode, as well as coating to inhibit corrosion of metal parts, among other applications.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, la invención misma, tanto por su organización, así como por su método de operación, conjuntamente con otros objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la siguiente descripción detallada de una modalidad particularmente preferida de la presente invención, cuando se lea en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales: BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The novel aspects that are considered characteristic of the present invention will be established with particularity in the appended claims. However, the invention itself, both by its organization, as well as by its method of operation, together with other objects and advantages thereof, will be better understood in the following detailed description of a particularly preferred embodiment of the present invention, when read in relation to the accompanying drawings, in which:
La figura 1 es una representación esquemática que describe como se podrían encontrar la pluralidad de micro/nanocapacitares contenidos en un material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, desarrollado de conformidad con una modalidad particularmente preferida de la presente invención. Figure 1 is a schematic representation describing how the plurality of micro / nanocapacitors contained in a thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material developed in accordance with a particularly preferred embodiment of the present invention could be found.
La figura 2 es una representación esquemática de la disposición de las celdas galvánicas armadas para los ensayos de prueba del material compuesto elastómerico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, desarrollado conforme a la modalidad particularmente preferida de la presente invención. La figura 3 es una gráfica que muestra la medición del efecto sinérgico sobre la conductividad eléctrica para el material compuesto elastómerico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, al emplear dos tipos de conductores (iónico y electrónico). La figura 4 es una gráfica que muestra las conductividades eléctricas medidas para diferentes matrices termoplásticas y sus correspondientes mezclas, conteniendo las mismas proporciones de conductores (eléctrico y iónico). Fig. 2 is a schematic representation of the arrangement of the galvanized armored cells for the test tests of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material, developed in accordance with the particularly preferred embodiment of the present invention. Figure 3 is a graph showing the measurement of the synergic effect on electrical conductivity for the thermoplastic elastomer composite, electrically conductive and capacitor, when using two types of conductors (ionic and electronic). Figure 4 is a graph showing the electrical conductivities measured for different thermoplastic matrices and their corresponding mixtures, containing the same proportions of conductors (electrical and ionic).
La figura 5 es una gráfica que muestra curvas de ciclo de carga y descarga de voltaje en el tiempo para diferentes tipos de celdas galvánicas, empleando un derivado de la poli(anilina) como conductor electrónico. Figure 5 is a graph showing curves of charge and discharge cycle over time for different types of galvanic cells, using a poly (aniline) derivative as an electronic conductor.
La figura 6 es una gráfica que muestra curvas de ciclo de carga y descarga de voltaje en el tiempo para diferentes tipos de celdas galvánicas, empleando un derivado del poli(3,4-etilendioxitiofeno) como conductor electrónico. Figure 6 is a graph showing curves of charge and discharge cycle over time for different types of galvanic cells, using a derivative of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) as an electronic conductor.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE MODES OF THE INVENTION
El material compuesto polimérico que se describe y reclama en la presente invención conjunta las propiedades de conductividad eléctrica y capacitancia de un nanocompuesto, preferiblemente basado en un polímero inherentemente conductor, con las propiedades de conductividad eléctrica y capacitancia de un polímero iónico, preferiblemente uno extrínsecamente conductor, así como las propiedades mecánicas de flexibilidad, ligereza y resistencia de un polímero termoplástico como matriz que los contenga, preferiblemente un elastómero termoplástico; en donde el polímero inherentemente conductor está soportado sobre una matriz nanoestructurada, y que a su vez éste nanocompuesto conserva ese ordenamiento nanoestructurado de un conductor iónico formado por el polímero extrínsecamente conductor conteniendo iones, preferiblemente iones de litio dispersos en medios de alto punto de ebullición. Dicho elastómero termoplástico funciona como aglutinante del material conductor electrónico nanoestructurado que se selecciona del grupo que comprende un material metálico, carbono, un material cerámico o polimérico. Haciendo referencia a la figura 1 de los dibujos que se acompañan, en ella se muestra esquemáticamente el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor que se describe en la modalidad particularmente preferida de la presente invención, el cual comprende: a) Desde 10% hasta 90% en peso de una matriz polimérica que funciona como aglutinante; b) Desde 1% hasta 90% en peso de un material compuesto conductor eléctrico nanoestructirado, cuya función es la de conducir la electricidad a través del transporte de electrones; y, c) Desde 20% hasta 70% en peso de un compuesto compatibilizante y conductor iónico, cuya función principal es hacer compatibles a los otros dos materiales, además de conducir la electricidad a través del transporte de iones. The polymeric composite material described and claimed in the present invention combines the properties of electrical conductivity and capacitance of a nanocomposite, preferably based on an inherently conductive polymer, with the properties of electrical conductivity and capacitance of an ionic polymer, preferably an extrinsically conductive one. , as well as the mechanical properties of flexibility, lightness and strength of a thermoplastic polymer as a matrix containing them, preferably a thermoplastic elastomer; wherein the inherently conductive polymer is supported on a nanostructured matrix, and in turn this nanocomposite retains that nanostructured arrangement of an ionic conductor formed by the extrinsically conductive polymer containing ions, preferably lithium ions dispersed in high boiling media. Said thermoplastic elastomer functions as a binder of the nanostructured electronic conductive material that is selected from the group comprising a metallic material, carbon, a ceramic or polymeric material. Referring to Figure 1 of the accompanying drawings, it shows schematically the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material described in the particularly preferred embodiment of the present invention, which comprises: a) From 10% up to 90% by weight of a polymer matrix that functions as a binder; b) From 1% to 90% by weight of a nanostructured electrical conductor composite, whose function is to conduct electricity through electron transport; and, c) From 20% to 70% by weight of a compatibilizing compound and ionic conductor, whose main function is to make the other two materials compatible, in addition to conducting electricity through ion transport.
LA MATRIZ POLIMÉRICA ELASTOMÉRICA es preferiblemente un elastómero termoplástico que comprende desde 10% hasta 90% en peso, preferiblemente entre 30% y 60% en peso, y más preferiblemente 50% en peso del compuesto elastomérico eléctricamente conductor y capacitor, teniendo como función servir de matriz o soporte para los otros componentes. La matriz elastomérica se selecciona preferiblemente de entre las siguientes familias de matrices termoplásticas: THE ELASTOMERIC POLYMERIC MATRIX is preferably a thermoplastic elastomer comprising from 10% to 90% by weight, preferably between 30% and 60% by weight, and more preferably 50% by weight of the electrically conductive and capacitive elastomeric compound, having the function of serving as matrix or support for the other components. The elastomeric matrix is preferably selected from the following families of thermoplastic matrices:
Hules derivados de poli(butadienos) o PB, que tienen formula simplificada - (CH2-CH=CH-CH2)-, incluyendo todas sus variantes, ya sea alto, medio o bajo cis-, alto, medio o bajo trans-, alto, medio o bajo vinil- poli(butadieno), sin importar su composición relativa entre estas tres variantes ni el peso molecular del PB; Rubber derived from poly (butadiene) or PB, which have a simplified formula - (CH 2 -CH = CH-CH 2 ) -, including all its variants, either high, medium or low cis-, high, medium or low trans- , high, medium or low vinyl poly (butadiene), regardless of their relative composition between these three variants or the molecular weight of the PB;
Copolímeros elastoméricos estireno-butadieno, ya sean lineales o ramificados (SSBR), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co-monómeros entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma alternada o aleatoria a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del butadieno/estireno o el peso molecular de la molécula; Styrene-butadiene elastomeric copolymers, whether linear or branched (SSBR), regardless of the different arrangements that the co-monomers have with each other, which may be alternately or randomly located along the chain main polymer or its branches, regardless of the ratio in composition of butadiene / styrene or the molecular weight of the molecule;
Copolímeros elastoméricos estireno-butadieno-estireno en bloque, ya sean lineales o ramificados (SBS), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co- monómeros en bloque entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma bloque- aleatoria, dibloque, tribloque o cualquier variación más allá a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del butadieno/estireno en cada rama o bloque en lo individual o en la composición global, así como el peso molecular del elastómero; - Copolímeros elastoméricos hidrogenados estireno-etileno-butadieno-estireno en bloque, ya sean lineales o ramificados (SEBS), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co-monómeros en bloque entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma bloque-aleatoria, dibloque, tribloque o cualquier variación más allá a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del butadieno/estireno en cada rama o bloque en lo individual o en la composición global, así como el peso molecular del elastómero y la variedad de concentraciones de dobles ligaduras remanentes o grados de hidrogenación; Styrene-butadiene-styrene block elastomeric copolymers, whether linear or branched (SBS), regardless of the different arrangements that the block monomers have with each other, which may be located randomly, diblock, triblock or any variation beyond along the main polymer chain or its branches, regardless of the ratio in composition of butadiene / styrene in each individual branch or block or in the overall composition, as well as the molecular weight of the elastomer; - Styrene-ethylene-butadiene-styrene hydrogenated elastomeric copolymers in block, whether linear or branched (SEBS), regardless of the different arrangements that the block co-monomers have with each other, which may be randomly located block, diblock, triblock or any variation beyond the main polymer chain or its branches, regardless of the ratio in composition of butadiene / styrene in each individual branch or block or in the overall composition, as well as molecular weight of the elastomer and the variety of concentrations of remaining double ligatures or degrees of hydrogenation;
Hules co-polímeros butadieno-nitrilo (NBR) teniendo diferentes pesos moleculares y relaciones de butadieno/acrilonitrilo; - Copolímeros elastoméricos estireno-isopreno-estireno en bloque, ya sean lineales o ramificados (SIS), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co- monómeros en bloque entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma bloque- aleatoria, dibloque, tribloque o cualquier variación más allá a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del isopreno/estireno en cada rama o bloque en lo individual o en la composición global, así como el peso molecular del elastómero; Diversidad de materiales de la familia de los poli(etilen-propilen-monómeros dieno) o EPDM, sin importar la relación de monómeros que prevalezca en ellos, así como el peso molecular que tengan; Butadiene-nitrile (NBR) co-polymer rubbers having different molecular weights and butadiene / acrylonitrile ratios; - Styrene-isoprene-styrene block elastomeric copolymers, whether linear or branched (SIS), regardless of the different arrangements that the block monomers have with each other, which may be located randomly, diblock, triblock or any variation beyond the main polymer chain or its branches, regardless of the ratio in composition of the isoprene / styrene in each branch or block individually or in the overall composition, as well as the molecular weight of the elastomer; Diversity of materials in the family of poly (ethylene-propylene-diene monomers) or EPDM, regardless of the ratio of monomers prevailing in them, as well as the molecular weight they have;
Diversidad de poli(etilen-acetato de vinilo) o EVA teniendo diferentes relaciones etileno/acetato de vinilo y pesos moleculares; Diversity of poly (ethylene vinyl acetate) or EVA having different ethylene / vinyl acetate ratios and molecular weights;
Elastómeros alquil-acrílicos (AAc), como caso particular, aunque no de forma excluyente, el acrilato de hexilo, acrilato de butilo, o cualquier material con la fórmula mínima CH2=CH-COO-(CH2)x-CH3, en donde x puede ir desde 0 hasta una infinidad de unidades repetitivas, preferiblemente entre 4 y 8 unidades repetitivas; - Hules de silicón teniendo diferentes pesos moleculares; Alkyl acrylic elastomers (AAc), as a particular case, although not exclusively, hexyl acrylate, butyl acrylate, or any material with the minimum formula CH 2 = CH-COO- (CH 2 ) x -CH 3 , where x can go from 0 to an infinite number of repetitive units, preferably between 4 and 8 repetitive units; - Silicone rubber having different molecular weights;
Cualquier variedad de co-polímeros termoplásticos base uretano-éter o uretano-éster o PU, sin importar la composición relativa entre uretano y éster o éter; Any variety of urethane-ether or urethane-ester or PU based thermoplastic co-polymers, regardless of the relative composition between urethane and ester or ether;
Cualquier variedad y peso molecular de poli(olefinas) termoplásticas, las cuales podrán incluir preferiblemente cualquiera de los siguientes ejemplos: poli(etileno) de baja regular o lineal, de media, alta o ultra alta densidad (LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE, UHDPE) o polirpopileno, sin importar de que flujo melt se trate; Any variety and molecular weight of thermoplastic poly (olefins), which may preferably include any of the following examples: poly (ethylene) of regular or linear low, medium, high or ultra high density (LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE, UHDPE) or polypropylene, regardless of which melt flow is involved;
Cualesquier posible mezcla que involucre algunos de los elastómeros o termoplásticos descritos en los párrafos anteriores, sin importar la técnica de polimerización empleada para su síntesis; - Cualesquiera de los materiales antes descritos que hayan sido tratados para ser vulcanizados, ramificados (grafteados) o entrecruzados, antes, durante o después de la formación del elastómero eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención. Any possible mixture involving some of the elastomers or thermoplastics described in the preceding paragraphs, regardless of the polymerization technique used for their synthesis; - Any of the materials described above that have been treated to be vulcanized, branched (graffiti) or crosslinked, before, during or after the formation of the electrically conductive elastomer and capacitor of the present invention.
