ES2277148T3 - Espumas constituidas preponderantemente por carbono con una elevada superficie interna y procedimiento para su obtencion. - Google Patents
Espumas constituidas preponderantemente por carbono con una elevada superficie interna y procedimiento para su obtencion. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2277148T3 ES2277148T3 ES03797284T ES03797284T ES2277148T3 ES 2277148 T3 ES2277148 T3 ES 2277148T3 ES 03797284 T ES03797284 T ES 03797284T ES 03797284 T ES03797284 T ES 03797284T ES 2277148 T3 ES2277148 T3 ES 2277148T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- foam
- mass
- carbon
- foams
- pyrolysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 124
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 78
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 114
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 51
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 claims description 37
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 claims description 26
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 claims description 26
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 claims description 13
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 claims description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N isocyanuric acid Chemical compound OC1=NC(O)=NC(O)=N1 ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 6
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 6
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 5
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 5
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 5
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000004114 Ammonium polyphosphate Substances 0.000 claims description 4
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 4
- 235000019826 ammonium polyphosphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229920001276 ammonium polyphosphate Polymers 0.000 claims description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000582 polyisocyanurate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011495 polyisocyanurate Substances 0.000 claims description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000003983 crown ethers Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims 1
- 150000008064 anhydrides Chemical group 0.000 claims 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 51
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 31
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 12
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000011302 mesophase pitch Substances 0.000 description 5
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 5
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 5
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 4
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N Propylene oxide Chemical compound CC1CO1 GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 3
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEZNGIUYQVAUSS-UHFFFAOYSA-N 18-crown-6 Chemical compound C1COCCOCCOCCOCCOCCO1 XEZNGIUYQVAUSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IZXIZTKNFFYFOF-UHFFFAOYSA-N 2-Oxazolidone Chemical group O=C1NCCO1 IZXIZTKNFFYFOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005832 Basotect® Polymers 0.000 description 2
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N Cyclopentane Chemical compound C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 2
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 2
- IVJISJACKSSFGE-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;1,3,5-triazine-2,4,6-triamine Chemical compound O=C.NC1=NC(N)=NC(N)=N1 IVJISJACKSSFGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N isopentane Chemical compound CCC(C)C QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 siloxanes Chemical class 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 210000003537 structural cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPSKCQCQZUGWNM-UHFFFAOYSA-N 2,7-Oxepanedione Chemical compound O=C1CCCCC(=O)O1 JPSKCQCQZUGWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005727 Friedel-Crafts reaction Methods 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical class [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZJCCRDAZUWHFQH-UHFFFAOYSA-N Trimethylolpropane Chemical compound CCC(CO)(CO)CO ZJCCRDAZUWHFQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- HDYRYUINDGQKMC-UHFFFAOYSA-M acetyloxyaluminum;dihydrate Chemical compound O.O.CC(=O)O[Al] HDYRYUINDGQKMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000008065 acid anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940009827 aluminum acetate Drugs 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- KVBYPTUGEKVEIJ-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3-diol;formaldehyde Chemical compound O=C.OC1=CC=CC(O)=C1 KVBYPTUGEKVEIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- JXCHMDATRWUOAP-UHFFFAOYSA-N diisocyanatomethylbenzene Chemical class O=C=NC(N=C=O)C1=CC=CC=C1 JXCHMDATRWUOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBGGXOJOCNVPFY-UHFFFAOYSA-N diisononyl phthalate Chemical group CC(C)CCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCC(C)C HBGGXOJOCNVPFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N dimethyl butane Natural products CCCC(C)C AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical group 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 159000000011 group IA salts Chemical class 0.000 description 1
- DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N heptamethylene Natural products C1CCCCCC1 DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- SYSQUGFVNFXIIT-UHFFFAOYSA-N n-[4-(1,3-benzoxazol-2-yl)phenyl]-4-nitrobenzenesulfonamide Chemical class C1=CC([N+](=O)[O-])=CC=C1S(=O)(=O)NC1=CC=C(C=2OC3=CC=CC=C3N=2)C=C1 SYSQUGFVNFXIIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 150000002924 oxiranes Chemical group 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N phthalic anhydride Chemical compound C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N polynoxylin Chemical compound O=C.NC(N)=O ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 150000003918 triazines Chemical class 0.000 description 1
- DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphate Chemical compound CCOP(=O)(OCC)OCC DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007158 vacuum pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/48—Conductive polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00844—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for electronic applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00853—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in electrochemical cells or batteries, e.g. fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Procedimiento para la obtención de una espuma, constituida al menos por un 70 % en masa de carbono, mediante pirolisis de espumas de material sintético, caracterizado porque las espumas de material sintético, empleadas, contiene, al menos, un 30 % en masa de un material polímero con un contenido en nitrógeno por encima del 6 % en masa y tienen una porosidad comprendida entre el 35 % y el 99, 5 % así como una proporción de células abiertas mayor que el 1 %, que presentan productos inorgánicos incorporados y/o depositados sobre la superficie en la espuma de material sintético, elegidos del grupo formado por el cloruro de cinc, el carbonato de calcio, el polifosfato de amonio, el grafito expandido y los polvos metálicos y/o tratadas durante y/o después de la pirolisis con vapor de agua y/o con dióxido de carbono a temperaturas por encima de 400ºC.
Description
Espumas constituidas preponderantemente por
carbono con una elevada superficie interna y procedimiento para su
obtención.
La invención se refiere a espumas con elevada
superficie interna, que están constituidas al menos en un 70% en
masa por carbono, así como a un procedimiento para su obtención
mediante pirolisis de espumas de carbono.
Las espumas, que están constituidas
preponderantemente por carbono y que se denominan también como
espumas de carbono, son interesantes para diversas aplicaciones
debido a las propiedades materiales del carbono. De este modo, se
citan, por ejemplo, en la publicación
US-A-4,067,956 y en la publicación
de Sherman, A.J., Tuffias, R.H. y Kaplan, R.B. (1991) Ceramic
Bulletin, 70, 1025-1029, su empleo como material
filtrante, también para aplicaciones a temperaturas elevadas, como
termoaislante a temperaturas elevadas, como soporte para
catalizadores así como material para electrodos en baterías. En la
literatura se encuentra también el empleo de las espumas de carbono
como material para electrodos en los condensadores de alto
rendimiento (por ejemplo en la publicación
US-A-5,300,272), para implantes en
medicina (WO-A-98/02382), como
soportes por ejemplo de materiales absorbedores del calor debido a
la transición sólido/líquido, también para temperaturas elevadas
(WO-A-99/64223), como material para
columnas de cromatografía
(DE-A-3135394) o como material para
electrodos para electrodos enzimáticos (Blaedel, W.J. y Wang,
Joseph (1980), Anal. Chem. 52, 1426-1429).
Las espumas de carbono, además de su aplicación,
son, como tales, también productos de partida para la obtención de
materiales de elevado rendimiento: en la publicación
EP-A-581696 para la obtención de
materiales compuestos carbono/carbono a partir de una estructura de
espuma que se forma sobre material de carbono comprimido mediante
impregnación con un hidrocarburo pesado. Este material compuesto
carbono/carbono se utiliza como material de fricción para frenos de
disco con una efectividad especialmente elevada. En la publicación
WO-A-98/27023 se parte, para la
misma aplicación, directamente de una espuma de carbono. Según la
publicación EP-A-0976698 se
impregna con silicio fundido por ejemplo una capa porosa de carbono
con un 40 hasta un 95% de células abiertas y, a continuación, se
enfría hasta la temperatura ambiente. Las aplicaciones de material
compuesto formado consisten igualmente en discos para frenos y para
embragues de vehículos automóviles.
Para la obtención de las espumas de carbono se
conocen hasta ahora los procedimientos siguientes:
- La impregnación se lleva a cabo con productos que proporcionen un elevado rendimiento en carbono durante la pirolisis subsiguiente a temperaturas por encima de 500ºC, en la mayoría de los casos por encima de 800ºC o incluso bastante por encima de 1.000ºC. Tales agentes de impregnación son, por ejemplo, las resinas termoendurecibles, en la mayoría de los casos resinas fenólicas, o una mezcla de una resina de este tipo con brea, en la mayoría de los casos denominada mesofase de brea ("mesophase pitch"). El procedimiento de la impregnación de la espuma de poliuretano de células abiertas y la pirolisis subsiguiente se han descrito, por ejemplo, en las publicaciones US-A-4,067,956, US-A-3,922,334, WO-A-98/02382, WO-A-00/15576 y US-A-6,040,266.
- Este procedimiento tiene la ventaja de que se transfiere en la parte externa la buena estructura celular de las espumas de poliuretano a la espuma de carbono. La estructura, presente tras la impregnación de la espuma de poliuretano, de una sola nervadura de las células de la espuma se caracteriza, sin embargo, porque la nervadura de poliuretano está recubierta con una camisa del agente de impregnación. La impregnación de la espuma de poliuretano no debe describirse, por lo tanto, como penetración de la nervadura celular de poliuretano compacta con el agente de impregnación, sino como su recubrimiento superficial. En el momento del endurecimiento de este material compuesto en caliente (Aoki, Y. y Mc Enaney, B. indican por ejemplo en la publicación (1995) British Ceramic Transactions, 94, 133-37 una temperatura de 160ºC) se evapora, en primer lugar, el disolvente empleado y tiene lugar el endurecimiento de la resina. El material de poliuretano se descompone a continuación durante la pirolisis para dar productos en estado gaseoso. Los autores Aoki, Y. y Mc Enaney, B. describen en la publicación (1995) British Ceramic Transactions, 94, 133-37 la proporción del poliuretano, remanente como carbono a 1.200ºC, con un valor aproximado del 3%, el de la resina fenólica, empleada para la impregnación, con un valor aproximado del 50%. Los productos gaseosos de la pirolisis del poliuretano se escapan por lo tanto a partir de la nervadura a través de la pared de carbono que se está formando a partir de la resina. De este modo, se forman en la espuma de carbono nervaduras que están huecas en su interior. Mediante el escape de cantidades proporcionalmente de productos de pirolisis del poliuretano se perturba, además, la estructura de las paredes de las nervaduras. De este modo, se forma ciertamente una espuma de carbono, que representa en el exterior la buena estructura de la espuma de poliuretano pero que está dañada debido a las nervaduras huecas y a las paredes de las nervaduras estructuralmente perturbadas. Esta estructura está relacionada, entre otras cosas, con pérdidas de resistencia. Igualmente nuevas invenciones relacionadas con este procedimiento, por ejemplo las publicaciones WO-A-00/15576 y US-A-6,040,266, representan una estructura de este tipo, unida con propiedades no óptimas de las espumas de carbono formadas.
