ES3031810A1

ES3031810A1 - Material polimerico micro- o nanocelular compactado y panel de aislamiento al vacio que comprende un nucleo de dicho material

Info

Publication number: ES3031810A1
Application number: ES202430022A
Authority: ES
Inventors: Calderon Ismael Sanchez; Garcia Victoria Bernardo; Perez Miguel Angel Rodriguez
Original assignee: Cellmat Technologies SL
Current assignee: Cellmat Technologies SL
Priority date: 2024-01-11
Filing date: 2024-01-11
Publication date: 2025-07-11
Also published as: WO2025149701A1

Abstract

Material polimérico micro- o nanocelular compactado y panel de aislamiento al vacío que comprende un núcleo de dicho material. La presente invención describe un material polimérico en forma de partículas de polvo compactadas, caracterizado porque tiene una densidad aparente de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 350 Kg/m3; en donde las partículas tienen una estructura micro- o nanocelular. Así mismo, la presente invención también describe un panel de aislamiento al vacío que comprende dicho material polimérico compactado como núcleo y una envoltura sellada que envuelve completamente el núcleo y permite mantener vacío en el interior del panel; un proceso para fabricar el material polimérico compactado; el uso del material compactado como núcleo del panel de aislamiento a vacío y el uso de dicho panel como aislante térmico.

Description

DESCRIPCIÓN

MATERIAL POLIMÉRICO MICRO- O NANOCELULAR COMPACTADO Y PANEL DE AISLAMIENTO AL VACÍO QUE COMPRENDE UN NÚCLEO DE DICHO MATERIAL

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se encuadra dentro del sector técnico de los materiales aislantes y, en particular, se dirige a un material polimérico que comprende partículas de polvo de estructura micro- o nanocelular con tamaño de celda y contenido de celda abierta específicas, donde estas partículas están compactadas entre sí formando un material polimérico compactado con una densidad aparente específica. Así mismo, la presente invención también se dirige a un panel de aislamiento al vacío (también denominado en este documento panel “VIP” según sus siglas en inglés) que comprende dicho material polimérico compactado como núcleo y una envoltura sellada que envuelve completamente el núcleo y permite mantener vacío en el interior del panel.

La invención también se dirige a un proceso para fabricar el material polimérico compactado que aquí se describe, donde dicho proceso comprende la obtención de un material polimérico micro- o nanocelular en forma de polvo y su posterior compactación.

Adicionalmente, la presente invención también se dirige al uso del material polimérico compactado como núcleo en un panel de aislamiento al vacío (VIP), y al uso de dicho panel como aislante térmico, en particular en el sector de la construcción, pero también en otros sectores como en el embalaje de material sensible a la temperatura como, por ejemplo, órganos, vacunas o medicamentos sensibles al calor; o en el sector de la refrigeración, es decir, en la fabricación de frigoríficos, cámaras o camiones frigoríficos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En los últimos años, el desarrollo económico y la mejora en el nivel de vida ha llevado a un aumento considerable en el consumo de energía, sobre todo en el sector de la construcción. En consecuencia, existe una necesidad de mejorar la eficiencia energética en el desarrollo de este sector, ya que se prevé que sin esta mejora la demanda de energía en edificios aumente un 50% de aquí a 2050. Por tanto, el sector de la construcción es crucial para lograr una economía eficiente en cuanto al uso de los recursos actuales como en la disminución de las emisiones de carbono.

Dado que hoy en día los edificios son responsables de alrededor del 40% del consumo mundial de energía y del 36% de la emisión de los gases de efecto invernadero, algunos gobiernos como la Unión Europea han establecido marcos legales para lograr la obtención de un mayor rendimiento energético en el sector de la construcción (Directiva 2010/31/UE del 19 de mayo 2010 relativa a la eficiencia energética de los edificios, Directiva 2012/27/UE del 25 octubre del 2012 relativa a la eficiencia energética, por la que se modifican las Directivas 2009/125/CE y 2010/30/UE y por la que se derogan las Directivas 2004/8/CE y 2006/32/CE, (2012)). En particular, se sabe que más del 40% de la energía utilizada en edificios se destina a la climatización de estos. Por tanto, un factor clave para reducir el consumo energético y las emisiones de CO<2>asociadas a la demanda de energía en edificios es la optimización del rendimiento mediante el aislamiento térmico de los mismos.

A este respecto, es bien conocido que el parámetro físico típicamente usado para cuantificar el rendimiento en cuanto al aislamiento térmico de un material dado es la conductividad térmica, que es una propiedad física que describe el transporte de calor a través del cuerpo de dicho material debido a un gradiente de temperatura. Así, la conductividad térmica de materiales poliméricos celulares (también denominados “espumas poliméricas”) usados para el aislamiento térmico se puede calcular como la suma de cuatro mecanismos de transferencia de calor: la conductividad térmica a través de la fase sólida, As; la conductividad térmica a través de la fase gaseosa, Ag; la conductividad térmica por radiación, Ar; y la conductividad térmica por convención, Ac. Sin embargo, en aquellos materiales que presentan un tamaño de poro por debajo de 4 mm, como es el caso de la mayoría de los materiales usados como aislantes térmicos en el mercado, la convección es insignificante y, por tanto, se considera que la conductividad térmica para este tipo de materiales aislantes viene determinada por la suma de los valores de As, Ag y Ar (Ecuación 1).

Actualmente, materiales que se usan en el sector de la construcción como poliuretanos (PU), lana mineral, poliestireno expandido (EPS) y espuma de poliestireno extruida (XPS), presentan valores de conductividad térmica en torno a aproximadamente 25-40 mW/(m K). Para obtener una mejora en la capacidad del aislamiento térmico de estos materiales, de manera que éstos cumplan con la legislación actual, en particular con las directivas de la Unión Europea mencionadas anteriormente, se están abordando diferentes estrategias. Por un lado, una de las posibles soluciones consiste en aumentar el espesor de la capa de aislamiento de materiales aislantes convencionales. Sin embargo, esto implica el uso de cantidades significativamente mayores de material, lo que, a su vez, supone una mayor emisión de CO<2>al medio ambiente, así como una reducción del área útil en los edificios. Por otro lado, otra estrategia consiste en desarrollar nuevos aislantes térmicos que presenten valores de conductividad térmica más baja. Esta estrategia resulta más prometedora ya que permitirá no solo ahorrar energía sino también extender el área útil en edificios, obteniéndose un mismo aislamiento térmico con un espesor reducido. Por lo tanto, la obtención de nuevos aislantes térmicos resulta una tarea obligatoria para mejorar la eficiencia de la energía en el sector de la construcción.

En los últimos años, existe un creciente interés en el desarrollo de polímeros nanocelulares (es decir, polímeros con celdas o poros de tamaño inferior a 1 micra) como nuevos materiales aislantes térmicos debido a la ventajosa combinación de sus propiedades. En particular, este tipo de materiales presentan un peso ligero, tienen un bajo coste, son reciclables, presentan una conducción térmica reducida a través de la fase gaseosa, y propiedades mecánicas mejoradas. Así, una de las propiedades más relevantes de este tipo de polímeros nanocelulares es que presentan un valor reducido de conductividad térmica a través de la fase gas debido al efecto Knudsen(B. Notario, J. Pinto, E. Solorzano, J.A. de Saja, M. Dumon, M.A. Rodriguez-Perez, Experimental validation o f the Knudsen effect in nanocellular polymeric foams, Polymer (Guildf). 56 (2015) 57-67).Debido a este efecto, la conductividad térmica de la fase gaseosa dentro de los poros puede presentar valores incluso más bajos que los valores de conductividad térmica obtenidos en el aire, 24,4 mW/(m-K) a 10°C(Forest, C., Chaumont, P., Cassagnau, P., Swoboda, B., & Sonntag, P (2015). Polymer nano-foams for insulating applications prepared from CO2 foaming. Progress in Polymer Science, 41, 122-145).

Sin embargo, la producción de polímeros nanocelulares es todavía un reto, especialmente en lo que se refiere a polímeros nanocelulares de baja densidad.Además, los procesos de fabricación se encuentran limitados principalmente a escala laboratorio, mientras que la producción de muestras de mayores dimensiones supone una tarea compleja. Por ello, muchos autores han intentado predecir de una manera teórica las propiedades térmicas de estos materiales. Por ejemplo, Wang y col.(G. Wang, C. Wang, J. Zhao, G. Wang, C.B. Park, G. Zhao, Modelling of thermal transport through a nanocellular polymer foam: Toward the generation of a new superinsulating material, Nanoscale. 9 (2017))modelaron matematicamente el transporte térmico a través de un polímero nanocelular. Su modelo proponía que la contribución de la radiación empezaba a ser muy significativa en polímeros nanocelulares con baja densidad. Así, predijeron que la conductividad mínima que se podía obtener con estos materiales no es tan baja como se esperaba. Por otro lado, Buahom y col.(P. Buahom, C. Wang, M. Alshrah, G. Wang,PGong, M. P Tran, C. B. Park. Wrong expectation of superinsulation behavior from largely-expanded nanocellular foams, Nanoscale. 12(2020) 13064-13085)describe un modelo matemático para predecir la conductividad térmica de espumas poliméricas microcelulares y nanocelulares tales como espumas de poliestireno (PS) y espumas de polimetilmetacrilato (PMMA), en donde dichos materiales presentaban diferentes densidades relativas y diferentes tamaños de celda. En particular, estos autores encontraron un valor mínimo de conductividad térmica de 37 mW/(m-K) medida a 27°C (300 K) para el caso de PMMA nanocelular con una densidad relativa de 0,1 y un tamaño de celda de 100 nm. Recientemente, los inventores de la presente solicitud de patente han probado con resultados experimentales y mediante modelización que la conductividad térmica de los polímeros nanocelulares podría estar limitada a valores más altos de 34 mW/(m K) (a 10 °C) o de 37 mW/(m K) (a 20 °C), incluso en el caso de muestras que presentan valores bajos de densidad(I. Sanchez-Calderón, V. Bernardo, J. Martín-de-León, M. Á. Rodriguez-Perez. Thermal conductivity of low-density micro- and nanocellular poly(methyl-methacrylate) (PMMA): Experimental and modeling, Mater Des. 221 (2022) 110938).