EL MATERIAL COMPUESTO CONDUCTOR ELÉCTRICO NANOESTRUCTURADO comprende desde 1 % hasta 90% en peso, preferiblemente entre 10% y 40% en peso, y más preferiblemente 25% en peso de cualquier material capaz de conducir electricidad por vía o transporte de electrones, en donde dicho material conductor eléctrico comprende preferiblemente cualquiera de las siguientes familias de compuestos y compósitos: - Partículas metálicas en polvo o polvos nanoestructurados de partículas metálicas u óxidos metálicos eléctricamente conductores, y sus combinaciones, teniendo tamaños de partícula preferiblemente menores a una miera; THE NANO-STRUCTURED ELECTRICAL CONDUCTOR COMPOSITE MATERIAL comprises from 1% to 90% by weight, preferably between 10% and 40% by weight, and more preferably 25% by weight of any material capable of conducting electricity via electron transport or transport, wherein said electrical conductive material preferably comprises any of the following families of compounds and compounds: - Particles metallic powders or nanostructured powders of electrically conductive metal particles or metal oxides, and combinations thereof, having particle sizes preferably smaller than a mere;
Partículas nanoestructuradas de carbón que comprenden preferentemente una de las siguientes familias: grafito puro o superficialmente tratado, negro de humo puro o superficialmente tratado, fulerenos puros o funcionalizados, nanotubos de carbón puros o funcionalizados, nanoplateletas puras o funcionalizadas, en donde dichas familias sean capaces de conducir la electricidad por medio de electrones; Nanostructured carbon particles that preferably comprise one of the following families: pure or superficially treated graphite, pure or superficially treated carbon black, pure or functionalized fulerenes, pure or functionalized carbon nanotubes, pure or functionalized nanoplatelets, where said families are capable of conducting electricity through electrons;
Polímeros inherentemente conductores que hayan o no sido dopados (ICP:Dopante), preferiblemnte que hayan sido dopados y que preferiblemente se encuentren nanoestructurados, en donde el polímero inherentemente conductor como tal constituye desde el 25 % hasta 95 %, preferiblemente entre 25% y 40%, y más preferiblemente el 25% del peso del compuesto conductor eléctrico, en donde el ICP comprende preferiblemente al menos uno de alguno de los siguientes grupos monoméricos electroactivos teniendo más allá de 12 unidades repetitivas: polímeros inherentemente conductores de derivados de aminas aromáticas como los derivados de la poli(anilina); polímeros inherentemente conductores de compuestos aromáticos heterocíclicos como los derivados de poli(tiofenos), derivados de aromáticos no heterocíclicos como los derivados de poli(acetilenos); compuestos entre estos polímeros inherentemente conductores y otros polímeros en donde estos pueden ser conductores o no o compuestos de polímeros inherentemente conductores con metales o polímeros inherentemente conductores con sales inorgánicas o polímeros inherentemente conductores con nanoestructuras de carbón o cualquier estructura base carbón que contenga estructura pi-conjugada en sus enlaces que la constituyen, capaz de conducir electrones, y por ende electricidad. Inherently conductive polymers that have or have not been doped (ICP: Dopant), preferably that have been doped and that are preferably nanostructured, wherein the inherently conductive polymer as such constitutes from 25% to 95%, preferably between 25% and 40 %, and more preferably 25% of the weight of the electrical conductive compound, wherein the ICP preferably comprises at least one of one of the following electroactive monomeric groups having more than 12 repetitive units: inherently conductive polymers of aromatic amines derivatives such as poly (aniline) derivatives; inherently conductive polymers of heterocyclic aromatic compounds such as poly (thiophenes) derivatives, derivatives of non-heterocyclic aromatics such as poly (acetylenes) derivatives; compounds between these inherently conductive polymers and other polymers wherein these may be conductive or not or compounds of inherently conductive polymers with metals or inherently conductive polymers with inorganic salts or inherently polymers conductors with carbon nanostructures or any carbon-based structure that contains pi-conjugate structure in its bonds that constitute it, capable of conducting electrons, and therefore electricity.
Sobre los dopantes que se emplean para mejorar la conductividad eléctrica de estos polímeros inherentemente conductores se usa desde 5% hasta 75% en peso, preferiblemente entre 10% y 40% en peso, y más preferiblemente 25% en peso del compuesto conductor eléctrico, en donde dichos dopantes se seleccionan preferiblemente del grupo que comprende alguna de las siguientes familias de compuestos: ácidos inorgánicos u orgánicos de relativamente bajo o intermedio peso molecular, como pudieran ser los ácidos y oxi-ácidos derivados de halógenos; los ácidos derivados de azufre como el sulfúrico, sulfónico, sulfuroso, entre otros; ácidos orgánicos como el fórmico, acético o propiónico. También pueden derivarse de polímeros con funcionalidad ácida, estructural o colgante, comprendiendo cualquiera de las clases de ácidos anteriormente descritos. Estructuras y nanoestructuras cerámicas acidificadas basadas en óxidos de silicio y aluminio, solos o combinaciones de los mismos, óxidos de titanio, circonio, hafnio y sus mezclas. Nanoestructuras de carbón funcionalizadas con grupos ácidos. On the dopants that are used to improve the electrical conductivity of these inherently conductive polymers, from 5% to 75% by weight, preferably between 10% and 40% by weight, and more preferably 25% by weight of the electrical conductive compound is used, in wherein said dopants are preferably selected from the group comprising any of the following families of compounds: inorganic or organic acids of relatively low or intermediate molecular weight, such as halogen-derived acids and oxy acids; sulfur-derived acids such as sulfuric, sulfonic, sulfurous, among others; Organic acids such as formic, acetic or propionic. They can also be derived from polymers with acid, structural or pendant functionality, comprising any of the acid classes described above. Acidified ceramic structures and nanostructures based on silicon and aluminum oxides, alone or combinations thereof, titanium oxides, zirconium, hafnium and mixtures thereof. Carbon nanostructures functionalized with acid groups.
EL COMPUESTO COMPATIBILIZANTE Y CONDUCTOR IÓNICO está comprendido en la mezcla desde 10% hasta 60 % en peso, el cual como se indica es capaz de conducir electricidad a través del transporte de iones. Dado que en ocasiones el compuesto conductor electrónico y la matriz elastomérica no siempre son compatibles entre sí, dicho compuesto conductor iónico sirve como medio para hacerlos compatibles, dispersando uno en el otro. THE COMPATIBILIZING AND IONIC CONDUCTOR COMPOUND is comprised in the mixture from 10% to 60% by weight, which as indicated is capable of conducting electricity through ion transport. Since sometimes the electronic conductive compound and the elastomeric matrix are not always compatible with each other, said ionic conductive compound serves as a means to make them compatible, dispersing in one another.
El compuesto compatibilizante y conductor iónico comprende preferiblemente. desde 20% hasta 70% en peso, preferiblemente entre 20% y 40% en peso, y más preferiblemente 25% en peso de una matriz polimérica de naturaleza diferente a la de la matriz elastomérica de la presente invención y que ha sido descrita en párrafos anteriores; desde 1% hasta 30% en peso de un compuesto portador de iones; y, desde 30% hasta 70% en peso de un solvente apropiado que sea capaz de hinchar o disolver tanto a la matriz polimérica diferente de la matriz elastomérica previamente descrita, así como al compuesto portador de iones. The compatibilizing compound and ionic conductor preferably comprises. from 20% to 70% by weight, preferably between 20% and 40% by weight, and more preferably 25% by weight of a polymer matrix of a different nature from that of the elastomeric matrix of the present invention and which has been described in previous paragraphs; from 1% to 30% by weight of an ion carrier compound; and, from 30% to 70% by weight of an appropriate solvent that is capable of swelling or dissolving both the polymeric matrix different from the elastomeric matrix previously described, as well as the ion-carrying compound.