- Para la obtención de los aerogeles a partir de polímeros orgánicos se aprovecha, por ejemplo, según la publicación WO-A-93/14511, la reacción de formaldehído y de resorcinol en solución acuosa de carbonato de sodio durante 24 horas a temperatura ambiente, a continuación 24 horas a 50ºC, finalmente 72 horas a 95ºC. El gel formado se lava con solución al 0,1% de ácido trifluoracético en acetona y a continuación con acetona pura. A continuación se lleva a cabo el tratamiento con CO_{2} líquido a 63 bares (900 psi) y a 14ºC durante 1 hora, a continuación con CO_{2} fresco respectivamente 6 veces durante 15 min cada vez al día durante 2 días, a continuación, en cuba cerrada, bajo condiciones hipercríticas, a 50ºC y 127 bares (1.800 psi) durante 4 horas y con una reducción escalonada de la presión durante 8 horas, para dar un aerogel seco. A continuación se lleva a cabo una pirolisis a 600 hasta 1.200ºC para dar una espuma de carbono. De manera similarmente costosa se describe la obtención de espumas de carbono también en los trabajos siguientes: Journal of Non-Crystalline Solids, 225, 64-68, así como en la publicación WO-A-98/44013 (ambos de 1998, base orgánica respectivamente aductos de isocianato), Polym. Prepr., Am. Chem. Soc., Div. Polym. Chem., 37(2), 777-778 (1996, base orgánica aductos de Friedel-Crafts), US-A-5300272, US-A-5268395, US-A-5358802, Polym. Mater. Sci. Eng., 57, 113-117 y WO-A-95/06002 (base orgánica respectivamente poliacrilonitrilo), Polym. Mater. Sci. Eng., 57, 113-117 (poliacrilonitrilo con anhídrido del ácido maleico), EP-A-0987294 (base orgánica poliamida), WO-A-99/01502, US-A-5420168, US-A-5529971, US-A-4997804 y US-A-5402306 (base orgánica condensados de resorcina-formaldehído), US-A-4992254, US-A-5047225 y US-A-5232772 (base orgánica estireno, divinilbenceno, resorcina, formaldehído, la denominada espuma CPR-"Carbonized Polystyrene/Resorcinol"-Formaldehyde Foam).
- La estructura de tales espumas de carbono con células extremadamente pequeñas, muy por debajo de 30 \mum, frecuentemente claramente por debajo de 1 \mum, no es adecuada para muchas aplicaciones, por ejemplo debido a la velocidad de flujo muy elevada para el empleo como material filtrante, como soporte para catalizadores, como soporte para materiales o como componentes de reacción para la obtención de materiales compuestos, por ejemplo con silicio o con carbono adicional. Esta estructura, de células extremadamente finas, tiene que prepararse, además, de una manera muy costosa y que requiere una gran cantidad de tiempo. De este modo, los productos activos, con esta estructura en forma de espuma, tienen, además de la falta de adecuación para muchas aplicaciones, también el inconveniente de que provocan elevados costes de fabricación.
- Una variante, frecuentemente descrita, consiste en la espumación de brea, por ejemplo las publicaciones WO-A-99/11585, WO-A-99/61549, EP-A-0700106. El inconveniente de las estructuras en forma de espuma, formadas, se muestra en una proporción demasiado pequeña de células abiertas, claramente por debajo del 90%, que se demuestra, por ejemplo, en la publicación US-A-4276246 mediante la indicación de los datos. El origen debe considerarse en el procedimiento de espumación, complicado, a temperatura elevada. Esto es válido también para las estructuras en forma de espuma que se obtienen, según la publicación WO-A-99/65843, de manera análoga, a partir de brea en mezcla con resinas líquidas, endurecibles. Cuando se emplean materiales biógenos se forman, durante la pirolisis, igualmente cuerpos porosos de carbono, por ejemplo según la publicación WO-A-99/11581. Estos cuerpos no tienen, naturalmente, una estructura en forma de espuma propiamente dicha y por lo tanto no son adecuados para la mayoría de las aplicaciones de las espumas de carbono.
- Según los autores Pekala, R.W. & Hopper, R.W. (1987), Low-density microcellular carbon foams, Journal of Materials Science, 22, 1840-1844 se impregnan, por ejemplo, para ello piezas prensadas en bruto constituidas por cloruro de sodio, de grano fino, con resina fenólica. Tras el endurecimiento de la resina fenólica se elimina por disolución con agua el cloruro de sodio. La estructura porosa formada se piroliza tras el secado. La estructura formada se caracteriza porque representa los recintos huecos de una carga a granel de polvo prensada. Esta estructura tiene, debido al contacto estrecho, necesario, de las partículas del polvo de cloruro de sodio, un gran número de puntos en los cuales no puede penetrar el material polímero, con lo cual la estructura formada después de la eliminación por disolución se caracteriza por un gran número de puntos débiles correspondientes. De aquí resultan resistencias muy bajas, que son válidas incluso para la espuma de carbono formada tras la pirolisis. La resistencia a la compresión indicada por los autores de la espuma de carbono, con una densidad de 50 mg/cm^{3}, con un valor de tan sólo 0,00011 MPa, certifica este inconveniente de la estructura en forma de espuma formada, que se forma, por ejemplo, de manera análoga también según la publicación DE-A-3135394.
- La impregnación de microesferas de resina fenólica o de microesferas de carbono con una resina carbonizante ha sido descrita por Benton, S.T. & Schmitt, C.R. en (1972), Carbon, 10, 185. El material compuesto formado se piroliza a 900 y a 2.150ºC. La espuma de carbono resultante se caracteriza por buenas resistencias a la compresión, por ejemplo con un valor de 452 lb/in^{2} (3,2 N/mm^{2}) a 170 kg/m^{3}, pero únicamente tiene una baja proporción de células abiertas y, por lo tanto, no puede ser empleada para muchos campos de aplicación. La estructura de espuma de carbono tiene, además de la proporción insuficiente de células abiertas, también el inconveniente de que no pueden alcanzarse densidades por debajo de 150 kg/m^{3}.
- Estas estructuras porosas se emplean para la obtención de material de carbono denso, por ejemplo para frenos de disco. Según la publicación WO-A-00/39043 se impregnan fibras de carbono con un líquido carbonizable a temperatura elevada y a presión elevada. Mediante la descompresión instantánea y el enfriamiento rápido se forma una estructura en forma de espuma, que se piroliza entre 600 y 1.000ºC y que se trata finalmente, en caso dado, a 2.200 hasta 2.300ºC. El empleo de fibras de carbono como material de partida es, además de su fabricación complicada, muy costoso, impidiendo estas fibras la formación de una estructura regular en forma de espuma. Un procedimiento similar, con los mismos inconvenientes, se describe en la publicación EP-A-581696.
- Ésta se aprovecha por ejemplo por los autores ZHOU Jia-hong, XUE Kuan-hong, XU Shi-min, SUN Dong-mei, & GU Wei-jin (2000) en Chinese Journal of Power Sources 24 (3), 157-158, 177. La estructura de las espumas de carbono a partir de espuma de poliuretano, como la que se emplea por los autores, presenta, sin embargo, heterogeneidades por ejemplo en forma de grietas o de puntos compactos, que, entre otras cosas, influyen negativamente sobre las propiedades mecánicas. Tales estructuras desfavorables se obtienen también en el caso de las pirolisis directas, conocidas hasta ahora, de otras espumas polímeras.
De acuerdo con nuestra solicitud de patente, no
publicada, Nr. 101 56 132.6 pueden prepararse espumas de carbono,
que ya no presentan las carencias indicadas en los puntos 1. hasta
6., tales como por ejemplo la reducción de la resistencia, la
resistencia al flujo demasiado elevada o procedimientos de
fabricación muy complicados y por lo tanto costosos. Infelizmente
la superficie interna de estas espumas es siempre menor que 50
m^{2}/g, en la mayoría de los casos menor que 30 m^{2}/g y muy
frecuentemente es menor que 20 m^{2}/g. Esta pequeña superficie
interna constituye un inconveniente para muchas aplicaciones, por
ejemplo en el empleo como material para electrodos de
supercondensadores, que requiere un material con elevada superficie
interna.
Así pues, existía la tarea de preparar una
espuma de carbono que presentase las ventajas de la espuma según la
solicitud DE Nr. 101 56 132.6 y que, además, tuviese una elevada
superficie interna, que fuese, al mismo tiempo, perfectamente
accesible.
La tarea se resolvió mediante la obtención de
una espuma, por pirolisis de espumas de carbono, que contienen, al
menos, un 30% en masa de un material polímero con un contenido en
nitrógeno por encima del 6% en masa y que presentan una porosidad
comprendida entre el 35 y el 99,5%, así como una proporción de
células abiertas por encima del 1%, cuya espuma está constituida
por carbono al menos en un 70% en masa, que recibe una superficie
interna por encima de 50 m^{2}/g, mediante el efecto de productos
inorgánicos, incorporados en la espuma de carbono y/o que se
encuentran sobre la superficie y/o mediante el efecto de vapor de
agua y/o de dióxido de carbono y/o de oxígeno, durante el
tratamiento térmico. Esta espuma, constituida preponderantemente por
carbono, presenta, además, un tamaño medio de las células por
encima de 20 \mum, una porosidad, referida a este tamaño de las
células, comprendida entre el 35 y el 99,5% así como una proporción
de células abiertas por encima del 90% y tiene nervaduras
celulares, que presentan, en sección transversal, un triángulo con
los lados arqueados hacia el interior, y contienen poros en el
material estructural celular con unas dimensiones de 0,2 nm hasta
50 nm y un volumen desde 0,01 cm^{3}/g hasta 0,8 cm^{3}/g.
El objeto de la invención es un procedimiento
para la obtención de una espuma, constituida al menos en un 70% en
masa por carbono, mediante pirolisis de espumas de carbono,
caracterizado porque las espumas de carbono empleadas tienen al
menos un 30% en masa de un material polímero con un contenido en
nitrógeno por encima del 6% en masa y tienen una porosidad
comprendida entre el 35 y el 99,5% así como una proporción de
células abiertas por encima del 1%, que presentan productos
inorgánicos incorporados en la espuma de material sintético y/o
aplicados sobre la superficie y/o que se tratan durante y/o tras la
pirolisis con vapor de agua y/o con dióxido de carbono y/o con
oxígeno a temperaturas por encima de 400ºC.
