AMPLITUD VARIABLE, PARA LA PREPARACIÓN DE NANOCOMPUESTOS A

BASE DE POLÍMEROS Y NANOPARTÍCULAS

CAMPO DE LA INVENCIÓN

En Ia presente invención se describe un proceso continuo de mezclado/extrusión, asistido por ondas de ultrasonido variables en frecuencia y amplitud, para Ia preparación de nanocompuestos mediante Ia dispersión de nanopartículas en matrices de polímeros. Se describe también, Ia aplicación de estos en el área biomédica, óptica, electrónica, electromagnética, materiales semiconductores y resistentes a Ia degradación mecánica y térmica.

ANTECEDENTES

La nanotecnología ha englobado diferentes campos de Ia ciencia y Ia tecnología que estudian y/o manipulan de manera controlada sustancias, materiales y dispositivos a escala nanométrica (1nm = 10 ^~9 m). En particular, Ia incorporación de nanopartículas en matrices de polímeros, es un campo de actual interés para Ia ingeniería de materiales, dados sus usos en diversas áreas de aplicación. Entre ellas se pueden mencionar las aplicaciones en Ia industria automotriz, biomédica, óptica, electrónica y materiales semi-conductores. De hecho, Ia disponibilidad de nuevas estrategias para Ia obtención de nanocompuestos, así como de herramientas para su caracterización y manipulación, han dado lugar a un crecimiento explosivo de esta área.