La matriz polimérica diferente a la matriz elastomérica se selecciona del grupo que comprende: poli(alquil metacrilatos); copolímeros de (estireno-acrílico) y cualquiera de sus derivados teniendo aproximadamente 40% en peso de la parte acrílica, metacrílica o alquil acrílica en la molécula de polímero; derivados de poli(óxido de etileno), poli(alquil glicoles) y poli(vinil pirrolidonas) en cualquiera de sus variantes en peso molecular o alternancia con otros copolímeros, geles con un índice de hinchamiento por arriba de 1.5 en presencia de los solventes que a continuación se describen, y puede ser sintetizado a partir de los siguientes monómeros, estireno-divinil benceno (STY-DVB) y cualquiera de sus derivados con o sin grupos funcionales tal como grupos carboxílicos, sulfónicos, entre otros; 2-hidroxi etilmetacrilato con etilen glicol metacrilato (HEMA-EGDMA), estos a cualquier peso molecular y relación de monómero con entrecruzante. The polymer matrix other than the elastomeric matrix is selected from the group comprising: poly (alkyl methacrylates); copolymers of (styrene-acrylic) and any of its derivatives having approximately 40% by weight of the acrylic, methacrylic or alkyl acrylic part in the polymer molecule; derivatives of poly (ethylene oxide), poly (alkyl glycols) and poly (vinyl pyrrolidones) in any of its variants by molecular weight or alternation with other copolymers, gels with a swelling index above 1.5 in the presence of solvents that described below, and can be synthesized from the following monomers, styrene-divinyl benzene (STY-DVB) and any of its derivatives with or without functional groups such as carboxylic, sulphonic groups, among others; 2-hydroxy ethyl methacrylate with ethylene glycol methacrylate (HEMA-EGDMA), these at any molecular weight and monomer to crosslinking ratio.
Las anteriores matrices de polímeros deberán estar dispersas o hinchadas en agua, alcoholes desde 1 hasta 6 carbonos en su molécula, propilen carbonato o dimetil formamida, o mezclas de estos solventes entre sí o cualquier otro solvente capaz de dispersar, disolver o hinchar estas matrices junto con el portador de iones. The above polymer matrices must be dispersed or swollen in water, alcohols from 1 to 6 carbons in their molecule, propylene carbonate or dimethyl formamide, or mixtures of these solvents with each other or any other solvent capable of dispersing, dissolving or swelling these matrices together with the ion carrier.
El portador de iones se selecciona del grupo que comprende, una sal de litio, aunque puede comprender también sales derivadas de cationes de elementos del Grupo l-A y ll-A de la tabla periódica y aniones derivados de elementos de los grupos III, IV, V, VI y Vll-A de la tabla periódica. El material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor que se describe en la modalidad particularmente preferida de la presente invención, se obtiene mediante el mezclado de los tres componentes descritos anteriormente, a saber: la matriz elastomérica, el material compuesto conductor eléctrico y el compuesto compatibilizante y conductor iónico, mediante cámara de mezclado o extrusión, ya sea mono o doble husillo, utilizando preferiblemente un monohusillo de bajo corte. The ion carrier is selected from the group comprising, a lithium salt, although it may also comprise salts derived from cations of elements of Group lA and ll-A of the periodic table and anions derived from elements of groups III, IV, V , VI and Vll-A of the periodic table. The thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material described in the particularly preferred embodiment herein. The invention is obtained by mixing the three components described above, namely: the elastomeric matrix, the electrically conductive composite material and the ionic conductor and compatibilizing compound, by mixing or extrusion chamber, either single or double screw, preferably using a low-cut spindle.
El mezclado se lleva a cabo a una temperatura que va desde 60° C hasta 180°C, preferiblemente a 90°C, a una velocidad de husillo que va desde 10 hasta 200 rpm, preferiblemente entre 30 y 100 rpm, y más preferiblemente a 50 rpm y el tiempo de mezclado en lotes o tiempo de residencia en una extrusora va desde 1 hasta 20 minutos, preferiblemente menor a 10 minutos, y más preferiblemente 1.5 minutos, ya sea alimentando todo a la vez o dosificando el compuesto conductor eléctrico, preferiblemnte dosificando el compuesto conductor eléctrico. Mixing is carried out at a temperature ranging from 60 ° C to 180 ° C, preferably at 90 ° C, at a spindle speed ranging from 10 to 200 rpm, preferably between 30 and 100 rpm, and more preferably at 50 rpm and the batch mixing time or residence time in an extruder ranges from 1 to 20 minutes, preferably less than 10 minutes, and more preferably 1.5 minutes, either by feeding all at once or by dosing the electrical conductive compound, preferably dosing the electrical conductor compound.
El material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor obtenido por mezclado o extrusión es en esencia una pluralidad de micro/nanocapacitores, tal como se aprecia en la figura 1 de los dibujos que se acompañan, en donde cada uno de dichos micro/nanocapacitores es capaz de almacenar electricidad. The thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material obtained by mixing or extrusion is essentially a plurality of micro / nanocapacitors, as seen in Figure 1 of the accompanying drawings, wherein each of said micro / nanocapacitors is Able to store electricity.
Asimismo, en la figura 1 se representan los posibles puntos de contacto entre las diferentes especies. Las partículas nanoestructuradas del material compuesto elastomérico termoplástico funcionan como puentes o uniones para la continuidad de la corriente eléctrica entre ellas y las partículas de mayor tamaño del conductor iónico, por lo que su dispersión y percolabilidad es importante. Likewise, the possible points of contact between the different species are represented in Figure 1. The nanostructured particles of the thermoplastic elastomeric composite material function as bridges or junctions for the continuity of the electric current between them and the larger particles of the ionic conductor, so their dispersion and percolability is important.
Por su parte, las partículas del conductor iónico restringen la movilidad de los iones contenidas en ellas, y a su vez sirven para la carga, almacenamiento y descarga de la corriente eléctrica. Escasamente habrá partículas de compuestos nanoestructurados electrónicamente conductores o partículas de conductores iónicos que estén aisladas. El material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor que se describe en la modalidad particularmente preferida de la presente invención, fue hecho en diferentes matrices y caracterizados tanto como material semiconductor en un electrómetro Keithley para medir conductividad eléctrica para aplicaciones como material de disipación electrostática, empaque inteligente, o película o protector anti-corrosión, y también fue caracterizado como el material capacitor integrándolo a una celda galvánica recargable hecha de materiales principalmente poliméricos. On the other hand, the particles of the ionic conductor restrict the mobility of the ions contained in them, and in turn serve to charge, store and discharge the electric current. There will be scarcely any particles of electronically conductive nanostructured compounds or ionic conductor particles that are isolated. The thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material described in the particularly preferred embodiment of the present invention, was made in different matrices and characterized as both semiconductor material in a Keithley electrometer to measure electrical conductivity for applications such as electrostatic dissipation material, Intelligent packaging, or anti-corrosion film or protector, and was also characterized as the capacitor material by integrating it into a rechargeable galvanic cell made of mainly polymeric materials.
Haciendo referencia a la figura 2 de los dibujos que se acompañan, las celdas galvánicas fueron ensambladas empleando preferiblemente 5 capas, de las cuales: 2 capas exteriores conformadas de un sustrato flexible seleccionado de entre una película de PET o acetato; 2 capas intermedias que son capas conductoras, las cuales estaban sólo en contacto entre sí a través de una quinta capa delgada con un espesor de entre 0.1 y 3 mm que corresponde con el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención, tal como se muestra en la figura 2 de los dibujos que se acompañan. Referring to Figure 2 of the accompanying drawings, the galvanic cells were assembled using preferably 5 layers, of which: 2 outer layers formed of a flexible substrate selected from a PET or acetate film; 2 intermediate layers that are conductive layers, which were only in contact with each other through a fifth thin layer with a thickness between 0.1 and 3 mm corresponding to the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention, as shown in figure 2 of the accompanying drawings.
Si bien, en las 2 capas exteriores se emplearon preferiblemente sustratos flexibles, es posible ensamblar las baterías empleando otros sustratos tales como: vidrio; cuarzo o cualquier otro medio transparente y rígido; cartón; papel; película plástica como acetato; PET; poliolefinas en película como la de las bolsas de polietileno; metal, ya sea en placa o lámina, como la hoja de aluminio; tela; textiles, sin importar el tipo de tejido, entre otros. Although flexible substrates were preferably used in the 2 outer layers, it is possible to assemble the batteries using other substrates such as: glass; quartz or any other transparent and rigid means; paperboard; paper; plastic film like acetate; PET; film polyolefins such as polyethylene bags; metal, either in plate or sheet, such as aluminum foil; cloth; textiles, regardless of the type of fabric, among others.
Por otra parte, cada una de las 2 capas conductoras pueden ser del mismo o diferente material, el cual se selecciona de derivados de las familias de conductores eléctricos descritos anteriormente, ya sea que estén dispersos en la matriz del sustrato o recubriéndolo, a su vez también recubrimientos tradicionales como el óxido de estaño- indio (ITO) pueden ser usados como conductor electrónico recubriendo al sustrato. On the other hand, each of the 2 conductive layers can be of the same or different material, which is selected from derivatives of the families of electric conductors described above, whether they are dispersed in the substrate matrix or by coating it, in turn also traditional coatings such as tin-indium oxide (ITO) can be used as an electronic conductor by coating the substrate.