La espuma, preparada según el procedimiento de
acuerdo con la invención, constituida preponderantemente por
carbono, contiene, al menos un 70% en masa, preferentemente desde un
75 hasta un 99,5% en masa y, de forma especialmente preferente,
desde un 80 hasta un 99% en masa de carbono. Su tamaño medio de
célula se encuentra por encima de 20 \mum, preferentemente por
encima de 50 \mum y su porosidad, referida a este tamaño de las
células, es del 35 hasta el 99,5%, preferentemente del 60 hasta el
98%, de forma especialmente preferente desde el 70 hasta el 97%. La
espuma de carbono presenta una proporción de células abiertas,
referida igualmente a este tamaño de las células, mayor que el 90%,
preferentemente mayor que el 93%.
En este caso, la mayoría de las nervaduras
celulares del cuerpo de la espuma del carbono presenta una sección
transversal que puede describirse como un triángulo con los lados
arqueados hacia el interior. El material estructural celular
presenta poros con dimensiones desde 0,2 nm hasta 50 nm,
preferentemente desde 0,5 nm hasta 20 nm, de forma especialmente
preferente desde 0,8 nm hasta 10 nm, que tienen un volumen desde
0,01 cm^{3}/g hasta 0,8 cm^{3}/g, relacionado con una gran
superficie interna mayor que 50 m^{2}/g, preferentemente mayor
que 150 m^{2}/g, de forma especialmente preferente mayor que 300
m^{2}/g, para requisitos especiales mayor que 500 m^{2}/g, en
casos especiales mayor que 1.000 m^{2}/g.
La espuma de carbono presenta, además, un
contenido en hidrógeno preferentemente por debajo del 3% en masa,
especialmente por debajo del 2% en masa y un contenido en nitrógeno
preferentemente por encima del 0,01% en masa, de forma
especialmente preferente por encima del 0,05% en masa, en casos
especiales por encima del 1% en masa.
El material estructural de la espuma de carbono
tiene preferentemente una densidad de 0,8 hasta 2,3 g/cm^{3}, de
forma especialmente preferente de 1,2 hasta 2,0 g/cm^{3}. La
densidad del material estructural depende de la estructura del
carbono y de la proporción de los poros con dimensiones comprendidas
entre 0,2 y 50 nm. La estructura del carbono puede ser más
vítrea/amorfa a los rayos X con una baja densidad o más similar al
grafito/cristalina a los rayos X con mayor densidad, aumentando la
proporción similar al grafito/cristalina a los rayos X con
temperaturas de pirolisis más elevadas. Desde aproximadamente 500ºC
hasta aproximadamente 1.200ºC se forman espumas de carbono amorfas
a los rayos X, a temperaturas mayores se forman espumas con una
cristalinidad a los rayos X que aumenta paralelamente con la
temperatura.
El material estructural de la espuma de carbono
puede presentar conductibilidades eléctricas de 10^{-10} S/cm
hasta 5000 S/cm, preferentemente de 10^{-5} S/cm hasta 1000 S/cm y
de forma especialmente preferente de 10^{-2} S/cm hasta 500 S/cm.
La conductibilidad puede ajustarse mediante la elección de los
parámetros de la pirolisis. De manera ejemplificativa, a
temperaturas próximas a 500ºC se forman espumas de carbono con una
conductibilidad eléctrica extremadamente baja, a temperaturas de
2.300ºC sin embargo se forman espumas con elevada conductibilidad,
que puede aumentar todavía más a medida que aumenta el tiempo del
tratamiento térmico y mediante la incorporación de grafito en la
espuma sintética como paso previo a la pirolisis. Entre medias
pueden obtenerse conductibilidades medias de acuerdo con la
temperatura.
En lugar de grafito pueden añadirse también
substancias que se transformen fácilmente en grafito durante la
pirolisis. Una substancia de este tipo es, por ejemplo, la
mesofase-brea denominada en la literatura
mesophase-pitch, como la que se fabrica por ejemplo
por la firma Mitsubishi como Mitsubishi ARA-24
Mesophase Pitch.
El material estructural de la espuma de carbono
preparada según el procedimiento de la invención puede garantizarse
por medio de una señal comprendida entre 100 ppm y 200 ppm, que toma
un porcentaje superficial por encima del 95 por ciento en el
espectro, medida por medio de la espectroscopia de resonancia
nuclear de los cuerpos sólidos ^{13}C.
La espuma, constituida al menos en un 70% en
masa por carbono, puede llevarse a una forma pulverulenta mediante
desmenuzado mecánico, lo cual es ventajoso para algunas
aplicaciones. El desmenuzado mecánico puede llevarse a cabo de
cualquier forma y manera. Es especialmente adecuado un molino de
bolas. El material pulverulento de carbono presenta, además de las
propiedades anteriormente descritas, un tamaño de grano máximo menor
que 1.000 \mum, preferentemente menor que 500 \mum, de forma
especialmente preferente menor que 100 \mum.
Las espumas, preparadas según el procedimiento
de la invención, constituidas al menos en un 70% en masa por
carbono, pueden fabricarse mediante pirolisis de espumas de carbono.
Las espumas de carbono, empleadas, contienen en este caso al menos
un 30% en masa de un material polímero o bien de una mezcla de
varios materiales polímeros con un contenido en nitrógeno por
encima del 6% en masa, preferentemente por encima del 8% en masa y,
de forma especialmente preferente, por encima del 9% en masa y una
porosidad comprendida entre el 35 y el 99,5% así como una proporción
de células abiertas mayor que el 1%, preferentemente mayor que el
30% y, de forma especialmente preferente, mayor que el 70%.
Tales materiales polímeros son, preferentemente,
aquellos que están constituidos o que contienen resinas de
urea-formaldehído, resinas de
melamina-formaldehído o aductos polímeros de
isocianato.
Las resinas de urea-formaldehído
y las resinas de melamina-formaldehído, empleadas,
se fabrican según procedimientos conocidos por el estado de la
técnica. Un ejemplo de tales productos en forma de espuma es la
espuma de melamina-formaldehído Basotect® de la
firma BASF Aktiengesellschaft.
Como materiales polímeros se emplearán de forma
especialmente preferente aquellos que contengan aductos polímeros
de isocianato. Estos aductos polímeros de isocianato contienen
ventajosamente estructuras de poliisocianurato, que se caracterizan
por medio de una relación relativa Ev mayor que 1,5 entre la
extinción de la banda del isocianurato, registrada tras la
preparación con la tecnología del prensado con bromuro de potasio,
en el intervalo medio del infrarrojo próxima a 1.410 cm^{-1} y la
extinción de la banda de los hidrocarburos aromáticos próxima a
1.600 cm^{-1}. Preferentemente, se emplearán espumas con valores
por encima de 3, de forma especialmente preferente por encima de
4,5. Los números de onda, indicados, de 1.410 cm^{-1} para la
estructura del isocianurato y de 1.600 cm^{-1} para la estructura
de los hidrocarburos aromáticos, son los valores de la posición de
los máximos de las bandas. Estos valores pueden oscilar
respectivamente en ± 20 cm^{-1}, como sabe el técnico en la
materia, debido a la preparación de las muestras y, por ejemplo,
debido al cuadro de substitución de los hidrocarburos aromáticos.
En las expresiones "banda del isocianurato en el intervalo medio
del infrarrojo próxima a 1.410 cm-1" o bien
"banda de los hidrocarburos aromáticos próxima a 1.600
cm-1" quiere indicarse también esta
desviación.
Los aductos polímeros del isocianato se preparan
de modo y manera usuales por reacción de poliisocianatos consigo
mismos, con compuestos que contengan grupos activos frente al
hidrógeno o, además, con compuestos que reaccionen con el
isocianato con empleo de catalizadores, de estabilizantes, de
agentes propulsores y, en caso dado, de otros productos
auxiliares.
Como poliisocianatos se emplearán, por ejemplo,
los isómeros del toluilendiisocianato, preferentemente los isómeros
del difenilmetanodiisocianato, de forma especialmente preferente una
mezcla constituida por isómeros del difenilmetanodiisocianato y por
poliisocianatos de polifenilo con diversos grados de
condensación.
Sin embargo, pueden emplearse, también, los
poliisocianatos usuales en la química de los poliuretanos, como los
que se han descrito, por ejemplo, en la publicación WO 00/11059.
Como compuestos, que contienen grupos activos
frente al hidrógeno se emplearán, especialmente, productos de
polimerización que contengan grupos hidroxilo con un masa molecular
mayor que 200 g/mol, preferentemente mayor que 500 g/mol y, de
forma especialmente preferente, mayor que 1.000 g/mol, y una
funcionalidad mayor que 1, preferentemente mayor que 2.
Ventajosamente, se emplearán compuestos con
estructura de éter, que se obtienen, como se sabe, preferentemente
mediante polimerización de óxidos de alquileno, preferentemente de
óxido de etileno y/o de óxido de propileno, y de substancias de
partida con grupos activos frente al hidrógeno.
Ventajosamente, se emplearán como compuestos
activos frente al hidrógeno, además, poliésteroles a base de ácidos
policarboxílicos aromáticos y de alcoholes polifuncionales,
preferentemente estructuras aromáticas de ésteres.
Como compuestos, que contienen grupos activos
frente al hidrógeno, entran en consideración, también, otros
productos correspondientes, como los que se han descrito en la
literatura especializada y en la literatura de patentes, por
ejemplo en la publicación WO 00/11059.
Además de los compuestos activos frente al
hidrógeno, pueden emplearse también otros compuestos que reaccionen
con el isocianato. Tales compuestos son, por ejemplo, aquellos con
grupos anhidro orgánicos, que reaccionen para dar estructuras de
imida y aquellos con grupos epóxido, que reaccionen para dar
estructuras de oxazolidinona. Además de las estructuras de imida y
de oxazolidinona, deben estar presentes en las espumas de material
sintético las cantidades mínimas de estructuras de isocianurato,
descritas anteriormente con la relación E.
La reacción de los poliisocianatos y de los
compuestos que contienen grupos activos frente al hidrógeno se
lleva a cabo en presencia de catalizadores. Para ello se emplearán
los catalizadores usuales en la química de los poliuretanos, como
los que se han descrito, por ejemplo, en la publicación WO 00/11059.
Usualmente se emplearán, además de estos catalizadores, tales como
por ejemplo aminas, o únicamente, ante todo para la formación de
estructuras de isocianurato, sales alcalinas, ante todo las sales de
potasio y/o las triazinas como catalizadores. Ventajosamente se
empleará, según la invención, a modo de cocatalizador, al menos un
compuesto con estructuras de éteres corona, tal como por ejemplo el
1,4,7,10,13,16-hexaoxaciclooctadecano
("18-corona-6").