En principio, las nanoparticulas son nano-objetos en los cuales por Io menos una de sus dimensiones se encuentran dentro de Ia escala nanométrica. Sus propiedades difieren significativamente de las de su estado a granel, debido a que poseen un mayor porcentaje de átomos en Ia superficie, los cuales son más activos que las que se encuentran en el interior. La gran variedad de propiedades biomédicas, ópticas, electrónicas, electromagnéticas, resistencia a degradación térmica y mecánica, las hace atractivas para preparar polímeros reforzados con nanopartículas homogéneamente dispersas, denominados nanocompuestos poliméricos, con propiedades mejoradas y características funcionales. El mejoramiento de estas propiedades solamente se puede obtener si se logra una dispersión homogénea de las nanopartículas que permita una adecuada interacción con Ia matriz polimérica. Se han utilizado diversos métodos tanto físicos, químicos, como físico-químicos, a fin de alcanzar las propiedades antes descritas. Entre estos métodos, se encuentra Ia modificación química de nanopartículas en solución o con plasma y su posterior mezclado en una solución polimérica o en un polímero fundido mediante extrusión, procesos de polimerización in-situ, el mezclado por extrusión de nanopartículas con polímeros químicamente modificados, entre otros. De manera particular, con Ia utilización de procesos en solución se logra alcanzar un alto grado de dispersión de las nanopartículas, sin embargo el uso y manejo de solventes químicos durante el proceso, hacen que estos métodos no sean amigables al medio ambiente. Por otro lado, en Ia preparación de nanocompuestos empleando el mezclado en fundido, se requiere Ia aplicación de esfuerzos de corte para romper los aglomerados de nanopartículas. Sin embargo, Ia aplicación de altos esfuerzos de corte representa un problema técnico, debido a que puede ocasionar modificaciones no deseadas en Ia nanopartícula, comprometiendo su estructura y perdiendo así las propiedades deseadas. Por otro lado, si los esfuerzos de corte aplicados son bajos, no se logrará Ia ruptura de dichos aglomerados, y por ende no se logrará alcanzar una dispersión homogénea de las nanopartículas. Desde Ia perspectiva mundial actual, situaciones como Ia carencia del petróleo, el calentamiento global, etc, generan Ia necesidad de procesos viables desde el punto de vista técnico, económico y amigable al ambiente, tal y como el desarrollado en esta invención. Recientemente, el empleo de ondas de ultrasonido en procesos libres de solvente como el proceso de mezclado/extrusión en fundido, ha permitido obtener nanocompuestos con nanopartículas homogéneamente dispersas y con concentraciones de hasta un 30% en peso de Ia mezcla polímero/nanopartícula, reduciendo considerablemente los efectos de Ia utilización de altos esfuerzos de corte para Ia dispersión de las nanopartículas descritos con anterioridad. En Ia patentes US2006/0148959 y Ia WO2007/145918, se describe un proceso continuo de mezclado por extrusión asistida por ondas de ultrasonido para Ia preparación de nanocompuestos poliméricos. En este proceso, el material es fundido a medida que es transportado a Io largo de Ia cámara de extrusión utilizando un monohusillo ó doble husillo. Posteriormente, el material fundido entra a una zona de presurizado en la que se Ie aplican ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud constantes, estáticas ó fijas durante el tiempo de residencia en esta zona, transfiriéndole así una determinada potencia fija al medio, considerándose entonces como un sistema ultrasónico estático. El material ultrasonificado, sale por el extremo del equipo y es posteriormente enfriado y peletizado. Sin embargo, el uso de sistemas ultrasónicos estáticos limita Ia eficiencia de Ia dispersión, ya que las propiedades físicas del medio como Ia longitud de las cadenas poliméricas, Ia distribución de tamaño tanto de las nanopartículas como de los aglomerados son heterogéneas y además, cambian al entrar en contacto con las ondas de ultrasonido limitando su acoplamiento con el medio y, por consiguiente Ia transferencia adecuada de potencia, representando un problema técnico adicional al descrito anteriormente. En consecuencia, el proceso en discusión da paso a que solamente puedan obtenerse nanocompuestos con una concentración de nanopartículas de hasta 20% y 30% en peso de Ia composición polímero/nanopartículas, para Ia WO2007/145918 y Ia US2006/0148959 respectivamente. Es decir, estos procesos resuelven parcialmente el problema técnico existente descrito con anterioridad, ya que en Ia práctica es deseable procesar materiales partiendo de nanocompuestos con una concentración elevada de nanopartículas de hasta un 60% en peso. De Io anterior, se deriva entonces Ia limitante existente y por consiguiente el motivo por el cual esta invención fue hecha: El choque de ondas de ultrasonido con Ia matriz polimérica cambia las propiedades locales de esta, tales como Ia viscosidad, el ordenamiento molecular, etc, promoviendo Ia dispersión de las nanopartículas. Sin embargo, al cambiar las propiedades del medio esta misma frecuencia y, por Io tanto, Ia transferencia de potencia, ya no es eficiente para continuar dispersando las nanopartículas, Io que hace necesario aplicar una mayor frecuencia que aumente Ia transferencia de potencia y promueva una mayor dispersión de las nanopartículas. Sin embargo, en un momento dado puede repetirse el caso, por Io que se hace necesario cambiar nuevamente Ia frecuencia y consecuentemente Ia potencia, y así sucesivamente. Como una alternativa a las necesidades descritas anteriormente, en Ia presente invención se describe el uso de sistemas dinámicos de ondas de ultrasonido, los cuales consisten en Ia aplicación de ondas ultrasónicas de diferente frecuencia y amplitud dentro de un intervalo determinado de frecuencias, es decir, barridos de frecuencias. Esto con el fin de acoplar ondas con diferentes frecuencias a las heterogeneidades del medio, ayudando a destruir aglomerados de diferente tamaño, obteniendo así una dispersión eficiente de las nanopartículas. Adicionalmente, Ia transferencia de potencia al medio durante Ia aplicación de ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud constante, estática o fija, se dificulta aún mas cuando el polímero fundido posee una alta presión como consecuencia del paso de este material por una zona de presurizado y el alto contenido de nanopartículas de hasta 30% en peso, como se describe en las solicitudes de patente US2006/0148959 y WO2007/145918, influyendo de modo negativo en Ia eficiente dispersión de las nanopartículas a concentraciones mayores del 30% en peso. Lo anterior contrasta significativamente con Ia presente invención, en Ia que el efecto combinado de Ia aplicación de ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable cuando el polímero fundido experimenta una despresurización, como Ia presentada pero no limita cuando este pasa de una zona de presurizado zona de paso ó canal estrecho a una zona de despresurizado ó zona de paso ó canal ancho, favorece Ia transferencia de potencia variable al medio, Ia cual permite procesar nanocompuestos conteniendo nanopartículas homogéneamente dispersas a concentraciones mucho mayores al 30%, que Ia presentada en las solicitudes de patente US2006/0148959 y WO2007/145918. En Ia práctica, es deseable procesar materiales partiendo de nanocompuestos con una concentración elevada de nanopartículas de hasta un 60% en peso.

En resumen, Ia utilización de procesos continuos de mezclado/extrusión en fundido asistido por ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud fija, para Ia dispersión homogénea de las nanopartículas en matrices poliméricas, son conocidas en el arte previo. Sin embargo, a Ia fecha no se ha descrito Ia utilización de procesos continuos de mezclado/extrusión en fundido asistidos por ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable, que permitan procesar nanocompuestos poliméricos con una concentración de nanopartículas mucho mayor al 30% en peso. La presente invención, comprende un proceso continuo de mezclado/extrusión en fundido para Ia preparación de nanocompuestos a base de polímeros y nanopartículas, utilizando ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable que permite Ia dispersión homogénea de nanopartículas, aún a concentraciones mucho mayores al 30% en peso.