Las aplicaciones actuales del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención están preferiblemente, más no exciuyentemente, enfocadas en la industria electrónica como material capacitor para baterías recargables flexibles que se pueden usar en dispositivos portátiles ligeros, en baterías para automóviles híbridos y eléctricos, acopladas a celdas solares de todo tipo para luminarias, casas, equipos, entre otros. También encuentra aplicaciones en la industria del empaque, en especial para empaques que requieran tener propiedades de disipación de cargas electrostáticas (ESD), en películas como bolsas o empaques masivos para contener circuitos electrónicos u algún otro componente susceptible de ser dañado por estas cargas. En este último caso, el material puede ser empleado directamente o indirectamente; directamente haciendo la mezcla con la poliolefina, aunque para mejorar la dispersión del material se recomienda emplearlo como un "carrier" que se mezcle con la resina con la que se conformará el empaque, y que el material compuesto elastomérico emplee como matriz materiales elastoméricos suaves como los elastómeros termoplásticos derivados de SSBR, SBS, SEBS o poli(etilen- acetato de vinilo), fáciles de incorporar a las resinas para empaque. También se puede emplear en combinación con los aditivos correspondientes, como resina termoplástica para hacer cuerpos de piezas inyectadas para la industria automotriz, aeronáutica, electrónica, del hogar, por ejemplo en válvulas y sellos, contenedores de combustible, cubiertas para gadgets y aparatos electrónicos y que requieran de ser materiales ESD. El material también encuentra aplicaciones para hacer películas delgadas o recubrimientos, que prevengan, o reduzcan la corrosión de otros componentes metálicos principalmente, expuestos a condiciones de clima, humedad o salinidad extremas. La presente invención será mejor entendida a partir de los siguientes ejemplos, los cuales se presentan únicamente con fines ilustrativos para permitir la comprensión cabal de las modalidades de la presente invención, sin que ello implique que no existen otras modalidades no ilustradas que puedan llevarse a la práctica con base en la descripción detallada arriba realizada. En razón de lo anterior, ios ejemplos que a continuación se presentan deben ser tomados únicamente como ilustrativos más no limitativos de la presente invención: Current applications of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention are preferably, but not especially, focused on the electronics industry as a capacitor material for flexible rechargeable batteries that can be used in lightweight portable devices, in batteries for hybrid cars. and electrical, coupled to solar cells of all kinds for luminaires, houses, equipment, among others. It also finds applications in the packaging industry, especially for packages that require electrostatic charge dissipation (ESD) properties, in films such as bags or massive packages to contain electronic circuits or some other component that can be damaged by these charges. In the latter case, the material can be used directly or indirectly; directly by mixing with the polyolefin, although to improve the dispersion of the material it is recommended to use it as a "carrier" that mixes with the resin with which the packaging will be formed, and that the elastomeric composite material uses as soft matrix elastomeric materials such as thermoplastic elastomers derived from SSBR, SBS, SEBS or poly (ethylene vinyl acetate), easy to incorporate into packaging resins. It can also be used in combination with the corresponding additives, such as thermoplastic resin to make bodies of injected parts for the automotive, aeronautics, electronics, household industries, for example in valves and seals, fuel containers, gadget covers and electronic devices and that require to be ESD materials. The material also finds applications to make thin films or coatings, which prevent, or reduce the corrosion of other metal components primarily, exposed to extreme weather, humidity or salinity conditions. The present invention will be better understood from the following examples, which are presented for illustrative purposes only to allow full understanding of the modalities of the present invention, without implying that there are no other non-illustrated modalities that can be taken to the practice based on the detailed description above. Because of the above, the examples presented below should be taken only as illustrative but not limiting of the present invention:
Ejemplo 1. Efecto sinérgico del uso simultáneo del conductor iónico y el eléctrico en el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor. Example 1. Synergistic effect of the simultaneous use of the ionic and electrical conductor in the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material.
Las poliolefinas, en específico los diferentes grados de LLDPE, son resinas que tienen muchos usos, desde piezas moldeadas inyectadas para refacciones automotrices, carcasa para aparatos electrónicos o como material de embalaje para uso convencional o antiestático para envolver los circuitos electrónicos. Las aplicaciones en materiales antiestáticos requieren propiedades específicas de conductividad eléctrica, que en muchos casos se obtienen a partir de las olefinas al estar mezcladas con partículas de metal o de materiales conductores. Polyolefins, specifically the different grades of LLDPE, are resins that have many uses, from molded parts injected for automotive spare parts, housing for electronic devices or as packaging material for conventional or antistatic use to wrap electronic circuits. Applications in antistatic materials require specific properties of electrical conductivity, which in many cases are obtained from olefins when mixed with metal particles or conductive materials.
El material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, de la presente invención, para este ejemplo se obtuvo a partir de una resina de LLDPE. Dicho material compuesto elastomérico resultante tuvo la capacidad de disipar una descarga eléctrica, ya que puede "mantener o almacenar" la carga en cuestión, para posteriormente descargar o disipar la energía lentamente a lo largo del tiempo. Para este ejemplo dos materiales fueron manufacturados y comparados en sus propiedades de conductividad eléctrica con la matriz de LLDPE original. El material compuesto conductor electrónico fue hecho a partir de poli(anilina) dopada con nanotubos de haloisita acidificada y fue obtenido conforme se describe en la referencia [I. A. Gabaldón-Saucedo, Caracterización de Silcoaluminatos Nanoestructurados Recubiertos con Polímeros Inherentemente Conductores, CIMAV- Chihuahua 2013] y el compuesto conductor iónico se elaboró poniendo 6 partes de propilencarbonato con 3.5 partes de PMMA Plastiglás Silux y 0.5 partes de perclorato de litio, la mezcla se calentó a 180°C e reflujo y se integraron los componentes mediante agitación a 50 rpm. Después de integrados los componentes la mezcla se dejó enfriar. The thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention, for this example was obtained from an LLDPE resin. Said resulting elastomeric composite material had the ability to dissipate an electric shock, since it can "maintain or store" the charge in question, to subsequently discharge or dissipate energy slowly over time. For this example two materials were manufactured and compared in their electrical conductivity properties with the original LLDPE matrix. The electronic conductive composite was made from poly (aniline) doped with acidified haloisite nanotubes and was obtained as described in the reference [AI Gabaldón-Saucedo, Characterization of Nanostructured Silcoaluminatos Coated with Inherently Conductive Polymers, CIMAV- Chihuahua 2013] and the ionic conductive compound was prepared by placing 6 parts of propylene carbonate with 3.5 parts of PMMA Plastiglas Silux and 0.5 parts of lithium perchlorate, the The mixture was heated to 180 ° C and reflux and the components were integrated by stirring at 50 rpm. After the components were integrated the mixture was allowed to cool.
Las composiciones de las muestras de este ejemplo y su método de manufactura se detallan en la tabla 1. Las muestras después de haber formado las placas de 1 mm de espesor fueron medidas en su conductividad eléctrica en un electrómetro Keithley con su cámara de conductividad, en donde las condiciones fueron 20mA y 1V. The sample compositions of this example and their manufacturing method are detailed in Table 1. The samples after forming the 1 mm thick plates were measured in their electrical conductivity on a Keithley electrometer with its conductivity chamber, in where the conditions were 20mA and 1V.
Tabla 1. Composición y condiciones de procesado de las muestras del ejemplo 1. Table 1. Composition and processing conditions of the samples of example 1.
Partes en peso Partes en peso Parts by weight Parts by weight
Muestra Partes en Condiciones de  Sample Parts in Conditions of
Conductor Conductor  Driver Driver
peso Matriz Procesamiento Electrónico Iónico  Weight Matrix Ionic Electronic Processing
Se empleo una cámara de A camera of
LDPE 20020X PEMEX Total mezclado LDPE 20020X PEMEX Total mixed
Brabender usando una configuración de Brabender using a configuration of
LDPE 20020X PEMEX + alto mezclado a Polímero conductor iónico una temperatura (PMMA/Li) de 150°C a 50 rpm por un tiempo de 5 min. Después se prensó el material a 2500 Ib y 150°C por 2LDPE 20020X PEMEX + high mixed to ionic conductive polymer a temperature (PMMA / Li) of 150 ° C at 50 rpm for a time of 5 min. Then the material was pressed at 2500 Ib and 150 ° C for 2
LDPE 20020X PEMEX + min en una Polímero conductor iónico prensa Carver. (PMMA/Li) Se obtuvieron LDPE 20020X PEMEX + min in a Carver press ionic conductive polymer. (PMMA / Li) Obtained
0.8  0.8
placas  plates
+ Compuesto conductor cuadradas de 4 eléctrónico (PANI:HNT) in por lado y 1 mm de espesor, con ellas se les midió su conductividad eléctrica. Los resultados se muestran en la figura 3, en donde se observa que la matriz original, como era de esperarse, tuvo una conductividad eléctrica muy baja de 3.9x10"12 S/m, típico de un polímero aislante. Sin embargo, cuando se le agregó el conductor iónico en un 25% en peso, el material resultante incrementó su conductividad eléctrica tres órdenes de magnitud, llegando hasta 1.1x10"9 S/m. No obstante lo anterior, al agregarle 17% de conductor iónico y 13 % de conductor electrónico (cuya suma es 30 %, que estaba ligeramente arriba del 25% del conductor iónico de la primera muestra), el material resultante incrementó cinco órdenes de magnitud su conductividad eléctrica respecto de la matriz original, alcanzando el valor de 4.3x10"7 S/m. Esto demuestra la sinergia entre los conductores, iónico y el electrónico, para incrementar la conductividad eléctrica, y de forma indirecta confirma la percolabilidad de los componentes. + Square conductor compound of 4 electronic (PANI: HNT) in per side and 1 mm thick, with them their electrical conductivity was measured. The results are shown in Figure 3, where it is observed that the original matrix, as expected, had a very low electrical conductivity of 3.9x10 "12 S / m, typical of an insulating polymer. However, when it was added the ionic conductor by 25% by weight, the resulting material increased its electrical conductivity three orders of magnitude, reaching 1.1x10 "9 S / m. Notwithstanding the foregoing, by adding 17% of ionic conductor and 13% of electronic conductor (whose sum is 30%, which was slightly above 25% of the ionic conductor of the first sample), the resulting material increased five orders of magnitude its electrical conductivity with respect to the original matrix, reaching the value of 4.3x10 "7 S / m. This demonstrates the synergy between the conductors, ionic and electronic, to increase the electrical conductivity, and indirectly confirms the percolability of the components.
Ejemplo 2. Influencia de la matriz elastomérica sobre la conductividad eléctrica. Example 2. Influence of the elastomeric matrix on electrical conductivity.
Para demostrar la versatilidad del proceso para producir el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención, se hicieron una serie de pruebas con tres tipos diferentes de matrices elastoméricas. Estas matrices se mezclaron con cantidades iguales de compuesto conductor eléctrico y polímero conductor iónico, preparados de forma similar a los del ejemplo 1. To demonstrate the versatility of the process for producing the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention, a series of tests were conducted with three different types of elastomeric matrices. These matrices were mixed with equal amounts of electrically conductive compound and ionic conductive polymer, prepared in a manner similar to those of example 1.