Además de los poliisocianatos, de los compuestos
que contienen grupos activos frente al hidrógeno y de los
catalizadores, anteriormente descritos, se añadirán, en el momento
de la obtención de los aductos polímeros de isocianato, otros
compuestos tales como estabilizantes, agentes propulsores y otros
productos auxiliares y aditivos. Para ello entran en consideración
los compuestos usuales de la química de los poliuretanos, como los
que se han descrito, por ejemplo, en la publicación WO 00/11059.
Ventajosamente se emplearán como estabilizantes compuestos
orgánicos del silicio, especialmente poliétersiloxanos, como agentes
propulsores se emplearán el aire y/o el nitrógeno y/o el CO_{2}
y/o el agua y/o líquidos orgánicos evaporables, tales como por
ejemplo el n-pentano, el
iso-pentano y/o el ciclopentano. Ventajosamente se
empleará el CO_{2} formado por la reacción entre el agua y el
isocianato, solo o en combinación con un pentano. Como otros
productos auxiliares y aditivos se han acreditado, por ejemplo,
productos de baja viscosidad para mejorar la aptitud a la fluencia,
que se incorporan por reacción en el polímero, tal como por ejemplo
el alcohol furfurílico, o que favorecen la carbonización durante la
pirolisis subsiguiente, tal como por ejemplo el fosfato de trietilo.
Ventajosamente, se emplearán, de manera concomitante, cargas con
elevado contenido en carbono, tales como hollín y/o grafito.
Para la generación de los poros, según la
invención, en el material con estructura celular con unas
dimensiones de 0,2 nm hasta 50 nm con una elevada superficie
interna, se incorporarán ventajosamente cargas inorgánicas en la
espuma de material sintético, que se pirolicen a continuación. Tales
cargas son, especialmente, sales inorgánicas, preferentemente el
cloruro de cinc, el carbonato de calcio, el polifosfato de amonio,
solos o en cualquier mezcla y/o el grafito expandido y/o polvo
metálico, por ejemplo polvo de cinc y/o polvo de aluminio. Los
productos inorgánicos se emplearán, ventajosamente, en una cantidad
desde un 0,1 hasta un 60% en masa, preferentemente desde un 0,5
hasta un 40% en masa, de forma especialmente preferente desde un 1
hasta un 25% en masa, referido respectivamente a la masa total de
la espuma de material sintético.
La incorporación de estos productos se lleva a
cabo, de forma especialmente sencilla, en el caso de las espumas de
material sintético a base de isocianato mediante mezcla en uno de
los componentes líquidos, utilizado para la síntesis. Las espumas
de material sintético, empleadas, pueden impregnarse sin embargo,
también, con soluciones o con dispersiones de sales inorgánicas,
con polvos metálicos o con grafito expandido en agua o en
disolventes orgánicos, ventajosamente de tal manera, que tras la
evaporación del disolvente quede remanente una cantidad desde un
0,1 hasta un 60% en masa, preferentemente la cantidad anteriormente
indicada, de productos inorgánicos sobre la espuma. Ambas medidas,
la incorporación o bien la aplicación de los productos inorgánicos,
pueden emplearse también de forma combinada.
Las espumas de material sintético, empleadas
para el procedimiento según la invención, tienen una proporción de
células abiertas mayor que el 1%, preferentemente mayor que el 30%
y, de forma especialmente preferente, mayor que el 70%.
Ventajosamente se emplearán para la generación de la proporción
deseada de células abiertas, hidrocarburos líquidos, de elevado
masa molecular, insaturados, tales como el polibutadieno o el
polioctenileno, como se ha descrito, por ejemplo, en la publicación
DE-A-4303809.
El contenido en nitrógeno de la espuma de
material sintético se encuentra por encima del 6% en masa,
preferentemente por encima del 8% en masa y, de forma especialmente
preferente, por encima del 9% en masa. Este se deduce de la
cantidad de MDI en la receta en los aductos de isocianato. El MDI
puro tiene un 11,2% en masa de nitrógeno. En el caso de las resinas
de urea-formaldehído y de las resinas de melamina,
los contenidos en nitrógeno se sitúan siempre, como se sabe, por
encima del 6% en masa.
La porosidad de las espumas de material
sintético, empleadas, se encuentra comprendida entre el 35 y el
99,5% en masa. La porosidad se deduce de la densidad de la espuma y
de material estructural celular (el cálculo de la porosidad está
dado en los ejemplos). Será preferente un intervalo de porosidad
desde un 40 hasta un 95%, de forma especialmente preferente desde
un 50 hasta un 90%.
Las masas polímeras, sometidas a la pirolisis
para la obtención de las espumas de material sintético, están
constituidas en un 30% en masa, al menos, preferentemente en un 50%
en masa, al menos, y, de forma especialmente preferente en un 70%
en masa, al menos, por las espumas de material sintético
anteriormente descritas. Como otros componentes se añadirán a la
masa, como paso previo a la pirolisis, otros materiales polímeros
y/o, por ejemplo, cargas. Tales cargas son, preferentemente,
aquellas que se producen durante la pirolisis del carbono, por
ejemplo brea o carbono en forma de grafito. Se alcanzan buenos
resultados mediante el empleo concomitante de resinas fenólicas
mediante incorporación por mezcla de componentes de resina fenólica
todavía no endurecidos en uno o varios
componentes.
componentes.
La pirolisis de la espuma de material sintético
se lleva a cabo mediante calentamiento desde la temperatura
ambiente hasta por encima de 500ºC, preferentemente por encima de
800ºC, en casos especiales hasta 3.000ºC y por encima de este
valor. A temperaturas especialmente elevadas, por encima de 1.500ºC,
se lleva a cabo la pirolisis ventajosamente bajo argón o bajo otros
gases nobles y/o en vacío.
El calentamiento se llevará a cabo,
preferentemente, en atmósfera de nitrógeno y/o de gases nobles, en
el caso de temperaturas por encima de 1.500ºC, de forma
especialmente preferente, en atmósfera de gases nobles, en caso
dado con presencia parcial, es decir proporcional y/o temporal de
oxígeno y/o de dióxido de carbono. La presencia de oxígeno y/o de
dióxido de carbono se lleva a cabo preferentemente en el intervalo
de temperaturas desde la temperatura ambiente hasta 1.500ºC,
especialmente desde 150 hasta 600ºC, de forma especialmente
preferente entre 250 y
450ºC.
450ºC.
Según la invención, se lleva a cabo el
calentamiento, ventajosamente, con velocidades de calentamiento de
0,05 K/min hasta 10 K/min, preferentemente desde 1 K/min hasta 8
K/min. Durante la pirolisis se harán circular las corrientes
gaseosas con una velocidad de 0,1 litros por hora hasta 10 litros
por minuto y gramo de espuma empleada. En una variante preferente
del procedimiento se mantendrá la temperatura máxima de la pirolisis
durante 5 minutos hasta 2 días.
El enfriamiento se lleva a cabo,
preferentemente, con velocidades de enfriamiento desde 0,05 K/min
hasta 40 K/min, preferentemente desde 15 hasta 25 K/min hasta la
temperatura ambiente.
También es posible un enfriamiento brusco desde
2.500ºC como máximo hasta la temperatura ambiente mediante
introducción de la espuma de material sintético caliente en un
ambiente con una temperatura ambiente próxima a 20 hasta 25ºC.
Además, es ventajosa una interrupción del
calentamiento y del enfriamiento mediante un mantenimiento constante
de la temperatura en las denominadas "plataformas" durante 5
minutos hasta 8 días.
La generación de los poros con unas dimensiones
de 0,2 nm hasta 50 nm con elevada superficie interna en el material
estructural celular puede llevarse a cabo también mediante la acción
específica de vapor de agua y/o de dióxido de carbono y/o de
oxígeno durante la pirolisis de la espuma de material sintético o
mediante la acción subsiguiente de vapor de agua y/o de dióxido de
carbono y/o de oxígeno sobre la espuma de material sintético
acabada, que haya sido formada previamente mediante pirolisis en
nitrógeno y/o en gases nobles. El tratamiento con vapor de agua y/o
con dióxido de carbono y/o con oxígeno se llevará a cabo por encima
de una temperatura de 400ºC, reforzándose el efecto a medida que
aumenta la temperatura así como a medida que aumenta la
concentración.
En este caso aumenta la superficie interna, a
medida que aumenta la duración del tratamiento con vapor de agua,
con dióxido de carbono y/o con oxígeno, a medida que aumenta la
temperatura así como a medida que aumenta la concentración de los
gases. Sin embargo, es conveniente no aumentar la superficie interna
por encima de los 2.000 m^{2}/gramo, puesto que, en dicho caso,
será tan elevada la degradación del material, requerida por la
generación de los poros, que se influenciarán negativamente, en gran
medida, las propiedades mecánicas. La superficie interna se
generará preponderantemente por medio de los poros citados con unas
dimensiones desde 0,2 hasta 50 nm.
El tratamiento, llevado a cabo durante la
pirolisis, con vapor de agua se verifica ventajosamente en el
intervalo de concentraciones desde 0,5 hasta 80% en volumen,
preferentemente desde 10 hasta 60% en volumen y, de forma
especialmente preferente, desde 20 hasta 50% en volumen, de vapor de
agua en mezcla de vapor de agua con nitrógeno y/o con gases nobles.
La temperatura del tratamiento con vapor de agua se encuentra por
encima de 400ºC y, preferentemente, por debajo de 1.200ºC,
ventajosamente está comprendida entre 500 y 1.100ºC, de forma
especialmente preferente está comprendida entre 600 y 1.000ºC.
El tratamiento con dióxido de carbono, que se
lleva a cabo durante la pirolisis, se verifica ventajosamente en el
intervalo de concentraciones por encima de 1% en volumen de dióxido
de carbono en mezcla de dióxido de carbono con nitrógeno y/o con
gases nobles. Preferentemente se empleará por encima de un 20% en
volumen de dióxido de carbono, de forma especialmente preferente
por encima de un 50% en volumen. El efecto es máximo con dióxido de
carbono puro. La temperatura del tratamiento con dióxido de carbono
se encuentra por encima de 400ºC y, preferentemente, por debajo de
1.500ºC, preferentemente está comprendida entre 600 y 1.300ºC, de
forma especialmente preferente está comprendida entre 700 y
1.100ºC.
El tratamiento puede llevarse a cabo en
presencia, temporalmente simultánea, de oxígeno en concentraciones
desde un 0,05 hasta un 30% en volumen en la mezcla gaseosa, en el
intervalo de temperaturas de hasta 1.500ºC, preferentemente por
encima de 300 hasta 1.200ºC, de forma especialmente preferente entre
300 y 800ºC. Las concentraciones en oxígeno están comprendidas,
preferentemente, entre un 1 y un 20% en volumen, de forma
especialmente preferente entre un 3 y un 15% en volumen. El oxígeno
puede emplearse en combinación con todos los procedimientos
descritos. Este provoca un aumento del rendimiento en espuma de
carbono y un aumento de la superficie interna. El rendimiento se
aumenta, ante todo, mediante el efecto del oxígeno durante la
pirolisis de la espuma de material sintético entre la temperatura
ambiente y 600ºC.
