ES2274731B1 - Nanocomposites y procedimiento de fabricacion de los mismos. - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere nanocomposites y procedimiento de fabricación de los mismos que comprende las etapas: a) mezclar bajo agitación un aluminosilicato, un hidróxido de metal alcalino y un silicato de un metal alcalino en agua; b) mezclar bajo agitación los precursores de un polímero orgánico, y los agentes dispersantes en medio acuoso; c) obtener una pasta homogénea de las mezclas obtenidas en las etapas anteriores; d) curado del material polimérico; y e) obtener una pasta homogénea de la mezcla obtenida en la etapa anterior.
Description
Nanocomposites y procedimiento de fabricación de
los mismos.
La presente invención se refiere nanocomposites
y procedimiento de fabricación de los mismos. Mediante el método de
síntesis de nanocomposites descrito se consigue la interpenetración
de polímeros orgánicos en dispersión acuosa con redes geopoliméricas
utilizando un método sol-gel modificado.
En los últimos años han aparecido un número
creciente de artículos y patentes relacionados con nanoestructuras
más sofisticadas de materiales híbridos
orgánico-inorgánico y enfocados a la síntesis o a
una aplicación específica de los mismos. Este alto interés deriva de
las propiedades únicas de estos compuestos que a menudo están
relacionadas con el papel fundamental que juegan las fuerzas
interfaciales y la química de superficie a medida que disminuye el
tamaño de la fase dispersada hasta llegar a escalas nanométricas.
Las propiedades mecánicas, adhesivas, cohesivas, eléctricas,
ópticas, fotoquímicas, catalíticas y magnéticas de estos materiales
híbridos son frecuentemente un resultado de la combinación
sinérgica de las propiedades que por separado presentan los
constituyentes. Mediante interpenetración, inclusión o dispersión
de un componente inorgánico en un polímero orgánico se puede
conseguir que éste presente una mayor tenacidad, elasticidad, baja
energía superficial, mayor dureza, resistencia química, resistencia
a la radiación y al calor así como la inclusión de grupos
funcionales o catalíticos. En este tipo de materiales las
interacciones hidrofílica-hidrofóbica, covalentes o
de coordinación que se puedan establecer permiten la estabilización
de fases incompatibles con una elevada área interfacial. En este
punto es importante diferenciar entre sistemas
huésped-receptor, como por ejemplo las estructuras
intercaladas dónde cada componente altera la estructura del otro o
por otro lado podemos hablar de auténticos nanocomposites donde el
tamaño de la fase dispersada o nanofiller o nanocargas es tal que
cada componente retiene su estructura específica y propiedades
aunque con importantes propiedades derivadas del pequeño tamaño y
gran interfase.
La definición de un material híbrido es por todo
ello bastante amplia y va desde redes poliméricas
mono-fase donde la composición híbrida hace
referencia a la presencia de sustituyentes o grupos funcionales de
distinta naturaleza respecto al componente principal, hasta
superestructuras huésped-receptor o
autoensambladas.
Por otra parte, durante los últimos años, ha
surgido una nueva familia de polímeros inorgánicos de naturaleza
aluminosilícea que presentan numerosas ventajas frente a los
cementos hidráulicos, cerámicas y polímeros orgánicos
convencionales. Dichos materiales, más comúnmente denominados
geopolímeros, consisten en redes amorfas en tres dimensiones de
naturaleza polisialato
([-(Si-O)z-Al-O-]n),
obtenidas por la hidrolización y policondensación de
aluminosilicatos naturales o sintéticos. Donde "z" indica la
relación Si:Al y puede ser igual a 1, 2, 3 e incluso superior (hasta
32). En las cavidades de la red se sitúan cationes monovalentes
alcalinos que neutralizan las carga negativa asociada a los AI
tetracoordinados. En función del valor de "z" las redes en
tres dimensiones pueden estar constituidas por unidades tipo:
Poli(sialato)
Mn-(-Si-O-Al-O-)n
Si:Al = 1
Poli(sialato-siloxo)
Mn-(-Si-O-Al-O-Si-O-)n
Si:Al = 2
Poli(sialato-disiloxo)
Mn-(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n
Si:Al = 3
Numerosas han sido las patentes que describen el
proceso de obtención de dichas matrices, para la obtención de
materiales geopoliméricos simples o compuestos (con adiciones de
áridos o fibras de diversa naturaleza). Sus propiedades pueden
variar mucho en función de diversos parámetros, aunque están
fuertemente condicionadas por el valor de "z", dando lugar a
materiales desde rígidos y frágiles (valores entre 1 y 3), hasta
flexibles y tenaces (valores >15). Los primeros son denominados
materiales geopoliméricos de baja tecnología, y son utilizados
habitualmente como materiales de construcción, los segundos son los
denominados de alta tecnología y tienen aplicaciones dentro de la
industria aeronáutica y aeroespacial.