Las matrices empleadas fueron: - Elvax 265 manufacturado por DuPont que es un co-polímero de etileno-vinil acetato, dicha resina contiene alrededor del 28% de vinil acetato y es empleado como un "carrier" universal para incorporar colorantes y aditivos en resinas poliméricas más pesadas. Se puede procesar desde 70°C hasta 200°C y tiene una consistencia elastomérica. El segundo de los materiales usados fue la misma resina empleada en el ejemplo 1 , esto es, un polietileno de baja densidad LLDPE 20020X de PEMEX, en donde dicha resina se procesa a una temperatura mínima de 130°C, preferiblemente a 150° C. The matrices used were: - Elvax 265 manufactured by DuPont which is an ethylene-vinyl acetate co-polymer, said resin contains about 28% vinyl acetate and is used as a universal carrier to incorporate dyes and additives in polymeric resins heavier It can be processed from 70 ° C to 200 ° C and has an elastomeric consistency. The second of the materials used was the same resin used in example 1, that is, a low density polyethylene LLDPE 20020X from PEMEX, wherein said resin is processed at a minimum temperature of 130 ° C, preferably at 150 ° C.
El tercer material fue un elastómero termoplástico tipo SSBR, el Solprene 1205 de Dynasol Elastómeros S.A. de C.V., el cual contiene alrededor del 25% de estireno total, en donde 17.5% del mismo está en bloque. Dicho elastómero termoplástico es factible de procesarse desde 70°C hasta 120°C. The third material was an SSBR type thermoplastic elastomer, the Solprene 1205 of Dynasol Elastómeros S.A. of C.V., which contains about 25% of total styrene, where 17.5% of it is in block. Said thermoplastic elastomer is feasible to be processed from 70 ° C to 120 ° C.
Cada una de las muestras fue procesada individualmente en una cámara de mezclado tipo Brabender usando una configuración de alto mezclado bajo corte. Las condiciones a las que se procesaron los materiales están descritas en la tabla 2. Matrices sin materiales conductores fueron también procesadas para la medición de su conductividad eléctrica. Each sample was processed individually in a Brabender mixing chamber using a high mixing configuration under cutting. The conditions at which the materials were processed are described in Table 2. Matrices without conductive materials were also processed for the measurement of their electrical conductivity.
Tabla 2. Condiciones de procesamiento de los compósitos elastoméricos Table 2. Processing conditions of elastomeric compounds
eléctricamente conductores y capacitores.  electrically conductive and capacitors.
Material compuesto elastomérico Temperatura Tiempo Velocidad termoplástico, eléctricamente conductor y  Elastomeric composite material Temperature Time Thermoplastic, electrically conductive and
capacitor (°C) (minutos) (rpm)  capacitor (° C) (minutes) (rpm)
Matriz Elvax 265 80 10 50 Elvax Matrix 265 80 10 50
Material compuesto elastomérico  Elastomeric composite material
termoplástico, eléctricamente conductor y 80 10 50 capacitor de Elvax 265  thermoplastic, electrically conductive and 80 10 50 capacitor of Elvax 265
Matriz LDPE 20020X 140 10 60  LDPE Matrix 20020X 140 10 60
Material compuesto elastomérico  Elastomeric composite material
termoplástico, eléctricamente conductor y 140 10 60 capacitor de LDPE 20020X  thermoplastic, electrically conductive and 140 10 60 LDPE capacitor 20020X
Matriz Solprene 1205 80 10 50  Solprene Matrix 1205 80 10 50
Material compuesto elastomérico  Elastomeric composite material
termoplástico, eléctricamente conductor y 80 10 50 capacitor de 1205 Para obtener el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, se mezclaron: 4 partes del compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor como resina matriz; 1 parte del compuesto conductor iónico, descrito en el ejemplo anterior; y, 1 parte del conductor eléctrico hecho a base de polianilina dopada con Tamo! 731 A acidificado y sintetizado por vía oxidativa. thermoplastic, electrically conductive and 80 10 50 capacitor of 1205 To obtain the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material, 4 parts of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric compound were mixed as matrix resin; 1 part of the ionic conductive compound, described in the previous example; and, 1 part of the electric conductor made of polyaniline doped with Tamo! 731 A acidified and synthesized by oxidative route.
Los especímenes de todas estas muestras procesadas fueron prensadas entre 2000 y 3000 libras de carga en una prensa Carver, a la misma temperatura a la cual fueron obtenidas en la cámara de mezclado. Se recortaron los especímenes para tener cuadros de 4 pulgadas por lado y con un espesor máximo de 2 mm. No se observó ni delaminación, ni formación de grumos en los especímenes obtenidos. A estos especímenes se les midió la conductividad eléctrica en un electrómetro Keithley a 20 mA y 1 volt. Los resultados de las pruebas se muestran en la figura 4. The specimens of all these processed samples were pressed between 2000 and 3000 pounds of cargo in a Carver press, at the same temperature at which they were obtained in the mixing chamber. Specimens were trimmed to have 4-inch squares per side and with a maximum thickness of 2 mm. No delamination or lump formation was observed in the specimens obtained. These specimens were measured for electrical conductivity on a Keithley electrometer at 20 mA and 1 volt. The test results are shown in Figure 4.
Lo primero que se destaca es que para estas tres diferentes matrices se incremento considerablemente la conductividad eléctrica de los materiales con el paquete de compuestos conductores, respecto de las matrices naturales. Ahora bien, a pesar de que las tres resinas tienen la misma composición en masa, la conductividad eléctrica de los compuestos elastoméricos no es la misma. El cambio más notorio se dio en el Solprene 1205 de Dynasol, en donde la conductividad eléctrica se incrementa 8 órdenes de magnitud desde 1.7x10"15 S/m hasta 4.8x10"7 S/m. Esto muestra que la dispersión, y por ende las propiedades del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor dependerá no solo de la concentración de los materiales eléctricamente activos, sino de la matriz en cuestión. The first thing that stands out is that for these three different matrices the electrical conductivity of the materials with the package of conductive compounds is considerably increased, with respect to the natural matrices. However, although all three resins have the same mass composition, the electrical conductivity of the elastomeric compounds is not the same. The most noticeable change occurred in the Dypreneol 1205 Solpreneur, where the electrical conductivity is increased by 8 orders of magnitude from 1.7x10 "15 S / m to 4.8x10 " 7 S / m. This shows that the dispersion, and therefore the properties of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material will depend not only on the concentration of the electrically active materials, but on the matrix in question.
Ejemplo 3. Prueba del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor en ensambles de celdas galvánicas, como baterías recargables. Para evaluar el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención, se hicieron una serie de pruebas armando doce celdas galvánicas para trabajar como baterías recargables. Cada celda se armó conforme al diagrama mostrado en la figura 2 y se armó un cuadro de 6cm por lado y 1.5 cm de espesor. Example 3. Test of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material in galvanic cell assemblies, such as rechargeable batteries. To evaluate the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention, a series of tests were made by assembling twelve galvanic cells to work as rechargeable batteries. Each cell was assembled according to the diagram shown in Figure 2 and a 6cm per side and 1.5cm thick frame was assembled.
Dos materiales compuestos elastoméricos termoplásticos, eléctricamente conductores y capacitores se hicieron para dichas pruebas conforme al ejemplo 2 de la presente invención, uno de ellos hecho con PANI AMOL y el otro con PEDOT AMOL, en ambos usando Solprene-1205 como matriz elastomérica. Se elaboraron diferentes lotes de aproximadamente 70g cada uno en el mezclador Brabender hasta reunir 350g de cada material; posteriormente, cada lote fue integrado con el resto del material correspondiente mediante un molino de rodillos para después ser cortados a las medidas indicadas. Two thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite materials were made for said tests according to example 2 of the present invention, one of them made with PANI AMOL and the other with PEDOT AMOL, both using Solprene-1205 as an elastomeric matrix. Different batches of approximately 70g each were made in the Brabender mixer to collect 350g of each material; subsequently, each batch was integrated with the rest of the corresponding material by means of a roller mill and then cut to the indicated measures.
Así fue posible contar con un lote homogéneo que permitiera evaluar el mismo material compuesto elastomérico, termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor en cada una de las seis celdas correspondientes. Cada una de dichas celdas hechas tenía diferente par de electrodos, basados en sistemas electrónicos. Thus, it was possible to have a homogeneous batch that allowed the evaluation of the same elastomeric, thermoplastic, electrically conductive and capacitive composite material in each of the six corresponding cells. Each of said cells made had a different pair of electrodes, based on electronic systems.
Como soportes se empelaron dos tipos de materiales, hoja de aluminio y acetatos con una capa de adhesivo, como los que se usaban antes para proyección, y estos iban impregnados con tintas conductoras y semiconductoras. Two types of materials were used as supports, aluminum foil and acetates with a layer of adhesive, such as those used before for projection, and these were impregnated with conductive and semiconductor inks.
Las capas conductoras y semiconductoras se prepararon conforme a las referencias descritas [I. A. Gabaldón-Saucedo, Caracterización de Silcoaluminatos Nanoestructurados Recubiertos con Polímeros Inherentemente Conductores, CIMAV- Chihuahua 2013, R. Suárez-Reyes, Síntesis Sol-Gel A Baja Temperatura De W03 Con Propiedades Electrocrómicas, Instituto Tecnológico de Toluca 2010, Y. Sun, E. Ruckenstein, Synthetic Metals 74 (1995) 145-150, Djaoued, Y., Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 673-679, Monk, P. M. S., (2007). Electrochromism and Electrochromic Devices, Cambridge Univ. Press]. Conductive and semiconductor layers were prepared according to the references described [AI Gabaldón-Saucedo, Characterization of Nanostructured Silcoaluminatos Coated with Inherently Conductive Polymers, CIMAV- Chihuahua 2013, R. Suárez-Reyes, Low Temperature Sol-Gel Synthesis of W0 3 With Electrochromic Properties, Technological Institute of Toluca 2010, Y. Sun, E. Ruckenstein, Synthetic Metals 74 (1995) 145-150, Djaoued, Y., Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 673-679, Monk, PMS, (2007). Electrochromism and Electrochromic Devices, Cambridge Univ. Press].