De manera análoga, podrá prepararse la espuma de
carbono, en primer lugar, mediante pirolisis en nitrógeno y/o en
gases nobles y, a continuación, tratamiento de esta espuma de
carbono con vapor de agua y/o con dióxido de carbono y/o con
oxígeno. Para ello se tratará la espuma de carbono pirolizada,
acabada, a continuación a una temperatura situada por encima de
500ºC, con un 1 hasta un 80% en volumen de vapor de agua en la
mezcla de vapor de agua con nitrógeno y/o con gases nobles o a una
temperatura situada por encima de 500ºC con una proporción de
dióxido de carbono por encima de un 1% en volumen, preferentemente
desde un 5 hasta un 90% en volumen en una mezcla gaseosa
constituida por dióxido de carbono y nitrógeno y/o gases nobles o
con dióxido de carbono
puro.
puro.
A temperaturas situadas por debajo de 2.000ºC,
preferentemente por debajo de 1.700ºC, de forma especialmente
preferente por debajo de 1.500ºC podrá emplearse nitrógeno solo o en
mezcla con un gas noble como gas inerte/mezcla de gases inertes. De
manera correspondiente ya no deberá emplearse nitrógeno por encima
de 2.000ºC, preferentemente ya por encima de 1.700ºC y, de forma
especialmente preferente, ya por encima de 1.500ºC. Esto debe
respetarse también en el caso de la pirolisis en vacío.
Las espumas fabricadas según el procedimiento de
acuerdo con la invención, constituidas preponderantemente por
carbono, con elevada superficie interna, son adecuadas para
aplicaciones eléctricas y electro-químicas, como
material para filtros y como material para el aislamiento térmico,
como material de soporte y material de acumulación y como materia
prima para otras reacciones así como para otras aplicaciones de las
espumas de carbono.
Ventajosamente podrá emplearse, por ejemplo,
como material para electrodos en baterías, para la síntesis
electroquímica, para sensores electroquímicos, por ejemplo
electrodos enzimáticos, especialmente como material para electrodos
en el caso de los supercondensadores o como células combustibles,
como material filtrante para metales líquidos, por ejemplo cobre,
como matriz para la transmisión del calor, como material para
columnas en la cromatografía, como material de partida para la
conversión con silicio para dar cuerpos de carburo de silicio, por
ejemplo para materiales de fricción de alto rendimiento o espumas
de carburo de silicio, o para la conversión con una cantidad
adicional de carbono para dar materiales compuestos carbono/carbono,
como material termoaislante para temperaturas elevadas, como
soporte para catalizadores, como material que actúe como escudo
frente al calor en los viajes espaciales y como medio para la
acumulación de gases.
El material de carbono pulverulento es adecuado
especialmente como material de electrodos para supercondensadores
y/o en las células combustibles.
La presente invención se explicará por medio de
los ejemplos indicados sin que pueda considerarse en este caso una
limitación correspondiente.
- Poliisocianato Lupranat® M50 (BASF), una mezcla constituida por difenilmetanodiisocianato y por polifenilpoliisocianatos con un contenido en NCO del 31,5% en masa y con una viscosidad de 550 mPas a 25ºC.
- Poliisocianato Lupranat® M70 (BASF), una mezcla constituida por difenilmetanodiisocianato y por polifenilpoliisocianatos con un contenido en NCO del 31% en masa y con una viscosidad de 750 mPas a 25ºC.
- Poliésteralcohol, preparado a partir de ácido adípico/anhídrido del ácido ftálico/ácido oleico en la relación molar de 1 : 2 : 1 con 1,1,1-trimetilolpropano, con un masa molecular, promedio en número, de 530 g/mol, un índice de hidroxilo de 385 mg de KOH/g y con una viscosidad de 1.370 mPas a 75ºC así como con una funcionalidad media de 3,7.
- Poliéteralcohol, preparado a partir de glicerol como iniciador con óxido de propileno como primer bloque y óxido de etileno como bloque final con un índice de hidroxilo de 35 mg de KOH/g y con una viscosidad de 850 mPas a 25ºC. La relación másica entre el óxido de propileno y el óxido de etileno es 6,4. El masa molecular medio tiene un valor de 4.350 g/mol, la funcionalidad media es de 2,7.
- Componente A: mezcla formada por polioles, catalizadores, estabilizantes y agentes propulsores y, en caso dado, otros componentes aditivos. Las cargas pueden incorporarse en el componente poliol.
- Componente B: poliisocianato o mezcla de poliisocianatos. Las cargas pueden incorporarse en el componente isocianato.
Los componentes A y B se termostataron a 20ºC
+/- 0,5 K. En total se mezclaron 78 g de los componentes A y B en
un vaso de cartón con una capacidad de 660 ml aproximadamente
durante 10 segundos con un dispositivo agitador de laboratorio
(número de revoluciones 1.750 revoluciones/min), dotado con un
órgano agitador de la firma Vollrath (diámetro 65 mm). La relación
A y B correspondía a la de la formulación correspondiente. Se
midieron en la espuma en crecimiento el tiempo de inicio, el tiempo
de ascenso y el tiempo de fraguado, en la espuma endurecida se
midieron la densidad en bruto, que se ha dado en las tablas también
como densidad.
La porosidad se calcula a partir de la densidad
en bruto de la espuma Ds en kg/m^{3} y la densidad del material
polímero de 1.250 kg/m^{3}:
Porosidad \ en
\ % = [1 - Ds/1250] \cdot
100
La proporción de células abiertas se determinó
según ASTM D 2856-87, Método C.
El contenido en poliisocianurato se caracteriza
con ayuda de la medida de la relación entre la extinción de la
banda próxima a 1.410 cm^{-1} (isocianurato) y la banda próxima a
1.595 cm^{-1} (hidrocarburo aromático) en el intervalo medio del
infrarrojo en una muestra pulverizada preparada con la tecnología
del prensado con bromuro de potasio y se ha indicado como
"Ev(PIR)".
El contenido en nitrógeno se calcula a partir de
la formulación y coincide con el valor determinado mediante el
análisis elemental.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Datos como partes en masa
B = espumado en vaso para precipitados
M = espumado mecánico: la mezcla de los
componentes se lleva a cabo de manera continua con la máquina
espumadora de alta presión PUROMAT® HD 30 de la firma Elastogran
GmbH y, a continuación, aplicación sobre un rastrillo de colada
sobre una cinta transportadora doble. Este procedimiento ha sido
descrito por ejemplo por R. Wiedermann y R. Zöllner en las páginas
272-273 en el Kunststoff-Handbuch,
tomo 7, Polyurethane, publicado por G. Oertel en Hanser Verlag,
München, Viena, 1993.
Condiciones para el ensayo mecánico: descarga
total de 15,000 kg/min. Velocidad de la cinta: 4,1 m/min.
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
\newpage
\vskip1.000000\baselineskip
Para la caracterización de la espuma de
carbono:
se empleó en todos los ejemplos el módulo de
horno tubular tipo GTF 12/50/546/E2408 CP de la firma Carbolite
GmbH con un tubo de vidrio de cuarzo con un diámetro interno de 55
mm y con una longitud de 1.100 mm.
La medida de la densidad en bruto y de la
proporción de células abiertas se llevó a cabo de manera análoga a
la de la espuma de material sintético.
La medida de la densidad del material
estructural celular (matriz de espuma de carbono) Dg para el cálculo
de la porosidad se llevó a cabo mediante picnómetro.
El cálculo de la porosidad en% se llevó a cabo
por medio de la fórmula:
Porosidad \ en
\ % = [1 - Ds/Dg] \cdot
100
Ds : densidad en bruto de la espuma de carbono
en kg/ m^{3},
Dg : densidad del material estructural celular
en kg/m^{3},
Esta densidad es la densidad del material
estructural "nanoporoso". Los poros a escala de nanómetro no se
tuvieron en consideración a la hora de indicar esta porosidad, que
se refiere a las células > 20 \mum.
La evaluación de la sección transversal de las
células se llevó a cabo mediante microscopia electrónica de
barrido.
La superficie interna se determinó según DIN 66
131 (Langmuir surface area). Las dimensiones de los poros en la
estructura celular, indicadas como el diámetro de los poros y el
volumen de los poros correspondientes a escala de nm, se determinó
a partir de las mediciones de acuerdo con DIN 66 131 y evaluación
según Langmuir/Horvath Kavazoe.
Ejemplo
1
(Comparativo)
A partir de la espuma de carbono, a base de
isocianato, fabricada a partir del sistema número 1 en la tabla 1,
se serraron cuerpos con unas dimensiones de 6 cm x 3,5 cm x 1,7 cm
con un masa de 2,5 g y se colocaron en el módulo de horno tubular
en el centro del tubo de vidrio de cuarzo. Durante todo el ensayo se
condujo una corriente de nitrógeno de 5 l/min a través del tubo. La
muestra se calentó con una velocidad de calentamiento de 5 K/min
hasta 800ºC, se mantuvo durante una hora a la temperatura máxima
Tmax de 800ºC y se enfrió hasta 30ºC con una velocidad de 20 K/min.
Se formó una espuma de carbono homogénea, exenta de grietas con un
masa de 0,72 g, es decir, con un rendimiento en espuma de carbono
del 28,8%. La densidad de la espuma de carbono fue de 105
kg/m^{3}, el contenido en carbono fue del 79% en masa, el
contenido en nitrógeno era del 9,5% y el contenido en agua era del
2,5% en masa. La densidad del material estructural fue de 1,6
g/cm^{3}, la porosidad fue del 92,5%, la proporción de células
abiertas del 93%. La superficie interna medida según DIN 66131 dio
un valor de 4,1 m^{2}/g.
Ejemplo
1a
(Según la
invención)
Se colocó de nuevo la espuma de carbono,
fabricada según el ejemplo 1, en el módulo de horno tubular en el
centro del tubo de vidrio de cuarzo. Durante todo el ensayo se
condujo una corriente de nitrógeno de 5 l/min a través del tubo. La
muestra se calentó con una velocidad de calentamiento de 5 K/min
hasta 800ºC, a continuación se trató durante 30 min a la
temperatura máxima Tmax de 800ºC, con 2 l/min de nitrógeno más 1,2
l/min de vapor de agua y se enfrío hasta 30ºC con una velocidad de
20 K/min. La pérdida de masa fue del 16%, referida a la masa de la
espuma de carbono empleada.