La utilización de ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable a Ia mezcla polímero/nanopartículas, en una etapa de despresurización del fundido, incrementa significativamente el grado de dispersión de las nanopartículas incluso a concentraciones mucho mayores al 30% en peso, evitando el empleo de esfuerzos de corte altos mediante extrusores monohusillo o doble husillo en el proceso de fundición y mezclado del material Lo anterior, da origen a Ia presente invención, Ia cual se muestra como una solución a los problemas técnicos y ambientales descritos ampliamente en el arte previo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención, se refiere a un proceso continuo de mezclado/extrusión en fundido para Ia preparación de nanocompuestos con una concentración de hasta un 60% en peso de nanopartículas en matrices de polímeros, utilizando ondas ultrasónicas de frecuencia y amplitud variable, que permite Ia dispersión homogénea de las nanopartículas. El proceso puede comprender una etapa de premezclado entre por Io menos un tipo de polímero y/o copolímero o una mezcla de estos y por Io menos un tipo de nanopartícula, mediante Ia aplicación de esfuerzos de corte en estado fundido, para lograr una dispersión distributiva de los aglomerados de nanopartículas en Ia matriz polimérica. La premezcla obtenida es sometida a una etapa de mezclado/extrusión en fundido asistido con ondas ultrasónicas de frecuencia y amplitud variable, empleando barridos continuos ó discretos, para lograr una dispersión homogénea de las nanopartículas en Ia matriz polimérica. Las ondas de ultrasonido son originadas por un generador de ondas de frecuencia que pueden aplicarse en más de una zona durante el proceso de mezclado/extrusión siempre y cuando sean aplicadas en al menos sobre una zona de despresurización del material fundido. En Ia presente invención, los polímeros utilizados, pueden ser resinas vírgenes y/o recicladas obtenidas por cualquier método de síntesis y son seleccionados del grupo que comprenden polímeros termoplásticos, en Ia que por Io menos un tipo de polímero y/o copolímero termoplástico es seleccionado para preparar el compuesto polímero/nanopartículas. Ejemplos de estos polímeros incluyen pero no se limitan a polímeros de alto consumo, polímeros de ingeniería, elastómeros, o una mezcla de dos o más de ellos.

Para Ia presente invención los polímeros y/o copolímeros de alto consumo se refieren a resinas poliméricas con un bajo costo adquisitivo y gran volumen de producción y .comprende, sin que esto limite Ia invención, a poliolefinas, poliaromáticos, poli(cloruros de viniio) ó una mezcla de dos o más de estos. Ejemplo de estos son polietilenos, polipropilenos, poli(cloruro de vinilo), poliestireno, entre otros.

En Ia presente invención el grupo de las poliolefinas incluyen pero no se limitan a polietileno, polipropileno, poliisopreno entre otros. Del grupo de polietileno y polipropileno incluyen pero no se limitan a polietileno de baja densidad (PEBD), polietileno de alta densidad (PEAD), polietileno lineal de baja densidad (PELBD), polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), polipropileno isotáctico (i-PP), polipropileno sindiotáctico (s-PP), polipropileno atáctico (a-PP), copolímero de etileno-propileno, copolímero alfa-olefina, etileno acetato de vinilo (EVA) o una mezcla de dos o más de estos.

Una modalidad preferida de Ia presente invención, consiste en Ia utilización de i- PP, s-PP, a-PP y mezclas de copolímero alfa-olefina y PELBD. Y preferentemente más Ia utilización de i-PP. En Ia presente invención los polímeros de ingeniería se refieren a resinas poliméricas que poseen mejores propiedades mecánicas y térmicas que los polímeros de alto consumo, además de ser polímeros de bajo costo adquisitivo. Ejemplos de estos polímeros se encuentran pero no limitan a poliésteres poliacrílicos, policarbonatos, poliamidas, dentro de los cuales se encuentran el poli(etilen tereftalato), policarbonato, poli(metil metacrilato), Nylon, Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 11, Nylon 6,10, Nylon 6,12, entre otros. Una modalidad preferida de esta invención es Ia utilización de Nylon 6.

El término elastómeros es referido a polímeros con una gran capacidad para deformarse elásticamente por Ia acción de esfuerzos muy pequeños. Ejemplos de estos se encuentran pero no limitan a poliisoprenobutadieno, estireno-butadieno- estireno, copolímeros de etileno vinil acetato (EVA), entre otros.