En general, cabe destacar de estos materiales su
capacidad cementante, alta resistencia a compresión, resistencia a
altas temperaturas, alta durabilidad (resistencia a la radiación UV
e IR), resistencia al ataque ácido, superficies de alta dureza,
lisas y brillantes, resistencia al fuego y baja densidad. Si nos
centramos en geopolímeros de relación Si:Al (1, 2 o 3), su método de
preparación es sencillo y respetuoso con el medioambiente (disminuye
las emisiones de CO2 respecto a procesos de fabricación de cementos
hidráulicos y cerámicas, no utiliza disolventes orgánicos
contaminantes, bajo consumo energético). Sin embargo, debido a su
elevada rigidez y baja plasticidad, presentan una baja tenacidad y
resistencia a tracción, a flexión, al impacto, y por tanto
fragilidad.
Por otro lado, es conocido que el proceso de
mineralización de componentes inorgánicos como huesos o conchas, se
produce mediante plantillas moleculares orgánicas. Este tipo de
composites naturales orgánico-inorgánico poseen
mejores resistencias mecánicas que los cerámicos, ya que la materia
orgánica actúa de ligante de los microcristales y organiza su
orientación. Puesto que el proceso de polimerización y
precipitación del ácido ortosilícico en la formación de las conchas
porosas de las diatomeas, es muy similar al de obtención de los
geopolímeros, es razonable pensar que la interpenetración de las
cadenas geopolimericas con polímeros orgánicos aumente sus
propiedades mecánicas.
Debido a que la reacción geopolimérica se
desarrolla en medio acuoso, para que exista una buena
compatibilidad con los polímeros orgánicos, estos deben ser polares
o hidrófilos (que contengan grupos carboxilo, amino o radicales
hidroxilo) de manera que sean solubles en medio acuoso, o bien
deberán poder ser dispersables en. medio acuoso gracias a la
utilización de aditivos surfactantes estables en medio altamente
alcalino.
Las resinas además deberán presentar condiciones
de curado del mismo orden que las de los materiales geopoliméricos,
lo que permite que durante la formación de la estructura reticular
se entrecrucen las cadenas poliméricas, dando lugar a estructuras
homogéneas y muy estables en función del tipo de interacción que se
produzca entre las cadenas orgánica e inorgánicas.
En J. Kim et al (J. Kim et al,
Polymer, 42, 2001, 879-887, "Preparación
y caracterización de composites epoxi cargados partículas de
nanosílica funcionalizada obtenida mediante un procedimiento
sol-gel") se obtienen nanocomposites mediante
un procedimiento sol-gel en condiciones standard
para estudiar sus propiedades térmicas. Una vez se obtienen las
partículas de silica, se añaden sobre el polímero epoxi.
En M. Hussain et al (M. Hussain et
al, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 96,
112-121 (2005), "Síntesis y comportamiento
térmico de composites de geopolímeros híbridos
inorgánico-orgánicos") se mezcla caolín,
silicato potásico e hidróxido potásico en disolución. Dicha
disolución se dispersa in situ en una matriz polimérica del
tipo epoxi. El caolín presenta estructura cristalina y muestra
escasa solubilidad y reactividad en estos sistemas. Durante el
proceso de mezcla y curado del geopolímero se observa mediante
difracción de rayos X que el caolín se va disolviendo hasta formar
un polímero inorgánico amorfo por la formación de enlaces
Si-O-Al. Sin embargo, la
interpenetración que se observa en el material cuando se estudia por
microscopía electrónica no es completa y se observan "islas" de
material geopolimérico embebido en la resina orgánica. Esto indica
que la interpenetración del geopolímero en el polímero orgánico no
es completa, probablemente debido a la escasa reactividad del
caolín.
