ITMI20070690A1 - Metodo per l'assorbimento di contaminanti gassosi mediante assorbitori nanostrutturati in forma di fibra - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Recenti sviluppi nel campo dei dispositivi elettronici, quali schermi organici di tipo OLED (dall’inglese Organic Light Emitting Display) e celle fotovoltaiche, quali le celle di tipo OSC (dall’inglese Organic Solar Cells) hanno portato a richieste più stringenti per quanto riguarda la rimozione di contaminanti gassosi negli alloggiamenti di tali dispositivi.
Infatti questi dispositivi risultano essere particolarmente sensibili alla presenza di contaminanti gassosi, con particolare riferimento ad acqua ed ossigeno che causano il progressivo degrado delle loro prestazioni; maggiori informazioni in merito agli effetti nocivi di tali contaminanti sono rinvenibili nell’articolo “Correlation between dark spot growth and pinhole size in organic light-emitting diodes”, di Shuang Fang Lim, et al., pubblicato su Applied Physics Letters, volume 78 numero 15, il 9 aprile 2001 per quanto concerne gli schermi OLED, e nel quinto capitolo del libro “Organic Photovoltaics - Concepts and Realization” di Brabec et al., edito nel 2003 dalla Springer-Verlag, per quanto concerne le celle fotovoltaiche di tipo OSC.
L’uso di assorbitori per la rimozione di impurezze gassose dagli alloggiamenti di dispositivi sensibili alla loro presenza è noto; ad esempio la domanda di brevetto internazionale WO 2004/072604 a nome della richiedente mostra l’utilizzo di componenti attivi dispersi in opportune matrici porose, le domande di brevetto WO 2007/013118 e WO 2007/013119, entrambe a nome della richiedente descrivono invece sistemi nanostrutturati in cui il componente attivo è confinato in un mezzo poroso a sua volta disperso in una matrice polimerica, mentre l’uso di nuclei funzionalizzati dispersi in una matrice polimerica permeabile è descritto nella domanda PCT/IT2006/000873 non ancora pubblica alla data di deposito della presente domanda.
La presente invenzione consiste in un metodo per l’assorbimento dei contaminanti gassosi che consente una loro più efficace rimozione, ed in un suo primo aspetto consiste in un metodo per la rimozione di contaminanti gassosi dagli alloggiamenti di dispositivi sensibili alla loro presenza per mezzo di fibre nanostrutturate contenenti un materiale attivo, dove dette fibre hanno un diametro non superiore a 1000 nm. In una realizzazione preferita il diametro delle fibre nanostrutturate è non superiore a 100 nm.
Le fibre dell’invenzione potrebbero anche avere una sezione non perfettamente circolare, in questo caso il termine diametro è da intendersi come il massimo spessore della fibra.
L’invenzione verrà illustrata nel seguito con riferimento alla seguente figura 1, che rappresenta lo schema di un sistema produttivo di fibre nanostutturate prodotte mediante elettrofilatura.
Nella figura 1 le dimensioni ed i rapporti dimensionali dei vari elementi rappresentati non sono corretti ma sono stati alterati per rendere la figura maggiormente comprensibile, con particolare e non esclusivo riferimento allo spessore della fibra nanostrutturata.
La fibra può venir realizzata con materiali polimerici, con particolare riferimento a poliacrilati e polimetacrilati, il polietereimmide (PEI), le poliammidi (PA), l’acetato di cellulosa (CA), il triacetato di cellulosa (TCA), polisilossani (anche noti come siliconi), polivinilalcool (PVAL), polietilenossido (PEO), polietilenglicol (PEG), polipropilenglicol (PPG), polivinilacetato (PVAC), copolimeri polietielene-vinilalcool, copolimeri PA-PEO, copolimeri poliuretani-PEO, polivinilcloruro (PVC), polistirene (PS), polimetil(meta)acrilato (PMMA), copolimeri acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), cicloolefine copolimerizzate, polisolfoni, polieteresolfone (PES), copolimeri con polivinilidenfluoruro, copolimeri con poliesafluoroisobutilene, copolimeri con polietilene, copolimeri con poliperfluorodimetildiossolo, poliammidi clorurate, poliimmidi (PI), poliimmidi fluorurate (FPI), policarbonato (PC), polietilentereftalato (PET), polivinilpirrolidone (PVP), polimeri a cristalli liquidi (LCP).