Ejemplo
1b
(Según la
invención)
La espuma de carbono, fabricada según el ejemplo
1, se colocó de nuevo en el módulo de horno tubular en el centro
del tubo de vidrio de cuarzo. Durante el ensayo se condujo una
corriente de nitrógeno de 5 l/min a través del tubo. En el
intervalo de temperaturas comprendido entre 300 y 500ºC se
condujeron, a través del horno, 5 l/min de aire en lugar de
nitrógeno. Se prosiguió el calentamiento de la muestra, a una
velocidad de calentamiento de 5 K/min, hasta 800ºC, a continuación
se trató durante 15 min a la temperatura máxima Tmax de 800ºC, con
2 l/min de nitrógeno más 1,2 l/min de vapor de agua y se enfrió
hasta 30ºC a una velocidad de 20 K/min. La pérdida de masa fue del
18%, referida a la masa de la espuma de carbono empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1c
(Según la
invención)
La espuma de carbono, análoga a la del ejemplo
1, se colocó en el módulo de horno tubular en el centro del tubo de
vidrio de cuarzo. Durante el ensayo se condujo a través del tubo una
corriente de nitrógeno de 5 l/min. En el intervalo de temperaturas
comprendido entre 650 y 750ºC se condujeron a través del horno 2
l/min de nitrógeno más 0,44 l/min de vapor de agua en lugar de
nitrógeno puro. De este modo, se produjo el tratamiento con vapor
de agua simultáneamente con la pirolisis. La muestra se trató a una
temperatura constante de 750ºC, durante otros 30 min en
nitrógeno
puro con 5 l/min. La pérdida de masa fue del 75,1%, referida a la masa de la espuma de material sintético empleada.
puro con 5 l/min. La pérdida de masa fue del 75,1%, referida a la masa de la espuma de material sintético empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1d
(Según la
invención)
La espuma de carbono, fabricada según el ejemplo
1, se colocó de nuevo en el módulo del horno tubular en el centro
del tubo de vidrio de cuarzo. Durante el ensayo se condujo a través
del tubo una corriente de nitrógeno de 5 l/min. La velocidad de
calentamiento fue de 5 K/min. En el intervalo de temperaturas
comprendido entre 800 y 900ºC se condujeron a través del horno, con
una velocidad de calentamiento de 2 K/min, 2 l/min de nitrógeno más
1 l/min de dióxido de carbono en lugar de nitrógeno puro. A 900ºC se
mantuvo constante la temperatura durante 1 hora, con la corriente
gaseosa anteriormente citada. La pérdida de masa fue del 9,1%,
referida a la masa de la espuma de carbono empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1e
(Según la
invención)
La espuma de material sintético análoga a la del
ejemplo 1 se colocó en el modulo del horno tubular en el centro del
tubo de vidrio de cuarzo. Durante el ensayo se condujo a través del
tubo una corriente de nitrógeno de 5 l/min. La velocidad de
calentamiento fue de 5 K/min. En el intervalo de temperaturas
comprendido entre 800 y 900ºC se condujeron a través del horno 2
l/min de nitrógeno más 1 l/min de dióxido de carbono en lugar de
nitrógeno puro. De este modo, se llevó a cabo el tratamiento con
dióxido de carbono simultáneamente con la pirolisis. A 900ºC se
mantuvo constante la temperatura durante 1 hora con la corriente
gaseosa anteriormente citada. La pérdida de masa fue del 74,0%,
referida a la masa de la espuma de material sintético empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
(Comparativo)
A partir de la espuma de material sintético a
base de isocianato, fabricada a partir del sistema Nr. 2 de la
tabla 1, se serraron cuerpos con unas dimensiones de 6 cm x 3,5 cm x
1,7 cm con un masa de 9,2 g y se colocaron en el módulo del horno
tubular en el centro del tubo de vidrio de cuarzo. Durante el ensayo
se condujo a través del tubo una corriente de nitrógeno de 5 l/min.
Se calentó con una velocidad de 3 K/min hasta 500ºC y, a
continuación, con una velocidad de 5 K/min hasta 800ºC. Se mantuvo a
800ºC, bajo nitrógeno, durante 10 min. La pérdida de masa fue del
68%, referido a la masa de la espuma de material sintético
empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos 2a, 2b, 2c, 2d y
2e
(Según la
invención)
Estos ejemplos describen el efecto de las cargas
incorporadas (acetato básico de aluminio, grafito expandido,
carbonato de calcio y polifosfato de amonio) sobre la superficie
interna.
Las espumas de material sintético según los
ejemplos 2a, 2b y 2c se fabricaron a partir de los sistemas
correspondientes Nr. 2a hasta 2c en la tabla 1. Se serraron cuerpos
con unas dimensiones de 6 cm x 3,5 cm x 1,7 cm y se colocaron en el
módulo de horno tubular en el centro del tubo de vidrio de cuarzo.
Se calentó, bajo 5 l/min de nitrógeno, a una velocidad de 3 K/min
hasta 500ºC y, a continuación, con una velocidad de 5 K/min hasta
800ºC. El tiempo de mantenimiento a 800ºC, bajo nitrógeno, fue de
10 min. La pérdida de masa fue del 70% (2a) o bien del 62% (2b) o
bien del 63% (2c), referida a la masa de la espuma de material
sintético empleada.
Las espumas de material sintético, según los
ejemplos 2d y 2e, se trataron de manera análoga a la del ejemplo 1c
con nitrógeno/vapor de agua. La pérdida de masa fue del 69% (2d) o
bien del 72% (2e), referida a la masa de la espuma de material
sintético empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
(Según la
invención)
Se impregnó la espuma de material sintético,
según el ejemplo 2, con una solución, 1 molar, de cloruro de cinc
en dietiléter bajo vacío, a continuación se secó. Sobre la
superficie de la espuma se depositó, por lo tanto, un 34,4% en masa
de ZnCl_{2}. La espuma, tratada de este modo, se calentó en el
módulo de horno tubular a una velocidad de 5 K/min bajo 5 l/min de
nitrógeno, hasta 900ºC. La pérdida de masa fue del 68,1%, referida a
la masa de la espuma de material sintético empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
(Según la
invención)
La espuma de material sintético a base de resina
de melamina (Basotect® - BASF) se colocó en el módulo de horno
tubular de manera análoga a la del ejemplo 1e. Durante el ensayo se
condujo a través del tubo una corriente de nitrógeno de 5 l/min. La
velocidad de calentamiento fue de 5 K/min. En el intervalo de
temperaturas comprendido entre 800 y 900ºC se condujeron, a través
del horno, a una velocidad de 2 K/min, 2 l/min de nitrógeno más 1
l/min de dióxido de carbono, en lugar de nitrógeno puro. A 900ºC se
mantuvo constante la temperatura durante 1 hora con la corriente
gaseosa anteriormente citada. La pérdida de masa fue del 61,0%,
referida la masa de la espuma de material sintético empleada.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
En el caso de los ejemplos comparativos, las
superficies internas de las espumas de carbono se encuentran
ampliamente por debajo del valor correspondiente a la invención de
50 m^{2}/g, de tal manera que es innecesario un análisis para el
tamaño y el volumen de los poros.
Claims (26)
1. Procedimiento para la obtención de una
espuma, constituida al menos por un 70% en masa de carbono, mediante
pirolisis de espumas de material sintético, caracterizado
porque las espumas de material sintético, empleadas, contiene, al
menos, un 30% en masa de un material polímero con un contenido en
nitrógeno por encima del 6% en masa y tienen una porosidad
comprendida entre el 35% y el 99,5% así como una proporción de
células abiertas mayor que el 1%, que presentan productos
inorgánicos incorporados y/o depositados sobre la superficie en la
espuma de material sintético, elegidos del grupo formado por el
cloruro de cinc, el carbonato de calcio, el polifosfato de amonio,
el grafito expandido y los polvos metálicos y/o tratadas durante y/o
después de la pirolisis con vapor de agua y/o con dióxido de
carbono a temperaturas por encima de 400ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque las espumas de material sintético,
empleadas, son o contienen resinas de
urea-formaldehído.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque las espumas de material sintético,
empleadas, son o contienen resinas de
melamina-formaldehído.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque las espumas de material sintético,
empleadas, son o contienen aductos polímeros de isocianato.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o
4, caracterizado porque los aductos polímeros de isocianato,
empleados, contienen estructuras de poliisocianurato, que se
caracterizan por medio de una relación relativa Ev mayor que 1,5
entre la extinción de la banda de isocianurato, registrada tras la
preparación con la tecnología del prensado del bromuro de potasio
en el intervalo central del infrarrojo próxima a 1.410 cm^{-1}, y
la extinción de la banda de los hidrocarburos aromáticos próxima a
1.600 cm^{-1}.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 o 4 a 5, caracterizado porque los aductos
polímeros de isocianato, empleados, se preparan mediante reacción
de poliisocianatos consigo mismos, con compuestos que contengan
grupos activos frente al hidrógeno o con otros compuestos que
reaccionen con isocianato, con empleo de catalizadores, de
estabilizantes, de agentes propulsores y, en caso dado, de otros
productos auxiliares.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 o 4 hasta 6, caracterizado porque como
compuestos, que contienen grupos activos frente al hidrógeno, se
emplean productos de polimerización, que contienen grupos
hidroxilo, con un masa molecular mayor que 200 g/mol y con una
funcionalidad mayor que 1.
8. Procedimiento según la una de las
reivindicaciones 1 o 4 hasta 7, caracterizado porque se
emplean poliésteroles a base de ácidos policarboxílicos aromáticos
y de alcoholes polifuncionales como compuestos, que contienen
grupos activos frente al hidrógeno.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 o 4 hasta 8, caracterizado porque los
otros compuestos, que reaccionan con el isocianato, contienen
estructuras de anhídridos de ácidos orgánicos.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 o 4 hasta 7, caracterizado porque los
otros compuestos, que reaccionan con isocianato, contienen
estructuras de epóxido.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 o 4 hasta 10, caracterizado porque como
catalizador se emplea, al menos, un compuesto con estructura de
éter corona.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque además de
las espumas de material sintético, empleadas, se utilizan,
concomitantemente, también componentes de resinas fenólicas no
endurecidos todavía.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 12, caracterizado porque se emplean
sales inorgánicas, polvos metálicos o grafito expandido como cargas
en una cantidad desde un 0,1% en masa hasta un 60% en masa,
referido a la masa total de la espuma de material sintético, durante
la fabricación de la espuma de material sintético, empleada.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 13, caracterizado porque las espumas
de material sintético, empleadas, se impregnan con soluciones o con
dispersiones de sales inorgánicas, con polvos metálicos o con
grafito expandido en agua o en disolventes orgánicos de tal manera,
que tras la evaporación del disolvente, permanezca una cantidad
desde un 0,1% en masa hasta un 60% en masa de los productos
inorgánicos sobre la
espuma.
espuma.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 14, caracterizado porque las sales
inorgánicas, empleadas, son el cloruro de cinc y/o el carbonato de
calcio y/o el polifosfato de amonio.