En Ia presente invención, las nanopartículas se seleccionan del grupo que comprende nanoparticulas orgánicas y/o inorgánicas e incluyen pero no se limitan a nanopartículas cerámicas, metálicas, de carbono, entre otras. Ejemplos de estas nanopartículas incluyen pero no limitan a nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, nanoarcillas, nanoparticulas de metales de transición, nanopartículas de óxidos, así como nanopartículas bimetálicas, nanopartículas de multicapas metálicas, nanopartículas funcionalizadas, nanopartículas contenidas en matrices minerales, zeolitas conteniendo nanopartículas, sílica conteniendo nanopartículas, entre otras, y mezclas de los mismos. En Ia presente invención el término nanotubos de carbono se refiere a un nanotubo compuesto substancialmente de, o esencialmente de carbono. Estos pueden ser nanotubos de carbono de pared sencilla (NCPS) ₁ los cuales están compuestos de una pared sencilla de átomos de carbono; y nanotubos de carbono de pared múltiple (NCPM), los cuales están compuestos de múltiples tubos concéntricos de átomos de carbono.

Las nanopartículas utilizadas en Ia presente invención son preferentemente NCPS ₁ NCPM ₁ nanofibras de carbono (CNFs) ₁ grafeno o Ia mezcla de dos o mas de estas y nanoarcillas de silicatos, filosilicatos, aluminosilicatos de las cuales incluyen montmorillonite, kaolinita, kanemita, hectorita, y nanopartículas de plata, oro, cobre, zinc, titanio, nanopartículas multi-metálicas y sus compuestos o mezclas de dos o más de estas.

Una modalidad preferida de Ia presente invención es Ia utilización de NCPM y nanopartículas de plata. Las nanopartículas utilizadas en esta invención pueden ser preparadas por diversos métodos no excluyentes conocidos en el arte previo, incluyendo cualquier otro método que sea capaz de sintetizar u obtener nanopartículas ya sea como producto primario, secundario o desecho, aun si estas son utilizadas con o sin ningún tratamiento previo al premezclado tales como pero no limitan a funcionalización química, por plasma, ruptura de enlaces, entre otras.

En Ia presente invención, Ia concentración de nanopartículas utilizadas para Ia preparación del nanocompuesto, es en un porcentaje de entre 0.01% a 60% del peso total de Ia mezcla de polímero/nanopartícula, preferentemente en un porcentaje de entre 1% a 40% del peso total de Ia mezcla de polímero/nanopartícula, y aún mas preferentemente un porcentaje de entre 1% a 20% del peso total de Ia mezcla de polímero/nanopartícula. En Ia presente invención, Ia aplicación de esfuerzos de corte en estado fundido, dentro Ia etapa de premezclado, se puede llevar a cabo con un mezclador interno, extrusor monohusillo, extrusor doble husillo, extrusor sin husillos u otro proceso capaz de lograr una dispersión distributiva de los aglomerados en Ia matriz polimérica. La temperatura de premezclado puede tomar lugar a temperaturas entre aproximadamente 25 ⁰ C y 400 ⁰ C ₁ siendo preferentemente una temperatura entre aproximadamente 100 ⁰ C y 250 ⁰ C, siendo aun más preferentemente a una temperatura entre aproximadamente 100 ⁰ C y 190 ⁰ C. La etapa de mezclado/extrusión en fundido de Ia presente invención, se lleva a cabo en un mezclador/extrusor asistido por ondas ultrasónicas de frecuencia y amplitud variable empleando barridos continuos ó discretos ó en cualquier otro equipo que permita llevar a cabo el proceso de mezclado/extrusión en fundido, asistido con ondas ultrasónicas de frecuencia y amplitud variable; proceso que permita romper aglomerados y dispersar homogéneamente las nanopartículas en Ia matriz polimérica, empleando barridos continuos ó discretos. En relación al proceso de mezclado/extrusión asistida por ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable utilizado en Ia presente invención, Ia temperatura de procesamiento puede tomar lugar a temperaturas entre aproximadamente 25 ⁰ C y 400 ⁰ C, siendo preferentemente una temperatura entre aproximadamente 100 ⁰ C y 250 ⁰ C, siendo aun mas preferentemente a una temperatura entre aproximadamente 100 ⁰ C y 190 ⁰ C para los polímeros utilizados en esta invención. Para Ia presente invención se entenderá como ultrasonido y/o ondas de ultrasonido a ondas de energía acústica de alta intensidad. Barrido discreto de frecuencia: es referido a las condiciones de operación en las que se utiliza una determinada frecuencia de operación durante un intervalo de tiempo considerable, antes de pasar a Ia siguiente frecuencia de operación, Ia cual es dictada por una rampa menor, mayor o igual a 0.01KHz y Barrido continuo de frecuencia: es referido a las condiciones de operación en las que se utiliza una determinada frecuencia de operación durante un intervalo de tiempo corto, antes de pasar a Ia siguiente frecuencia de operación, Ia cual es dictada por una rampa menor, mayor o igual a 0.01KHz. La frecuencia de las ondas de ultrasonido aplicada en Ia presente invención, preferentemente puede tomar valores entre 15 kHz a 50 kHz, con velocidades de barrido continuo entre 2.5 kHz/s y 10 kHz/s, y entre 1.7x10 ^"3 kHz/s y 5x10 ^'2 kHz/s para barrido discreto; mas preferentemente, Ia frecuencia de las ondas de ultrasonido aplicada puede tomar valores entre 30 kHz y 50 kHz. En relación a las ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable utilizadas en Ia presente invención, estas son aplicadas en el proceso de mezclado/extrusión una vez que el material fundido atraviesa una zona presurizada, es decir en el instante en el que el material fundido experimenta una despresurización en una zona de despresurizado. Como una segunda variante preferida al proceso por mezclado/extrusión asistido por ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable descrito en esta invención, las ondas de ultrasonido, originadas por un generador de ondas de frecuencias, pueden aplicarse en más de una zona durante el proceso de mezclado/extrusión, siempre y cuando sean aplicadas sobre Ia zona de despresurización del material fundido.