Por otro lado, los paneles de aislamiento al vacío (VIP según sus siglas en inglés, “Vacuum Insulation Panel”) son super aislantes térmicos. Un super aislante térmico se caracteriza por tener una conductividad térmica inferior a la del aire (24,4 mW /(mK) a 10 °C). Un panel VIP puede ser descrito como un panel que comprende un material poroso (núcleo) que ha sido evacuado situado dentro de un envoltorio cerrado de forma que permite mantener vacío en el interior del panel. En particular, los paneles VIP son los materiales aislantes que exhiben menor conductividad térmica en el mercado, presentando conductividades térmicas entre 4 -10 mW/(mK). Esta baja conductividad térmica se debe a que, al realizar vacío en el núcleo, se suprime la conducción a través de la fase gaseosa, reduciendo drásticamente la conductividad. Sin embargo, los VIP conocidos hasta la fecha presentan grandes problemas como son su alto coste y reciclabilidad, dado que usualmente el núcleo está formado por polvos de sílice. Por ejemplo, la sílice pirógena es uno de los materiales porosos más utilizados. Este material poroso se mezcla con distintas fibras y aditivos para dar lugar a un panel VIP que presenta algunas desventajas. En particular, la sílice pirógena es un material de elevado coste, de difícil procesabilidad y que genera problemas para la salud humana.

Los trabajos realizados hasta la fecha en relación con polímeros nanocelulares han mostrado que los valores de conductividad térmica que pueden alcanzar estos polímeros resultan mucho más altos que los valores obtenidos para otros materiales nanoporosos tales como los aerogeles. Se cree que esto es debido a que, a pesar de la disminución en cuanto a la conducción en fase gaseosa al disminuir el tamaño de celda a la escala nano, la contribución de los otros dos mecanismos de transferencia del calor (radiación y conducción a través de la fase sólida) aumentan el valor total de la conductividad térmica. De hecho, los inventores de la presente invención han desarrollado un modelo semi empírico para predecir la conductividad térmica de polimetilmetacrilato, PMMA, de baja densidad microcelular y nanocelular y han probado que la transferencia de calor por radiación es un factor que afecta enormemente cuando la densidad y el tamaño de celda disminuyen (/.Sánchez-Calderón, V. Bernardo, J. Martín-de-León, M. Á. Rodríguez-Pérez. Thermal conductivity o f low-density micro and nanocellular poly(methyl-methacrylate) (PMMA): Experimental and modeling. Mater Des. 221 (2022) 110938).Además, también se vio que la conducción a través de la fase sólida tenía una gran influencia sobre los valores de conductividad térmica esperados.

En vista de lo anterior, queda claro que existe una creciente necesidad de desarrollar materiales aislantes térmicos mejorados que cumplan con las actuales legislaciones medioambientales dado que los materiales aislantes convencionales, tales como XPS o PU, ya se encuentran en los límites de sus posibilidades.

Como se ha mencionado anteriormente, los polímeros nanocelulares, caracterizados por presentar un tamaño de celda inferior a 1 pm representan una atractiva alternativa a los materiales actualmente en el mercado debido a la combinación de sus propiedades. Sin embargo, existen todavía algunos retos pendientes que se necesitan abordar para aprovechar al máximo el potencial de estos polímeros nanocelulares tales como la disminución de la conducción térmica a través de la fase sólida y por radiación, así como la fabricación de estos materiales de baja densidad a gran escala.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Un aspecto de la presente invención se refiere a un material polimérico en forma de partículas de polvo compactadas, en donde el material tiene una densidad aparente de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 350 Kg/m3; y en donde las partículas tienen una estructura celular con un tamaño de celda de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 jm ; y un contendido de celda abierta de aproximadamente el 80%, preferentemente mayor de aproximadamente el 90%.

El material polimérico en forma de partículas de polvo compactadas de la presente invención (también denominado en este documento como “material polimérico compactado” o “material polimérico micro- o nanocelular compactado”) presenta la gran ventaja de que puede utilizarse como núcleo en un panel de aislamiento al vacío, también conocido en el sector como “panel VIP” o “VIP” por sus siglas en inglés (Vacuum Insulation Panel). Este panel presenta una conductividad térmica sorprendentemente baja, en particular, puede presentar una conductividad térmica, medida en condiciones de temperatura de 10°C y presión a vacío de 0,02 mbar (0,002 kPa), de aproximadamente 6 mW/(m K) a aproximadamente 25 mW/(m K), preferentemente de aproximadamente 6 mW/(m K) a 15 mW/(m-K); pudiendo llegar a ser aún menor, en particular de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 22 mW/(mK), preferentemente de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 12 mW/(mK), cuando el material polimérico compactado de la invención comprende al menos un agente bloqueador de la radiación infrarroja.

Esta reducida conductividad se puede conseguir incluso a partir de materiales poliméricos microcelulares (es decir, con un tamaño de poro promedio de aproximadamente 1 jm a aproximadamente 10 |jm), que son más fáciles de obtener con bajas densidades que los nanocelulares. Además, la obtención del material polimérico compactado a partir de un material polimérico micro- o nanocelular en polvo como el que se describe en la presente invención permite obtener fácilmente paneles VIP con una gran variedad de dimensiones y geometrías, lo que supone una ventaja adicional en la fabricación a escala industrial de estos paneles.

En el contexto de la presente invención debe entenderse que los términos “material polimérico en forma de partículas de polvo compactadas”, “material polimérico compactado” y “material polimérico micro- o nanocelular compactado” son intercambiables y hacen referencia a un material polimérico, en particular con la composición que se describe en este documento, que comprende partículas de polvo de dicho material, preferentemente con un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 jm a aproximadamente 500 jm , más preferentemente de aproximadamente 5 jm a aproximadamente 200 jm , que han sido sometidas a un proceso de compactación, de forma que estas partículas de polvo están unidas entre sí de forma que el espacio entre ellas se ha reducido significativamente, pudiéndose llegar a suprimir completamente. Además, las partículas del material polimérico compactado que aquí se describe presentan una estructura interna micro- o nanocelular porosa con un tamaño de celda o de poro de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 jm y un contendido de celda abierta mayor de aproximadamente 80%, preferentemente mayor de aproximadamente 90%.

De esta forma, el material polimérico compactado de la presente invención puede presentar una gran variedad de formas y geometrías macroscópicas, pudiendo llegar a obtenerse piezas autoportantes de grandes dimensiones.

El material polimérico micro- o nanocelular compactado objecto de esta invención puede obtenerse por compactación de un material polimérico en forma polvo tal como se describe en este documento. Este proceso de compactación puede llevarse a cabo por métodos conocidos por el experto en la materia, tales como, por ejemplo, pero sin carácter limitante, mediante la utilización de la prensa de placa caliente, en donde la temperatura, presión y la duración del proceso pueden establecerse fácilmente en función del polímero o polímeros comprendidos en la matriz polimérica. Así, por ejemplo, si la matriz polimérica está formada por PMMA, la compactación puede tener lugar a una temperatura de aproximadamente 70-90°C, preferentemente 80 °C, durante un periodo de tiempo de aproximadamente 15-60 minutos, preferentemente 30 minutos, a una presión de aproximadamente 5-20 MPa, preferentemente 13,6 MPa.

La densidad aparente del material polimérico compactado que aquí se describe es de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 350 Kg/m3, preferentemente de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 250 Kg/m3, y más preferentemente de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 150 Kg/m3.

La densidad aparente del material compactado de acuerdo a la presente invención puede obtenerse de acuerdo a la normativa UNE-EN 1602:2013 midiendo el volumen geométrico (V) y la masa (m) de la fracción de material compactado de interés (Papp=m/V).

El material polimérico micro- o nanocelular compactado que aquí se describe presenta partículas de estructura celular con celdas de un tamaño promedio de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 pm. De forma más específica, los materiales poliméricos con partículas que tienen una estructura interna formada por celdas de tamaño promedio inferior a 1 pm se denominan “nanocelulares”, mientras que los materiales con partículas que tienen celdas de tamaño promedio entre 1 pm y 10 pm se denominan “microcelulares”.

Además, en el contexto de la invención por “celda” se denomina a los poros que conforman la estructura interna del material polimérico en cuestión, y por ello, los términos “celda” o “poro” se pueden usar indistintamente. De forma más específica, en el caso particular del material polimérico compactado de la presente invención, este término hace referencia a los poros que conforman la estructura interna de las partículas que forman dicho material.

La estructura celular del material polimérico compactado de acuerdo a la invención se puede analizar mediante microscopia electrónica de barrido (SEM). Por ejemplo, se puede utilizar un microscopio electrónico de barrido SEM (FlexSEM 1000 VP-SEM).