Para amar las celdas se puso la placa del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor en medio de los soportes, se pusieron en una prensa Carver calentándose a 80°C y se comprimieron a 2000 psig de presión para que se adhiriera el material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor con el sustrato recubierto. De esta manera el ensamble de las celdas galvánicas quedo de la siguiente forma: In order to love the cells, the plate of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material was placed in the middle of the supports, placed in a Carver press heated to 80 ° C and compressed at 2000 psig of pressure so that the composite material adhered Thermoplastic elastomer, electrically conductive and capacitor with coated substrate. In this way the assembly of the galvanic cells was as follows:
PANI.TAMOL: CELDA 1 : Acetato/Adhesivo/PEDOT:TAMOL//Solprene® 1205+PANI:Tamol 731 A+PMMA-Li//PANI:Tamol/Adhesivo/Acetato PANI.TAMOL: CELL 1: Acetate / Adhesive / PEDOT: TAMOL // Solprene® 1205 + PANI: Tamol 731 A + PMMA-Li // PANI: Tamol / Adhesive / Acetate
CELDA 2: Acetato/Adhesivo/PEDOT:TAMOL//Solprene® 1205+PANI:Tamol 731 A+PMMA-Li// P3MT:FeCI3/Hoja de Aluminio CELL 2: Acetate / Adhesive / PEDOT: TAMOL // Solprene® 1205 + PANI: Tamol 731 A + PMMA-Li // P3MT: FeCI 3 / Aluminum Sheet
CELDA 3: Acetato/Adhesivo/PANI:TAMOL//Solprene® 1205+PANl:Tamol 731 A+PMMA- Li// P3MT:FeCI3/Hoja de Aluminio CELL 3: Acetate / Adhesive / PANI: TAMOL // Solprene® 1205 + PANl: Tamol 731 A + PMMA- Li // P3MT: FeCI 3 / Aluminum Sheet
CELDA 4: Acetato/Adhesivo/PANI:TAMOL//Solprene® 1205+PANI:Tamol 731 A+PMMA- Li/A/VOa/Hoja de Aluminio CELL 4: Acetate / Adhesive / PANI: TAMOL // Solprene® 1205 + PANI: Tamol 731 A + PMMA- Li / A / VOa / Aluminum Sheet
CELDA 5: Hoja de Aluminio/ P3MT:FeCI3//Solprene® 1205+PANI:Tamol 731 A+PMMA- Li//W03/Hoja de Aluminio CELDA 6: Acetato/Adhesivo/PEDOT:TAMOL//Solprene® 1205+PEDOT:Tamol 731 A+PMMA-Li/ /Oa/Hoja de Aluminio CELL 5: Aluminum Sheet / P3MT: FeCI 3 // Solprene® 1205 + PANI: Tamol 731 A + PMMA- Li // W0 3 / Aluminum Sheet CELL 6: Acetate / Adhesive / PEDOT: TAMOL // Solprene® 1205+ PEDOT: Tamol 731 A + PMMA-Li / / Oa / Aluminum Sheet
PEDOT:TA OL: PEDOT: TA OL:
CELDA 7: Acetato/Adhesivo/PEDOT:Tamol//Solprene® 1205+PEDOT:Tamol 731 A+PMMA-Li//PANI:Tamol/Adhesivo/Acetato CELDA 8: Acetato/Adhesivo/PEDOT:Tamol//Solprene® 1205+PEDOT:Tamol 731 A+PMMA-Li// P3MT:FeCI3/Hoja de Aluminio CELL 7: Acetate / Adhesive / PEDOT: Tamol // Solprene® 1205 + PEDOT: Tamol 731 A + PMMA-Li // PANI: Tamol / Adhesive / Acetate CELL 8: Acetate / Adhesive / PEDOT: Tamol // Solprene® 1205 + PEDOT: Tamol 731 A + PMMA-Li // P3MT: FeCI 3 / Aluminum Sheet
CELDA 9: Acetato/Adhesivo/PANI: Tamol//Solprene® 1205+PEDOT.Tamol 731 A+PMMA-Li// P3MT:FeCI3/Hoja de Aluminio CELDA 10: Acetato/Adhesivo/PANI.Tamol//Solprene® 1205+PEDOT:Tamol 731 A+PMMA-Li//W03/Hoja de Aluminio CELL 9: Acetate / Adhesive / PANI: Tamol // Solprene® 1205 + PEDOT.Tamol 731 A + PMMA-Li // P3MT: FeCI 3 / Aluminum Sheet CELL 10: Acetate / Adhesive / PANI.Tamol // Solprene® 1205 + PEDOT: Tamol 731 A + PMMA-Li // W0 3 / Aluminum Sheet
CELDA 11 : Hoja de Aluminio/P3MT:FeCI3//Solprene® 1205+PEDOT.Tamol 731 A+PMMA-Li//W03/Hoja de Aluminio CELL 11: Aluminum Sheet / P3MT: FeCI 3 // Solprene® 1205 + PEDOT.Tamol 731 A + PMMA-Li // W0 3 / Aluminum Sheet
CELDA 12: Acetato/Adhesivo/PEDOT:TAMOL//Solprene® 1205+PEDOT:Tamol 731 A+PMMA-L¡//W03/Hoja de Aluminio CELL 12: Acetate / Adhesive / PEDOT: TAMOL // Solprene® 1205 + PEDOT: Tamol 731 A + PMMA-L¡ // W0 3 / Aluminum Sheet
Cada celda se cargó durante 1 hora a 3 volts (lo que en las figuras 5 y 6 se describe como ciclo de carga) para después medir su descarga durante 7 horas (ciclo de descarga). Durante el periodo de carga el voltaje de las celdas se incrementó hasta un cierto valor límite para después caer en el ciclo de descarga y permanecer constante en la mayoría de los casos. Each cell was charged for 1 hour at 3 volts (which in Figures 5 and 6 is described as a charge cycle) and then measured its discharge for 7 hours (discharge cycle). During the charging period the voltage of the cells increased to a certain limit value and then fell into the discharge cycle and remain constant in most cases.
Aún cuando en la anterior descripción se ha hecho referencia a ciertas modalidades del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor de la presente invención, debe hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a dichas modalidades, pero sin apartarse del verdadero alcance de la invención, tales como modificar las combinaciones y composiciones de la matriz elastomérica, el nanocompuesto conductor eléctrico y el conductor iónico? Although reference has been made to certain embodiments of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material of the present invention in the foregoing description, it should be emphasized that numerous modifications to said modalities are possible, but without departing from the true scope of the invention , such as modifying combinations and compositions of the elastomeric matrix, the electrical conductor nanocomposite and the ionic conductor?

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN  NEW OF THE INVENTION
REIVINDICACIONES
1. - Un material compuesto elastomérico eléctricamente conductor y capacitor, caracterizado porque comprende: a) Desde 10% hasta 90% en peso de una matriz polimérica que funciona como aglutinante, además de servir como matriz o soporte; b) Desde 1% hasta 90% en peso de un compuesto conductor eléctrico nanoestructurado, cuya función es la de conducir la electricidad a través del transporte de electrones; y, c) Desde 20% hasta 70% en peso de un compuesto compatibilizante y conductor iónico, cuya función principal es hacer compatibles a los dos primeros componentes dispersando uno en el otro, además de conducir la electricidad a través del transporte de iones.  1. - An electrically conductive and capacitive elastomeric composite material, characterized in that it comprises: a) From 10% to 90% by weight of a polymeric matrix that functions as a binder, in addition to serving as a matrix or support; b) From 1% to 90% by weight of a nanostructured electrical conductor compound, whose function is to conduct electricity through electron transport; and, c) From 20% to 70% by weight of a compatibilizing compound and ionic conductor, whose main function is to make the first two components compatible by dispersing in each other, in addition to conducting electricity through ion transport.
2. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la matriz polimérica es un elastómero termoplástico. 2. - The elastomeric composite material according to claim 1, further characterized in that the polymeric matrix is a thermoplastic elastomer.
3. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la matriz elastomérica comprende entre 10% y 90% en peso del compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor, el cual tiene como función servir de matriz o soporte para los otros componentes. 4.- El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la matriz elastomérica comprende entre 30% y 60% en peso del compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor. 3. - The elastomeric composite material according to claim 2, further characterized in that the elastomeric matrix comprises between 10% and 90% by weight of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric compound, which has the function of serving as a matrix or support for The other components. 4. The elastomeric composite material according to claim 3, further characterized in that the elastomeric matrix comprises between 30% and 60% by weight of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric compound.
5.- El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque la matriz elastomérica comprende 50% en peso del compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor. 5. The elastomeric composite material according to claim 4, further characterized in that the elastomeric matrix comprises 50% by weight of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric compound.
