ES2983912T3 - Composición de resina - Google Patents
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Abstract
Una composición de resina (10) según la presente invención comprende: una resina termoplástica (11) que tiene un punto de fusión de 280 °C o superior o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o superior; y nanopartículas de diamante (12). El contenido de las nanopartículas de diamante (12) en la composición de resina (10) es, por ejemplo, de 0,001 a 5 partes en peso con respecto al peso total, es decir, 100 partes en peso, de la resina termoplástica (11). La composición de resina (10) es adecuada en aplicaciones de uso en las que se desea lograr una alta resistencia al calor de la composición de resina (10) al tiempo que se evita el deterioro y el espesamiento de la composición de resina (10) durante un procesamiento con calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Composición de resina
Campo técnico
La presente invención se refiere a una composición de resina que normalmente se puede utilizar como plásticos para fines técnicos y superplásticos para fines técnicos. Esta solicitud se refiere a la solicitud de patente japonesa n.° 2015 171970, presentada el 1 de septiembre de 2015; solicitud de patente japonesa n.° 2016-007949, presentada el 19 de enero de 2016; y solicitud de patente japonesa n.° 2016-065891, presentada el 29 de marzo de 2016.
Técnica anterior
En la producción de artículos de resina con formas específicas, las etapas como la etapa de ablandamiento, la fusión y el amasado de una composición de resina material y la etapa de procesamiento de la forma de la composición de resina van acompañados del calentamiento del material de la composición de resina. En tales etapas acompañadas de calentamiento, el calentamiento puede hacer que se generen radicales en la composición de resina, y los radicales pueden inducir una reacción de descomposición y/o una reacción de reticulación en la composición de resina. Estas reacciones de descomposición y la reacción de reticulación generalmente pueden producir un deterioro en la estructura química y/o propiedades de la composición de resina. De forma adicional, la reacción de reticulación puede hacer que la composición de resina tenga una viscosidad mayor y ofrezca una trabajabilidad menor. Para eliminar o reducir al mínimo la reacción de descomposición y la reacción de reticulación como se ha indicado anteriormente, algunas de las composiciones de resina que se van a someter a una etapa acompañada de calentamiento contienen además compuestos fenólicos impedidos como estabilizadores de radicales, donde los compuestos fenólicos impedidos atrapan funcionalmente (neutralizan) y/o estabilizan radicales. Dichos compuestos fenólicos impedidos se describen normalmente en el documento de patente (DPT) 1, DPT 2 y DPT 3 a continuación.
El DPT 4 se refiere a un material compuesto térmico termoplástico que contiene nanodiamantes que comprende del 0,01 al 80 % en peso de partículas de nanodiamante, del 1 al 90 % en peso de carga y del 5 al 80 % en peso de polímero termoplástico.
El DPT 5 describe un material compuesto que contiene de 64,5 a 89,3 partes en peso de poliéter éter cetona y de 0,5 a 5 partes en peso de polvo de nanodiamante.
El DPT 6 se refiere a un material compuesto de resina de diamante en el que se dispersan en una resina partículas finas de diamante con una mediana del diámetro de 2 a 250 nm.
El DPT 7 describe un material compuesto que comprende un nanodiamante y al menos una carga y al menos un polímero.
El documento de Deng Shuling et al. se refiere a un material compuesto que contiene partículas de nanodiamante compuestas en PPS.
Lista de citas
Bibliografía de patentes
DPT 1: Publicación de solicitud de patente japonesa no examinada (JP-A) n.° 2002-332306
DPT 2: JP-A n.° 2006-160809
DPT 3: JP-A n.° 2011-208157
DPT 4: US 2014/0091253 Al
DPT 5: CN 102757 635 A
DPT 6: JP 2012-161965 A
DPT 7: WO 2015/097347 A2
Bibliografía no relacionada con patentes
Deng Shuling et al., "Nanodiamond as an efficient nucleating agent for polyphenylene sulfide", Thermochemica Acta, vol. 584, páginas 51-57.
Sumario de la invención
Problema técnico
Los plásticos para fines técnicos, los superplásticos para fines técnicos y otros materiales de resina altamente resistentes al calor tienen puntos de fusión altos y requieren temperaturas de trabajo correspondientemente altas en el procesamiento de sus formas. En particular, el procesamiento de algunas formas de superplásticos para fines técnicos requiere altas temperaturas de trabajo incluso de, por ejemplo, del 280°C o mayores. Sin embargo, la mayoría de los estabilizadores de radicales, que son compuestos orgánicos tales como compuestos fenólicos impedidos, no pueden soportar las altas temperaturas que se requieren en el procesamiento de los plásticos para fines técnicos y otros materiales de resina altamente resistentes al calor, y se descomponen a altas temperaturas, normalmente de 280 °C o mayores. Esto causa dificultades técnicas en el procesamiento de las formas de los materiales de resina o composiciones de resina altamente resistentes al calor, que requieren altas temperaturas de trabajo, mientras se restringe el deterioro y el espesamiento durante el trabajo con calentamiento.
La presente invención se ha realizado en estas circunstancias y tiene el objetivo de proporcionar una composición de resina que sea adecuada para ofrecer una alta resistencia al calor y al mismo tiempo limitar el deterioro y el espesamiento al trabajar con calentamiento.
Solución al problema
La materia objeto de la invención es como se expone en las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención proporciona, de acuerdo con una realización, una composición de resina. Esta composición de resina contiene una resina termoplástica y partículas de nanodiamante.
La resina termoplástica tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor, o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. Las partículas de nanodiamante comprenden grupos hidroxi superficiales, en donde las partículas de nanodiamante tienen una proporción de carbono con enlace hidroxi del 16,8 % o más de la totalidad del carbono en las partículas de nanodiamante. En la presente invención, las partículas de nanodiamante pueden ser cualquiera de las partículas principales de nanodiamante y las partículas secundarias de nanodiamante, donde las partículas secundarias de nanodiamante se forman a partir de la agregación de partículas principales. Como se usa en el presente documento, la expresión "partícula principal de nanodiamante" se refiere a un nanodiamante que tiene un diámetro de partícula de 10 nm o menor. También, tal como se utiliza en el presente documento, la expresión "temperatura de transición vítrea" se refiere a un valor medido por calorimetría diferencial de barrido (CDB) de conformidad con la norma industrial japonesa (JIS) (JIS K 7121: Métodos de prueba para temperaturas de transición de plásticos).
La composición de resina de acuerdo con la realización contiene una resina termoplástica que tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. Para ablandar/fundir la resina termoplástica a fin de amasar o dar forma a la composición de resina, el calentamiento debe realizarse hasta una temperatura alta significativamente superior a la temperatura de transición vítrea de la resina termoplástica. Incluso si dicho calentamiento hace que se generen radicales en la composición de resina, la reacción de descomposición y la reacción de reticulación en la resina termoplástica están restringidas por la presencia de partículas de nanodiamante en la composición de resina, donde las reacciones serán provocadas por la acción de los radicales. Es probable que esto se deba a lo siguiente. Los nanodiamantes pueden ofrecer resistencia al calor incluso en un ambiente a una temperatura alta superior a 450 °C. Se supone que se forma una capa de grafito en al menos parte de, es decir, al menos en la cara {111} de, las partículas principales de nanodiamante, cada una de las cuales es una partícula de nanodiamante en sí misma o está contenida en una partícula de nanodiamante, donde la capa de grafito resulta de la transición espontánea del carbono sp3 (carbono con estructura sp3) que anteriormente constituía los propios diamantes. La presencia de carbono sp2 (carbono con estructura sp2) en la capa de grafito probablemente contribuye en parte a la captura/estabilización de radicales, y esto probablemente restringe la descomposición y la reticulación, concretamente, el deterioro de la resina termoplástica, donde la descomposición y reticulación serán provocadas por la acción de los radicales. De forma adicional, la restricción de la reacción de reticulación tiende a restringir el espesamiento de la resina termoplástica, concretamente, el espesamiento de la composición de resina durante el trabajo con calentamiento. La restricción de la reacción de descomposición y la reacción de reticulación en la composición de resina durante el trabajo con calentamiento contribuye a limitar el deterioro de la resistencia al calor de la composición de resina y a ofrecer una alta resistencia al calor de la composición de resina, donde la composición de resina contiene la resina termoplástica que tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. Como se ha descrito anteriormente, la composición de resina es adecuada para ofrecer una alta resistencia al calor y al mismo tiempo restringir el deterioro y el espesamiento durante el trabajo con calentamiento.
Preferentemente, la composición de resina contiene partículas de nanodiamante en una cantidad de 0,001 a 5 partes en peso por cada 100 partes en peso de la resina termoplástica. Con una cantidad cada vez mayor de partículas de nanodiamante, la composición de resina puede disfrutar de importantes efectos ventajosos de las partículas de nanodiamante, sirviendo como estabilizadoras de radicales. La composición de resina puede contener preferentemente las partículas de nanodiamante en una cantidad de 5 partes en peso o menor, desde el punto de vista de permitir que la resina termoplástica en la composición de resina ofrezca adecuadamente sus funciones.
Preferentemente, las partículas de nanodiamante son partículas de nanodiamante de detonación (partículas de nanodiamante formadas mediante una técnica de detonación). La técnica de detonación permite la formación adecuada de nanodiamantes que tienen un diámetro de partícula principal de 10 nm o menor.