Para ello las muestras se pueden enfriar con nitrógeno líquido y fracturar manteniendo así la estructura de la celda para su posterior visualización microscópica. Además, las muestras se pueden cubrir con oro mediante pulverización catódica (modelo SCD 005, Balzers Union). Para obtener un análisis completo de la estructura celular, se pueden determinar varios parámetros mediante SEM. Además, se puede combinar las imágenes de microscopia electrónica de barrido con un software de análisis de imagen, como por ejemplo ImageJ/FIJI que permite obtener el tamaño medio de la celda en 3D ($<3d>), la distribución de la celda, y el coeficiente de desviación estándar. Los datos obtenidos corresponden a un análisis 2D y se pueden corregir al aplicar un factor de corrección de 1.273 a los valores bidimensionales medidos en la micrografía obtenida por SEM para obtener los valores 3D (J.Pinto, E. Solórzano, M.A. Rodriguez-Perez, J.A. De Saja, Characterization of the cellular structure based on user-interactive image analysis procedures, J. Cell. Plast. 49 (2013) 555-575).

El material polimérico compactado de la presente invención comprende partículas de estructura celular que presentan un tamaño de celda promedio de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 pm, preferentemente de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 5 micras, más preferentemente de aproximadamente 500 nm a aproximadamente 2 micras. Dicho tamaño de celda aporta características beneficiosas al material polimérico tales como reducción de la conducción de calor a través de la fase gaseosa debido a la aparición del efecto Knudsen.

En el contexto de la invención, se entiende por “contenido de celda abierta” a la interconexión entre las celdas del material polimérico celular. Esta interconexión se puede dar por la ausencia de paredes en las celdas o la presencia de agujeros en las paredes de estas. En el caso particular del material polimérico compactado de la presente invención, este término hace referencia a la interconexión entre las celdas en la estructura interna de las partículas que forman dicho material.

El contenido de celda abierta (OC, según sus siglas en inglés) de los materiales de acuerdo a la invención se puede determinar mediante la normativa ISO 4590:2016, a partir de la siguiente ecuación, usando por ejemplo un picnómetro de gases (en particular, modelo AccuPyc II 1340, Micromeritics).

en donde V es el volumen geométrico, y Vpyc es el volumen obtenido mediante la medida del picnómetro. Vpyc se puede determinar usando una presión de 19,5 psig (134,5 KPa). El gas utilizado puede ser N<2>.

Los inventores encontraron que el material polimérico compactado de la invención con un contenido de celda abierta mayor de aproximadamente 80%, preferentemente mayor de aproximadamente 90%, resulta altamente beneficioso en lo que respecta a sus propiedades dado que permite la extracción de la fase gaseosa del interior de las celdas al aplicar presión de vacío, lo que resulta particularmente ventajoso para obtener los paneles VIP de la invención.

En realizaciones particulares, el material polimérico compactado de la presente invención se puede obtener por compactación de un material polimérico en forma de polvo con un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 500 pm, preferentemente de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 200 pm.

El tamaño de las partículas de polvo se puede reducir ligeramente durante el proceso de compactación, aunque este efecto generalmente es insignificante. Así, en realizaciones particulares, el material polimérico compactado de la presente invención puede comprender partículas de polvo con un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 500 pm, preferentemente de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 200 pm.

El tamaño de partícula promedio de las partículas compactadas puede determinarse mediante técnicas habituales para la determinación del tamaño de partícula en materiales en forma de polvo, tales como el análisis de imagen, la tomografía o la difracción laser. En particular, se puede obtener mediante un analizador del tamaño de partícula LS13320 (Beckman Coulter).

En el contexto de la presente invención, el material polimérico compactado comprende una matriz polimérica que puede estar formada por uno o más polímeros amorfos, elastómeros termoplásticos y/o polímeros semicristalinos. En realizaciones particulares, la matriz polimérica puede comprender uno o más polímeros seleccionados del grupo que consiste en:

- polímeros amorfos seleccionados entre polimetilmetacrilato (PMMA), poliestireno (PS), polieterimida (PEI), policarbonato (PC) y polifenilsulfona (PSU);

- elastómeros termoplásticos seleccionados entre poliuretano termoplástico (TPU), poliolefina termoplástica (TPO) y poliéter poliamida termoplástica (PEBA);

- polímeros semicristalinos seleccionados entre polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE), etilvinilacetato (EVA) y polipropileno (PP); y

- una combinación de los anteriores.

En realizaciones preferentes de la presente invención, la matriz polimérica comprende PMMA o PS, más preferentemente PMMA.

En el contexto de la invención, el polímero o combinación de polímeros de la matriz polimérica es el componente mayoritario en el material polimérico compactado, así como también en un material polimérico en polvo o el material polimérico de partida (ej.: placa, lámina o perlitas) utilizado para obtener dicho material polimérico compactado. Este polímero o combinación de polímeros puede estar comprendido en una cantidad que va de aproximadamente 70% en peso a aproximadamente 100% en peso, preferentemente de aproximadamente 85% en peso y aproximadamente 98% en peso, todos los porcentajes expresados en peso respecto al peso total del material polimérico al que se esté haciendo referencia.

El material polimérico compactado de acuerdo a la invención puede comprender además al menos un agente nucleante en la matriz polimérica, en particular nanopartículas o polímeros orgánicos. El agente nucleante puede estar seleccionado de entre el grupo que consiste en:

- nanopartículas seleccionadas entre nanosílice, nanoarcilla, sepiolitas nanométricas y nanofibras;

- polímeros orgánicos seleccionados entre copolímeros acrílicos en bloque, copolímeros de estireno en bloque, y elastómeros termoplásticos; y

- una combinación de los anteriores.

La adición de al menos un agente nucleante en la fabricación de un material polimérico con estructura micro- o nanocelular (también denominado “material polimérico de partida” en este documento) permite mejorar la tasa de nucleación (número de celdas por cm3) del material polimérico obtenido y como consecuencia reducir el tamaño de celda, permitiendo alcanzar celdas nanométricas en algunos sistemas en los que el polímero de partida no lo permitiría, o permitiendo obtener estructuras nanométricas en condiciones de proceso menos exigentes que las necesarias cuando se utiliza la misma matriz polimérica sin agente nucleante. En particular al utilizarse un agente nucleante se requieren menores presiones durante la saturación en el proceso de espumado por disolución de gas. Esta estructura nanométrica del material polimérico de partida se mantiene en el material polimérico compactado de la presente invención, en particular cuando dicho material se obtiene por procesos de micronizado y compactación como los descritos en este documento.

En el contexto de la invención, el agente nucleante puede estar comprendido en la matriz polimérica en el material polimérico compactado, así como también en la matriz polimérica de un material polimérico en polvo o de partida (ej.: placa, lámina o perlitas) utilizado para obtener dicho material polimérico compactado, en una cantidad que va de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 5% en peso, preferentemente de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 2% en peso, más preferentemente de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 1%, todos los porcentajes expresados en peso de agente nucleante respecto al peso total del material polimérico al que se esté haciendo referencia.

En realizaciones preferentes, el material polimérico compactado que aquí se describe comprende una matriz de PMMA; presenta una densidad aparente de aproximadamente 50 kg/m3 a aproximadamente 250 kg/m3, en particular aproximadamente 200 kg/m3 o aproximadamente 80 kg/m3; y comprende partículas de polvo compactadas de estructura interna celular con un tamaño de celda promedio de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 5 micras, preferiblemente aproximadamente 3 micras; y un contenido de celda abierta superior a aproximadamente 80%, preferiblemente superior a aproximadamente 90%.

En otras realizaciones preferentes de la invención, el material polimérico compactado comprende el polímero PMMA y copolímero acrílico en bloque PMMA-PBA-PMMA (PBA: polibutilacrilato) como agente nucleante, donde la proporción en peso polímero: agente nucleante es 99,95:0,05. Este material polimérico compactado presenta una densidad aparente de aproximadamente 180 kg/m3, y comprende partículas de polvo compactadas de estructura interna celular con un tamaño de celda promedio de aproximadamente 800 nm, y un contenido de celda abierta de aproximadamente 90%.

Además, el material polimérico compactado que aquí se describe puede comprender un agente bloqueador de la radiación infrarroja (IR), también conocido en el sector de la invención como opacificador, lo que permite reducir la conductividad térmica debida a la radiación, mejorando así su capacidad como aislante térmico, así como la de un panel VIP donde el núcleo comprenda dicho material polimérico compactado.

Este agente bloqueador de la radiación IR puede estar incorporado en la matriz polimérica, es decir, se puede añadir durante el proceso de fabricación del material polimérico micro- o nanocelular de partida (ej.: lámina, placa o perlitas). Sin embargo, la presente invención también permite que el material polimérico compactado comprenda un material basado en una matriz polimérica mezclada de forma física con uno o más agentes bloqueadores de la radiación infrarroja. Así, por ejemplo, el material polimérico compactado de la invención se puede obtener fácilmente mezclando, antes del proceso de compactación, uno o más agentes bloqueadores de la radiación IR en forma de polvo con un material polimérico en polvo, donde este material comprende una matriz polimérica y, opcionalmente, aditivos adicionales tal como se describe en este documento.

En realizaciones particulares de la invención, el agente bloqueador de la radiación infrarroja puede seleccionarse del grupo que consiste en grafito, negro de carbono, carburo de silicio, óxido de titanio, grafeno, nanotubos de carbono y una combinación de los anteriores; preferentemente es carburo de silicio.

En el contexto de la invención, el agente bloqueador de la radiación infrarroja puede estar comprendido en el material polimérico compactado en una cantidad de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 30%, preferentemente de aproximadamente 5% a aproximadamente 15%, todos los porcentajes expresados en peso de agente bloqueador de la radiación infrarroja respecto al peso total del material polimérico compactado.

La presencia de un agente bloqueador de la radiación infrarroja en el material polimérico de la invención permite una reducción del valor de conductividad térmica de dicho material de hasta 5 mW/(m-K). Por ejemplo, el material polimérico compactado de la invención puede pasar de presentar valores de aproximadamente 30-50 m W /(mK) a aproximadamente 25-45 mW/(mK), medida a una temperatura de 10°C y presión de 1013 mbar (101,3 kPa), cuando este comprende PMMA como polímero y un agente bloqueador de la radiación infrarroja tal como carburo de silicio, en particular, el material polimérico compactado también puede comprender un agente nucleante y la proporción en peso de polímero/agente nucleante/agente bloqueador puede ser de 89,95: 0,05: 10,00, respectivamente.

