Investigación de la posición de nanopartículas CORE-SHELL mediante campos magnéticos – NANOMAGNET
El principal reto tecnológico de la investigación en nanociencia en el área de los materiales, es el modo efectivo de añadir los nanocompuestos a los materiales, distribuyéndolos adecuadamente y evitando su aglomeración en el proceso de aplicación, ya que en ese caso perderían las propiedades derivadas de su tamaño. El presente proyecto persigue el desarrollo de nuevos materiales optimizados por medio de la disposición y el transporte de nanopartículas que se dispondrán en la zona de interés mediante la aplicación de campos magnéticos.
En el proyecto se sintetizarán nanopartículas con estructura core-shell, en las que el núcleo o core estará compuesto de nanopartículas superparamagnéticas, ferromagnéticas o ferrimagnéticas, y la coraza o shell estará formada por nanopartículas con las propiedades deseadas (en función del estado del arte del proyecto, podría tratarse de actividad fotocatalítica aportada por dióxido de titanio, actividad biocida proveniente de las nanopartículas de plata, etc).
Efecto ejercido por un campo magnético sobre dispersión de nanopartículas de óxido de hierro
Posteriormente se estudiará los sistemas de movilidad de las nanopartículas en barnices comúnmente empleados en el sector del mueble u otros sistemas viscosos. Mediante la aplicación de campos magnéticos se analizarán las condiciones para mover las nanopartículas a la superficie del material (zona donde en muchas ocasiones interesa que se dispongan las nanopartículas para mostrar su efecto activo) o para disponerlas en una zona concreta del mismo. Actualmente la inclusión de las nanopartículas (NPs) en los materiales se enfrenta a la dificultad del control de su posición. En el caso de la adición de nanopartículas a barnices, éstas suelen quedar ocluidas en el barniz, que teniendo un espesor de unas 100 micras, es 1000 veces mayor que el tamaño de las nanopartículas.
Además, en las últimas etapas del proyecto se estudiará la integración de los electroimanes en los procesos de producción industrial, sin necesidad de realizar grandes inversiones y modificando mínimamente el proceso productivo del material en cuestión. Uno de los objetivos más ambiciosos del proyecto es aportar a la industria del mueble de la Comunidad Valenciana de una nueva herramienta de alta tecnología adaptada a sus procesos productivos.
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Financian e impulsan:
Instituto de la Mediana y Pequeña Industria de la Generalitat Valenciana, IMPIVA | Unión Europea. Fondo Europeo de Desarrollo Regional, FEDER
Desarrollo de nuevos materiales superhidrófobos mediante nanotecnologías
El IMPIVA, a través del Programa de I+D para Institutos Tecnológicos, financia el proyecto el desarrollo de nuevos materiales súper hidrófobos para el sector del mueble, mediante la adición de nanocompuestos. Este proyecto, con una duración tres años, tiene por objetivo aportar a ciertos materiales empleados en el sector del mueble de unas propiedades diferenciadoras, concretamente, una alta hidrofobicidad o incluso súper hidrofobicidad y unas propiedades de auto limpieza, mediante el uso de nanocompuestos.
En el sector del mueble, son especialmente importantes estas propiedades ya que, la madera y sus derivados son materiales higroscópicos, y en ocasiones, ésa es una de las principales limitaciones de su uso. Asimismo se hará extensivo el empleo de nanocompuestos para obtener propiedades súper hidrófobas o de auto limpieza a otros materiales como los tapizados. La consecución de estas propiedades generará numerosas aplicaciones para estos nuevos materiales. Estos nuevos productos podrían competir en un mercado global, y aportarían soluciones de negocio a las PYMES de la Comunidad Valenciana.
Desde el punto de vista teórico, lo que caracteriza la hidrofobicidad, es la medida del ángulo de contacto de una gota sobre la superficie del material. Las superficies súper hidrofóbicas se caracterizan por que las gotas de agua no siguen la orografía de los materiales. A este estado se denomina estado Fakir y la superficie está compuesta por bolsas de aire atrapadas. La ecuación de Cassie-Baxter, mostrada a continuación, relaciona la proporción de área de contacto líquido-superficie y el ángulo de contacto resultante.
cos_cb=_(cos_i+1)-1
Razones de superficie, entre la total presentada por el acabado y la superficie de material tratado, mayores a 1,6 presentará un estado Fakir estable permanentemente, para materiales hidrófobos con ángulos intrínsecos alrededor de 120º. De acuerdo con la ecuación Cassie-Baxter, un mueble con un recubrimiento hidrófobo, caracterizado por un ángulo de contacto intrínseco de 122º, y nanorugosidades provocadas por nanopartículas de 50mm equiespaciadas 100mm, pueden desarrollar ángulos de contacto súper hidrofóbicos de 150º o superiores.
En el desarrollo del presente proyecto, se han aplicado alrededor de 16 proyecto, se han aplicado alrededor de 16 productos comerciales en doce materiales distintos: haya, pino, roble, algodón, viscosa, poliéster, barnices de PUR, melanina, vidrio flotado, cerámica, piel y papel. En el mismo se utilizan cinco ensayos diferentes que permiten evaluar su durabilidad, frente a temperatura, lu, ambiente, rozadura y permeabilidad del agua.
Actualmente se están desarrollando completamente los ensayos de envejecimiento ambiental de todos los materiales aplicados. Este ensayo consiste en mantener las muestras orientadas hacia el sur con una inclinación de 45º. Las medidas iniciales de ángulos de contacto agua-superficie se toman inicialmente a la semana y a las dos semanas, pasando a medirse mensualmente para llevar un control de los posibles cambios de la propiedad. Así mismo se lavan parte de las superficies con agua para ver el efecto de la auto limpieza en cada medida.
También se están desarrollando los ensayos de envejecimiento acelerado por efecto de fuentes de irradiación de luz a 65ºC medido por un cuerpo negro sometido a la dicha fuente. Igualmente se miden los ángulos de contacto del agua para ver la benevolencia del recubrimiento.
La súper hidrofobicidad es una propiedad con muchas aplicaciones, desde impedir el manchado de las superficies en muebles y ropas, como impedir el agrietamiento de las maderas por efecto de la humedad o la fatiga térmica de las superficies expuestas al ambiente en caso de construcciones de madera. Además esta propiedad puede preservar muebles que están en ambientes muy húmedos e incluso en condiciones menos higiénicas como es el baño o la cocina. Los tejidos súper hidrófobos en la indumentaria permiten que éstas permanezcan secas en condiciones muy húmedas y a su vez permiten la transpiración del tejido, permitiendo la aireación y por lo tanto la higiene personal. La aplicación de recubrimientos en mamparas de baño permite que resbalen las gotas de agua y jabón sin permitir que estas lleguen a secarse sobre la superficie, evitando por lo tanto la formación de mohos o aspecto de sucio.
Juan Manuel Bellver
Laboratorio Materiales y Medio Ambiente
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