Las partículas de nanodiamante incluyen grupos hidroxi superficiales. Preferentemente, las partículas de nanodiamante incluyen grupos carboxi superficiales. Preferentemente, las partículas de nanodiamante incluyen grupos carbonilo superficiales. Se considera que estos grupos funcionales de superficie cooperan con los carbonos sp2 presentes en las superficies de los nanodiamantes para formar un sistema conjugado, contribuir a la captura y estabilización de radicales, y contribuir así a frenar la descomposición y la reticulación, concretamente, el deterioro de la resina termoplástica, donde la descomposición y reticulación serán provocadas por la acción de los radicales.
Las partículas de nanodiamante tienen un diámetro de partícula D50 (mediana del diámetro) de preferentemente 10 pm o menor, más preferentemente de 500 nm o menor y más preferentemente de 200 nm o menor. Las partículas de nanodiamante para usar en la presente invención son cualquiera de las partículas principales y secundarias de nanodiamante, donde las partículas secundarias se forman debido a la agregación de dichas partículas principales. Las partículas de nanodiamante tienen preferentemente un diámetro de partícula D50 de 10 pm o menor, desde el punto de vista de permitir que las partículas de nanodiamante tengan seguramente un área superficial suficiente por unidad de masa y, por lo tanto, ofrezcan eficientemente funciones como la de estabilización de radicales.
Preferentemente, la resina termoplástica incluye al menos uno de una poli(éter cetona) aromática y un poli(sulfuro de fenileno). La poli(éter cetona) aromática normalmente puede incluir al menos una seleccionada de la clase que consiste en poli(éter cetonas), poli(éter éter cetonas), poli(éter cetona cetonas) y poli(éter éter cetona cetonas). La configuración anterior es adecuada o ventajosa para permitir que la composición de resina tenga realmente, además de una alta resistencia al calor, otras propiedades como alta retardancia a las llamas, alta resistencia al desgaste y alta resistencia química.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista esquemática ampliada de una composición de resina de acuerdo con una realización de la presente invención; y
la figura 2 es un diagrama de proceso de un método de acuerdo con una realización para producir nanodiamantes que se pueden utilizar como partículas de nanodiamante contenidas en la composición de resina ilustrada en la figura 1.
Descripción de las realizaciones
La figura 1 es una vista esquemática ampliada de la composición de resina 10 de acuerdo con una realización de la presente invención. La composición de resina 10 contiene una resina termoplástica 11 y partículas de nanodiamante (partículas ND) 12. La composición de resina 10 puede tener cualquier forma, tal como un gránulo u otra forma de material de conformación de resina, una forma de artículo ablandado o fundido derivada de la forma del material de conformación de resina, y una forma de artículo de resina conformada a través del estado ablandado/fundido.
La resina termoplástica 11 es un material principal en la composición de resina 10 para ofrecer funciones tales como resistencia al calor y tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. En general, tales resinas termoplásticas incluyen resinas termoplásticas cristalinas y resinas termoplásticas amorfas.
La categoría "resina termoplástica" 11 para usar en la realización incluye resinas termoplásticas cristalinas que tienen un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor; y resinas termoplásticas amorfas que tienen una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. Los ejemplos no limitantes de la resina termoplástica 11 como se ha indicado anteriormente incluyen poli(éter cetonas) aromáticas, poli(sulfuros de fenileno) (punto de fusión: 280 °C, temperatura de transición vítrea: 90 °C), poli(éter sulfonas) (temperatura de transición vítrea: 225 °C), poliarilatos (temperatura de transición vítrea: 275 °C), poliamidaimidas (temperatura de transición vítrea: 275 °C), poliimidas termoplásticas (temperatura de transición vítrea: 250 °C), polibencimidazoles (temperatura de transición vítrea: 427 °C), poliamida 9T (punto de fusión: 306 °C, temperatura de transición vítrea: 125 °C) y polímeros de cristal líquido que tienen un punto de fusión de 280 °C o mayor. También se denominan superplásticos para fines técnicos o plásticos para fines técnicos. La resina termoplástica 11 contiene preferentemente al menos uno de una poli(éter cetona) aromática y un poli(sulfuro de fenileno). Esto se prefiere para permitir que la composición de resina 10, que contiene la resina termoplástica 11, tenga una alta resistencia al calor, una alta retardancia a las llamas, alta resistencia al desgaste y alta resistencia química. La poli(éter cetona) aromática se puede seleccionar normalmente de la clase que consiste en poli(éter cetonas) (punto de fusión: 373 °C, temperatura de transición vítrea: 140 °C), poli(éter éter cetonas) (punto de fusión: 334 °C, temperatura de transición vítrea: 143 °C), poli(éter cetona cetonas) (punto de fusión: 396 °C, temperatura de transición vítrea: 165 °C) y poli(éter éter cetona cetonas) (punto de fusión: 360 °C, temperatura de transición vítrea: 149 °C). La composición de resina 10 puede contener cada una de las diferentes resinas termoplásticas 11 solas o combinadas.
La composición de resina 10 contiene la resina termoplástica 11 en un contenido típico del 60 al 99,999 por ciento en masa, y preferentemente del 90 al 95 por ciento en masa.
Las partículas ND 12 contenidas en la composición de resina 10 son un componente que ofrece funciones como la de estabilización de radicales en la composición de resina 10 y son cualquiera de las partículas principales de nanodiamante y las partículas secundarias de nanodiamante, que se forman debido a la agregación de partículas principales. Como se usa en el presente documento, la expresión "partícula principal de nanodiamante" se refiere a un nanodiamante que tiene un diámetro de partícula de 10 nm o menor.
Tales nanodiamantes que tienen un diámetro de partícula primaria de 10 nm o menor pueden formarse mediante la denominada técnica de detonación. Las partículas de nanodiamante pueden ofrecer resistencia al calor incluso en un ambiente a una temperatura alta superior a 450 °C. Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 tienen un diámetro de partícula D50 (mediana del diámetro) de preferentemente 10 pm o menor, más preferentemente de 500 nm o menor y más preferentemente de 200 nm o menor. Las partículas n D 12 tienen preferentemente un diámetro de partícula D50 de 10 pm o menor, desde el punto de vista de permitir que las partículas ND 12 tengan seguramente un área superficial suficiente por unidad de masa y ofrezcan eficientemente funciones como la de estabilizar los radicales. El diámetro de partícula D50 de las partículas ND 12 se puede medir normalmente mediante una técnica de dispersión de luz de ángulo pequeño y mediante una técnica de dispersión de luz dinámica. Por ejemplo, el diámetro de partícula D50 de partículas relativamente grandes que tienen un diámetro de partícula de 1 pm o mayor se puede medir mediante una técnica de dispersión de luz de ángulo pequeño. También, por ejemplo, el diámetro de partícula D50 de partículas relativamente pequeñas que tienen un diámetro de partícula inferior a 1 pm se puede medir mediante una técnica de dispersión de luz dinámica.
La composición de resina 10 contiene las partículas ND 12 en una cantidad típica de 0,001 a 5 partes en peso por cada 100 partes en peso de la totalidad de la resina termoplástica 11 en la composición de resina 10. Con una cantidad creciente de partículas ND 12, la composición de resina 10 puede disfrutar de efectos ventajosos significativos de las partículas n D 12, sirviendo como estabilizadoras de radicales. Por tanto, el límite inferior de la cantidad de partículas ND 12 es preferentemente de 0,002 partes en peso, más preferentemente de 0,01 partes en peso, y todavía más preferentemente de 0,1 partes en peso. La composición de resina 10 puede contener preferentemente las partículas ND 12 en una cantidad de 5 partes en peso o menor, desde el punto de vista de permitir que la resina termoplástica 11 en la composición de resina 10 ofrezca funciones, tales como una alta resistencia al calor, adecuadamente. El límite superior de la cantidad de partículas ND 12 es preferentemente de 3,0 partes en peso, más preferentemente de 2,0 partes en peso, y todavía más preferentemente de 1,0 parte en peso, desde el punto de vista de permitir que la composición de resina 10 disfrute de los efectos ventajosos debido a la presencia de una cantidad menor de partículas ND 12 en la composición de resina 10.