El material polimérico compactado de la presente invención puede comprender otros aditivos adicionales tales como colorantes, desecantes, absorbentes, agentes retardantes de llama, aditivos de baja conductividad térmica o una combinación de los anteriores. Estos aditivos adicionales permiten mejorar las propiedades del material polimérico de acuerdo con la presente invención. Por ejemplo, la presencia de agentes retardantes de llama mejora el comportamiento ignifugo de los materiales poliméricos compactados, los colorantes mejoran su aspecto físico, los desecantes contribuyen a reducir la cantidad de agua que estos presentan, mientras que los aditivos de baja conductividad térmica permiten reducir aún más la conductividad térmica del panel.

Los colorantes pueden ser colorantes inorgánicos, en particular óxidos tales como el óxido de calcio, óxidos de hierro, u óxidos de cromo, o pueden ser colorantes orgánicos como compuestos aromáticos.

Desecantes adecuados en el contexto de la invención pueden ser, por ejemplo, y sin carácter limitante, silica gel o sílice pirogénica.

Absorbentes adecuados en el contexto de la invención pueden ser, por ejemplo y sin carácter limitante, zeolitas, carbón activado o aleaciones metálicas.

Los agentes retardantes de llama que se pueden usar de acuerdo a la invención pueden ser hidróxidos metálicos, compuestos halógenos, compuestos intumescentes o compuestos no halógenos.

Aditivos adicionales de baja conductividad térmica pueden ser, por ejemplo, sílices o aerogeles en polvo.

Tal como se ha mencionado anteriormente, la presente invención permite que el material polimérico compactado comprenda una matriz polimérica mezclada con uno o varios aditivos adicionales, ya que este material compactado se puede obtener fácilmente mezclando, antes del proceso de compactación, uno o varios aditivos adicionales en forma de polvo con un material polimérico en polvo, donde este material comprende una matriz polimérica y, opcionalmente, un agente bloqueador de la radiación IR y/u otros aditivos adicionales tal como se describe en este documento.

En el contexto de la invención, cualquiera de estos aditivos adicionales puede estar comprendido en el material polimérico compactado en una cantidad igual o inferior a aproximadamente el 10%, preferentemente igual o inferior a aproximadamente el 5%, todos los porcentajes expresados en peso respecto al peso total del material polimérico.

Así, el material polimérico compactado de acuerdo a la presente invención puede presentar una composición en la que el componente mayoritario es el polímero o combinación de polímeros de la matriz polimérica, comprendiendo además uno o más de los componentes adicionales descritos anteriormente tales como agentes nucleantes, agentes bloqueadores de la radiación infrarroja y/o aditivos adicionales. De estar presente, el agente nucleante se encuentra comprendido en la matriz polimérica, mientras que el agente bloqueador de la radiación infrarroja y/o cualquier aditivo adicional tal como se describe en este documento pueden estar comprendidos en la matriz polimérica y/o pueden mezclarse con dicha matriz (en polvo) durante el proceso de fabricación del material polimérico compactado de la invención. Por ejemplo, el material polimérico que se describe en este documento puede comprender una mezcla de cualquiera de los polímeros descritos anteriormente, preferiblemente PMMA, un agente nucleante y un bloqueador de la radiación infrarroja en una proporción en peso aproximadamente 89,95: 0,05: 10,00, respectivamente.

En realizaciones más particulares de la invención, el material polimérico compactado puede comprender una matriz polimérica de PMMA, copolímero PMMA/PBA/PMMA como agente nucleante, carburo de silicio como bloqueador de la radiación infrarroja y un retardante de llama no halogenado, donde estos componentes se encuentran presente en el material polimérico en una proporción en peso de aproximadamente 84 % a aproximadamente 90 % de PMMA; de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 0,5 % del agente nucleante, preferentemente de aproximadamente 0,05 % a aproximadamente 0,1% del agente nucleante; de aproximadamente 9,9 % a aproximadamente 14,5 % de agente bloqueador de la radiación infrarroja; y de aproximadamente 0,9 % a aproximadamente 0,95 % del agente retardante, todas las cantidades expresadas en peso respecto al peso total del material polimérico.

Los inventores sorprendentemente encontraron que el material polimérico compactado de acuerdo a la presente invención presenta unas propiedades mejoradas con respecto a otros materiales poliméricos que se encuentran actualmente en el mercado. En particular, cuando el material polimérico compactado que aquí se describe se somete a condiciones de vacío presenta valores de conductividad térmica de aproximadamente 6 mW/(m K) a aproximadamente 25 mW/(m-K), preferentemente de aproximadamente 6 mW/(m K) a 15 mW/(m K), medida a una temperatura de 10 °C y presión de vacío de 0,02 mbar (0,002 kPa). En consecuencia, el material polimérico compactado de la presente invención resulta particularmente adecuado para utilizarse como núcleo en paneles VIP.

En realizaciones particulares en las que el material polimérico compactado comprende al menos un agente bloqueador de la radiación IR tal como se describe en este documento, la conductividad térmica, medida en condiciones de temperatura de 10°C y presión de 0,02 mbar (0,002 kPa), puede ser de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 22 mW/(mK), preferentemente de aproximadamente 4 m W /(mK) a aproximadamente 12 mW/(mK).

Los valores de conductividades térmicas de todos los materiales de acuerdo a la presente invención se pueden determinar de acuerdo a los estándares ASTM C518 y la norma ISO 8301:1991 medidos a temperatura de 10°C y presión atmosférica (considerado como 1013 mbar (101,3 kPa)), o presión a vacío, en particular a una presión de 0,02 mbar (0,002 kPa), en particular mediante un conductímetro estacionario modelo FOX 200 de TA Instruments.

De esta manera, los inventores encontraron sorprendentemente que la disminución en los valores de conductividad térmica medida a 10°C al someter al material polimérico compactado a vacío era mayor a la esperada. Sin estar vinculados a ninguna teoría, se considera que esto es resultado de extraer la fase gaseosa del material al someterlo a una presión a vacío (de aproximadamente 0,02 mbar (0,002 kPa) a aproximadamente 10 mbar (1 kPa)). En particular, se encontró una disminución en la conductividad de aproximadamente 25 mW/(m-K) a aproximadamente 35 mW/(m-K). Mientras que la disminución de los valores de conductividad térmica observados al someter a presión a vacío materiales nanocelulares de partida (no partículas de polvo compactadas), los cuales presentaban una fase sólida continua y similares valores de densidad y tamaño de celda, teniendo en cuenta la conducción a través de la fase gaseosa y el efecto Knudsen, era de aproximadamente 10 mW /(mK) a aproximadamente 20 m W /(mK) (I.Sánchez-Calderón, V. Bernardo, J. Martín-de-León, M.Á. Rodríguez-Pérez, Thermal conductivity o f low-density micro-and nanocellular poly(methyl-methacrylate) (PMMA): Experimental and modeling, Mater. Des. 221 (2022) 110938).Por lo tanto, la disminución observada en los valores de conductividad térmica en el material polimérico compactado de acuerdo a la invención era casi el doble de la esperada, por lo que los inventores de la presente invención concluyeron, sin estar sujeto a ninguna teoría, que debía existir un mecanismo de transferencia de calor adicional asociado a la fase gaseosa del material polimérico compactado de la presente invención.

Como se ha mencionado anteriormente, la conductividad térmica de un material cuyo tamaño de poro o celda es inferior a 4 mm viene definida en base a un total de tres mecanismos: la conductividad térmica a través de la fase gaseosa, la conductividad térmica a través de la fase sólida y la conductividad térmica por radiación. Todas ellas se pueden considerar aditivas en primera aproximación.

En el material polimérico micronizado que aquí se describe, sin estar sujetos a ninguna teoría, los inventores consideran que la menor densidad del material polimérico en forma de polvo, así como la presencia de puntos de contacto entre las partículas de polvo que proporcionan una resistencia térmica adicional, dan lugar a una disminución de la conductividad térmica a través de la fase sólida, As. Así mismo, la estructura discontinua del material polimérico celular de la invención, donde las partículas de polvo forman huecos micrométricos entre ellas que pueden actuar como puntos de dispersión de la radiación, da lugar a una disminución de la conductividad térmica debido a la radiación, Ar. Sin embargo, la fracción de conductividad térmica a través de la fase gaseosa aumenta en el material polimérico micro- o nanocelular en polvo de la invención, ya que esta fracción se puede dividir a su vez en dos: conducción a través de las celdas, Ag,c y un nuevo mecanismo de conducción a través de los huecos (espacio entre las partículas de polvo), Ag,v.

Además, sin estar sujeto a ninguna teoría, los inventores consideran que la presencia de las partículas micrométricas del material polimérico micronizado induce a un nuevo mecanismo inesperado de transferencia de calor: un efecto de acoplamiento debido a la transferencia de calor entre la fase sólida y gaseosa, Acoup. Como consecuencia de este nuevo mecanismo, la conductividad térmica del material en forma de polvo y del material de partida (no micronizado) suelen ser muy similares.