6.- El material compuesto elastomérico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3, 4 o 5, caracterizado además porque la matriz elastomérica se selecciona del grupo que comprende las siguientes familias de matrices termoplásticas: 6. The elastomeric composite material according to any of claims 3, 4 or 5, further characterized in that the elastomeric matrix is selected from the group comprising the following families of thermoplastic matrices:
Hules derivados de poli(butadienos) o PB, que tienen formula simplificada - (CH2-Crl=CH-CH2)-, incluyendo todas sus variantes, ya sea alto, medio o bajo cis-, alto, medio o bajo trans-, alto, medio o bajo vinil- poli(butadieno), sin importar su composición relativa entre estas tres variantes ni el peso molecular del PB; Rubber derived from poly (butadiene) or PB, which have a simplified formula - (CH 2 -Crl = CH-CH 2 ) -, including all its variants, either high, medium or low cis-, high, medium or low trans- , high, medium or low vinyl poly (butadiene), regardless of their relative composition between these three variants or the molecular weight of the PB;
Copolímeros elastoméricos estireno-butadieno, ya sean lineales o ramificados (SSBR), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co-monómeros entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma alternada o aleatoria a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del butadieno/estireno o el peso molecular de la molécula; Styrene-butadiene elastomeric copolymers, whether linear or branched (SSBR), regardless of the different arrangements that the co-monomers have with each other, which may be located alternately or randomly along the main polymer chain or its ramifications, regardless of the ratio in composition of butadiene / styrene or the molecular weight of the molecule;
Copolímeros elastoméricos estireno-butadieno-estireno en bloque, ya sean lineales o ramificados (SBS), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co- monómeros en bloque entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma bloque- aleatoria, dibloque, tribloque o cualquier variación más allá a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del butadieno/estireno en cada rama o bloque en lo individual o en la composición global, así como el peso molecular del elastómero; - Copolímeros elastoméricos hidrogenados estireno-etileno-butadieno-estireno en bloque, ya sean lineales o ramificados (SEBS), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co-monómeros en bloque entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma bloque-aleatoria, dibloque, tribloque o cualquier variación más allá a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del butadieno/estireno en cada rama o bloque en lo individual o en la composición global, así como el peso molecular del elastómero y la variedad de concentraciones de dobles ligaduras remanentes o grados de hidrogenación; Styrene-butadiene-styrene block elastomeric copolymers, whether linear or branched (SBS), regardless of the different arrangements that the block monomers have with each other, which may be located randomly, diblock, triblock or any variation beyond along the main polymer chain or its branches, regardless of the ratio in composition of butadiene / styrene in each individual branch or block or in the overall composition, as well as the molecular weight of the elastomer; - Styrene-ethylene-butadiene-styrene hydrogenated elastomeric copolymers in block, whether linear or branched (SEBS), regardless of the different arrangements that the block co-monomers have with each other, which may be randomly located block, diblock, triblock or any variation beyond the main polymer chain or its ramifications, regardless of the compositional ratio of butadiene / styrene in each individual branch or block or in the overall composition, as well as the molecular weight of the elastomer and the variety of concentrations of remaining double ligatures or degrees of hydrogenation;
Hules co-polímeros butadieno-nitrilo (NBR) teniendo diferentes pesos moleculares y relaciones de butadieno/acrilonitrilo; - Copolímeros elastoméricos estireno-isopreno-estireno en bloque, ya sean lineales o ramificados (SIS), sin importar los diferentes arreglos que tengan los co- monómeros en bloque entre sí, los cuales pueden estar ubicados de forma bloque- aleatoria, dibloque, tribloque o cualquier variación más allá a lo largo de la cadena polimérica principal o de sus ramificaciones, sin importar la relación en composición del isopreno/estireno en cada rama o bloque en lo individual o en la composición global, así como el peso molecular del elastómero; Butadiene-nitrile (NBR) co-polymer rubbers having different molecular weights and butadiene / acrylonitrile ratios; - Styrene-isoprene-styrene block elastomeric copolymers, whether linear or branched (SIS), regardless of the different arrangements that the block monomers have with each other, which may be located randomly, diblock, triblock or any variation beyond the main polymer chain or its branches, regardless of the ratio in composition of the isoprene / styrene in each branch or block individually or in the overall composition, as well as the molecular weight of the elastomer;
Diversidad de materiales de la familia de los poli(etilen-propilen-monómeros dieno) o EPDM, sin importar la relación de monómeros que prevalezca en ellos, así como el peso molecular que tengan; - Diversidad de poli(etilen-acetato de vinilo) o EVA teniendo diferentes relaciones etileno/acetato de vinilo y pesos moleculares; Diversity of materials in the family of poly (ethylene-propylene-diene monomers) or EPDM, regardless of the ratio of monomers prevailing in them, as well as the molecular weight they have; - Diversity of poly (ethylene vinyl acetate) or EVA having different ethylene / vinyl acetate ratios and molecular weights;
Elastómeros alquil-acrílicos (AAc), como caso particular, aunque no de forma excluyente, el acrilato de hexilo, acrilato de butilo, o cualquier material con la fórmula mínima CH2=CH-COO-(CH2)x-CH3, en donde x puede ir desde 0 hasta una infinidad de unidades repetitivas, preferiblemente entre 4 y 8 unidades repetitivas; Alkyl acrylic elastomers (AAc), as a particular case, but not exclusively, hexyl acrylate, butyl acrylate, or any material with the minimum formula CH 2 = CH-COO- (CH 2 ) x-CH 3 , where x can go from 0 to an infinite number of repetitive units, preferably between 4 and 8 repetitive units;
Hules de silicón teniendo diferentes pesos moleculares; Silicone rubber having different molecular weights;
Cualquier variedad de co-polímeros termoplásticos base uretano-éter o uretano-éster o PU, sin importar la composición relativa entre uretano y éster o éter; Any variety of urethane-ether or urethane-ester or PU based thermoplastic co-polymers, regardless of the relative composition between urethane and ester or ether;
Cualquier variedad y peso molecular de poli(olefinas) termoplásticas, las cuales podrán incluir preferiblemente cualquiera de los siguientes ejemplos: poli(etileno) de baja regular o lineal, de media, alta o ultra alta densidad (LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE, UHDPE) o polirpopileno, sin importar de que flujo melt se trate; Any variety and molecular weight of thermoplastic poly (olefins), which may preferably include any of the following examples: poly (ethylene) regular or linear low, medium, high or ultra high density (LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE, UHDPE) or polypropylene, regardless of which melt flow is involved;
Cualesquier posible mezcla que involucre algunos de los elastómeros o termoplásticos anteriores, sin importar la técnica de polimerización empleada para su síntesis; Any possible mixture that involves some of the elastomers or thermoplastics above, regardless of the polymerization technique used for their synthesis;
Cualesquiera de los materiales antes descritos que hayan sido tratados para ser vulcanizados, ramificados (grafteados) o entrecruzados, antes, durante o después de la formación del material compuesto elastomérico termoplástico, eléctricamente conductor y capacitor. 7.- El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el compuesto conductor eléctrico nanoestructurado comprende desde 1% hasta 90% en peso de cualquier material capaz de conducir electricidad por vía o transporte de electrones. Any of the materials described above that have been treated to be vulcanized, branched (graffiti) or crosslinked, before, during or after the formation of the thermoplastic, electrically conductive and capacitive elastomeric composite material. 7. The elastomeric composite material according to claim 1, further characterized in that the nanostructured electrical conductor compound comprises from 1% to 90% by weight of any material capable of conducting electricity via electron transport or transport.
8. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el compuesto conductor eléctrico nanoestructurado comprende entre 10% y 40% en peso de cualquier material capaz de conducir electricidad por vía o transporte de electrones. 8. - The elastomeric composite material according to claim 7, further characterized in that the nanostructured electrical conductor compound comprises between 10% and 40% by weight of any material capable of conducting electricity via electron transport or transport.
9. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el compuesto conductor eléctrico nanoestructurado comprende 25% en peso de cualquier material capaz de conducir electricidad por vía o transporte de electrones. 9. - The elastomeric composite material according to claim 8, further characterized in that the nanostructured electrical conductor compound comprises 25% by weight of any material capable of conducting electricity via electron transport or transport.
10. - El material compuesto elastomérico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7, 8 o 9, caracterizado además porque el compuesto conductor eléctrico se selecciona del grupo que comprende cualquiera de las siguientes familias de compuestos y compósitos: Partículas metálicas en polvo o polvos nanoestructurados de partículas metálicas u óxidos metálicos eléctricamente conductores, y sus combinaciones; 10. - The elastomeric composite material according to any of claims 7, 8 or 9, further characterized in that the electrical conductive compound is selected from the group comprising any of the following families of compounds and compounds: Powdered metal particles or nanostructured powders of electrically conductive metal particles or metal oxides, and combinations thereof;
Partículas nanoestructuradas de carbón; Nanostructured carbon particles;
Polímeros inherentemente conductores que hayan o no sido dopados (ICP:Dopante), en donde el polímero inherentemente conductor comprende desde el 25 % hasta el 95 % del peso del compuesto conductor electrónico. Inherently conductive polymers that have or have not been doped (ICP: Dopant), wherein the inherently conductive polymer comprises from 25% to 95% of the weight of the electronic conductive compound.
1 1.- El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación1 1. Elastomeric composite material according to claim
10, caracterizado además porque el polímero inherentemente conductor constituye entre el 25% y el 40% del peso del compuesto conductor eléctrico. 12.- El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación10, further characterized in that the inherently conductive polymer constitutes between 25% and 40% of the weight of the electrical conductive compound. 12. Elastomeric composite material according to claim
11 , caracterizado además porque el polímero inherentemente conductor constituye el 25% del peso del compuesto conductor eléctrico. 11, further characterized in that the inherently conductive polymer constitutes 25% of the weight of the electrical conductive compound.
13. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque los polímeros inherentemente conductores han sido dopados y son nanoestructurados. 13. - The elastomeric composite material according to claim 10, further characterized in that the inherently conductive polymers have been doped and are nanostructured.
14. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el ICP comprende al menos uno de alguno de los siguientes grupos monoméricos electroactivos teniendo más allá de 12 unidades repetitivas: polímeros inherentemente conductores de derivados de aminas aromáticas como los derivados de la poli(anilina); polímeros inherentemente conductores de compuestos aromáticos heterocíclicos como los derivados de poli(tiofenos), derivados de aromáticos no heterocíclicos como los derivados de poli(acetilenos); compuestos entre estos polímeros inherentemente conductores y otros polímeros en donde estos pueden ser conductores o no o compuestos de polímeros inherentemente conductores con metales o polímeros inherentemente conductores con sales inorgánicas o polímeros inherentemente conductores con nanoestructuras de carbón o cualquier estructura base carbón que contenga estructura pi-conjugada en sus enlaces que la constituyen, capaz de conducir electrones, y por ende electricidad. 14. - The elastomeric composite material according to claim 13, further characterized in that the ICP comprises at least one of one of the following electroactive monomeric groups having beyond 12 repetitive units: inherently conductive polymers of aromatic amines derivatives such as derivatives of the poly (aniline); inherently conductive polymers of heterocyclic aromatic compounds such as poly (thiophenes) derivatives, derivatives of non-heterocyclic aromatics such as poly (acetylenes) derivatives; compounds between these inherently conductive polymers and other polymers wherein these may be conductive or not or compounds of inherently conductive polymers with metals or inherently conductive polymers with inorganic salts or polymers inherently conductors with carbon nanostructures or any carbon-based structure that contains pi-conjugate structure in its bonds that constitute it, capable of conducting electrons, and hence electricity.
15. - El material compuesto elastoméríco de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque ios dopantes que se emplean para mejorar la conductividad eléctrica de los polímeros inherentemente conductores se usan entre 5% y 75% en peso del compuesto conductor eléctrico. 15. - The elastomeric composite material according to claim 14, further characterized in that the doping agents used to improve the electrical conductivity of the inherently conductive polymers are used between 5% and 75% by weight of the electrical conductive compound.