La presente invención desarrolla materiales de
construcción avanzados mediante interpenetración completa de
polímeros orgánicos e inorgánicos. Con el objeto eliminar los
problemas expuestos se ha desarrollado un procedimiento
sol-gel modificado, ya que se parte de un
aluminosilicato en polvo del tipo metacaolín, el cual presenta una
mayor reactividad permitiendo la formación de un nanocomposite
completamente homogéneo. El metacaolín se hidroliza en medio
alcalino para liberar especies oligómeras (polisialato siloxo) que
condensan formando una estructura reticular. Hasta ahora los
procedimientos convencionales sol-gel utilizan
precursores del tipo alcóxidos metálicos o siloxanos (ej. TEOS o
silicato de tetraetilo) modificados o no con grupos orgánicos
polimerizables. El material ahora obtenido reúne las ventajas
propias de los materiales poliméricos por un lado y de los cerámicos
por otro.
Por lo tanto, de acuerdo con un primer aspecto
esencial, la presente invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de un nanocomposite híbrido caracterizado porque
comprende las siguientes etapas:
- a)
- mezclar bajo agitación un aluminosilicato, un hidróxido de metal alcalino y un silicato de un metal alcalino en agua;
- b)
- mezclar bajo agitación los precursores de un polímero orgánico, y los agentes dispersantes en medio acuoso;
- c)
- obtener una pasta homogénea de las mezclas obtenidas en las etapas anteriores;
- d)
- curado del material polimérico; y
- e)
- obtener una pasta homogénea de la mezcla obtenida en la etapa anterior.
De acuerdo con otra realización preferida según
la presente invención, la temperatura tras la etapa d) está
comprendida entre 20 y 80ºC para someter a la mezcla a un
procedimiento de acabado y durante el cual se produce el curado del
material polimérico.
Opcionalmente, tras la etapa d) se somete la
mezcla a un procedimiento de acabado el cual se selecciona de la
colada, inyección, espumado o extrusión. Adicionalmente se pueden
añadir activadores y/o catalizadores de la reacción de
polimerización entre las etapas c-d.
No existen en la literatura ninguna aproximación
similar a la que ahora se presenta: interpenetración completa de
polímeros orgánicos en dispersión acuosa, con redes geopoliméricas
las cuales se forman partiendo de una fuente de Si y Al sólida, un
aluminosilicato, que en medio alcalino se hidroliza generando
especies oligómeras (polisialato siloxo) que condensan formando una
red constituida por tetraedros de Si y Al alternados compartiendo
oxígenos y en cuyos huecos se sitúan cationes alcalinos que
compensan la carga asociada a los tetraedros de Al.
De acuerdo con una realización preferida según
la presente invención, dicho polímero orgánico se selecciona del
grupo formado por, aquellos que poseen hidrógeno activo como por
ejemplo las resinas epoxi, los poliuretanos, los poliésteres o
mezclas de los mismos. Preferiblemente, el nanocomposite comprende
un agente de curado que se selecciona en función de la resina
orgánica seleccionada.
De acuerdo con una realización preferida según
la presente invención, dicho aluminosilicato se selecciona del
grupo que en medio alcalino actúa como fuente de aluminatos y/o
silicatos, preferiblemente metacaolín, arcillas calcinadas, cenizas
volantes y escorias.
De acuerdo con otra realización preferida según
la presente invención, el silicato del metal alcalino tiene una
relación molar entre 1 y 2.
Por lo tanto, los materiales según la presente
invención se obtienen mediante una completa interpenetración de
polímeros orgánicos en dispersión acuosa que presenten hidrógenos
reactivos con redes geopoliméricas las cuales se forman partiendo de
un precursor sólido, un metacaolín, que en medio alcalino se
hidroliza generando especies oligomeras (polisialato siloxo) que
condensan formando una red tridimensional amorfa constituida por
tetraedros de Si y Al unidos mediante puentes de oxígeno
alternados, y en cuyos huecos se sitúan catione alcalinos que
compensan la carga negativa asociada al Al tetracoordinado. Por
interpenetración completa se entiende la formación de una fase
homogénea en la que los dos componentes (geopolímero y polímero
orgánico) son indistinguibles mediante microscopia electrónica de
barrido. Se ha observado que el espectro de infrarrojo de los
materiales obtenidos muestra claramente una fuerte interacción
entre el polímero orgánico y el geopolímero.