En la realización, las partículas ND 12 tienen, como grupo funcional de superficie, grupos hidroxi y opcionalmente al menos un tipo de grupo funcional seleccionado de la clase que consiste en grupos carboxi y grupos carbonilo. Se considera que estos grupos funcionales de superficie contribuyen a restringir la descomposición y la reticulación, concretamente, el deterioro de la resina termoplástica 11, donde el deterioro será provocado por la acción de los radicales.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 tienen una proporción de carbono con enlace hidroxi del 16,8 % o mayor, preferentemente del 17,0 % o mayor, más preferentemente del 18,0 % o mayor, todavía más preferentemente del 20,0 % o mayor, y aún más preferentemente del 25,0 % o mayor, de la totalidad del carbono en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción del carbono con enlace hidroxi suele ser del 40,0 %. Los nanodiamantes tienen una estructura básica constituida por carbono sp3, como ocurre con el diamante a granel. Como se usa en el presente documento, la expresión "carbono con enlace hidroxi" se refiere al carbono al que está unido un grupo hidroxi (-OH), donde el grupo hidroxi está unido a la estructura base de un nanodiamante y está presente en la superficie del nanodiamante. En la realización, la proporción del carbono con enlace hidroxi se define como un valor determinado mediante análisis de RMN de 13C en estado sólido. Las partículas ND 12, mientras se encuentran dispersas en la composición de resina 10 o en la resina termoplástica 11, incluyen grupos funcionales hidroxi superficiales en una cantidad tal que la proporción del carbono con enlace hidroxi en su conjunto sea del 16,8 % o mayor.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 tienen una proporción de carbono carboxi normalmente del 1,0 % o mayor, preferentemente del 1,2 % o mayor, más preferentemente del 1,5 % o mayor, todavía más preferentemente del 1,7% o mayor, y aún más preferentemente del 2,0% o mayor, de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción de carbono carboxi suele ser del 5,0%. Como se usa en el presente documento, la expresión "carbono carboxi" se refiere a un carbono que está contenido en un grupo carboxi (-C(=O)O incluido -COOH), donde el grupo carboxi está unido a la estructura base de un nanodiamante y está presente en la superficie del nanodiamante. En la realización, la proporción del carbono carboxi se define como un valor determinado mediante análisis de RMN de 13C en estado sólido. Las partículas ND 12, mientras se encuentran dispersas en la composición de resina 10 o en la resina termoplástica 11, incluyen grupos carboxi superficiales en una cantidad tal que la proporción del carbono carboxi en su conjunto sea normalmente del 1,0 % o mayor.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción de carbono carbonilo normalmente del 1,0% o mayor, preferentemente del 1,2% o mayor, más preferentemente del 1,5% o mayor, todavía más preferentemente del 1,7% o mayor, y aún más preferentemente del 2,0% o mayor, de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción del carbono carbonilo suele ser del 5,0 %. Como se usa en el presente documento, la expresión "carbono carbonilo" se refiere a un carbono contenido en un grupo carbonilo (-C=O), donde el grupo carbonilo está unido a la estructura base de un nanodiamante y está presente en la superficie del nanodiamante. Sin embargo, el carbono contenido en -C(=O)O no está incluido en el "carbono carbonilo". En la realización, la proporción del carbono carbonilo se define como un valor determinado mediante análisis de RMN de 13C en estado sólido. Las partículas ND 12, mientras se encuentran dispersas en la composición de resina 10 o en la resina termoplástica 11, incluyen grupos funcionales carbonilo superficiales en una cantidad tal que la proporción del carbono carbonilo en su conjunto sea normalmente del 1,0 % o mayor.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción total de carbono con enlace hidroxi y carbono carboxi de normalmente el 17,8 % o mayor, preferentemente del 18,0 % o mayor, más preferentemente del 18,3 %, más preferentemente del 18,5 % o mayor, y todavía más preferentemente del 18,8 % o mayor, de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción total suele ser del 30,0 %.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción total del carbono con enlace hidroxi y el carbono carbonilo de normalmente el 17,8 % o mayor, preferentemente del 18,0 % o mayor, más preferentemente del 18,3 %, todavía más preferentemente del 18,5 % o mayor, y aún más preferentemente del 18,8 % o mayor, de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción total suele ser del 30,0 %.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción total de carbono carboxi y carbono carbonilo normalmente del 2,0% o mayor, preferentemente del 2,2% o mayor, más preferentemente del 2,4% o mayor, todavía más preferentemente el 2,7 % o mayor, aún más preferentemente del 2,9 % o mayor, e incluso más preferentemente del 3,2 % o mayor, de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción total suele ser del 8,0 %.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción total del carbono con enlace hidroxi, el carbono carboxi y el carbono carbonilo normalmente del 18,8 % o mayor, preferentemente del 19,0 % o mayor, más preferentemente del 19,2 %, todavía más preferentemente el 19,5 % o mayor, aún más preferentemente del 19,7 % o mayor, aún más preferentemente del 20,0 % y todavía más preferentemente del 20,5 %, de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. El límite superior de la proporción total suele ser del 32,0 %.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción de carbono alquenilo de normalmente el 0,1 % o mayor de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. Como se usa en el presente documento, la expresión "carbono alquenilo" se refiere a un carbono contenido en un grupo alquenilo, donde el grupo alquenilo está unido a la estructura base de un nanodiamante y está presente en la superficie del nanodiamante.
Las partículas ND 12 en la composición de resina 10 pueden tener una proporción de carbono con enlace de hidrógeno de normalmente el 20,0 % o mayor de la totalidad del carbono contenido en las partículas ND 12. Como se usa en el presente documento, la expresión "carbono con enlace de hidrógeno" se refiere a un carbono al que está unido un hidrógeno, donde el hidrógeno está unido a la estructura base de un nanodiamante y está presente en la superficie del nanodiamante. El enlace de hidrógeno como se ha indicado anteriormente contribuye a estabilizar el carbono de la superficie del nanodiamante.
Las partículas ND 12 contenidas en la composición de resina 10 pueden ser, por ejemplo, partículas de nanodiamante de detonación (partículas de nanodiamante formadas por la técnica de detonación). Algunos ejemplos conocidos de la técnica de detonación, que es una técnica de producción de nanodiamantes, incluyen técnicas de detonación con enfriamiento por aire y técnicas de detonación de enfriamiento por agua. Las partículas ND 12 son preferentemente partículas de nanodiamante de detonación enfriadas por aire. Las partículas de nanodiamante de detonación enfriadas por aire tienden a incluir partículas principales de tamaño menor al de las partículas de nanodiamante de detonación enfriadas por agua y tienen la ventaja de dar una composición de resina 10 que contiene partículas principales de nanodiamante de tamaño pequeño en las partículas ND 12. Las partículas ND 12 son más preferentemente partículas de nanodiamante de detonación coexistentes con una atmósfera enfriada por aire, específicamente, partículas de nanodiamante formadas mediante una técnica de detonación con enfriamiento por aire realizada en coexistencia con un gas que tiene una composición atmosférica (que contiene oxígeno en cantidades significativas). La técnica de detonación con enfriamiento por aire realizada en coexistencia de un gas que tiene una composición atmosférica tiene la ventaja de formar partículas de nanodiamante que incluyen grandes cantidades de grupos funcionales en partículas principales.
La composición de resina 10 puede contener uno o más componentes diferentes, además de la resina termoplástica 11 y las partículas ND 12. Los ejemplos no limitantes de los otros componentes incluyen retardantes a las llamas, fibras de vidrio, fibras de carbono, agentes antiestáticos, lubricantes y colorantes.
La composición de resina 10, que tiene la configuración descrita anteriormente, se puede producir normalmente de la siguiente manera. Inicialmente, gránulos u otro material para formar la resina termoplástica 11, las partículas ND 12, que son un polvo seco, y uno o más componentes adicionales que se agregarán de según sea necesario se mezclan usando una máquina mezcladora (etapa de mezcla). Los ejemplos no limitantes de la máquina mezcladora incluyen mezcladoras Henschel, secadoras y molinos centrífugos planetarios. Seguidamente, la mezcla resultante de la etapa de mezclado se calienta y se amasa utilizando una máquina amasadora. Los ejemplos no limitantes de la máquina amasadora incluyen mezcladores de polímeros discontinuos, extrusoras de doble tornillo, extrusoras de un solo tornillo, mezcladoras Banbury y mezcladoras de rodillos. Seguidamente, al material amasado se le da una forma predeterminada. Como alternativa, el material amasado se granula. Los gránulos resultantes pueden usarse como material y someterse a moldeo por inyección. Por tanto, se puede producir la composición de resina 10.
La composición de resina 10 contiene la resina termoplástica 11 que tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. Para ablandar/fundir la resina termoplástica 11 a fin de amasar o dar forma a la composición de resina 10, el calentamiento debe realizarse hasta una temperatura alta significativamente superior a, por ejemplo, la temperatura de transición vítrea de la resina termoplástica 11. Incluso si dicho calentamiento hace que se generen radicales en la composición de resina 10, la reacción de descomposición y la reacción de reticulación en la resina termoplástica 11 están restringidas por la presencia de las partículas ND 12 en la composición de resina 10, donde las reacciones serán provocadas por la acción de los radicales.
Es probable que esto se deba a lo siguiente. Las partículas ND 12, que son nanodiamantes, pueden ofrecer resistencia al calor incluso en un ambiente a una temperatura alta superior a 450 °C. Se supone que se forma una capa de grafito en al menos parte de, es decir, al menos en la cara {111} de, las partículas principales de nanodiamante, cada una de las cuales es una partícula de nanodiamante en sí misma o está contenida en una partícula de nanodiamante, donde la capa de grafito resulta de la transición espontánea del carbono sp3, que constituye los propios diamantes. La presencia del carbono sp2 en la capa de grafito probablemente contribuye en parte a la captura/estabilización de radicales, y esto probablemente frena la descomposición y la reticulación, concretamente, el deterioro de la resina termoplástica 11, donde la descomposición y reticulación serán provocadas por los radicales. De forma adicional, la restricción de la reacción de reticulación tiende a restringir el espesamiento de la resina termoplástica 11, concretamente, el espesamiento de la composición de resina 10 durante el trabajo con calentamiento. La restricción de la reacción de descomposición y la reacción de reticulación en la composición de resina 10 durante el trabajo con calentamiento contribuye a restringir el deterioro de la composición de resina 10 en su resistencia al calor y a ofrecer una alta resistencia al calor de la composición de resina 10, donde la composición de resina 10 contiene la resina termoplástica 11 que tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vítrea de 220 °C o mayor. Como se ha descrito anteriormente, la composición de resina 10 es adecuada para ofrecer una alta resistencia al calor y al mismo tiempo restringir el deterioro y el espesamiento durante el trabajo con calentamiento.
De forma adicional, de acuerdo con la realización, las partículas ND 12 tienen, como grupo funcional de superficie, grupos hidroxi y opcionalmente al menos un tipo de grupo funcional seleccionado de la clase que consiste en grupos carboxi y grupos carbonilo. Se considera que estos grupos funcionales de superficie cooperan con los carbonos sp2 presentes en las superficies de los nanodiamantes para formar un sistema conjugado, contribuir a la captura y estabilización de radicales, y contribuir así a frenar la descomposición y la reticulación, concretamente, el deterioro de la resina termoplástica 11, donde la descomposición y reticulación serán provocadas por la acción de los radicales.