16. - El material compuesto elastoméríco de conformidad con la reivindicación16. - The elastomeric composite material according to claim
15, caracterizado además porque los dopantes que se emplean para mejorar la conductividad eléctrica de los polímeros inherentemente conductores se usan entre 10% y 40% en peso del compuesto conductor eléctrico. 15, further characterized in that the dopants that are used to improve the electrical conductivity of the inherently conductive polymers are used between 10% and 40% by weight of the electrical conductive compound.
17. - El material compuesto elastoméríco de conformidad con la reivindicación17. - The elastomeric composite material according to claim
16, caracterizado además porque los dopantes que se emplean para mejorar la conductividad eléctrica de los polímeros inherentemente conductores se usan en un 25% en peso del compuesto conductor eléctrico. 16, further characterized in that the dopants that are used to improve the electrical conductivity of the inherently conductive polymers are used by 25% by weight of the electrical conductive compound.
18. - El material compuesto elastoméríco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15, 16 o 17, caracterizado además porque los dopantes se seleccionan del grupo que comprende alguna de las siguientes familias de compuestos: ácidos inorgánicos u orgánicos de relativamente bajo o intermedio peso molecular, como son los ácidos y oxi-ácidos derivados de halógenos; los ácidos derivados de azufre como el sulfúrico, sulfónico, sulfuroso, entre otros; ácidos orgánicos como el fórmico, acético o propiónico; también pueden derivarse de polímeros con funcionalidad ácida, estructural o colgante, comprendiendo cualquiera de las clases de ácidos anteriormente descritos; estructuras y nanoestructuras cerámicas acidificadas basadas en óxidos de silicio y aluminio, solos o combinaciones de los mismos, óxidos de titanio, circonio, hafnio y sus mezclas; nanoestructuras de carbón funcionalizadas con grupos ácidos. 18. - The elastomeric composite material according to any of claims 15, 16 or 17, further characterized in that the dopants are selected from the group comprising any of the following families of compounds: inorganic or organic acids of relatively low or intermediate molecular weight , such as halogen-derived acids and oxy acids; sulfur-derived acids such as sulfuric, sulfonic, sulfurous, among others; organic acids such as formic, acetic or propionic acids; they can also be derived from polymers with acid, structural or pendant functionality, comprising any of the acid classes described above; acidified ceramic structures and nanostructures based on silicon and aluminum oxides, alone or combinations thereof, titanium oxides, zirconium, hafnium and mixtures thereof; Carbon nanostructures functionalized with acid groups.
24.- El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el compuesto compatibilizante y conductor comprende 25% en peso de la matriz polimérica de naturaleza diferente a la de la matriz elastomérica. 25.- El material compuesto elastomérico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22, 23 o 24, caracterizado además porque la matriz polimérica diferente a la matriz elastomérica se selecciona del grupo que comprende: poli(alquil metacrilatos); copolímeros de (estireno-acrílico) y cualquiera de sus derivados teniendo aproximadamente 40% en peso de la parte acrílica, metacrílica o alquil acrílica en la molécula de polímero; derivados de poli(óxido de etileno), poli(alquil glicoles) y poli(vinil pirrolidonas) en cualquiera de sus variantes en peso molecular o alternancia con otros copolímeros, geles con un índice de hinchamiento por arriba de 1.5 en presencia de los solventes y puede ser sintetizado a partir de los siguientes monómeros, estireno-divinil benceno (STY-DVB) y cualquiera de sus derivados con o sin grupos funcionales tal como grupos carboxílicos, sulfónicos, entre otros; 2-hidroxi etilmetacrilato con etilen glicol metacrilato (HEMA-EGDMA), estos a cualquier peso molecular y relación de monómero con entrecruzante. 24. The elastomeric composite material according to claim 23, further characterized in that the compatibilizing and conductive compound comprises 25% by weight of the polymeric matrix of a different nature from that of the elastomeric matrix. 25. The elastomeric composite material according to any of claims 22, 23 or 24, further characterized in that the polymer matrix different from the elastomeric matrix is selected from the group comprising: poly (alkyl methacrylates); copolymers of (styrene-acrylic) and any of its derivatives having approximately 40% by weight of the acrylic, methacrylic or alkyl acrylic part in the polymer molecule; derivatives of poly (ethylene oxide), poly (alkyl glycols) and poly (vinyl pyrrolidones) in any of its variants by molecular weight or alternation with other copolymers, gels with a swelling index above 1.5 in the presence of solvents and it can be synthesized from the following monomers, styrene-divinyl benzene (STY-DVB) and any of its derivatives with or without functional groups such as carboxylic, sulphonic groups, among others; 2-hydroxy ethyl methacrylate with ethylene glycol methacrylate (HEMA-EGDMA), these at any molecular weight and monomer to crosslinking ratio.
26. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque las matrices de polímeros están dispersas o hinchadas en agua, alcoholes desde 1 hasta 6 carbonos en su molécula, propilen carbonato o dimetil formamida, o mezclas de estos solventes entre sí o cualquier otro solvente capaz de dispersar, disolver o hinchar estas matrices junto con el portador de iones. 26. - The elastomeric composite material according to claim 22, further characterized in that the polymer matrices are dispersed or swollen in water, alcohols from 1 to 6 carbons in their molecule, propylene carbonate or dimethyl formamide, or mixtures of these solvents between yes or any other solvent capable of dispersing, dissolving or swelling these matrices together with the ion carrier.
27. - El material compuesto elastomérico de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el portador de iones se selecciona del grupo que comprende, una sal de litio, sales derivadas de cationes de elementos del Grupo l-A y II- A de la tabla periódica y aniones derivados de elementos de los grupos III, IV, V, VI y VII- A de la tabla periódica. 27. - The elastomeric composite material according to claim 22, further characterized in that the ion carrier is selected from the group comprising, a lithium salt, salts derived from cations of elements of Group lA and II- A of the periodic table and anions derived from elements of groups III, IV, V, VI and VII-A of the periodic table.
28. - Un método para obtener un material compuesto elastomérico eléctricamente conductor y capacitor tal como se reivindica en las reivindicaciones 1 a 2728. - A method for obtaining an electrically conductive and capacitive elastomeric composite material as claimed in claims 1 to 27
5 precedentes, caracterizado porque comprende la etapa de mezclar desde 10% hasta 90% en peso de una matriz polimérica; desde 1% hasta 90% en peso de un material compuesto conductor eléctrico; y desde 20% hasta 70% en peso de un compuesto compatibilizante y conductor iónico. 5, characterized in that it comprises the step of mixing from 10% to 90% by weight of a polymer matrix; from 1% to 90% by weight of an electrically conductive composite material; and from 20% to 70% by weight of a compatibilizing compound and ionic conductor.
29. - El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además 10 porque el mezclado se hace mediante cámara de mezclado o extrusión, ya sea mono o doble husillo, y a una temperatura que va desde 60° C hasta 180°C, a una velocidad de husillo que va desde 10 hasta 200 rpm y el tiempo de mezclado en lotes o tiempo de residencia en una extrusora va desde 1 hasta 20 minutos, ya sea alimentando todo a la vez o dosificando el compuesto conductor electrónico. 29. - The method according to claim 28, further characterized in that mixing is done by mixing or extrusion chamber, either single or double spindle, and at a temperature ranging from 60 ° C to 180 ° C, at a Spindle speed ranging from 10 to 200 rpm and the mixing time in batches or residence time in an extruder is from 1 to 20 minutes, either by feeding all at once or by dosing the electronic conductive compound.
15 30.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además y el tiempo de mezclado es menor a 10 minutos. 30. The method according to claim 29, further characterized and the mixing time is less than 10 minutes.
31. - El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque la velocidad del husillo es de 50 rpm y el tiempo de mezclado es de 1.5 minutos. 31. - The method according to claim 30, further characterized in that the spindle speed is 50 rpm and the mixing time is 1.5 minutes.
32. - El método de conformidad con cualquiera de la reivindicaciones 29, 30 o 20 31 , caracterizado además porque se utiliza un monohusillo de bajo corte y el compuesto conductor eléctrico se alimenta dosificándolo. 32. - The method according to any of claims 29, 30 or 20 31, further characterized in that a low-cut single spindle is used and the electrically conductive compound is fed by dosing it.
33. - El material compuesto elastomérico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado además porque dicho compuesto elastomérico eléctricamente conductor y capacitor es aplicable en la industria electrónica como33. - The elastomeric composite material according to any one of claims 1 to 27, further characterized in that said electrically conductive and capacitive elastomeric compound is applicable in the electronics industry as
25 material capacitor para baterías recargables flexibles que se pueden usar en dispositivos portátiles ligeros, en baterías para automóviles híbridos y eléctricos, acopladas a celdas solares de todo tipo para luminarias, casas, equipos, entre otros; así como aplicaciones en la industria del empaque, en especial para empaques que requieran tener propiedades de disipación de cargas electrostáticas (ESD), en películas como bolsas o empaques masivos para contener circuitos electrónicos u algún otro componente susceptible de ser dañado por estas cargas, en donde en este último caso, el material puede ser empleado directamente o indirectamente; directamente haciendo la mezcla con la poliolefina; también se puede emplear en combinación con los aditivos correspondientes, como resina termoplástica para hacer cuerpos de piezas inyectadas para la industria automotriz, aeronáutica, electrónica, del hogar, por ejemplo en válvulas y sellos, contenedores de combustible, cubiertas para gadgets y aparatos electrónicos y que requieran de ser materiales ESD; dicho compuesto elastomérico termoplástico es aplicable para hacer películas delgadas o recubrimientos que prevengan o reduzcan la corrosión de otros componentes metálicos principalmente, expuestos a condiciones de clima, humedad o salinidad extremas. 25 capacitor material for flexible rechargeable batteries that can be used in devices light laptops, in batteries for hybrid and electric cars, coupled to solar cells of all kinds for luminaires, houses, equipment, among others; as well as applications in the packaging industry, especially for packages that require electrostatic charge dissipation (ESD) properties, in films such as bags or massive packages to contain electronic circuits or some other component that can be damaged by these charges, in where in the latter case, the material can be used directly or indirectly; directly mixing with the polyolefin; It can also be used in combination with the corresponding additives, such as thermoplastic resin to make bodies of injected parts for the automotive, aeronautics, electronics, household industry, for example in valves and seals, fuel containers, gadget covers and electronic devices and that require ESD materials; said thermoplastic elastomeric compound is applicable to make thin films or coatings that prevent or reduce corrosion of other metal components primarily, exposed to extreme weather, humidity or salinity conditions.
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