En vista de lo anterior, de acuerdo con un
segundo aspecto esencial, la presente invención se refiere a un
nanocomposite híbrido que comprende
- A)
- un geopolímero de fórmula I
IM_{n}([-Si-O)_{z}-Al-O-]_{n}),
- donde z es la relación molar Si/Al y está comprendida entre 1 y 4; n es el grado de policondensación que está comprendido entre 1 y 32, y M es un metal alcalino. Preferiblemente, las relaciones molares de sus óxidos están comprendidas entre los siguientes valores:
- -
- SiO_{2}/Al_{2}O_{3} entre 2 y 6;
- -
- M_{2}O/Al_{2}O_{3} entre 0.6 y 1.2;
- -
- H_{2}O/M_{2}O entre 11 y 15.
- B)
- un polímero orgánico,
- en donde se producen enlaces Si-O-C entre el geopolímero y el polímero orgánico, caracterizado porque la interpenetración entre el polímero y el geopolímero es completa.
- Las bandas de infrarrojo correspondientes a enlaces Si-O-C suelen estar a 950-970 cm^{-1} y 1100-1150 cm^{-1}.
- Los polímeros orgánicos, comprendidos entre el 30-70%, preferidos son aquellos que poseen hidrógenos activos, por ejemplo, polímeros de naturaleza epoxi, acrílica, poliéster o mezcla de los mismos.
- De acuerdo con una realización preferida según la presente invención, el nanocomposite comprende un dispersante que se selecciona del grupo formado por los tensoactivos. Los metales alcalinos (M) preferidos son el sodio, el potasio o mezcla de los mismos.
- Opcionalmente, el nanocomposite comprende aditivos que se seleccionan del grupo formado por antioxidantes, antidegradantes, bactericidas, fungicidas, pigmentos, colorantes, plastificantes y agentes de procesado.
Todas las características y ventajas expuestas,
así como otras propias de la invención, podrán comprenderse mejor
con los siguientes ejemplos.
La presente formulación corresponde a la muestra
denominada GP3 que se diseñó para proporciones molares de los
materiales inorgánicos precursores de la fase geopolimérica de
SiO_{2}/Al_{2}O_{3} = 3,5, Na_{2}O/Al_{2}O_{3} = 0.65 y
H_{2}O/Na_{2}O =
14.2. La proporción geopólimero/resina epoxi se ajustó a un valor de 0,9. Se preparó en primer lugar la disolución de hidróxido sódico partiendo de 4 gramos de NaOH, P.A. en lentejas 99% (Scharlau, S.A), y 10 gramos de agua destilada. Se utiliza para ello vaso de polipropileno para evitar la contaminación del vidrio por ataque alcalino. Esta disolución tras dejar enfriar a temperatura ambiente se mezcla con 44 gramos de silicato sódico (Astrosil 112) y 56,2 gramos de una amina alifática anquamine A (Air Products). A continuación a la disolución alcalina de silicato sódico y endurecedor se adicionan 60 gramos de metacaolín PowerPozz (Grace Davison) formando una pasta de consistencia cremosa a la que finalmente se añaden 93,75 gramos de resina epoxi DER331 (Air Products). Se mezclan a temperatura ambiente durante 5 minutos en agitador eléctrico de varilla de hélice y se vierte sobre molde de silicona de 12 x 5 x 1 cm. Se ensayó la resistencia mecánica a flexión de las probetas obteniéndose un valor medio de resistencia de 10,8 MPa. El material de densidad 1,273 gr/cm^{3} presentó además un valor de porosidad de 7,9% y absorción de agua de 6,2%. En la figura 1(b) se observa la imagen de microscopía electrónica que muestra una distribución completamente homogénea de las fases orgánica e inorgánica. La formación de material geopolimérico en todas las muestras GP-epo se comprobó mediante ^{29}Si MAS-NMR (Figura 2(b)). Se observó una banda estrecha sobre -104 ppm característica de entornos SiQ^{4}(4Si) y que atribuimos al cuarzo y una banda más ancha cuyo máximo está situado en -89 ppm y que es característica de entornos SiQ^{4}(2Al), atribuible al material geopolimérico (Figura 2(b)). Además mediante espectroscopia de infrarrojos (Figura 3(a)) (ATR-FTIR) se comprueba la formación de enlaces Si-O-C (picos a 960 cm^{-1} y 1125 cm^{-1}).