Los inventores también consideran, igualmente sin estar vinculados a ninguna teoría, que los dos nuevos componentes de la conductividad térmica mencionados anteriormente: la conducción a través de los espacios entre las partículas de polvo, Ag,v, y el efecto de acoplamiento debido a la transferencia de calor entre la fase sólida y gaseosa, Acoup, se reducen significativamente (pudiendo llegar a suprimirse) cuando el material polimérico micronizado que aquí se describe se compacta y se somete a presión de vacío para obtener los paneles VIP de la presente invención, dando lugar a una conductividad térmica resultante sorprendentemente baja, en particular, de aproximadamente 6 mW/(m K) a aproximadamente 25 mW/(m K), preferentemente de aproximadamente 6 mW/(m K) a aproximadamente 15 mW/(m-K), medida en condiciones de temperatura de 10°C y presión de 0,02 mbar (0,002 kPa); pudiendo llegar a ser incluso menor, en particular, de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 22 mW/(m K), preferentemente de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 12 mW/(mK), cuando el material polimérico compactado comprende al menos un agente bloqueador de la radiación infrarroja tal como se describe en este documento.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un proceso de fabricación del material polimérico compactado tal como se describe en este documento, donde dicho proceso comprende las siguientes etapas:

a) obtener un material polimérico en forma de polvo, donde dicho material comprende al menos un polímero y, opcionalmente, al menos un componente adicional seleccionado entre agente nucleante, bloqueador de la radiación infrarroja, aditivo adicional y una combinación de estos, y donde este material polimérico en forma de polvo tiene:

- un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 500 pm, preferentemente de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 200 pm;

- una densidad aparente de aproximadamente 25 kg/m3 a aproximadamente 250 kg/m3;

- una estructura celular con un tamaño de celda de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 jm ; y un contenido de celda abierta mayor de aproximadamente 80%, preferentemente mayor de aproximadamente 90%; y b) compactar el material polimérico en forma de polvo obtenido en la etapa a) para obtener un material polimérico compactado.

El material polimérico en forma de polvo de la etapa a) se puede obtener mediante micronización u otra técnica convencional de reducción del tamaño de partícula del material micro- o nanocelular de partida (por ejemplo, una lámina, placa o perlitas). En consecuencia, en el contexto de la invención se denominará indistintamente “material polimérico en forma de polvo” o “material polimérico micronizado”. Así mismo, este material polimérico puede tener una estructura micro- o nanocelular (con un tamaño de celda de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 jm ), por lo que también se puede denominar en el contexto de la invención como “material polimérico micro- o nanocelular en forma de polvo” o “material polimérico micro- o nanocelular micronizado”.

En realizaciones particulares, la etapa a) puede comprender utilizar nitrógeno líquido para congelar un material polimérico micro- o nanocelular de partida (por ejemplo, una placa, lámina o perlitas) antes del proceso de molienda o micronizado. El material polimérico de partida puede necesitar ser pre-molido o pre-triturado, obteniéndose así un material del tamaño adecuado para su subsecuente molienda o micronizado para obtener un polvo con tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 jm a aproximadamente 500 jm , preferentemente de aproximadamente 5 jm a aproximadamente 200 jm . La estructura celular del material polimérico de partida se mantiene tras el proceso de micronizado o molienda, incluso para materiales microcelulares, pudiéndose aumentar el porcentaje de celda abierta, lo que resulta ventajoso para utilizar el material polimérico compactado de la presente invención como núcleo en paneles de aislamiento al vacío.

Una ventaja adicional del proceso de fabricación de la presente invención es que permite la incorporación del agente bloqueador de radiación IR y/o de cualquier otro aditivo adicional que pueda resultar de interés, por simple mezcla de la matriz polimérica en forma de polvo con el agente bloqueador de la radiación IR y/o el aditivo en cuestión, dando como resultado el material polimérico micro- o nanocelular en forma de polvo que aquí se describe. De esta forma, a excepción del agente nucleante, no es necesario incluir dicho componente adicional en la fabricación del material polimérico micro- o nanocelular de partida (proceso de espumado), sino que se puede añadir mediante simple mezclado tras el proceso de micronización u otro procedimiento convencional para reducir el tamaño de partícula promedio de la matriz polimérica celular a los valores establecidos en este documento. Así, el material polimérico en forma de polvo puede comprender partículas de polvo de una matriz polimérica micro- o nanocelular formada por uno o más polímeros y, opcionalmente, uno o más agentes nucleantes; en combinación con partículas de polvo de al menos un bloqueador de la radiación IR y uno o más aditivos adicionales tal como se define en este documento. El tamaño de partícula promedio del agente bloqueador de la radiación IR y/o de los aditivos adicionales es preferentemente menor o igual que el tamaño de las partículas de la matriz polimérica en forma de polvo para permitir un buen compactado de la mezcla resultante. En realizaciones particulares, el agente bloqueador de la radiación IR y/o los aditivos adicionales que se mezclan con la matriz polimérica micro- o nanocelular para obtener el material polimérico en forma de polvo tiene un tamaño de partícula promedio inferior a 500 micras, más preferentemente, inferior a 200 micras.

En el contexto de la invención, sin embargo, la matriz polimérica del material polimérico micronizado puede comprender, además de uno o más polímeros y, opcionalmente, uno o más agentes nucleantes; agentes bloqueadores de la radiación infrarroja y/o uno o más de los aditivos adicionales descritos en relación con el material polimérico compactado, preferentemente en las cantidades indicadas. Así, en realizaciones particulares de la invención, el agente bloqueador de la radiación IR y/o cualquiera de los aditivos adicionales que se describen en este documento pueden estar incorporados en la matriz polimérica del material polimérico micro- o nanocelular de partida (ej.: placa, lámina o perlitas) y, por lo tanto, también pueden estar comprendidos en la matriz polimérica del material polimérico en forma de polvo obtenido en la etapa a) del proceso de fabricación de la invención.

Por otro lado, el material polimérico compactado de la presente invención puede obtenerse a partir de la mezcla de materiales poliméricos micronizados de diferente densidad aparente, tamaño de celda, contenido de celda abierta y/o tamaño de partícula. Así, el material polimérico compactado resultante de la mezcla tiene características intermedias a los dos (o más) materiales poliméricos micronizados de partida utilizados para obtener el material polimérico en forma de polvo de la etapa a) del proceso de fabricación de la invención. Los materiales micronizados a mezclar pueden estar basados en distintas composiciones con diferente polímero y/o diferente contenido de aditivos.

El tamaño de partícula promedio del material polimérico micronizado que aquí se describe se puede determinar mediante la técnica de difracción láser (LD, por sus siglas en inglés), en particular conforme a la normativa ISO 13320:2020. La difracción láser permite determinar la distribución del tamaño de partícula en materiales que presentan partículas con un tamaño de aproximadamente 40 nm a aproximadamente 2000 jm . Por ejemplo, se puede usar un analizador del tamaño de partícula LS13320 (Beckman Coulter), en el que, para realizar el análisis, las partículas en forma de polvo se dispersan durante un minuto en etanol con ayuda de ultrasonidos. Entonces, se analizan las partículas en un módulo ULM. Así, asumiendo que las partículas son esféricas, esta técnica proporciona una distribución del tamaño de partícula en porcentaje de volumen (% volumen), a partir de la cual se puede calcular el tamaño de partícula promedio (D).

La densidad aparente del material polimérico micronizado corresponde a la masa de las partículas de polvo dividida por el volumen total que ocupan, incluyendo este volumen total tanto el volumen de las partículas, como el volumen vacío entre ellas y en la estructura interna de las mismas. Esta densidad aparente se puede determinar de acuerdo a la normativa ISO 60:1977. Para ello se puede rellenar un volumen conocido (V) de un recipiente con una masa (m) determinada del material polimérico celular en polvo y subsecuentemente enrasar dicho recipiente (papp_M=m/V).

El material polimérico en forma de polvo en el contexto de la invención presenta una densidad aparente de aproximadamente 25 kg/m3 a aproximadamente 250 kg/m3, preferentemente de aproximadamente 25 kg/m3 a aproximadamente 100 kg/m3.

El material polimérico en forma de polvo en el contexto de la presente invención es un material polimérico micro- o nanocelular caracterizado por una doble porosidad, es decir, tiene una estructura interna formada por celdas (también denominados poros) pero, al estar en forma de polvo, también presenta una segunda estructura externa debida a los huecos que se generan entre las partículas del polvo. Sorprendentemente, la estructura celular se mantiene incluso con tamaño de celdas superiores a 1 jm , en particular para materiales poliméricos micronizados con tamaño de partícula promedio de aproximadamente 20 jm a aproximadamente 500 jm .

El material polimérico en forma de polvo en el contexto de la presente invención se caracteriza por presentar una estructura o fase sólida discontinua con partículas micrométricas, es decir en el intervalo de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 500 pm, preferentemente de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 200 pm, donde estas partículas micrométricas tienen una estructura interna celular formada por celdas con un tamaño de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 jm , donde más de aproximadamente el 80 %, preferentemente más de aproximadamente el 90 % de estas celdas son abiertas. Por lo tanto, el material polimérico en forma de polvo en el contexto de la presente invención presenta una doble porosidad formada por las celdas de tamaño micro- o nanométrico (en el interior de las partículas) y huecos micrométricos (entre las partículas).

El material polimérico micronizado que se describe en este documento, cuando el polímero de la matriz polimérica es PMMA, puede tener una conductividad térmica (medida a una temperatura de 10°C y una presión atmosférica de 1013 mbar (101,3 kPa)) de aproximadamente 30 mW/(m K) a aproximadamente 50 mW/(m-K), preferentemente de aproximadamente 32 m W /(mK) a aproximadamente 40 mW/(mK).

Para obtener el material polimérico compactado, en la etapa b) del proceso de fabricación de la invención, el material polimérico micronizado se somete a un proceso de compactación, el cual puede llevarse a cabo por métodos conocidos por el experto en la materia, tales como, por ejemplo, la utilización de la prensa de placas calientes, en donde la temperatura y la duración del proceso se puede establecer fácilmente en función de las características del material polimérico en forma de polvo. Así, por ejemplo, si el polímero comprendido en la matriz polimérica es PMMA, la compactación puede tener lugar a una temperatura de aproximadamente 80 °C durante un periodo de aproximadamente 30 minutos y, preferentemente, una presión de 13,6 MPa.