EJEMPLOS

El método de obtención de los nanocompuestos, serán mas claramente ilustrados por medio de los ejemplos que a continuación se describen, los cuales se presentan con propósitos meramente ilustrativos, por Io que no limitan Ia presente invención.

Ejemplo 1. Polímeros de alto consumo/Nanopartículas de carbono: Nanocompuestos de i-PP/NCPM

Caso 1. Barrido de frecuencia discreto. 1.1 Materiales y procedimiento experimental

La preparación de nanocompuestos de i-PP/NCPM se llevaron a cabo mediante el proceso descrito en esta invención, el cual consta de un proceso de premezclado de los componentes y Ia posterior dispersión homogénea de las nanopartículas en Ia matriz polimérica utilizando el proceso de mezclado/extrusión asistido por ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable.

En Ia etapa de premezclado del proceso, se utilizó i-PP con un peso molecular promedio de 220,000 g/mol e índice de fluidez de 35 g/10min. Así como NCPM con un diámetro promedio de entre 50-80 nm y con una distribución de longitud de tamaño desde 1 μm a 50 μm. El porcentaje en peso de los NCPM fue de 31%, 35%, 40% y 60% en peso. Se prepararon 100 g. de muestra y se introdujeron a un mezclador interno Plástic Corder modelo PL-2000 marca Brabender®, donde se realizó el premezclado utilizando una temperatura de operación de 180 ⁰ C - 190 ⁰ C, 180 ⁰ C - 190 ⁰ C, 180 ⁰ C, 180 ⁰ C respectivamente. El material premezclado fue enfriado hasta temperatura ambiente y posteriormente molido hasta obtener tamaños de partícula menores a 2 mm. Posteriormente, el material premezclado fue introducido a un mezclador/extrusor marca Dynisco, modelo LME-120 operado a una temperatura de entre 190 ⁰ C y 200 ⁰ C, a excepción de Ia concentración de 60% en peso, Ia cual fue efectuada en un mezclador/extrusor LMM-120 Dynisco. El material fundido fue sometido a ondas de ultrasonido con un intervalo de frecuencia y amplitud variable de 30-40 kHz. La velocidad de barrido discreto de las ondas de frecuencia fue de 1.7 x 10 ^"3 kHz/s con intervalos de 100Hz. El nanocompuesto ultrasonificado que salió del mezclador/extrusor, fue enfriado y. posteriormente peletizado.