La figura 2 es un diagrama de proceso de un método de acuerdo con una realización para producir nanodiamantes que se pueden utilizar como partículas ND 12 en la composición de resina 10. Este método incluye una etapa de formación S1, una etapa de purificación S2, una etapa de desaglutinación química S3, una etapa de ajuste del pH S4, una etapa de separación centrífuga S5 y una etapa de secado S6.
En la etapa de formación S1, la detonación mediante enfriamiento por aire se realiza en coexistencia de un gas de composición atmosférica (que contiene oxígeno en cantidades significativas), para formar nanodiamantes. Inicialmente, se coloca un explosivo conformado dotado de un detonador eléctrico en una cámara estanca a la presión de detonación, y la cámara se sella herméticamente de manera que el explosivo coexista con un gas que tenga una composición atmosférica a presión atmosférica normal en la cámara. La cámara suele estar hecha de hierro y tiene una capacidad típica de 0,5 a 40 m3, y preferentemente de 2 a 30 m3. El explosivo que se va a utilizar en el presente documento puede ser una mezcla de trinitrotolueno (TNT) y ciclotrimetilentrinitroamina, concretamente, hexógeno (RDX). La proporción en masa del TNT con respecto al RDX suele ser de 40:60 a 60:40. El explosivo se puede utilizar en una cantidad típica de 0,05 a 2,0 kg, y preferentemente de 0,3 a 1,0 kg.
En la etapa de formación S1, seguidamente, se enciende el detonador eléctrico para iniciar la detonación del explosivo en la cámara. El término "detonación" se refiere a, entre las explosiones asociadas con las reacciones químicas, una explosión en la que un frente de llama se desplaza a gran velocidad más rápido que el sonido, donde ocurre la reacción en el frente de llama. En la detonación, el explosivo sufre parcialmente una combustión incompleta para liberar carbono, y el carbono liberado sirve como material y forma nanodiamantes mediante la acción de la presión y la energía de una onda de choque generada por la explosión. En la formación de dichos productos de nanodiamante mediante la técnica de detonación, inicialmente, las partículas principales o cristalitos adyacentes se agregan muy firmemente por la contribución no solo de la fuerza de Van der Waals, sino también la interacción de Coulomb entre las caras del cristal, para formar aglutinados.
En la etapa de formación S1, seguidamente, la cámara y su contenido se enfrían dejándolos reposar a temperatura ambiente normalmente durante 24 horas. Después del enfriamiento natural, un producto en bruto de nanodiamante (incluidos aglutinados de nanodiamante formados de la manera anterior y negro de humo) adherido a la pared interior de la cámara se raspa usando una espátula para recoger el producto en bruto de nanodiamante. Como resultado de la técnica de detonación coexistente con la atmósfera de enfriamiento por aire descrita anteriormente, se puede obtener el producto en bruto de partículas de nanodiamante. La técnica de detonación por enfriamiento de aire realizada en coexistencia de un gas que tiene una composición atmosférica (que contiene oxígeno en cantidad significativa) es ventajosa para la formación de partículas de nanodiamante que contienen grandes cantidades de grupos funcionales superficiales en las partículas principales. Esto se debe probablemente a lo siguiente. Con la técnica de detonación coexistente con atmósfera de enfriamiento por aire, el crecimiento de los núcleos de diamante a partir del material de carbono se restringe en un proceso durante el cual se forman cristalitos de diamante, y esto hace que parte (algunos normalmente con oxígeno) del material de carbono forme grupos funcionales superficiales. La etapa de formación S1 como se ha indicado anteriormente, cuando se realiza repetidamente en un número necesario de veces, puede dar el producto en bruto de nanodiamante en una cantidad deseada.
De acuerdo con la realización, la etapa de purificación S2 incluye un tratamiento con ácido en el que el producto en bruto de material de nanodiamante normalmente actúa mediante un ácido fuerte en un medio acuoso. El producto en bruto de nanodiamante resultante de la técnica de detonación tiende a incluir óxidos metálicos. Los óxidos metálicos son óxidos de metales, tales como Fe, Co y Ni, derivados normalmente de la cámara utilizada en la técnica de detonación. Los óxidos metálicos pueden disolverse, y eliminarse de, el producto en bruto de nanodiamante normalmente por la acción de un ácido fuerte predeterminado en un medio acuoso (tratamiento ácido). El ácido fuerte para usar en el tratamiento con ácido se selecciona preferentemente entre ácidos minerales, tales como ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico y agua regia. El tratamiento con ácido puede emplear cada uno de los diferentes ácidos fuertes solos o combinados. Los ácidos fuertes se pueden usar en el tratamiento con ácido en una concentración típica del 1 al 50 por ciento en masa. El tratamiento con ácido se puede realizar a una temperatura típica de 70 °C a 150 °C durante un tiempo típico de 0,1 a 24 horas. El tratamiento con ácido se puede realizar a presión reducida, a presión atmosférica normal o bajo presión (bajo carga). Después del tratamiento con ácido como se ha indicado anteriormente, los sólidos (incluidos los aglutinados de nanodiamante) se lavan con agua, normalmente por decantación. El lavado con agua de los sólidos por decantación se repite preferentemente hasta alcanzar el pH de un líquido sedimentario, por ejemplo, 2 a 3.
La etapa de purificación S2, de acuerdo con la realización, también incluye un tratamiento de oxidación utilizando un oxidante para eliminar el grafito del producto en bruto de nanodiamante (los aglutinados de nanodiamante antes de completarse la purificación). El producto en bruto de nanodiamante resultante de la técnica de detonación incluye grafito. El grafito se deriva del carbono que no ha formado cristales de nanodiamante de los carbonos liberados por el explosivo como resultado de una combustión parcial incompleta. El grafito se puede eliminar del producto en bruto de nanodiamante normalmente dejando que un oxidante predeterminado actúe sobre el producto en bruto en un medio acuoso (tratamiento de oxidación), normalmente después del tratamiento con ácido. Los ejemplos no limitantes del oxidante para usar en el tratamiento de oxidación incluyen ácido crómico, anhídrido crómico, ácido dicrómico, ácido permangánico, ácido perclórico y sus sales. El tratamiento de oxidación puede emplear cada uno de diferentes oxidantes solos o combinados. El oxidante o los oxidantes se pueden utilizar en el tratamiento de oxidación en una concentración típica del 3 al 50 por ciento en masa. El oxidante se puede utilizar en el tratamiento de oxidación en una cantidad típica de 300 a 500 partes en peso por cada 100 partes en peso del producto en bruto de nanodiamante que se someterá al tratamiento de oxidación. El tratamiento de oxidación se puede realizar a una temperatura típica de 100 °C a 200 °C durante un tiempo típico de 1 a 24 horas. El tratamiento de oxidación se puede realizar a presión reducida, a presión atmosférica normal o a presión (bajo carga). El tratamiento de oxidación se realiza preferentemente en coexistencia de un ácido mineral, desde el punto de vista de contribuir a una eliminación más eficiente del grafito. Los ejemplos no limitantes del ácido mineral incluyen ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico y agua regia. El ácido mineral, cuando se utiliza en el tratamiento de oxidación, se puede utilizar en una concentración típica del 5 al 80 por ciento en masa. Después del tratamiento de oxidación como se ha indicado anteriormente, los sólidos (incluidos los aglutinados de nanodiamante) se lavan con agua, normalmente por decantación. El líquido sobrenadante obtenido en las primeras etapas del lavado con agua se colorea. El lavado con agua de los sólidos mediante decantación se repite preferentemente hasta que el líquido sobrenadante se vuelva visualmente transparente.
Incluso después de la purificación a través de la etapa de purificación S2 como se ha indicado anteriormente, los nanodiamantes de detonación quedan en forma de aglutinados (partículas secundarias), en donde las partículas principales se agregan con interacciones muy fuertes entre ellas. Para desaglutinar (desagregar) las partículas principales de los aglutinados, posteriormente en el método se realiza la etapa de desaglutinación química<s>3. Al dejar que los aglutinados de nanodiamante actúen normalmente mediante un álcali predeterminado y peróxido de hidrógeno en un medio acuoso, las partículas principales de nanodiamante se pueden desaglutinar a partir de los aglutinados de nanodiamante y la desaglutinación puede continuar (tratamiento de desaglutinación). Los ejemplos no limitantes del álcali para usar en el tratamiento de desaglutinación incluyen hidróxido de sodio, amoniaco e hidróxido de potasio. El álcali se usa en el tratamiento de desaglutinación en una concentración de preferentemente el 0,1 al 10 por ciento en masa, más preferentemente del 0,2 al 8 por ciento en masa, y más preferentemente del 0,5 al 5 por ciento en masa. El peróxido de hidrógeno se puede utilizar en el tratamiento de desaglutinación en una concentración de preferentemente el 1 al 15 por ciento en masa, más preferentemente del 2 al 10 por ciento en masa, y más preferentemente del 4 al 8 por ciento en masa. El tratamiento de desaglutinación se puede realizar a una temperatura típica de 40 °C a 95 °C durante un tiempo típico de 0,5 a 5 horas. El tratamiento de desaglutinación se puede realizar a presión reducida, a presión atmosférica normal o a presión (bajo carga). Después del tratamiento de desaglutinación como se ha indicado anteriormente, se elimina el sobrenadante por decantación.