Debido al proceso de compactación, se produce un aumento de la densidad aparente respecto al material polimérico micronizado, por lo que el material polimérico compactado de acuerdo a la presente invención presenta un mayor valor de la densidad aparente en relación al material polimérico micronizado. En particular, la densidad aparente del material polimérico compactado es de aproximadamente 50 kg/m3 a aproximadamente 350 kg/m3, preferentemente de 50 a aproximadamente 150 Kg/m3.

El tamaño de celda y el contenido de celda abierta del material polimérico micronizado obtenido en la etapa a) se pueden determinar usando los mismos procedimientos descritos anteriormente para el material polimérico compactado. El contenido de celda abierta no se modifica mediante el proceso de compactación, mientras que el tamaño de celda podría verse ligeramente reducido debido al aumento de la densidad. Así mismo, el tamaño de partícula promedio también se puede ver ligeramente reducido tras el proceso de compactación, aunque este efecto generalmente es insignificante.

El material polimérico compactado que se describe en este documento puede tener múltiples formas y tamaños, lo que permite obtener paneles VIP de tamaños y geometrías muy diversas. En realizaciones particulares de la invención, el material polimérico compactado puede utilizarse para fabricar un panel VIP con unas dimensiones variables que pueden ser de 10x10 mm2 a 500x500 mm2 y/o un espesor que puede variar de 10 a 50 mm.

Para una misma composición de material polimérico, la conductividad térmica del material polimérico micronizado y del material polimérico compactado a presión atmosférica (1013 mbar (101,3 kPa)) son similares o más bajos que los del material polimérico de partida, a pesar de que tanto el material polimérico micronizado como el material polimérico compactado presentaban valores de densidad más altos. Sin estar sujeto a ninguna teoría, se cree que esto es debido a la mayor discontinuidad de la fase sólida de tanto el material polimérico micronizado como el material polimérico compactado de la presente invención, que permite reducir los valores de conductividad térmica mediante mecanismos que no se dan en la estructura continua que presentan los materiales poliméricos nanocelulares de partida.

Así, el material polimérico compactado de acuerdo a la presente invención, cuando la matriz polimérica comprende PMMA, puede tener una conductividad térmica (medida a una temperatura de 10 °C y una presión de 1013 mbar (101,3 kPa)) de aproximadamente 30 mW/(m K) a aproximadamente 50 mW/(m K), preferentemente de aproximadamente 32 mW/(m K) a aproximadamente 40 mW/(mK).

La presente invención también se refiere al material polimérico en forma de partículas de polvo compactadas tal como se describe en este documento, en donde dicho material es preferentemente obtenido u obtenible por el proceso de fabricación de la invención.

El material polimérico en forma de polvo en el contexto de la presente invención se puede obtener por micronización u otro proceso convencional para reducir el tamaño de partícula del material micro- o nanocelular de partida (por ejemplo, una lámina, placa o perlitas) de forma que dicho material polimérico en forma de polvo presente las siguientes características:

- densidad aparente de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 250 Kg/m3;

- tamaño de celda de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 jm ;

- contenido de celda abierta mayor de aproximadamente 80%, preferentemente mayor de aproximadamente 90%; y

- preferentemente, conductividad térmica medida a presión atmosférica (es decir, a una presión de 1013 mbar (101,3 kPa)) de aproximadamente 30 mW/(m K) a aproximadamente 50 mW/(m K), preferentemente de aproximadamente 32 mW/(m-K) a aproximadamente 40 mW/(mK).

La densidad de los materiales poliméricos micro- o nanocelulares de partida que se describen en este documento se puede determinar de acuerdo a la normativa ISO 1183-1:2019 mediante el uso del método de desplazamiento del agua basado en el principio de Arquímedes, el cual es comúnmente conocido por el experto en la materia. Para ello se puede utilizar un kit de determinación de densidad para una balanza AT261 Mettler-Toledo. Asimismo, la estructura celular, en particular el tamaño de celda de estos materiales de partida se puede determinar tal como se ha descrito anteriormente para el caso del material polimérico compactado de acuerdo a la invención.

El material polimérico micro- o nanocelular de partida se puede obtener mediante métodos conocidos por el experto en la materia tales como el espumado por disolución gaseosa o por lotes (S. Costeux, CO<2>-blown nanocellular foams, J. Appl. Polym. Sci. 131 (2014) 41293(1)-41293(16). https://doi.org/10.1002/app.41293) o mediante métodos de espumado de perlitas en autoclave (WO2022/117642 A1 de Cellmat Technologies S.L.) o espumado por extrusión(M. Haurat, M. Sauceau, F. Baillon, L. Le Barbenchon, M. Pedros, M. Dumon, Supercritical CO2-assisted extrusión foaming: A suitable process to produce very lightweight acrylic polymer micro foams, J. Appl. Polym. Sci. 140 (2023) e53277).

Por ejemplo, el espumado por disolución gaseosa consiste principalmente en cuatro etapas. La primera etapa es la saturación de la muestra sólida. Para ello, muestras sólidas en forma de láminas se introducen en un recipiente a presión, a determinadas condiciones de temperatura y presión. Preferentemente, el agente espumante es CO<2>aunque pueden utilizarse otros. La temperatura generalmente es de -40 °C a 100 °C y presión de 5 MPa a 35 MPa. Así, la muestra se mantiene en estas condiciones hasta asegurar que ha ocurrido la saturación, es decir, que se ha absorbido la máxima cantidad de agente espumante. Entonces, se procede a la despresurización liberando la presión rápidamente, ésta puede descender a una velocidad de 1 MPa/s a 1000 MPa/s. En esta etapa, la muestra puede haberse expandido si la temperatura del proceso alcanzada es más alta que la temperatura de transición vítrea efectiva del material polimérico, lo que se conoce como un proceso de espumado en una única etapa. Mientras que, si la temperatura alcanzada es más baja que la temperatura de transición vitrea efectiva del material polimérico, se necesita una tercera etapa de calentamiento de la muestra para promover la expansión, lo que se conoce como un proceso de espumado en dos etapas. Subsecuentemente, la estructura generada se debe congelar para prevenir la degeneración por el templado en un baño térmico a bajas temperaturas.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a la utilización de material polimérico compactado que aquí se describe, en particular cuando se obtiene por el proceso de fabricación de la invención, como núcleo en un panel de aislamiento al vacío.

Así mismo, otro aspecto adicional de la presente invención se refiere a un panel de aislamiento al vacío que comprende un núcleo y una envoltura que envuelve completamente el núcleo, caracterizado porque el núcleo comprende el material polimérico compactado tal como se describe en este documento.

Además del material polimérico micro- o nanocelular compactado, el panel VIP de la presente invención también comprende al menos una envoltura (también denominado “envoltorio” en este documento) que envuelve completamente dicho material polimérico compactado. Esta envoltura puede estar sellada herméticamente, por ejemplo, mediante el uso de pinzas térmicas de sellado, de forma que se pueda mantener presión a vacío en el interior del panel.

La envoltura o envoltorio del panel VIP de la presente invención puede tener una estructura y composición convencional para este tipo de paneles. Así, la envoltura o envoltorio utilizada para fabricar el panel VIP de la presente invención puede ser un material disponible comercialmente utilizado convencionalmente para la fabricación de este tipo de paneles. En particular, esta envoltura o envoltorio puede comprender dos o más capas: una capa de sellado formada, por ejemplo, pero sin carácter limitante, por polietileno de baja o alta densidad (LDPE o HDPE) o polietileno lineal de baja densidad (LLDPE); y una o más capas de barrera y protección que pueden estar formadas por al menos un material impermeable al paso de gases tal como, por ejemplo, pero sin carácter limitante, tereftalato de polietileno (PET) metalizado que puede haber sufrido un tratamiento superficial. También se pueden utilizar láminas metálicas en base aluminio y otros materiales poliméricos como la poliamida (PA). De forma más específica, el envoltorio puede ser una lámina formada por una capa de LDPE y una capa de PET metalizado.

Debido a las propiedades inesperadas del material polimérico compactado que se han mencionado anteriormente, el panel VIP de la presente invención puede tener una conductividad térmica, medida en condiciones de temperatura de 10°C y presión a vacío de 0,02 mbar (0,002 kPa), de aproximadamente 6 mW/(m-K) a aproximadamente 25 mW/(m-K), preferentemente de aproximadamente 6 m W /(mK) a 15 mW/(m K); pudiendo llegar a ser incluso menor, en particular, de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 22 mW/(mK), preferentemente de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 12 mW/(mK), cuando el material polimérico compactado presente en el núcleo del panel VIP comprende al menos un agente bloqueador de la radiación infrarroja tal como se describe en este documento.

El panel VIP que se describe en este documento puede tener múltiples formas y tamaños. En realizaciones particulares de la presente invención, el panel puede presentar unas dimensiones variables que pueden ser de 10x10 mm2 a 500x500 mm2 y/o un espesor que puede variar de 10 mm a 50 mm.

El panel VIP de la presente invención se puede fabricar envolviendo el material polimérico compactado de la presente invención, preferentemente obtenido u obtenible por el proceso de fabricación que aquí se describe, con al menos un envoltorio tal como se define en este documento; aplicando vacío en el interior del envoltorio y cerrando dicho envoltorio, en donde la presión de vacío aplicada en el interior del panel es preferentemente de 10 mbar (1kPa) a 0,001 mbar (0,0001 kPa), más preferentemente de 10 mbar (1kPa) a 0,02 mbar (0,002 kPa), aún mas preferentemente de 1 mbar (0,1 kPa) a 0,01 mbar (0,001 kPa).