1.2 Resistividad eléctrica volumétrica Los valores de resistividad eléctrica volumétrica (p) de los nanocompuestos procesados, fueron obtenidos indirectamente mediante Ia implementación del método de Ia prueba de Kelvin ó método de las cuatro puntas, descritas ampliamente en Ia literatura, utilizando muestras del nanocompuesto con forma de pastillas, teniendo un diámetro de 8 mm. y un espesor de 1.5 mm. Para Ia preparación de dichas pastillas, el nanocompuesto obtenido fue fundido a una temperatura de 190 °C, calentando a una velocidad de 10°C/min, se mantuvo a esta temperatura por un tiempo de 3 min., y posteriormente fue enfriado hasta temperatura ambiente con una rampa de enfriamiento de 10 °C/min, utilizando un procesador de muestras Mettler Toledo FP90 Central Processor y un Mettler Toledo FP82HT Hot Stage para Ia preparación de las pastillas. La Tabla 1 muestra los datos del comportamiento de Ia conductividad eléctrica de los nanocompuestos obtenidos en función de Ia concentración de NCPM.

1.3 Propiedades físicas

Las mediciones para los nanocompuestos de Ia temperatura al inicio y en el pico de cristalización (T ₀ ) y (T _c ) respectivamente, fueron realizadas mediante un análisis por calorimetría diferencial de barrido (DSC) utilizando un sistema de DSC marca TA instruments modelo DSC 2920 Modulated DSC. Estas mediciones fueron efectuadas a partir de las muestras en forma de discos preparadas anteriormente, mediante un proceso de calentamiento/enfriamiento/calentamiento desde una temperatura de 0 ⁰ C hasta 200 ⁰ C ₁ con rampas de calentamiento y enfriamiento de 10 °C/min y en atmósfera de N ₂ . La Tabla 1 muestra las T ₀ y T _c obtenidas. La temperatura de degradación (T _d ) de los nanocompuestos, fue determinada mediante un análisis termo-gravimétrico (ATG) utilizando un analizador gravimétrico marca TA instruments, modelo TGA Q500. Estas mediciones fueron efectuadas a partir de las muestras en forma de discos preparadas anteriormente, utilizando una rampa de calentamiento de 10 °C/min desde una temperatura de 25 ⁰ C hasta 600 ⁰ C en atmósfera de nitrógeno, y de 600 a 800 ⁰ C se utilizó atmósfera de oxígeno con una rampa de calentamiento de 20°C/min. La Tabla 1 muestra las T _d obtenidas. Caso 2. Barrido de frecuencia continuo. Materiales y procedimiento experimental

Para Ia preparación de este nanocompuesto se siguió el mismo procedimiento descrito en el ejemplo 1. Se prepararon nanocompuestos utilizando i-PP con un índice de fluidez de 35 g/10 min (¡-PP35), 55 g/10 min (¡-PP55) y mezclas de estos (¡-PP35/55), utilizando NCPM con diámetros de 15 - 45 nm, 20 - 30 nm, 30 - 50 nm y 50 - 80 nm. a un porcentaje en peso del 20%, empleando una velocidad de barrido continuo de frecuencia de 5 kHz/s, para los intervalos de frecuencia de 15 - 30 kHz (F1), 30 - 40 kHz (F2) y 40 - 50 kHz (F3) estudiados. De manera adicional y con propósitos de comparación, se prepararon nanocompuestos de i-PP/NCPM (i-PP/NCPM-S) utilizando un proceso en solución descrito en Ia solicitud de patente mexicana NL/E/2005/000962, utilizando una frecuencia fija de 20 kHz y una velocidad de barrido de frecuencia de 0 kHz.

2.1 Resistividad eléctrica volumétrica Para Ia medición de p de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el ejemplo 1. La Tabla 2 muestra el valor de las resistividades obtenidas.

2.2 Propiedades físicas

Para Ia medición de Ia T ₀ y T _c de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el caso 1 del ejemplo 1. La Tabla 2 muestra los valores de Ia T ₀ y T _c obtenidas.

De igual manera, Ia temperatura de degradación (T _d ) fue determinada empleando el procedimiento descrito en el ejemplo 1. La Tabla 2 muestra las T _d obtenidas.

Ejemplo 2. Polímero de ingeniería/Nanopartícula de carbono. Nanocompuestos de Nylon 6/NCPM

3.1. Materiales y procedimiento experimental para barrido de frecuencia discreto

Para Ia preparación de este nanocompuesto, se siguió el mismo procedimiento descrito en el ejemplo 1 , para el cual se utilizó Ultramid® Nylon 6 suministrado por BASF, con un peso molecular de 60,000 g/mol. Para Ia preparación de nanocompuestos, se utilizaron porcentajes en peso de NCPM del 0% y 10%. En Ia etapa de premezclado se utilizó una temperatura de operación de 250 ⁰ C, mientras que en Ia etapa de mezclado/extrusión se operó bajo una temperatura de 225 ⁰ C. 3.2. Resistividad eléctrica volumétrica

Para Ia medición de p de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el ejemplo 1 , con una variante en Ia temperatura de operación para Ia preparación del disco, Ia cual fue de 250 ⁰ C. La Tabla 1 muestra el valor de las resistividades obtenidas.