En el método, posteriormente se realiza la etapa S4 de ajuste del pH. La etapa de ajuste del pH S4 es la etapa de ajustar el pH de un líquido que contiene nanodiamantes (líquido que contiene nanodiamantes), que se ha sometido al tratamiento de desaglutinación, a un pH predeterminado antes del tratamiento de separación centrífuga mencionado a continuación. En esta etapa, un líquido sedimentario posterior a la decantación se combina con un ácido y/o un álcali. El ácido para usar en el presente documento normalmente puede ser ácido clorhídrico. El ajuste del pH del líquido que contiene nanodiamantes normalmente de 2 a 3 mediante esta etapa permite que una dispersión de nanodiamantes preparada mediante el método tenga un pH que caiga dentro del intervalo normalmente de 4 a 7.
En este método, posteriormente se realiza la etapa de separación centrífuga S5. La etapa de separación centrífuga S5 es la etapa de someter el líquido que contiene nanodiamantes, que se ha sometido al tratamiento de desaglutinación, a un tratamiento de separación centrífuga. Específicamente, inicialmente, el líquido que contiene nanodiamantes se sometió a la etapa de desaglutinación química S3 y la etapa de ajuste de pH S4 se somete a un primer tratamiento de separación centrífuga utilizando un separador centrífugo. El líquido sobrenadante posterior al primer tratamiento de separación centrífuga suele ser de color amarillo pálido transparente. A continuación, los precipitados resultantes del tratamiento de separación centrífuga se separan del líquido sobrenadante, se suspenden en agua ultrapura añadida al mismo, y se someten además a otro tratamiento de separación centrífuga para la separación de los sólidos y el líquido utilizando un separador centrífugo. El agua ultrapura se puede añadir en un volumen normalmente de 3 a 5 veces el volumen de los precipitados. Se repite una serie de procesos que incluyen la separación de precipitados de un líquido sobrenadante después de una separación entre los sólidos y el líquido mediante separación centrífuga, la suspensión de los precipitados en agua ultrapura añadida al mismo, y otro tratamiento de separación centrífuga hasta obtenerse un líquido sobrenadante negro y transparente tras un tratamiento de separación centrífuga. Cuando el líquido sobrenadante negro y transparente se obtiene tras un tercer o posterior tratamiento de separación centrífuga, un líquido sobrenadante obtenido tras un tratamiento de separación centrífuga entre el primer tratamiento de separación centrífuga y el tercer o posterior tratamiento de separación centrífuga que da el líquido sobrenadante negro y transparente suele ser incoloro y transparente. El líquido sobrenadante negro y transparente obtenido como se ha indicado anteriormente es una dispersión de nanodiamantes en la que las partículas principales de nanodiamante están presentes como partículas coloidales y se dispersan en agua. La centrifugación en los tratamientos de separación centrífuga en esta etapa se puede realizar con una fuerza típica de 15.000 a 25.000 * g durante un tiempo típico de 10 a 120 minutos. Los precipitados formados mediante, por ejemplo, el primer tratamiento de separación centrífuga en la etapa de separación centrífuga S5 como se ha indicado anteriormente contiene partículas secundarias de nanodiamante en una cantidad mayor en comparación con las partículas principales. Los precipitados, después de separarse del líquido sobrenadante, se suspenden en agua ultrapura añadida a los mismos y producen un líquido que contiene nanodiamantes. Por separado, los precipitados formados a través de cualquiera de los tratamientos de separación centrífuga, tales como los precipitados que quedaron tras la separación del líquido sobrenadante negro y transparente de los mismos, se pueden someter nuevamente a una serie de procesos que incluyen la etapa de desaglutinación química S3, la etapa de ajuste del pH S4 y la etapa de separación centrífuga S5, solos o combinados con otros sólidos (incluidos los aglutinados de nanodiamante), que se han sometido la etapa de purificación S2.
Los nanodiamantes del producto resultante de la técnica de detonación se encuentran inicialmente en forma de aglutinados (partículas secundarias), en los que las partículas principales interactúan y se agregan muy firmemente entre sí, como se ha descrito anteriormente. En el proceso desde la etapa de formación S1 hasta la etapa de separación centrífuga S5, los aglutinados de nanodiamante no solo son influenciados por una especie química en condiciones de calentamiento en la etapa de purificación S2, sino también por una especie química en condiciones de calentamiento en la etapa de desaglutinación química S3. Esto debilita químicamente, en la etapa de desaglutinación química S3, la aglutinación entre al menos parte de las partículas principales de nanodiamante de los aglutinados de nanodiamante y permite que las partículas principales de nanodiamante se separen más fácilmente de los aglutinados de nanodiamante. En la etapa de separación centrífuga S5, el líquido que contiene nanodiamantes como se ha indicado anteriormente se somete repetidamente a una separación entre los sólidos y el líquido utilizando la acción de la fuerza centrífuga y hasta una operación de suspensión posterior. Después de los tratamientos de separación centrífuga en un número predeterminado de veces, se recoge un líquido sobrenadante negro y transparente que contiene partículas principales de nanodiamante dispersas. Por tanto, se puede preparar una dispersión de nanodiamantes, en la que las partículas principales de nanodiamante se dispersan como partículas coloidales. La dispersión de nanodiamantes preparada puede tener una mayor concentración de nanodiamantes reduciendo el contenido de agua. El contenido de agua se puede reducir normalmente utilizando un evaporador.
En el método, posteriormente se realiza la etapa de secado S6. Específicamente, la dispersión de nanodiamantes o el líquido que contiene nanodiamantes resultante de la etapa de separación centrífuga S5 como se ha indicado anteriormente se somete a un tratamiento de secado para dar un polvo seco de nanodiamante. Los ejemplos no limitantes de la técnica de tratamiento de secado incluyen secado por pulverización usando un secador por pulverización y evaporación hasta sequedad usando un evaporador.
Por tanto, se pueden producir nanodiamantes que se pueden utilizar como partículas ND 12 en la composición de resina 10.
En el método, el tratamiento de desaglutinación y el tratamiento de separación centrífuga que incluye la operación de suspensión como se ha indicado anteriormente se realizan para separar las partículas principales de nanodiamante de los aglutinados de nanodiamante (partículas secundarias). La etapa de desaglutinación química S3 del presente documento no emplea molienda de perlas convencional mediante perlas de zirconia como técnica de desaglutinación para separar las partículas principales de nanodiamante. La dispersión de nanodiamantes y el polvo de nanodiamante preparados de acuerdo con el método están prácticamente desprovistos de circonio. Supongamos que la dispersión de nanodiamantes y el polvo de nanodiamante se someten a detección de circonio. Incluso en este caso, se supone que no se detecta zirconia en una cantidad mayor que el límite de detección del método de detección empleado. La ausencia de zirconia como se ha indicado anteriormente es ventajosa para dar nanodiamantes de mayor pureza.
La realización puede emplear una técnica de desaglutinación física en lugar de la técnica de desaglutinación descrita anteriormente en la etapa de desaglutinación química S3, para desaglutinar los aglutinados de nanodiamante, que se han sometido la etapa de purificación S2, en partículas principales de nanodiamante. Los ejemplos no limitantes de la técnica de desaglutinación física incluyen técnicas que utilizan cualquiera de entre mezcladoras de alta cizalla, homomezcladoras, molinos de bolas, molinos de perlas, homogeneizadores de alta presión, homogeneizadores ultrasónicos y molinos coloidales. El método, al emplear la técnica de desaglutinación física, preferentemente emplea molienda de perlas usando un molino de perlas. Cuando el tratamiento de desaglutinación se realiza mediante dicha técnica de desaglutinación física, las partículas gruesas se eliminan de una suspensión que contiene nanodiamantes resultante del tratamiento de desaglutinación. Por ejemplo, las partículas gruesas, tales como las partículas gruesas de nanodiamante, se pueden eliminar de la suspensión normalmente mediante una operación de clasificación que utiliza la separación centrífuga con un clasificador. Se obtiene así una dispersión de nanodiamante negra y transparente en la que las partículas principales de nanodiamante se dispersan como partículas coloidales.
Ejemplos
La presente invención se ilustrará con mayor detalle con referencia a varios ejemplos a continuación. Cabe destacar, sin embargo, que no debe interpretarse que los ejemplos limiten el alcance de la presente invención.
Ejemplo de producción de nanodiamantes 1
Se produjo un polvo seco de nanodiamante mediante una etapa de formación, una etapa de purificación, una etapa de desaglutinación química, una etapa de ajuste del pH, una etapa de separación centrífuga y una etapa de secado como se describe a continuación.
En la etapa de formación, inicialmente, se colocó un explosivo conformado dotado de un detonador eléctrico en una cámara estanca a la presión de detonación, y la cámara se selló herméticamente de manera que el explosivo coexistiera con un gas que tuviera una composición atmosférica a presión atmosférica normal en la cámara. La cámara estaba hecha de hierro y tenía una capacidad de 15 m3. El explosivo utilizado en el presente documento fue 0,50 kg de una mezcla de trinitrotolueno (TNT) y ciclotrimetilentrinitroamina, concretamente, hexógeno (RDX). La proporción en masa del TNT con respecto al RDX en el explosivo era de 50:50. Seguidamente, se encendió el detonador eléctrico para iniciar la detonación del explosivo en la recámara. A continuación, se enfriaron la cámara y su contenido dejándola reposar a temperatura ambiente durante 24 horas. Después del enfriamiento natural, se raspó un producto en bruto de nanodiamante (que incluía aglutinados de nanodiamante formados mediante la técnica de detonación y negro de humo) adherido a la pared interior de la cámara utilizando una espátula para recoger el producto en bruto de nanodiamante. El producto en bruto de nanodiamante se recogió en una cantidad de 0,025 kg.