El envoltorio se puede cerrar de forma que quede herméticamente cerrado, sin permitir el paso de aire al interior del panel. Para ello se puede sellar el envoltorio utilizando medios de sellado convencionales en el sector tal como, por ejemplo, el uso de pinzas térmicas de sellado.

Así, la presente invención permite fabricar paneles VIP a gran escala, donde estos paneles pueden tener dimensiones variables. En particular, los paneles de aislamiento a vacío de la presente invención pueden ser de 10x10 mm2 a 500x500mm2 y espesores de 10 a 50 mm.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso del panel de aislamiento al vacío que aquí se describe, (también denominado VIP o panel VIP en este documento) como material aislante térmico, en particular en la construcción, pero también en otras muchas aplicaciones tal como, por ejemplo, pero sin carácter limitante, embalaje de material sensible a la temperatura tal como órganos, vacunas o medicamentos sensibles al calor; o en el sector de la refrigeración, por ejemplo frigoríficos, cámaras frigoríficas o camiones frigoríficos.

En el contexto de la presente invención debe entenderse que el término “aproximadamente” antes de cualquier número o en referencia al mismo designa a cualquier valor en el rango definido por ese número ± 5%, preferentemente ± 2%. Así, por ejemplo, la expresión “alrededor de 20” debe entenderse como “en el rango entre 19 y 21”, preferiblemente “en el rango entre 19,6 y 20,4”.

FIGURAS

Figura 1. Micrografías SEM de la estructura celular interior de un material polimérico nanocelular de partida (no micronizado) a baja magnificación (a.1) y alta magnificación (a.2); partículas del mismo material polimérico una vez micronizado en polvo (b.1) y la superficie del mismo (b.2 y b.3). Estas micrografías SEM muestran la doble porosidad del material polimérico micronizado en el contexto de la invención: celdas de tamaño nanocelular en el interior de las partículas (b.2 y b.3) y huecos micrométricos entre las partículas de polvo (b.1).

Figura 2. Ilustración esquemática de la estructura del material polimérico de partida (no micronizado) (a), del material polimérico micronizado (b) y del material polimérico compactado (c), así como de los mecanismos de transición de calor que, sin estar vinculado a ninguna teoría, se considera que ocurren a través de los mismos.

Figura 3. a) Fotografía del polvo que corresponde al material polimérico micronizado que aquí se describe. b) Micrografías SEM del material polimérico micronizado. c) Superficie de las partículas. d) Detalle de la estructura celular en la superficie.

Figura 4. a) Fotografía del material compactado (núcleo del panel) y b) un panel VIP, donde el material polimérico compactado se encuentra envuelto por una película protectora monocapa de tereftalato de polietileno (PET) metalizado y a una presión de 0,02 mbar. c) Micrografías SEM del material polimérico compactado, superficie. d) Vista en detalle de la superficie de las partículas. e) Vista en detalle de la estructura celular en la superficie.

Figura 5. a) Comparación de la conductividad térmica medida a 10°C entre el material polimérico de partida en forma de placa, el material polimérico micronizado y las muestras compactadas. b) Conductividad térmica en función de la densidad de los tres tipos de materiales. Los símbolos vacíos y cruzados corresponden a las muestras nanocelulares número 3, 4 y 5.

Figura 6. a) Conductividad térmica medida a 10°C de paneles compactados a presión atmosférica (1013 mbar (101,3 kPa)) y en condiciones presión a vacío (0,02 mbar (0,002 kPa)). b) Conductividad térmica medida a 10 °C de paneles compactados, en condiciones de presión a vacío (0,02 mbar (0,002 kPa)) en función de la densidad de los mismos. Los símbolos huecos y cruzados corresponden a las muestras nanocelulares (3, 4 y 5).

Figura 7. Conductividad térmica medida a 10°C del panel compactado correspondiente a la muestra número 3 en función de la presión al que se sometió al mismo. Se ha incluido como referencia la conductividad térmica medida a 10°C en función del valor presión al que se somete el material polimérico de partida, en forma de placa, número 3.

Figura 8. a) Fotografía de cuatro muestras con o sin la presencia del 10% de diferentes bloqueadores de la radiación infrarroja. b) Conductividad térmica medida a 10°C de cada una de estas muestras en función de la densidad de las mismas en condiciones de presión atmosférica (1013 mbar (101,3 kPa)) y presión a vacío (0,02 mbar (0,002 kPa)).

EJEMPLOS

EJEMPLO 1:Obtención de material polimérico micro- o nanocelular compactado de acuerdo a la invención

Se prepararon varias muestras de material polimérico micronizado y material polimérico compactado de acuerdo a la invención.

Para ello se parte de materiales poliméricos nanocelulares fabricados por la técnica de espumado por disolución de gas (muestras 1 a 5 en la tabla) que comprendían una matriz polimérica de PMMA. Las muestras se micronizaron mediante el proceso de premicronizado y posterior micronizado por impacto, utilizando nitrógeno líquido para fragilizar las muestras. La velocidad del rotor del molino de impacto utilizado (SR 300 (Retsch)) fue de 10000 rpm y el material fue dosificado en pequeñas cantidades cada 15 segundos.

A continuación, se compactaron las muestras 1-5 mediante el proceso de termoconformado utilizando una prensa de placas calientes y unas condiciones de proceso de 80 °C, 30 min y 13,6 MPa.

La Tabla 1 recoge los valores de densidad, tamaño de celda promedio medido en 3D, contenido de celda abierta y densidad aparente, todos estos parámetros medidos tal como se indica en la descripción, de las muestras 1-5 antes y después del proceso de micronización y compactación.

Tabla 1

Además, se determinaron los valores de conductividad térmica mediante el uso de un conductímetro de flujo de calor modelo FOX 200 (TA Instruments/LaserComp, Inc.) y densidad aparente para cada una de las muestras 1-5 antes y después del proceso de micronización y compactación.

La Figura 5a muestra los valores de conductividad térmica medidos a 10°C y presión atmosférica (considerada como 1013 mbar (101,3 kPa)) de cada una de las muestras antes y después del proceso de micronización y compactación. Asimismo, la Figura 5b muestra la comparación de los valores de conductividad térmica en función de los valores de densidad de cada uno de los tres tipos de materiales: el material de partida, el material polimérico micronizado y el material polimérico compactado para cada una de las muestras 1-5. Como se puede ver en la Figura 5a, los valores de conductividad térmica medidos a presión atmosférica (considerado 1013 mbar (101,3 kPa)) para las muestras compactadas variaban entre 36,6 mW/(m-K) y 44,6 mW/(m-K). A pesar de que las muestras compactadas presentaban una densidad más alta que los materiales poliméricos de partida (no micronizados), se observó que los valores de conductividad para el caso de las muestras micronizadas y compactadas eran similares o más bajos que los obtenidos para los materiales de partida. Por ejemplo, para la muestra 1, el material polimérico de partida, con una densidad de 105 Kg/m3, presentaba un valor de conductividad térmica de 37,4 mW/(mK), mientras que la correspondiente muestra compactada, con una densidad de 158 Kg/m3, presentaba un valor de conductividad de 36,6 mW/(mK).

Esta tendencia se pudo observar también en la Figura 5b, en donde se representaron los valores de la conductividad térmica en función de la densidad de los tres tipos de materiales, material de partida, material micronizado y material compactado, para cada una de las muestras 1 -5. Se observaron dos claras tendencias, por un lado, la observada para el material polimérico de partida con una estructura continua y, por otro, los materiales poliméricos micronizados y compactados con una estructura discontinua de acuerdo a la presente invención, que presentaban valores más bajos de conductividad. Sin embargo, se vio que los materiales de acuerdo a la invención presentaban una tendencia similar en cuanto a la densidad, aunque diferente de la observada en el material polimérico con estructura continua de partida. Esto es, se observaba un aumento en la conductividad térmica en función del aumento de la densidad de la muestra para los materiales poliméricos micronizados y compactados de acuerdo a la invención.

Los resultados mostrados en la Figura 5 demuestran que para las muestras 1-5, los valores de conductividad térmica de los materiales poliméricos micronizados en el contexto de la invención eran inferiores a los valores observados para el material polimérico de partida, probablemente debido la estructura discontinua de la fase sólida que presentan dichas muestras. También, en los materiales compactados, la conductividad observada es comparable a la del material de partida, a pesar de tener una mayor densidad, indicando de nuevo una mejora debida a esta discontinuidad.

Además, se observó que para las muestras nanocelulares 3, 4 y 5, a pesar de que éstas presentaban valores de densidad más altos, se obtenían valores de conductividad térmica más bajos que los obtenidos para el resto de las muestras microcelulares.

Por otro lado, la Figura 6a muestra los valores de conductividad térmica medidos a 10°C de las muestras compactadas a presión atmosférica (1013 mbar (101,3 kPa)) y a vacío (0,02 mbar (0,002 kPa)). Se observó una disminución significativa en los valores de conductividad térmica de las muestras compactadas a vacío respecto a los determinados para las muestras que se encontraban a presión atmosférica. En particular, se observó que los valores de conductividad térmica de las muestras sometidas a una presión de vacío variaban desde 11,2 mW/(m-K) a 18,5 mW/(m-K).