14.2. La proporción geopólimero/resina epoxi se ajustó a un valor de 0,9. Se preparó en primer lugar la disolución de hidróxido sódico partiendo de 4 gramos de NaOH, P.A. en lentejas 99% (Scharlau, S.A), y 10 gramos de agua destilada. Se utiliza para ello vaso de polipropileno para evitar la contaminación del vidrio por ataque alcalino. Esta disolución tras dejar enfriar a temperatura ambiente se mezcla con 44 gramos de silicato sódico (Astrosil 112) y 56,2 gramos de una amina alifática anquamine A (Air Products). A continuación a la disolución alcalina de silicato sódico y endurecedor se adicionan 60 gramos de metacaolín PowerPozz (Grace Davison) formando una pasta de consistencia cremosa a la que finalmente se añaden 93,75 gramos de resina epoxi DER331 (Air Products). Se mezclan a temperatura ambiente durante 5 minutos en agitador eléctrico de varilla de hélice y se vierte sobre molde de silicona de 12 x 5 x 1 cm. Se ensayó la resistencia mecánica a flexión de las probetas obteniéndose un valor medio de resistencia de 10,8 MPa. El material de densidad 1,273 gr/cm^{3} presentó además un valor de porosidad de 7,9% y absorción de agua de 6,2%. En la figura 1(b) se observa la imagen de microscopía electrónica que muestra una distribución completamente homogénea de las fases orgánica e inorgánica. La formación de material geopolimérico en todas las muestras GP-epo se comprobó mediante ^{29}Si MAS-NMR (Figura 2(b)). Se observó una banda estrecha sobre -104 ppm característica de entornos SiQ^{4}(4Si) y que atribuimos al cuarzo y una banda más ancha cuyo máximo está situado en -89 ppm y que es característica de entornos SiQ^{4}(2Al), atribuible al material geopolimérico (Figura 2(b)). Además mediante espectroscopia de infrarrojos (Figura 3(a)) (ATR-FTIR) se comprueba la formación de enlaces Si-O-C (picos a 960 cm^{-1} y 1125 cm^{-1}).
Este ejemplo corresponde a la formulación
denominada GP3 correspondiente a una proporción prefijada de
geopolimero/resina epoxi de 1,22. Se utilizaron los mismos
materiales y las mismas proporciones molares para los componentes
inorgánicos que en el ejemplo 1 y el procedimiento de mezcla es
también similar. Lo único que cambia es la cantidad de amina
alifática anquamine 401 (41,49 gramos) y de resina epoxi DER 331
(68,75 gramos). El material obtenido presenta una resistencia a
flexión de 11,17 MPa, densidad 1,318, y porosidad 5,6. Mediante
^{29}Si MAS-NMR se comprobó también la banda
característica a -89 ppm del material geopolimérico (Figura
2(c)). Los espectros de ATR-FTIR (Figura 3)
mostraron también la aparición de picos a picos a 960 cm^{-1} y
1125 cm^{-1} característicos de la formación de enlaces
Si-O-C. Finalmente en las imágenes
de microscopía electrónica de barrido se observa una distribución de
fases completamente homogénea (Figura 1(c)).
La presente formulación corresponde a la muestra
denominada GP 1 que se diseñó para proporciones molares de los
materiales inorgánicos precursores de la fase geopolimérica de
SiO_{2}/Al_{2}O_{3} = 3,5, Na_{2}O/Al_{2}O_{3} = 0.8 y
H_{2}O/Na_{2}O =
13.4. La proporción geopolimero/resina epoxi se ajustó a un valor de 1.0. Se preparó en primer lugar la disolución de hidróxido sódico partiendo de 4 gramos de NaOH, P.A. en lentejas 99% (Scharlau, S.A), y 6 gramos de agua destilada. Se utiliza para ello vaso de polipropileno para evitar la contaminación del vidrio por ataque alcalino. Esta disolución tras dejar enfriar a temperatura ambiente se mezcla con 65 gramos de silicato sódico (Astrosil 112) y 50.7 gramos de una amina alifática anquamine A (Air Products). A continuación a la disolución alcalina de silicato sódico y endurecedor se adicionan 60 gramos de metacaolín PowerPozz (Grace Davison) formando una pasta de consistencia cremosa a la que finalmente se añaden 84.5 gramos de resina epoxi DER331 (Air Products). Se mezclan a temperatura ambiente durante 5 minutos en agitador eléctrico de varilla de hélice y se vierte sobre molde de silicona de 12 x 5 x 1 cm. Se ensayó la resistencia mecánica a flexión de las probetas obteniéndose un valor medio de resistencia de 10.2 MPa. El material de densidad 1,03 gr/cm^{3} presentó además un valor de porosidad de 26% y absorción de agua de 24%. En la Figura 1(a) se observa la imagen de microscopía electrónica de barrido que muestra una distribución más heterogénea de las fases orgánica e inorgánica que los ejemplos anteriores. La formación de material geopolimérico en la muestra GP1 se comprobó mediante ^{29}Si MAS-NMR (Figura 2(a)). Además de la banda característica del material geopolimérico (-89 ppm) se observa el pico correspondiente al metacaolín, lo que evidencia la reacción incompleta del mismo. Esto se verifica así mismo por la banda del metacaolín en el espectro de ATR-FTIR (Figura 3). Además mediante espectroscopia de infrarojos (ATR-FTIR) (Figura 3(c)) se comprueba la formación de enlaces Si-O-C (picos a 960 cm^{-1} y 1125 cm^{-1}).