Seguidamente, el producto en bruto de nanodiamante (producto en bruto de nanodiamante P') resultante de la etapa de formación anterior realizada varias veces se sometió a un tratamiento con ácido en la etapa de purificación. Específicamente, se combinaron 200 g del producto en bruto de nanodiamante con 6 l de ácido clorhídrico al 10 por ciento en masa para dar una suspensión, y la suspensión se sometió a un tratamiento térmico a reflujo a presión atmosférica normal durante una hora. El calentamiento en el tratamiento con ácido se realizó a una temperatura de 85 °C a 100 °C. Seguidamente, tras el enfriamiento, los sólidos (incluidos los aglutinados de nanodiamante y el negro de humo) se lavaron con agua por decantación. Se repitió el lavado con agua de los sólidos por decantación hasta que el pH del líquido sedimentario pasó de un nivel inferior a 2.
Seguidamente, se realizó un tratamiento de oxidación en la etapa de purificación. Específicamente, el líquido sedimentario después de la decantación se combinó con 5 l de una solución acuosa de ácido sulfúrico al 60 por ciento en masa y 2 l de una solución acuosa de ácido crómico al 60 por ciento en masa para dar una suspensión, y la suspensión se sometió a un tratamiento térmico a reflujo a la presión atmosférica normal durante 5 horas. El calentamiento en el tratamiento de oxidación se realizó a una temperatura de 120 °C a 140 °C. Seguidamente, tras el enfriamiento, los sólidos (incluidos los aglutinados de nanodiamante) se lavaron con agua por decantación. Se coloreó un líquido sobrenadante en las primeras etapas del lavado con agua. El lavado con agua de los sólidos por decantación se repitió hasta que el líquido sobrenadante se volvió visualmente transparente.
Seguidamente, se realizó la etapa de desaglutinación química. Específicamente, el líquido sedimentario obtenido de la decantación se combinó con 1 l de una solución acuosa de hidróxido de sodio al 10 por ciento en masa y 1 l de una solución acuosa de peróxido de hidrógeno al 30 por ciento en masa para dar una suspensión, y la suspensión se sometió a un tratamiento térmico a reflujo a presión atmosférica normal durante una hora (tratamiento de desaglutinación química). El calentamiento en el tratamiento de desaglutinación química se realizó a una temperatura de 50 °C a 105 °C. Seguidamente, tras la enfriamiento, se eliminó el sobrenadante por decantación.
Seguidamente, se realizó la etapa de ajuste del pH. Específicamente, se combinó un líquido sedimentario resultante de la decantación después del tratamiento de desaglutinación química con ácido clorhídrico para ajustar el pH del líquido sedimentario a 2,5. Esto dio una suspensión cuyo pH se ajustó.
Seguidamente, se realizó la etapa de separación centrífuga. Específicamente, la suspensión (líquido que contiene nanodiamantes) sometida al ajuste de pH se sometió inicialmente a un primer tratamiento de separación centrífuga utilizando un separador centrífugo. La centrifugación en el tratamiento de separación centrífuga se realizó a una fuerza de 20000 x g durante un tiempo de 10 minutos. El líquido sobrenadante después del primer tratamiento de separación centrífuga era de color amarillo pálido transparente. En esta etapa, seguidamente, los precipitados resultantes del primer tratamiento de separación centrífuga se separaron del líquido sobrenadante, se suspendieron en agua ultrapura añadida a los mismos, y se sometieron a un segundo tratamiento de separación centrífuga para la separación entre los sólidos y el líquido utilizando un separador centrífugo. El agua ultrapura se añadió en un volumen 4 veces el volumen de los precipitados. La centrifugación en el segundo tratamiento de separación centrífuga se realizó a una fuerza de 20000 x g durante un tiempo de 60 minutos. El líquido sobrenadante tras el segundo tratamiento de separación centrífuga era incoloro y transparente. En esta etapa, a continuación se separaron los precipitados resultantes del segundo tratamiento de separación centrífuga del líquido sobrenadante, se suspendieron en agua ultrapura añadida a los mismos y se sometieron a un tercer tratamiento de separación centrífuga para la separación entre los sólidos y el líquido utilizando un separador centrífugo. El agua ultrapura se añadió en un volumen 4 veces el volumen de los precipitados. La centrifugación en el tercer tratamiento de separación centrífuga se realizó a una fuerza de 20000 x g durante un tiempo de 60 minutos. El líquido sobrenadante tras el tercer tratamiento de separación centrífuga era negro y transparente. A continuación, se repitió una serie de procesos hasta obtenerse un líquido sobrenadante negro y transparente tras un tratamiento de separación centrífuga, donde los procesos incluyen la separación de precipitados de un líquido sobrenadante después de una separación entre los sólidos y el líquido mediante separación centrífuga; la suspensión los precipitados mediante la adición de una cantidad cuádruple de agua ultrapura; y otro tratamiento de separación centrífuga (adicional) (a una fuerza centrífuga de 20000 x g durante un tiempo de centrífuga de 60 minutos).
De la manera anterior se obtuvo una dispersión de nanodiamantes negra y transparente. El pH de la dispersión de nanodiamantes resultante después del tercer tratamiento de separación centrífuga se determinó usando un papel de prueba de pH (nombre comercial Three Band pH Test Paper, suministrado por AS ONE Corporation) y resultó ser de 6. Esta dispersión tenía una concentración de sólidos de nanodiamante del 1,08 por ciento en masa. La dispersión se sometió a medición de partículas de nanodiamante contenidas en la dispersión mediante la técnica de dispersión dinámica de luz y se encontró que tenía un diámetro de partícula D50 (mediana del diámetro) de 6,04 nm. Parte de la dispersión se diluyó con agua ultrapura hasta una concentración de nanodiamantes del 0,2 por ciento en masa para dar una muestra de dispersión de nanodiamantes. A continuación, se midió el potencial zeta de las partículas de nanodiamante en la muestra y resultó ser de -42 mV (25 °C, pH 6).
Seguidamente, se realizó la etapa de secado. Específicamente, la dispersión de nanodiamantes obtenida de la manera anterior se sometió a secado por pulverización hasta obtenerse un polvo, mediante un secador por pulverización (nombre comercial Spray Dryer B-290, suministrado por Nihon BUCHI K.K.). Por tanto, se produjo un polvo seco de nanodiamante (polvo de nanodiamante Pi).
El polvo de nanodiamante Pi se sometió a cristalografía utilizando un difractómetro de rayos X (nombre comercial SmartLab, suministrado por Rigaku Corporation). Como resultado, se observó un pico de difracción intenso en la posición del pico de difracción del diamante, concretamente, una posición del pico de difracción desde la cara (111) de un cristal de diamante, y basándose en ella, se identificó que el polvo obtenido de la manera anterior era diamante. El polvo de nanodiamante P1 también se sometió a una medición de dispersión de rayos X de ángulo pequeño utilizando un difractómetro de rayos X (nombre comercial SmartLab, suministrado por Rigaku Corporation). Basándose en ello, se estimó el diámetro de las partículas principales de nanodiamante en una región con ángulos de dispersión de 1° a 3° usando un software de análisis de distribución del diámetro de partícula (nombre comercial NANO-Solver, suministrado por Rigaku Corporation). La estimación se realizó suponiendo que las partículas principales de nanodiamante son esféricas y están presentes con una densidad de partículas de 3,51 g/cm3. Como resultado de la medición, se encontró que el diámetro promedio de las partículas principales de nanodiamante era de 4,240 nm, y la desviación típica relativa (DTR) en la distribución de las partículas principales era del 41,4 %. Los datos demostraron que un grupo de partículas principales relativamente pequeñas estaba presente en una distribución relativamente nítida, donde las partículas principales tenían un diámetro de partícula promedio más pequeño en comparación con el diámetro de partícula D50 (6,04 nm) determinado mediante la técnica de dispersión dinámica de luz.
El polvo de nanodiamante P1 se sometió al análisis de RMN de 13C en estado sólido de la manera que se describe a continuación. El espectro de RMN de 13C DD/MAS resultante del analito dio, como picos observados, un pico derivado de un carbono sp3 como componente principal del nanodiamante; un pico derivado de un carbono al que está unido un grupo hidroxi (-COH); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo carboxi (-C(=O)O incluido -COOH); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo carbonilo (-C=O); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo alquenilo (C=C); y un pico derivado de un carbono al que está unido un hidrógeno (-CH). Las proporciones de estos carbonos calculadas después de realizar la separación de formas de onda en cada pico fueron del 54,5 % para el carbono sp3, del 17,0 % para el carbono con enlace hidroxi, del 1,7 % para el carbono carboxi, del 1,5 % para el carbono carbonilo, del 0,2 % para el carbono alquenilo y del 25,1 % para el carbono unido por enlace de hidrógeno. Aparte de esto, se preparó un polvo seco de nanodiamante a partir de una dispersión acuosa de nanodiamantes disponible en el mercado (nombre comercial Vox D, suministrada por Carbodeon) que incluía partículas de nanodiamante que se encontraban dispersadas. Esta dispersión tiene una concentración de nanodiamante del 5 por ciento en masa, un diámetro de partícula D50 de 5 nm y un potencial zeta de -55 mV a pH 9. Este polvo seco de nanodiamante se sometió a análisis de RMN de 13C en estado sólido. El espectro de RMN de 13C DD/MAS resultante del analito dio, como picos observados, un pico derivado del carbono sp3 como componente principal del nanodiamante; un pico derivado de un carbono al que está unido un grupo hidroxi (-COH); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo carboxi (-C(=O)O incluido -COOH); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo carbonilo (-C=O); y un pico derivado de un carbono al que está unido un átomo de hidrógeno (-CH). Sin embargo, no se observó ningún pico derivado de un carbono contenido en un grupo alquenilo (C=C). Las proporciones de estos carbonos calculadas después de realizar la separación de formas de onda en cada pico fueron del 66,5 % para el carbono sp3, del 16,1 % para el carbono con enlace hidroxi, del 0,2% para el carbono carboxi, del 0,4% para el carbono carbonilo y del 16,8 % para el carbono unido por enlace de hidrógeno.