\newpage
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 15, caracterizado porque la
pirolisis de las espumas de material sintético se lleva a cabo
mediante calentamiento desde la temperatura ambiente hasta por
encima de 500ºC y desde por encima de 500ºC hasta una temperatura de
3.000ºC.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 16, caracterizado porque durante la
pirolisis se lleva a cabo el calentamiento con velocidades de
calentamiento desde 0,05 K/min hasta 10 K/min.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 17, caracterizado porque la
pirolisis de las espumas de material sintético se lleva a cabo en
una atmósfera de nitrógeno y/o de gases nobles.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 18, caracterizado porque la
pirolisis de las espumas de material sintético se lleva a cabo
mediante calentamiento desde la temperatura ambiente hasta una
temperatura comprendida entre 400ºC y 1.200ºC en nitrógeno y/o en
gases nobles y a temperaturas situadas por encima de dichos
valores, con un 0,5% en volumen hasta un 80% en volumen de vapor de
agua en mezcla de vapor de agua con nitrógeno y/o con gases
nobles.
20. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 19, caracterizado porque la
pirolisis de las espumas de material sintético se lleva a cabo
mediante calentamiento desde la temperatura ambiente hasta una
temperatura comprendida entre 400ºC y 1.500ºC en nitrógeno y/o en
gases nobles y a temperaturas situadas por encima de este valor con
más de un 1% en volumen en dióxido de carbono en una mezcla de
dióxido de carbono y nitrógeno y/o de gases nobles.
21. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 18, caracterizado porque la
pirolisis de las espumas de material sintético se lleva a cabo
mediante calentamiento desde la temperatura ambiente hasta una
temperatura situada entre 400ºC y 1.500ºC en nitrógeno y/o en gases
nobles y a temperaturas situadas por encima de este valor, en
dióxido de carbono.
22. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 18, caracterizado porque, en primer
lugar, se prepara la espuma constituida por al menos un 70% en masa
de carbono, mediante pirolisis en nitrógeno y/o en gases nobles y,
a continuación, se trata por encima de 500ºC con un 1% en volumen
hasta un 80% en volumen de vapor de agua en la mezcla de vapor de
agua y nitrógeno y/o de gases nobles.
23. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 18, caracterizado porque, en primer
lugar, se prepara la espuma constituida al menos por un 70% en masa
de carbono, mediante pirolisis en nitrógeno y/o en gases nobles y,
a continuación, por encima de 500ºC se trata con más de un 1% en
volumen de dióxido de carbono en una mezcla formada por dióxido de
carbono y nitrógeno y/o gases nobles.
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 18, caracterizado porque, en primer
lugar, se prepara la espuma, constituida al menos por un 70% en
masa de carbono, mediante pirolisis en nitrógeno y/o en gases
nobles y a continuación se trata por encima de 500ºC con dióxido de
carbono.
25. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 24, caracterizado porque la
pirolisis de las espumas de material sintético se lleva a cabo en
presencia de oxígeno en una cantidad desde un 0,05% en volumen
hasta un 30% en volumen, referido a la cantidad total, en el
intervalo de temperaturas comprendido entre la temperatura ambiente
y 1.500ºC.
26. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 25, caracterizado porque durante la
pirolisis o durante el tratamiento final de la espuma, constituida
al menos en un 70% en masa por carbono, se lleva a cabo la
conducción de las corrientes gaseosas con una velocidad desde 0,01
litros por hora hasta 10 litros por minuto y gramo de espuma.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10243240 | 2002-09-17 | ||
DE10243240A DE10243240A1 (de) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | Vorwiegend aus Kohlenstoff zusammengesetzte Schaumstoffe hoher innerer Oberfläche und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2277148T3 true ES2277148T3 (es) | 2007-07-01 |
Family
ID=31896131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES03797284T Expired - Lifetime ES2277148T3 (es) | 2002-09-17 | 2003-09-08 | Espumas constituidas preponderantemente por carbono con una elevada superficie interna y procedimiento para su obtencion. |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20060014908A1 (es) |
EP (1) | EP1542941B1 (es) |
JP (1) | JP2006512265A (es) |
CN (1) | CN1681748A (es) |
AT (1) | ATE346832T1 (es) |
AU (1) | AU2003266363A1 (es) |
DE (2) | DE10243240A1 (es) |
ES (1) | ES2277148T3 (es) |
WO (1) | WO2004026792A1 (es) |
Families Citing this family (61)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2851244B1 (fr) * | 2003-02-17 | 2005-06-17 | Snecma Propulsion Solide | Procede de siliciuration de materiaux composites thermostructuraux et pieces telles qu'obtenues par le procede |
JP4904668B2 (ja) * | 2004-04-16 | 2012-03-28 | 三菱マテリアル株式会社 | 複合多孔質体およびその製造方法 |
US7838172B2 (en) | 2003-05-12 | 2010-11-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Composite porous body, gas diffusion layer member, cell member, and manufacturing method thereof |
DE10332463A1 (de) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Basf Ag | Kühl- und Warmhalteakku aus Melamin/Formaldehyd-Schaumstoff |
US9359481B2 (en) * | 2003-11-26 | 2016-06-07 | Owens Corning Intellectual Capital, Llc | Thermoplastic foams and method of forming them using nano-graphite |
US8568632B2 (en) * | 2003-11-26 | 2013-10-29 | Owens Corning Intellectual Capital, Llc | Method of forming thermoplastic foams using nano-particles to control cell morphology |
US20050196481A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-08 | Spradling Drew M. | Tool bodies having heated tool faces |
US7527855B2 (en) | 2004-10-21 | 2009-05-05 | Graftech International Holdings Inc. | High strength monolithic carbon foam |
US7413793B2 (en) | 2004-10-21 | 2008-08-19 | Graftech International Holdings Inc. | Induction furnace with unique carbon foam insulation |
US7785712B2 (en) | 2004-10-21 | 2010-08-31 | Graftech International Holdings Inc. | Carbon foam structural insulated panel |
US7776430B2 (en) * | 2004-10-21 | 2010-08-17 | Graftech International Holdings Inc. | Carbon foam tooling with durable skin |
US8021750B2 (en) * | 2004-10-21 | 2011-09-20 | Graftech International Holdings Inc. | Insulated panel for mine safe rooms |
US7232606B2 (en) | 2004-10-21 | 2007-06-19 | Ucar Carbon Company Inc. | Sealant for high strength carbon foam |
US7264878B2 (en) | 2004-10-21 | 2007-09-04 | Ucar Carbon Company Inc. | Laminated carbon foam sandwich for naval decking |
EA200701592A1 (ru) * | 2005-01-26 | 2008-04-28 | Саутерн Рисерч Инститьют | Композиты и способы их получения и использования |
CN100563050C (zh) * | 2005-04-27 | 2009-11-25 | 爱考斯研究株式会社 | 燃料电池的电极和膜电极接合体 |
US7758779B2 (en) | 2005-12-29 | 2010-07-20 | Graftech International Holdings Inc. | Reinforced resin-derived carbon foam |
JP5098195B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2012-12-12 | 日産自動車株式会社 | 炭素材料、複合材料、炭素材料の製造方法及び複合材料の製造方法 |
JP5392735B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2014-01-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | キャパシタ用電極及びその製造方法 |
ATE554304T1 (de) * | 2006-07-21 | 2012-05-15 | Schaeffler Technologies Ag | Reibsystem |
JP5301090B2 (ja) * | 2006-08-18 | 2013-09-25 | 株式会社Kri | リチウムイオンキャパシタ用電極及びそれを用いたリチウムイオンキャパシタ |
BRPI0621965A2 (pt) * | 2006-08-18 | 2011-12-27 | Firefly Energy Inc | espuma compàsita, e, bateria de Ácido e chumbo |
US7838146B2 (en) | 2006-11-16 | 2010-11-23 | Graftech International Holdings, Inc. | Low conductivity carbon foam for a battery |
KR100759436B1 (ko) * | 2006-11-20 | 2007-10-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 연료 전지 시스템 |
ITPD20070001A1 (it) * | 2007-01-02 | 2008-07-03 | Stefano Malagodi | Boa di profondita' per applicazioni marittime e procedimento per la sua realizzazione |
US8080127B2 (en) | 2007-04-15 | 2011-12-20 | Graftech International Holdings Inc. | Carbon foam evaporator |
US7892636B2 (en) | 2007-05-01 | 2011-02-22 | Graftech International Holdings Inc. | Carbon foam with supplemental material |
EP2167505B1 (en) * | 2007-07-17 | 2012-11-28 | Mallinckrodt LLC | Preparation of n-alkylated opiates by reductive amination |
CN101855072A (zh) * | 2007-09-11 | 2010-10-06 | 格拉弗技术国际控股有限公司 | 被涂覆的碳泡沫制品 |
WO2009062966A1 (de) * | 2007-11-13 | 2009-05-22 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von kohlenstoffschaumstoffen durch karbonisierung von offenzelligen melamin-formaldehyd-schaumstoffen |
US8785509B2 (en) * | 2008-05-02 | 2014-07-22 | Industrial Science & Technology Network, Inc. | Superinsulation with nanopores |
US20100189991A1 (en) * | 2008-11-17 | 2010-07-29 | Lytle Justin C | Macroporous carbon nanofoam composites and methods of making the same |
DE102009040818A1 (de) | 2009-09-10 | 2011-03-17 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen |
DE102010003366A1 (de) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | Chemische Fabrik Budenheim Kg | Laserinduziertes Kunststoffschäumen |
DE102010028558A1 (de) | 2010-05-04 | 2011-11-10 | Walter Ag | PVD-Hybridverfahren zum Abscheiden von Mischkristallschichten |
DE112010005730A5 (de) | 2010-07-13 | 2013-05-29 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Schaumstoffen |