3.3. Propiedades físicas

Para Ia medición de Ia To y T _c de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el caso 1 del ejemplo 1. Con una variante en Ia temperatura de calentamiento, Ia cual fue de 260 ⁰ C. La Tabla 1 muestra los valores de Ia T ₀ y T _c obtenidas.

De igual manera, Ia temperatura de degradación (T _d ) fue determinada empleando el procedimiento descrito en el ejemplo 1. La Tabla 1 muestra las T _d obtenidas.

Ejemplo 3. Elastómero/Nanopartícula cerámica. Nanocompuestos de EVA/nanoarcillas

4.1 Materiales y procedimiento experimental para barrido de frecuencia discreto Para Ia preparación de estos nanocompuestos, se siguió el mismo procedimiento planteado en el ejemplo 1. Para esto, se utilizó una resina comercial de EVA, ELVAX 250®. Se prepararon nanocompuestos con un porcentaje en peso de nanoarcillas Cloisite® 6A (EVA/ Cloisite® 6A) de 0% y 5%, al igual que un nanocompuesto con un porcentaje en peso de nanoarcillas Cloisite® 2OA de 0% y 5% (EVA/Cloisite® 20A). En Ia etapa de premezclado se utilizó una temperatura de operación de 90 ⁰ C y mientras que en Ia etapa de mezclado/extrusión se operó bajo una temperatura de 100 ⁰ C. 4.2. Propiedades físicas

Para Ia medición de Ia T ₀ y T _c de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el caso 1 del ejemplo 1. Con una variante en Ia temperatura de operación para Ia preparación del disco, Ia cual fue de 90 °C y una variante en Ia temperatura de calentamiento, Ia cual fue de 140 ⁰ C. La Tabla 1 muestra los valores de Ia T ₀ y T _c obtenidas.

De igual manera, Ia temperatura de degradación (T _d ) fue determinada empleando el procedimiento descrito en el ejemplo 1. La Tabla 1 muestra las T _d obtenidas. 4.3 Propiedades mecánicas Las mediciones del módulo de almacenamiento (E ^' ), fueron determinadas mediante un análisis mecánico-dinámico utilizando un DMA Q800 de TA Instruments. Para esto, se prepararon probetas de los nanocompuestos obtenidos, con dimensiones de 1.52 mm. x 3.81 mm. x 1.27 mm. Dichas probetas fueron inyectadas a una temperatura de 90 ⁰ C - 95 ⁰ C con una temperatura del molde de 80 ⁰ C. Las muestras fueron sometidas a deformación desde una temperatura de - 30 ⁰ C hasta 80 ⁰ C, utilizando una rampa de calentamiento de 2 °C/min. La Tabla 1 muestra los resultados de E' para los nanocompuestos obtenidos. 4.4 Morfología

La determinación del grado de exfoliación de las nanoarcillas en Ia matriz polimérica, fueron determinados utilizando análisis por rayos-X. Para esto, se prepararon probetas de los nanocompuestos obtenidos, utilizando el mismo procedimiento descrito en Ia sección anterior. La Figura 2 muestra el difjactograma de rayos-X para los nanocompuestos desarrollados.

Ejemplo 4. Mezcla de polímeros/Nanopartículas metálicas. Nanocompuestos de Copolímeros de PELBL-alfa olefina/nanopartículas de plata (PELBD-αolefina/Ag).

5.1 Materiales y procedimiento experimental para barrido de frecuencia discreto Para Ia preparación de estos nanocompuestos, se siguió el mismo procedimiento planteado en el caso 1 del ejemplo 1. Se prepararon nanocompuestos con un porcentaje en peso de nanopartículas de plata de 0% y 1 %. Tanto en Ia etapa de premezclado como en Ia de mezclado/extrusión, se operó bajo una temperatura de 160 ⁰ C.

5.2. Resistividad eléctrica volumétrica

Para Ia medición de p de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el caso 1 del ejemplo 1, con una variante en Ia temperatura de operación para Ia preparación del disco, Ia cual fue de 160 ⁰ C. La Tabla 1 muestra el valor de las resistividades obtenidas.