13.4. La proporción geopolimero/resina epoxi se ajustó a un valor de 1.0. Se preparó en primer lugar la disolución de hidróxido sódico partiendo de 4 gramos de NaOH, P.A. en lentejas 99% (Scharlau, S.A), y 6 gramos de agua destilada. Se utiliza para ello vaso de polipropileno para evitar la contaminación del vidrio por ataque alcalino. Esta disolución tras dejar enfriar a temperatura ambiente se mezcla con 65 gramos de silicato sódico (Astrosil 112) y 50.7 gramos de una amina alifática anquamine A (Air Products). A continuación a la disolución alcalina de silicato sódico y endurecedor se adicionan 60 gramos de metacaolín PowerPozz (Grace Davison) formando una pasta de consistencia cremosa a la que finalmente se añaden 84.5 gramos de resina epoxi DER331 (Air Products). Se mezclan a temperatura ambiente durante 5 minutos en agitador eléctrico de varilla de hélice y se vierte sobre molde de silicona de 12 x 5 x 1 cm. Se ensayó la resistencia mecánica a flexión de las probetas obteniéndose un valor medio de resistencia de 10.2 MPa. El material de densidad 1,03 gr/cm^{3} presentó además un valor de porosidad de 26% y absorción de agua de 24%. En la Figura 1(a) se observa la imagen de microscopía electrónica de barrido que muestra una distribución más heterogénea de las fases orgánica e inorgánica que los ejemplos anteriores. La formación de material geopolimérico en la muestra GP1 se comprobó mediante ^{29}Si MAS-NMR (Figura 2(a)). Además de la banda característica del material geopolimérico (-89 ppm) se observa el pico correspondiente al metacaolín, lo que evidencia la reacción incompleta del mismo. Esto se verifica así mismo por la banda del metacaolín en el espectro de ATR-FTIR (Figura 3). Además mediante espectroscopia de infrarojos (ATR-FTIR) (Figura 3(c)) se comprueba la formación de enlaces Si-O-C (picos a 960 cm^{-1} y 1125 cm^{-1}).
Claims (22)
1. Procedimiento para la fabricación de un
nanocomposite híbrido caracterizado porque comprende las
siguientes etapas:
- a)
- mezclar bajo agitación un aluminosilicato, un hidróxido de metal alcalino y un silicato de un metal alcalino en agua;
- b)
- mezclar bajo agitación los precursores de un polímero orgánico, y los agentes dispersantes en medio acuoso;
- c)
- obtener una pasta homogénea de las mezclas obtenidas en las etapas anteriores;
- d)
- curado del material polimérico; y
- e)
- obtener una pasta homogénea de la mezcla obtenida en la etapa anterior.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los precursores del polímero orgánico se
seleccionan del grupo formado por monómeros,prepolímeros, y agentes
de entrecruzamiento que puedan formar polímeros.
3. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque los precursores del polímero
son preferiblemente de naturaleza epoxi, acrílicas poliésteres o
mezclas de los mismos.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los agentes dispersantes son
tensioactivos que permitan obtener dispersiones estables en medio
acuoso de los polímeros orgánicos seleccionados.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho aluminosilicato se selecciona del
grupo que en medio alcalino actúa como fuente de aluminatos y/o
silicatos, preferiblemente metacaolín, arcillas calcinadas, cenizas
volantes y escorias.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el silicato del metal alcalino está
comprendido con una relación molar entre 1 y 2.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque adicionalmente comprende añadir entre
la etapa c-d un aditivo seleccionado del grupo
formado por antioxidantes, antidegradantes, bactericidas,
fungicidas, pigmentos, colorantes, plastificantes y agentes de
procesado.
8. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque adicionalmente se pueden añadir entre
la etapa c-d activadores y/o catalizadores de la
reacción de polimerización.
9. Procedimiento según la reivindicación 1
caracterizado porque dicho hidróxido de metal alcalino se
selecciona del grupo formado por hidróxidos de sodio, potasio o
mezclas de los mismos.
10. Procedimiento según la reivindicación 1
caracterizado porque adicionalmente tras la etapa d) se
somete la mezcla a un procedimiento de acabado.
11. Procedimiento según la reivindicación 1
caracterizado porque el procedimiento de acabado se lleva a
cabo a una temperatura comprendida entre 20 y 80ºC, durante el cual
se produce el curado del material polimérico.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque dicho procedimiento de acabado se
selecciona de la colada, inyección, espumado o extrusión.
13. Nanocomposite híbrido obtenido mediante el
procedimiento anteriormente reivindicado que comprende
a) un geopolímero de fórmula I:
IM_{n}[(SiO_{2})_{z}(AlO_{2})_{n}],
donde z está comprendida entre 1 y
4; n es el grado de policondensación, y M es un metal alcalino;
y
b) un polímero orgánico
en donde se producen enlaces
Si-O-C entre el geopolímero y el
polímero orgánico, caracterizado porque la interpenetración entre
el polímero y el geopolímero es completa.
14. Nanocomposite híbrido según la
reivindicación 13, caracterizado porque las bandas de
infrarrojo correspondientes a enlaces
Si-O-C están comprendidas entre
950-970 cm^{-1} y 1100-1150
cm^{-1}.
15. Nanocomposite híbrido según cualquiera de
las reivindicaciones 13-14, caracterizado
porque las relaciones molares de sus óxidos está comprendida entre
los siguientes valores:
- -
- SiO_{2}/Al_{2}O_{3} entre 2 y 6;
- -
- M_{2}O/Al_{2}O_{3} entre 0.6 y 1.2;
- -
- H_{2}O/M_{2}O entre 11 y 18.
16. Nanocomposite según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el polímero
orgánico está comprendido entre el 30-70%.
17. Nanocomposite según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque el polímero
orgánico es preferiblemente de naturaleza epoxi, acrílica poliéster
o mezclas de los mismos.
18. Nanocomposite híbrido según cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 17 caracterizado porque comprende
agentes dispersantes que se seleccionan del grupo formado por los
tensioactivos.
19. Nanocomposite híbrido según cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque M es
sodio o potasio o mezcla de los mismos.
20. Nanocomposite híbrido según cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 19, caracterizado porque
adicionalmente comprende aditivos que se seleccionan del grupo
formado por antioxidantes, antidegradantes, bactericidas,
fungicidas, pigmentos, colorantes, plastificantes y agentes de
procesado.
21. Nanocomposite híbrido según cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 20, caracterizado porque
adicionalmente se pueden añadir activadores y/o catalizadores de la
reacción de polimerización.
22. Nanocomposite híbrido según cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 21, caracterizado porque dicho
aluminosilicato se selecciona del grupo que en medio alcalino actúa
como fuente de aluminatos y/o silicatos, preferiblemente metacaolín,
arcillas calcinadas, cenizas volantes y escorias.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502763A ES2274731B1 (es) | 2005-11-11 | 2005-11-11 | Nanocomposites y procedimiento de fabricacion de los mismos. |
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| ES200502763A ES2274731B1 (es) | 2005-11-11 | 2005-11-11 | Nanocomposites y procedimiento de fabricacion de los mismos. |
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HUSSAIN, M. et al. Investigation of thermal and fire performance of novel hybrid geopolymer composites. Journal of Materials Science, 2004, Vol. 39, páginas 4721-4726. Ver: Todo el documento. * |
| HUSSAIN, M. et al. Synthesis and thermal behavior of inorganic- organic hybrid geopolymer composites. Journal of Applied Polymer Science, Enero 2005, Vol. 96, páginas 112-121. Ver: Introducción y Procedimiento Experimental. * |
| ZHANG, S. et al. Novel modification method for inorganic geopolymer by using water soluble organic polymers. Material Letters, 2004, Vol. 58, páginas 1292-1296. Ver: Introducción y Parte Experimental. * |
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