Además, la Figura 6b muestra la reducción de los valores de la conductividad térmica m W /(mK) medidos a 10°C para las muestras a presión atmosférica y a vacío en función de la densidad. Se observó una reducción ligeramente más baja de los valores de conductividad para las muestras nanocelulares 3, 4 y 5 (símbolos abiertos en la Figura 6b) probablemente debido a la menor fracción de fase gaseosa a extraer en este tipo de muestras cuando se aplica vacío. Sin embargo, como se muestra en la Figura 6a, la disminución en los valores de conductividad térmica fue significativamente alta (mayor de 25 mW/(mK)). En particular, para la muestra compactada número 3 se obtuvo una disminución desde 38 mW /(mK) a 12,8 mW/(mK), es decir, se observó una disminución de 25,2 mW/(mK). Este resultado fue sorprendente e inesperado ya que la reducción esperada para un material de partida con una estructura continua y las mismas características de densidad y tamaño de celda era de 13 mW/(mK), teniendo en cuenta la contribución al valor de la conductividad térmica de la fase gaseosa y la contribución por conducción de acuerdo al efecto Knudsen (/.Sánchez-Calderón, V. Bernardo, J. Martín-de-León, M.Á. Rodríguez-Pérez, Thermal conductivity o f low-density micro-andnanocellular poly(methyl-methacrylate) (PMMA): Experimental and modeling, Mater. Des. 221 (2022) 110938).Sin embargo, la disminución en los valores de conductividad térmica para los materiales compactados de acuerdo a la presente invención fue casi el doble de lo esperado, lo que hace pensar que debe haber un mecanismo de transferencia de calor adicional asociado con la fase gas.

En los materiales poliméricos de la presente invención tienen lugar tres mecanismos diferentes que contribuyen a la conductividad térmica: la conductividad térmica a través de la fase gaseosa (Ag), la conductividad térmica a través de la fase sólida (As) y la conductividad térmica por radiación (Ar). Sin vincularse a ninguna teoría, los inventores consideran que en el material polimérico micronizado, el componente de conductividad térmica a través de la fase sólida (As) y la conductividad térmica por radiación (Ar) disminuyen, sin embargo, de forma inesperada, aparecen dos nuevos mecanismos no presentes en el material de partida (no micronizado) como son la conducción a través de los huecos entre las partículas de polvo (Ag,v) y la transferencia de calor por acoplamiento entre la fase sólida y gaseosa (Acoup) que hacen que la conductividad térmica del material en forma de polvo y del material de partida (no micronizado) sean similares. Estos dos nuevos mecanismos de transferencia de calor se reducen o eliminan cuando el material polimérico micronizado se compacta y somete a presión a vacío (en particular, a una presión de aproximadamente 0,02 mbar (0,002 kPa) a aproximadamente 10 mbar (1 kPa)), dando como resultado la inesperada reducción en la conductividad térmica de los paneles VIP de la presente invención (ver ilustración esquemática de estos mecanismos en la Figura 2).

Además, se observó que tanto los valores de conductividad térmica como la disminución en los valores de conductividad térmica a vacío dependían de la densidad. Teóricamente, era de esperar que los valores de conductividad térmica fueran más altos según los valores de densidad aumentaban, dado que, en condiciones de vacío, los mecanismos de transferencia de calor conocidos hasta la fechas para materiales poliméricos micro- o nanocelulares son conducción a través de la fase sólida (la cual aumenta cuando la densidad aumenta) y radiación (la cual disminuye cuando la densidad aumenta), siendo la contribución por conducción a través de la fase sólida dominante frente a la contribución por radiación. Por consiguiente, se esperaba un aumento en los valores de conductividad térmica total. Sin embargo, en contra de todo pronóstico, se observó una disminución mayor de la esperada en los valores de conductividad térmica al pasar de presión atmosférica a presión a vacío con el incremento de la densidad.

La Figura 7 muestra los valores de conductividad térmica medidos a 10°C en función de la presión para el caso de la muestra compactada 3. De acuerdo al efecto Knundsen para el material de partida con una estructura continua y una densidad de 154 kg/m3 se determinó que la conducción a través de la fase gaseosa era de 14 mW/(m K), similar a la disminución observada al aplicar vacío. Mientras que, para el material compactado, que presenta una densidad de 201 Kg/m3, la conducción a través de la fase gaseosa era de 13 mW/(m K). Sin embargo, tal como se ha mencionado anteriormente hubo una reducción adicional de 12 mW/(m-K) cuando la muestra se sometía a presiones por debajo de 10 mbar (1 kPa) que no podía justificarse con la contribución a través de la fase gaseosa al valor total de la conductividad térmica. Por lo tanto, sin estar sujeto a ninguna teoría, se considera que esto pone de manifiesto que existen mecanismos de transferencia de calor adicionales a los conocidos hasta la fecha para este tipo de materiales, que pueden estar asociados a la presencia de las partículas y la presión en los sistemas en forma de polvo de acuerdo a la invención.

EJEMPLO 2: Influencia de la adición de bloqueadores de la radiación infrarroja a la muestra en los valores de conductividad térmica.

Siguiendo el proceso descrito en el ejemplo 1, se preparó una muestra de material polimérico micronizado (muestra 6), con las características de la Tabla 2 adjunta que presentaba una composición de PMMA, sin aditivos adicionales.

Tabla 2

Este material polimérico de PMMA micronizado se mezcló, por separado, los siguientes tres agentes bloqueadores de la radiación infrarroja: óxido de titanio (TiO<2>) (muestra 7), nanoláminas de grafeno (muestra 8) y carburo de silicio (muestra 9). Los tres materiales se prepararon por simple mezcla de material micronizado (muestra 6) con el aditivo correspondiente en una proporción en peso 90:10 (PMMA: agente bloqueante). Después los tres materiales se compactaron siguiendo un proceso igual al explicado previamente en el ejemplo 1.

En la Figura 8a) se muestra una fotografía comparando los materiales poliméricos compactados obtenidos: PMMA puro sin aditivos (muestra 6), PMMA con un 10 % de TÍO<2>(muestra 7), PMMA con un 10%en peso de nanoláminas de grafeno (GnP) (muestra 8) y PMMA con un 10 % en peso de SiC (muestra 9). Tal como se puede ver en la Figura 8b) la adición a la matriz de PPMA de un 10% en peso de diferentes bloqueadores de la radiación infrarroja disminuía significativamente los valores de conductividad térmica cuando la muestra compactada era sometida a vacío, obteniéndose valores inferiores a 10 mW/(mK).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un material polimérico en forma de partículas de polvo compactadas, caracterizado porque tiene una densidad aparente de aproximadamente 50 Kg/m3 a aproximadamente 350 Kg/m3; en donde las partículas tienen una estructura celular con un tamaño de celda de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 pm y un contendido de celda abierta mayor de aproximadamente 80%, preferentemente mayor de aproximadamente 90%.

2. El material polimérico según la reivindicación 1, en donde dicho material se obtiene por compactación de un material polimérico en forma de polvo con un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 500 pm, preferentemente de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 200 pm.

3. El material polimérico según la reivindicación 1 o 2, que comprende una matriz polimérica formada por uno o más polímeros seleccionados del grupo que consiste en:

- una combinación de los anteriores.

4. El material polimérico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una matriz polimérica comprendiendo a su vez al menos un agente nucleante.

5. El material polimérico según la reivindicación 4, en donde el agente nucleante se selecciona del grupo que consiste en:

- polímeros orgánicos seleccionados entre copolímeros acrílicos en bloque, copolímeros de estireno en bloque y elastómeros termoplásticos; y

- una combinación de los anteriores.

6. El material polimérico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho material comprende al menos un agente bloqueador de la radiación infrarroja.

7. El material polimérico según la reivindicación 6, en donde el agente bloqueador de la radiación infrarroja se selecciona del grupo que consiste en grafito, negro de carbono, carburo de silicio, óxido de titanio, grafeno, nanotubos de carbono y una combinación de los anteriores.

8. El material polimérico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde dicho material comprende al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en agente retardante de llama, colorante, desecante, absorbente, aditivos de baja conductividad térmica y una combinación de los anteriores.

9. El material polimérico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que tiene una conductividad térmica, medida en condiciones de temperatura de 10°C y presión a vacío de 0,02 mbar (0,002 kPa), de aproximadamente 6 mW/(m-K) a aproximadamente 25 mW/(mK), preferentemente de aproximadamente 6 mW /(mK) a 15 mW/(mK).

10. El material polimérico según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, que tiene una conductividad térmica, medida en condiciones de temperatura de 10°C y presión de 0,02 mbar (0,002 kPa), de aproximadamente 4 m W /(mK) a aproximadamente 22 mW/(mK), preferentemente de aproximadamente 4 mW /(mK) a aproximadamente 12 mW/(mK).

11. Un proceso de fabricación de un material polimérico tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho proceso comprende:

a) obtener un material polimérico en forma de polvo, donde dicho material comprende al menos un polímero y, opcionalmente, al menos un componente adicional seleccionado entre agente nucleante, bloqueador de la radiación infrarroja, aditivo adicional y una combinación de estos, donde este material polimérico en forma de polvo tiene:

- una estructura celular con un tamaño de celda de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 10 pm y un contenido de celda abierta mayor de aproximadamente 80%, preferentemente mayor de aproximadamente 90%; y

b) compactar el material polimérico en forma de polvo obtenido en la etapa a) para obtener un material polimérico en forma de polvo compactado.

12. Uso del material polimérico tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 como núcleo en un panel de aislamiento al vacío.

13. Un panel de aislamiento al vacío que comprende un núcleo y una envoltura que envuelve completamente el núcleo, caracterizado porque el núcleo comprende el material polimérico tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

14. El panel de aislamiento al vacío según la reivindicación 13, en donde dicho panel presenta unas dimensiones de 10x10 mm2 a 500x500 mm2 y un espesor de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 50 mm.

15. Uso del panel de aislamiento al vacío tal como se define en la reivindicación 13 o 14 como aislante térmico.