5.3. Propiedades físicas

Para Ia medición de Ia temperatura de fusión (T _f ) y temperatura de cristalización (T _c ) de los nanocompuestos, se empleó el mismo procedimiento descrito en el caso 1 del ejemplo 1. Con una variante en Ia temperatura de calentamiento, Ia cual fue de 160 ⁰ C. La Tabla 1 muestra los valores de Ia T _f y T _c obtenidas. De igual manera, Ia temperatura de degradación (T _d ) fue determinada empleando el procedimiento descrito en el caso 1 del ejemplo 1. La Tabla 1 muestra las T _d obtenidas. 5.4. Propiedades mecánicas

Las mediciones del módulo de almacenamiento (E ^' ) fueron determinadas siguiendo el procedimiento descrito en el ejemplo 3. En este caso, las probetas fueron inyectadas a una temperatura de 160 ⁰ C con una temperatura del molde de 130 ⁰ C y 150 ⁰ C respectivamente. Las muestras fueron sometidas a deformación desde una temperatura de 30 °C hasta 110 ⁰ C, utilizando una rampa de calentamiento de 2 °C/min. La Tabla 1 muestra los resultados de E ^' para los nanocompuestos obtenidos.

5.5 Morfología

La determinación del grado de dispersión de las nanopartículas de plata en Ia matriz polimérica, fueron determinados mediante microscopia electrónica de barrida (MEB) utilizando un microscopio electrónico de barrido TOP GUN CM510. Para esto, se tomó un filamento del nanocompuesto ultrasonificado, que sale directamente del equipo mezclador/extrusor, al cual se Ie practicó una fractura en ambiente criogénico. La cara del filamento que sufrió Ia fractura, fue Ia utilizada para ser observada por MEB a magnificaciones de 25,00OX y 50,00OX. La Figura 2 muestra una imagen de MEB para el nanocompuesto obtenido. Los aspectos novedosos que se consideran propios de Ia presente invención, son descritos con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, Ia invención misma, en conjunto con otros objetos y ventajas significativas, se comprenderá mejor en Ia siguiente descripción detallada, cuando se lea en relación con las tablas y figuras que se acompaña: Tabla 1

Tabla 2

La Tabla 1 muestra los valores de los parámetros de caracterización más importantes que describen a los nanocompuestos obtenidos empleando un barrido de frecuencia discreto. Por citar un ejemplo, puede observarse como Ia resistividad de los nanocompuestos de i-PP/NCPM presentan un decremento a medida que se aumenta el contenido de NCPM, llegando a obtener nanocompuestos altamente conductores con una concentración de hasta el 60% en peso. Esto último, representa una ventaja técnica y económica muy significativa con respecto a los procesos existentes y descritos en el arte previo.

La Tabla 2 muestra los valores de los parámetros de caracterización mas importantes que describen a los nanocompuestos de i-PP/NCPM obtenidos empleando un barrido de frecuencia continuo. Por citar un ejemplo, se puede observar un decremento en los valores de las resistividades eléctricas, a medida que se incrementa el intervalo de frecuencia de las ondas de ultrasonido, como producto del alto grado de dispersión de los NCPM en Ia matriz de i-PP. Estos valores coinciden en orden de magnitud con los obtenidos para los nanocompuestos preparados en solución, tal y como se describe en Ia solicitud de patente mexicana NL/E/2005/000962, dando fe del alto grado de dispersión de los NCPM obtenido con el proceso descrito en esta invención.

Los ejemplos de Ia presente invención se llevaron a cabo en un equipo de mezclado/extrusión que posee una zona de presurizado del material premezclado y justo al final de Ia zona de presurizado se encuentra una zona de despresurización, en Ia que material premezclado ya fundido entra en contacto con las ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable, provistas por un generador de ondas, dispersando homogéneamente las nanopartículas en Ia matriz polimérica. Una vez ultrasonificado el material fundido, es posteriormente enfriado y peletizado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra un difractograma de rayos-X para el nanocompuestos de EVA/Cloisite® 6A y EVA/Cloisite® 2OA. Por citar un ejemplo, los picos correspondientes a un ángulo de 3 y 4.5 dan fe del alto grado de exfoliación alcanzado por las nanoarcillas de Cloisite®20A en Ia matriz de EVA, utilizando el proceso descrito en esta invención.

La Figura 2 muestra una imagen de MEB para el nanocompuesto PELBD- αolefina/Ag, en Ia que se aprecia de igual manera, un alto grado de dispersión de las nanopartículas de plata sobre Ia matriz del copolímero. La utilización de ondas de ultrasonido de frecuencia y amplitud variable, garantiza Ia dispersión homogénea de nanopartículas que presentan una amplia distribución de tamaño