US8904850B1 (en) * | 2010-10-07 | 2014-12-09 | Sandia Corporation | Materials, methods and devices to detect and quantify water vapor concentrations in an atmosphere |
WO2012065299A1 (en) * | 2010-11-16 | 2012-05-24 | Basf Se | Dimensionally stable low-density polyurethane moldings |
WO2012070013A1 (en) * | 2010-11-26 | 2012-05-31 | Basf Se | Process for manufacturing nitrogen-containing porous carbonaceous material |
US8697766B2 (en) * | 2011-02-24 | 2014-04-15 | Basf Se | Process for producing pulverulent porous materials |
KR101875950B1 (ko) * | 2011-12-20 | 2018-07-12 | 한국과학기술원 | 실리콘-기공성 탄소 복합 나노입자를 포함하는 리튬이차전지 음극 활물질 제조방법, 이에 의하여 제조된 리튬이차전지 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지 |
US9017598B2 (en) * | 2012-01-27 | 2015-04-28 | Ut-Battelle, Llc | Metal-bonded graphite foam composites |
JP6047799B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2016-12-21 | アイオン株式会社 | 蓄電デバイスの電極用活性炭及び蓄電デバイスの電極用活性炭の製造方法 |
US20130323610A1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | Unist Academy-Industry Research Corporation | Manufacturing method of oxygen reduction reaction catalysts and catalysts thereof, cathode using oxygen reduction reaction catalysts |
CN102874792A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-01-16 | 江西师范大学 | 一种新型碳海绵的制备方法 |
JP6159585B2 (ja) * | 2013-06-14 | 2017-07-05 | 日清紡ホールディングス株式会社 | 多孔質炭素触媒及びその製造方法並びに電極及び電池 |
CN103972520B (zh) * | 2014-04-18 | 2017-01-18 | 江西师范大学 | 一种弹性碳泡沫氧气还原催化剂及其制备方法 |
WO2015193336A1 (en) | 2014-06-20 | 2015-12-23 | Basf Se | Nanoporous carbon foams |
US10008338B2 (en) | 2016-01-13 | 2018-06-26 | Lawrence Livermore National Security, Llc | High temperature oxygen treated carbon aerogels |
KR102242600B1 (ko) * | 2016-11-24 | 2021-04-20 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | 탄소 폼, 막 전극 복합체 |
KR102367521B1 (ko) * | 2017-03-13 | 2022-02-24 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | 탄소 폼 및 그 제조 방법 |
WO2020045645A1 (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 旭化成株式会社 | 炭素フォーム、複合体及び製造方法 |
CN109746005B (zh) * | 2017-11-08 | 2022-01-14 | 中国科学院金属研究所 | 基于多孔管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应催化剂及制备方法和应用 |
CN107802261A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-03-16 | 复旦大学 | 干燥一次性柔性心电电极及其制备方法 |
CN108502988A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-07 | 浙江奇彩环境科技股份有限公司 | 一种用于提高有机废水处理效果的电解方法 |
JP7149106B2 (ja) * | 2018-05-30 | 2022-10-06 | 旭化成株式会社 | 炭素フォーム及びその製造方法 |
CN109251303A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-22 | 浙江清优材料科技有限公司 | 一种动力电池电芯用阻燃隔热材料 |
US20210107810A1 (en) * | 2019-10-14 | 2021-04-15 | Quinton Wyatt | Electrically conductive polymer thin-films |
WO2022080328A1 (ja) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 | 旭化成株式会社 | 発泡体、三次元架橋化発泡体及び炭素フォーム |
CN112591749B (zh) * | 2020-12-14 | 2022-09-20 | 华中科技大学 | 一种聚酯碳化制备而成的氮掺杂碳泡沫及其制备方法 |
CN117361506A (zh) * | 2023-11-08 | 2024-01-09 | 江西省科学院应用物理研究所 | 一种炭气凝胶的制备方法 |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3302999A (en) * | 1962-11-14 | 1967-02-07 | Union Carbide Corp | Carbon foam |
US3922334A (en) * | 1973-01-31 | 1975-11-25 | Airco Inc | Foam carbonization and resulting foam structures |
US4043950A (en) * | 1973-08-27 | 1977-08-23 | Wilmsen Hans | Process for the manufacture of plastic foams and flame-proofing foams characterized by the use of a carrier foam |
US4066580A (en) * | 1976-06-07 | 1978-01-03 | Basf Wyandotte Corporation | Process for the manufacture of polyisocyanurate foams |
US4067956A (en) * | 1976-10-08 | 1978-01-10 | Chemotronics International, Inc. | Reticulated anisotropic porous vitreous carbon |
GB2012303B (en) * | 1977-12-14 | 1982-05-06 | British Petroleum Co | Process for preparing pitch foams and products so produced |
US4997804A (en) * | 1988-05-26 | 1991-03-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low density, resorcinol-formaldehyde aerogels |
GB8824780D0 (en) * | 1988-10-21 | 1988-11-30 | Unilever Plc | Method of preparation of porous carbon material & material produced by method |
US4992254A (en) * | 1989-12-07 | 1991-02-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low density carbonized composite foams |
US5232772A (en) * | 1989-12-07 | 1993-08-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low density carbonized composite foams |
US5047225A (en) * | 1989-12-07 | 1991-09-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low density carbonized composite foams |
US5260855A (en) * | 1992-01-17 | 1993-11-09 | Kaschmitter James L | Supercapacitors based on carbon foams |
US5268395A (en) * | 1992-10-13 | 1993-12-07 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Microcellular carbon foam and method |
US5420168A (en) * | 1993-04-01 | 1995-05-30 | The Regents Of The University Of California | Method of low pressure and/or evaporative drying of aerogel |
US5358802A (en) * | 1993-04-01 | 1994-10-25 | Regents Of The University Of California | Doping of carbon foams for use in energy storage devices |
US6040266A (en) * | 1994-02-22 | 2000-03-21 | Ultramet | Foam catalyst support for exhaust purification |
US5840443A (en) * | 1995-07-31 | 1998-11-24 | Midwest Research Institute | Redox polymer electrodes for advanced batteries |
US6673328B1 (en) * | 2000-03-06 | 2004-01-06 | Ut-Battelle, Llc | Pitch-based carbon foam and composites and uses thereof |
US5948829A (en) * | 1997-11-25 | 1999-09-07 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Process for preparing an absorbent foam |
DE10011013A1 (de) * | 2000-03-07 | 2001-09-20 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffschaums und Verwendung dieses |
DE10156132A1 (de) * | 2001-11-16 | 2003-05-28 | Basf Ag | Vorwiegend aus Kohlenstoff zusammengesetzte Schaumstoffe und Verfahren zu deren Herstellung |
-
2002
- 2002-09-17 DE DE10243240A patent/DE10243240A1/de not_active Withdrawn
-
2003
- 2003-09-08 US US10/526,930 patent/US20060014908A1/en not_active Abandoned
- 2003-09-08 DE DE50305864T patent/DE50305864D1/de not_active Expired - Fee Related
- 2003-09-08 EP EP03797284A patent/EP1542941B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-08 ES ES03797284T patent/ES2277148T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-08 WO PCT/EP2003/009943 patent/WO2004026792A1/de active IP Right Grant
- 2003-09-08 CN CNA038220423A patent/CN1681748A/zh active Pending
- 2003-09-08 AT AT03797284T patent/ATE346832T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-09-08 JP JP2004537012A patent/JP2006512265A/ja active Pending
- 2003-09-08 AU AU2003266363A patent/AU2003266363A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE50305864D1 (de) | 2007-01-11 |
AU2003266363A1 (en) | 2004-04-08 |
EP1542941B1 (de) | 2006-11-29 |
JP2006512265A (ja) | 2006-04-13 |
US20060014908A1 (en) | 2006-01-19 |
ATE346832T1 (de) | 2006-12-15 |
EP1542941A1 (de) | 2005-06-22 |
WO2004026792A1 (de) | 2004-04-01 |
CN1681748A (zh) | 2005-10-12 |
DE10243240A1 (de) | 2004-03-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2277148T3 (es) | Espumas constituidas preponderantemente por carbono con una elevada superficie interna y procedimiento para su obtencion. | |
US20230294061A1 (en) | Carbon aerogel-based electrode materials and methods of manufacture thereof | |
US11374213B2 (en) | Carbon aerogel-based cathodes for lithium-sulfur batteries | |
CN104843670B (zh) | 一种利用玉米芯制备大颗粒泡沫炭的方法 | |
US20230387509A1 (en) | Carbon Aerogel-Based Cathodes for Lithium-Air Batteries | |
JP2017522417A (ja) | 無溶媒中におけるゾル−ゲル重合のための新規方法、及びゾル−ゲル重合由来の可変炭素構造の作製 | |
JPWO2004028966A1 (ja) | 多孔体の製造方法 | |
Liu et al. | Boron and Nitrogen Co‐Doped trimodal‐porous wood‐derived carbon for boosting capacitive performance | |
JP2002083748A (ja) | 活性炭およびその製造方法およびこれを用いた電気二重層キャパシタ | |
KR101945594B1 (ko) | 탄화공정 제어를 통한 고비표면적 하드카본 기반 전극 활물질 제조방법 및 이에 의해 제조된 전극 활물질 | |
Li et al. | Fabrication and properties of rigid polyurethane nanocomposite foams with functional isocyanate modified graphene oxide | |
US20220209234A1 (en) | Fibrous carbon aerogels coated with nano-thin silicon as lithium battery anodes | |
WO2022216703A2 (en) | Amorphous and graphitic carbon aerogels from compressed xerogel powders | |
RU2801185C2 (ru) | Катоды на основе углеродных аэрогелей для литий-воздушных аккумуляторов | |
RU2815484C2 (ru) | Катоды на основе углеродного аэрогеля для литий-серных батарей | |
JPWO2020198095A5 (es) | ||
JP2001018246A (ja) | 多孔性複合体及びその製造方法 | |
KR102133891B1 (ko) | 카본 폼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 카본 폼 및 상기 카본 폼을 포함하는 슈퍼 커패시터용 전극 | |
Far | Phenolic Resin Aerogels: The Significance of Inserting an Oxidative Ring-Fusion Aromatization Step at the Early Stages of Pyrolytic Carbonization, and the Application of These Materials in CO2 Storage and Separation | |
Majedi Far | Phenolic resin aerogels: The significance of inserting an oxidative ring-fusion aromatization step at the early stages of pyrolytic carbonization, and the application of these materials in CO₂ storage and separation | |
WO2022144736A1 (en) | Fibrous carbon aerogels coated with nano-thin silicon as lithium battery anodes | |
WO2003042286A2 (de) | Vorwiegend aus kohlenstoff zusammengesetzte schaumstoffe und verfahren zu deren herstellung | |
Mitome et al. | Vapor Infiltration Synthesis of Nitrogen-Containing Ordered Mesoporous Carbon Films and the Electrochemical Properties | |
JPH05330944A (ja) | 炭素質断熱材の形成方法 | |
JPH02275711A (ja) | 活性化炭素多孔体構造物 |