El polvo de nanodiamante P1 se sometió a espectrometría de emisión de plasma acoplado inductivamente (Inductively Coupled Plasma, ICP) como se describe a continuación, para medir el contenido de circonio. Sin embargo, no se detectó zirconia. Específicamente, no se obtuvo ningún resultado de medición del contenido de zirconia superior al límite de detección (límite inferior) de 50 ppm en masa.
Ejemplo de producción de nanodiamantes 2
Se realizaron un tratamiento con ácido y un tratamiento de oxidación en una etapa de purificación, una etapa de desaglutinación química y una etapa de ajuste del pH mediante procedimientos similares a los del Ejemplo de producción 1, a excepción del uso de negro de humo de nanodiamante de detonación enfriado por aire obtenido mediante detonación por enfriamiento de aire (suministrada por ALIT) en lugar del producto en bruto de nanodiamante P'. A continuación, se realizó una etapa de separación centrífuga. Específicamente, se sometió una suspensión (líquido que contiene nanodiamantes) sometida a la etapa de ajuste del pH a un tratamiento de separación centrífuga utilizando un separador centrífugo. La centrifugación en el tratamiento de separación centrífuga se realizó a una fuerza de 20000 x g durante un tiempo de 10 minutos. Seguidamente, los precipitados resultantes del tratamiento de separación centrífuga se separaron de un líquido sobrenadante y se suspendieron en agua ultrapura añadida a los mismos, donde se añadió el agua ultrapura en un volumen 4 veces superior al volumen de los precipitados. Esto dio como resultado un líquido que contenía partículas de nanodiamante sometidas a procesos como la purificación. Seguidamente, se realizó una etapa de secado. Específicamente, el líquido que contenía nanodiamantes se sometió a secado por pulverización hasta obtenerse un polvo, mediante un secador por pulverización (nombre comercial Spray Dryer B-290, suministrado por Nihon BUCHI K.K.). Por tanto, se produjo un polvo seco de nanodiamante (polvo de nanodiamante P2).
El polvo de nanodiamante P2 se sometió a cristalografía usando un difractómetro de rayos X (nombre comercial SmartLab, suministrado por Rigaku Corporation) como con el polvo de nanodiamante P1, y se identificó como un diamante. De forma adicional, como con el polvo de nanodiamante P1, el polvo de nanodiamante P2 se sometió a una medición de dispersión de rayos X de ángulo pequeño utilizando un difractómetro de rayos X (nombre comercial SmartLab, suministrado por Rigaku Corporation), y basándose en ello, se estimó el diámetro de las partículas principales de nanodiamante en una región de ángulos de dispersión de 1° a 3° usando un software de análisis de distribución de diámetros de partículas (nombre comercial NANO-Solver, suministrado por Rigaku Corporation). Como resultado de la medición, se encontró que el diámetro promedio de las partículas principales de nanodiamante era de 5,945 nm, y la desviación típica relativa (DTR) en la distribución de las partículas principales era del 38,1 %.
El polvo de nanodiamante P2 se sometió al análisis de RMN de 13C en estado sólido de la manera que se describe a continuación. El espectro de RMN de 13C DD/MAS resultante del analito dio, como picos observados, un pico derivado de un carbono sp3 como componente principal del nanodiamante; un pico derivado de un carbono al que está unido un grupo hidroxi (-COH); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo carboxi (-C(=O)O incluido -COOH); un pico derivado de un carbono contenido en un grupo carbonilo (-C=O); y un pico derivado de un carbono al que está unido un átomo de hidrógeno (-CH). Las proporciones de estos carbonos calculadas después de realizar la separación de formas de onda en cada pico fueron del 70,0 % para el carbono sp3, del 14,7 % para el carbono con enlace hidroxi, del 0,5 % para el carbono carboxi, del 0,4 % para el carbono carbonilo y del 14,4 % para el carbono unido por enlace de hidrógeno.
El polvo de nanodiamante P2 se sometió a espectrometría de emisión ICP como se describe a continuación, para medir el contenido de circonio. Sin embargo, no se detectó zirconia. Específicamente, no se obtuvo ningún resultado de medición del contenido de zirconia superior al límite de detección (límite inferior) de 50 ppm en masa.
Concentración de sólidos
La concentración de sólidos de una dispersión de nanodiamantes analitos se calculó a partir de: un peso determinado pesando de 3 a 5 g de la dispersión; y un peso determinado calentando y evaporando así la dispersión pesada para eliminar el agua de la misma y dejar materia seca (polvo), y pesando la materia seca mediante una balanza de precisión.
Mediana del diámetro
El diámetro de partícula D50 (mediana del diámetro) de las partículas de nanodiamante contenidas en una dispersión de nanodiamantes analitos fue un valor medido mediante la técnica de dispersión dinámica de la luz (modo de retrodispersión sin contacto) mediante un aparato Zetasizer Nano ZS (nombre comercial) suministrado por Spectris Co., Ltd. Antes de la medición, se diluyó una dispersión de nanodiamantes de muestra con agua ultrapura hasta una concentración de nanodiamantes del 0,5 al 2,0 por ciento en masa y luego se expuso a ultrasonidos mediante un limpiador ultrasónico, para dar el analito.
Potencial zeta
El potencial zeta de las partículas de nanodiamante contenidas en una dispersión de nanodiamantes analitos fue un valor medido mediante electroforesis láser Doppler usando un aparato Zetasizer Nano ZS (nombre comercial) suministrado por Spectris Co., Ltd. Antes de la medición, se diluyó una dispersión de nanodiamantes de muestra con agua ultrapura hasta una concentración de nanodiamante del 0,2 por ciento en masa y se expuso a ultrasonidos utilizando un limpiador ultrasónico, para dar el analito. El pH de la dispersión de nanodiamantes sometida a la medición fue un valor medido mediante un papel de prueba de pH (nombre comercial Three Band pH Test Paper, suministrado por AS ONE Corporation).
Análisis de RMN de 13C en estado sólido
El análisis de RMN de 13C en estado sólido se realizó mediante RMN de estado sólido utilizando un sistema de RMN de estado sólido (nombre comercial CMX-300 Infinity, suministrado por CHEMAGNETICS, Inc.). La técnica y otros factores y condiciones para la medición son los siguientes.
Método de medición: DD/MAS
Medición de frecuencia nuclear: 75,188829 MHz (núcleos de 13C)
Ancho de espectro: 30,003 kHz
Ancho de pulso: 4,2 ps (pulso de 90°)
Tiempo de repetición del pulso: ACq Tm 68,26 ms, PD 15 s
Puntos de medición: 2048 (puntos de datos: 8192)
Material de referencia: polidimetilsiloxano (referencia externa: 1,56 ppm)
Temperatura: temperatura ambiente (aproximadamente 22 °C)
Frecuencia de centrifugación de muestras: 8,0 kHz
Espectrometría de emisión ICP
Se calentó una muestra de dispersión de nanodiamantes o un líquido que contenía nanodiamantes y, de este modo, se evaporó para eliminar el agua de la misma y dejar materia seca (polvo), y se colocaron 100 mg de materia seca en un crisol de porcelana y, en estado intacto, se sometió a descomposición seca en un horno eléctrico. La descomposición seca se realizó en tres etapas, concretamente, a 450 °C durante una hora, posteriormente a 550 °C durante una hora y posteriormente a 650 °C durante una hora. El residuo que quedó en el crisol de porcelana después de la descomposición en seco como se ha indicado anteriormente se combinó con 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado y se evaporó a sequedad. El residuo resultante que quedó después de la evaporación a sequedad se disolvió finalmente en 20 ml de agua ultrapura. Por tanto, se preparó un analito. El analito se sometió a espectrometría de emisión ICP utilizando un espectrofotómetro de emisión ICP (nombre comercial CIROS120, suministrado por Rigaku Corporation). El analito se preparó de manera que el límite inferior de detección en este análisis fuera de 50 ppm en masa. Las soluciones patrón para el trazado de curvas de calibración utilizadas en el análisis se prepararon diluyendo adecuadamente una solución patrón mixta XSTC-22 (suministrada por SPEX CertiPrep) y una solución patrón de análisis de absorción atómica Zr1000 (suministrada por Kanto Chemical Co., Inc.), cada una con una solución acuosa de ácido sulfúrico que tenía una concentración idéntica a la concentración de ácido sulfúrico del analito. En el análisis, la concentración de zirconia en el analito se determinó realizando una operación y análisis como se ha indicado anteriormente en un crisol en blanco para dar un valor medido, y restando este valor medido (en blanco) al valor medido en el analito de dispersión de nanodiamantes, que es un objeto de medición.
Ejemplo 1
Una mezcla (30 g en total) de 100 partes en peso de una poli(éter éter cetona) (PEEK) (nombre comercial VESTAKEEP L4000G, suministrada por Daicel-Evonik Ltd.), que es una resina termoplástica altamente resistente al calor, y 0,5 partes en peso del polvo de nanodiamante P1 se amasó mediante una máquina de prueba de evaluación de moldeo por amasado/extrusión (nombre comercial LABO PLASTOMILL R-30, con una capacidad de la cámara de amasado de 30 cm3, suministrada por Toyo Seiki Seisaku-Sho Ltd.), y se produjo una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1. El amasado se realizó a una temperatura de 400 °C y un número de revoluciones de los rodillos en la cámara de amasado de 60 rpm durante un tiempo de 15 minutos. La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1 se sometió a una medición viscoelástica dinámica mediante un reómetro rotatorio (nombre comercial MCR 302, suministrado por Anton Paar GmbH), y se controló el valor de la viscosidad compleja n* (Pas) determinada por la medición. La medición se realizó utilizando placas paralelas con un diámetro de 8 mm a una temperatura de medición de 400 °C, una frecuencia de 1 Hz y una deformación por aplicar a la muestra del 3 %. En el Ejemplo 1, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 1, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Ejemplo 2 (Referencia)
Se preparó una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 2 amasando una mezcla mediante un procedimiento similar al del Ejemplo 1, a excepción del uso, para formar la mezcla, de 0,5 partes en peso de polvo de nanodiamante P2 en lugar del polvo de nanodiamante P1 (0,5 partes en peso). La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 2 se sometió a una medición viscoelástica dinámica para controlar una viscosidad compleja n* (Pas), como con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1. En el Ejemplo 2, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 1, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Ejemplo comparativo 1
Se preparó una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1 amasando 30 g de la misma PEEK (nombre comercial VESTAKEEP L4000G) que se usó en el Ejemplo 1, mediante la máquina de prueba de evaluación de moldeo por amasado/extrusión (nombre comercial LABO PLASTOMILL R-30, suministrada por Toyo Seiki Seisaku-Sho Ltd.). La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1 se sometió a una medición viscoelástica dinámica para controlar una viscosidad compleja n* (Pas), como con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1. En el Ejemplo comparativo 1, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 1, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Ejemplo comparativo 2
Se preparó una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2 amasando una mezcla mediante un procedimiento similar al del Ejemplo 1, a excepción del uso de 0,5 partes en peso de un compuesto fenólico impedido (nombre comercial IRGANOX 1010FF, suministrado por BASF SE) en lugar del polvo de nanodiamante P1 (0,5 partes en peso). La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2 se sometió a una medición viscoelástica dinámica para controlar una viscosidad compleja n* (Pas), como con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1. En el Ejemplo comparativo 2, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 1, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Ejemplo 3 (Referencia)
Se preparó una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 3 amasando una mezcla (30 g en total) de 100 partes en peso de poli(sulfuro de fenileno) (PPS) (nombre comercial DURAFIDE 0220A9, suministrado por Polyplastics Co., Ltd.), que es una resina termoplástica altamente resistente al calor, y 0,5 partes en peso del polvo de nanodiamante P2, mediante una máquina de prueba de evaluación de moldeo por amasado/extrusión (nombre comercial LABO PLASTOMILL R-30, con una capacidad de cámara de amasado de 30 cm3, suministrada por Toyo Seiki Seisaku-Sho Ltd.). El amasado se realizó a una temperatura de 330 °C y un número de revoluciones de los rodillos en la cámara de amasado de 60 rpm durante un tiempo de 15 minutos. La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 3 se sometió a una medición viscoelástica dinámica mediante un reómetro rotatorio (nombre comercial MCR 302, suministrado por Anton Paar GmbH) para controlar una viscosidad compleja n* (Pas) determinada por la medición. La medición se realizó utilizando placas paralelas con un diámetro de 8 mm a una temperatura de medición de 330 °C, una frecuencia de 1 Hz y una deformación por aplicar a la muestra del 3 %. En el Ejemplo 3, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 2, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Ejemplo comparativo 3
Se preparó una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 3 amasando 30 g del mismo PPS (nombre comercial DURAFIDE 0220A9) que se usó en el Ejemplo 3, mediante la máquina de prueba de evaluación de moldeo por amasado/extrusión (nombre comercial LABO PLASTOMILL R-30, suministrada por Toyo Seiki Seisaku-Sho Ltd ). La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 3 se sometió a una medición viscoelástica dinámica para controlar una viscosidad compleja n* (Pas), como con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 3. En el Ejemplo comparativo 3, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 2, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Ejemplo comparativo 4
Se preparó una composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4 amasando 30 g de una mezcla mediante un procedimiento similar al del Ejemplo 3, a excepción del uso, para formar la mezcla, 0,5 partes en peso de un compuesto fenólico impedido (nombre comercial IRGANOX 1010FF, suministrado por BASF SE) en lugar del polvo de nanodiamante P2 (0,5 partes en peso). La composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4 se sometió a una medición viscoelástica dinámica para controlar una viscosidad compleja n* (Pas), como con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 3. En el Ejemplo comparativo 4, se proporcionan una viscosidad compleja medida un minuto después y una viscosidad compleja medida una hora después, cada una desde el inicio de la medición, y una proporción de espesamiento en la Tabla 2, donde la proporción de espesamiento es un valor que se determina dividiendo la viscosidad compleja medida una hora después entre la viscosidad compleja medida un minuto después.
Evaluaciones
Los resultados presentados en la Tabla 1 demuestran que la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1 (proporción de espesamiento: 1,25), que es un material amasado de la PEEK con el polvo de nanodiamante P1, y la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 2 (proporción de espesamiento: 1,29), que es un material amasado de la PEEK con el polvo de nanodiamante P2, se somete a un menor espesamiento en un ambiente de alta temperatura, en comparación con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1 (proporción de espesamiento: 1,83), que es un material amasado de la PEEK sola, y la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2 (proporción de espesamiento: 1,81), que es un material amasado de la PEEK y el compuesto fenólico impedido. Basándose en una comparación entre el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo comparativo 2, se evalúa que el compuesto fenólico impedido en la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2 aproximadamente no logra restringir eficazmente el espesamiento. Esto probablemente se debe a que el compuesto fenólico impedido no resiste ambientes de alta temperatura en el transcurso del amasado a 400 °C para dar la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2, y en el transcurso de la medición viscoelástica dinámica a 400 °C realizada sobre la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2. El efecto de restricción del espesamiento en la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 1 indica una alta resistencia al calor del polvo de nanodiamante P1 o partículas de nanodiamante en un ambiente de alta temperatura a 400 °C. El efecto de restricción del espesamiento en la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 2 indica una alta resistencia al calor del polvo de nanodiamante P2 o partículas de nanodiamante en un ambiente de alta temperatura a 400 °C.
Los resultados presentados en la Tabla 2 demuestran que la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 3 (proporción de espesamiento: 1,27), que es un material amasado de la PPS con el polvo de nanodiamante P2 combinado, se somete a un menor espesamiento en un ambiente de alta temperatura, en comparación con la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 3 (proporción de espesamiento: 1,43), que es un material amasado de la PPS sola, y la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4 (proporción de espesamiento: 1,42), que es un material amasado de la PPS con el compuesto fenólico impedido. Basándose en una comparación entre el Ejemplo comparativo 3 y el Ejemplo comparativo 4, se evalúa que el compuesto fenólico impedido en la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4 aproximadamente no logra restringir eficazmente el espesamiento. Esto probablemente se debe a que el compuesto fenólico impedido no resiste ambientes de alta temperatura en el transcurso del amasado a 330 °C para dar la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4, y en el transcurso de la medición viscoelástica dinámica a 330 °C realizada sobre la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4. El efecto de restricción del espesamiento en la composición de resina de acuerdo con el Ejemplo 3 indica una alta resistencia al calor del polvo de nanodiamante P2 o las partículas de nanodiamante en un ambiente de alta temperatura a 330 °C.
Lista de sím bolos de referencia
10 composición de resina
11 resina termoplástica
12 partícula ND (partícula de nanodiamante)
51 etapa de formación
52 etapa de purificación
53 etapa de desaglutinación química
54 etapa de ajuste del pH
55 etapa de separación centrífuga
56 etapa de secado
Claims (8)
1. Una composición de resina que comprende:
una resina termoplástica que tiene un punto de fusión de 280 °C o mayor o una temperatura de transición vitrea de 220 °C o mayor; y
partículas de nanodiamante,
en donde las partículas de nanodiamante comprenden grupos hidroxi superficiales, y en donde las partículas de nanodiamante tienen una proporción de carbono con enlace hidroxi del 16,8 % o mayor de la totalidad del carbono en las partículas de nanodiamante.
2. La composición de resina de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las partículas de nanodiamante están presentes en una cantidad de 0,001 a 5 partes en peso por cada 100 partes en peso de la resina termoplástica.
3. La composición de resina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, en donde las partículas de nanodiamante son partículas de nanodiamante de detonación.
4. La composición de resina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde las partículas de nanodiamante comprenden grupos carboxi superficiales.
5. La composición de resina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde las partículas de nanodiamante comprenden grupos carbonilo superficiales.
6. La composición de resina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde las partículas de nanodiamante tienen una mediana del diámetro de 10 pm o menor.
7. La composición de resina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la resina termoplástica comprende al menos uno de una poli(éter cetona) aromática y un poli(sulfuro de fenileno).
8. La composición de resina de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la poli(éter cetona) aromática comprende al menos una seleccionada de la clase que consiste en:
poli(éter cetonas);
poli(éter éter cetonas);
poli(éter cetona cetonas); y
poli(éter éter cetona cetonas).
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