Materiali attivi utili alla realizzazione dell’invenzione sono ossidi di metalli alcalino terrosi, tra i quali preferito risulta essere l’ossido di calcio, zeoliti ed il perclorato di magnesio; questi materiali sono atti alla rimozione di H2O.
Per quanto concerne il perclorato di magnesio, questo può essere presente in forma di particelle nanostrutturate disperse all’interno della fibra nanostrutturata, oppure la fibra può essere costituita da una soluzione solida del perclorato di magnesio nel materiale polimerico utilizzato per la realizzazione della fibra.
Il materiale attivo delle fibre nanostrutturate può comprendere od essere costituito da ossidi di metalli in grado di aumentare il loro stato di ossidazione in seguito all’interazione con ossigeno, con particolare riferimento agli ossidi di ferro, nickel, rame e manganese in cui il manganese ha numero di ossidazione da II a VI; questi materiali sono atti alla rimozione di O2. Altri assorbitori di ossigeno utili alla realizzazione dell’invenzione possono essere composti organici con legami insaturi.
L’assorbimento di diverse specie gassose dall’alloggiamento dei dispositivi sensibili può essere realizzato mediante l’uso di fibre composite, in cui all’interno della stessa fibra sono presenti più materiali assorbitori, oppure è possibile utilizzare diverse fibre nanostrutturate all’interno di uno stesso alloggiamento, ciascuna con uno specifico materiale attivo e quindi una specifica reattività verso una determinata impurezza. Questo tipo di soluzione ha il vantaggio che è possibile calibrare la quantità e la tipologia di materiale, con riferimento al materiale attivo, a seconda della specifica applicazione, ad esempio aumentando la quantità di materiale in grado di assorbire l’acqua semplicemente introducendo una maggior quantità della corrispettiva fibra assorbitrice nanostrutturata all’interno dell’alloggiamento del dispositivo sensibile.
Un’ interessante forma di realizzazione alternativa delle fibre nanostrutturate utili per la rimozione di contaminanti gassosi dagli alloggiamenti dei dispositivi sensibili prevede l’utilizzo di nanotubi, ossia di nanofibre cave. Il vantaggio di questa configurazione è che il materiale attivo contenuto nella nanofibra cava può interagire con le impurezze gassose sia attraverso la superficie accoppiata con l’atmosfera dell’alloggiamento tramite il rivestimento esterno della fibra, sia direttamente con la specie gassosa tramite la superficie interna della nanofibra.
La rimozione dei contaminanti gassosi dagli alloggiamenti dei dispositivi può avvenire in due modi:
A) l’assorbitore in forma di fibra disordinata ed impaccata può essere inserito all’interno dell’alloggiamento, quindi agendo come agente getter per le impurezze,
B) l’assorbitore in forma di fibra si trova a sua volta racchiuso tra due strati di materiale, uno superiore e l’altro inferiore, a bassa permeabilità, oppure si trova disperso in un unico materiale, a bassa permeabilità, in questo caso agendo come barriera attiva all’ingresso di impurezze.
Una variante importante di B è data dal racchiudere la fibra tra due materiali con diversa permeabilità alle specie gassose nocive, in particolare quello che si affaccia all’esterno dell’alloggiamento deve essere poco permeabile od essere accoppiato con un materiale poco permeabile, questo al fine di ostacolare l’ingresso delle impurezze gassose all’interno dell’alloggiamento del dispositivo, mentre il materiale esposto verso l’interno dell’alloggiamento, e quindi verso il dispositivo sensibile, è poroso e permeabile alle specie gassose nocive. Questo tipo di soluzione è sia una barriera attiva all’ingresso delle impurezze gassose, sia un getter per le specie gassose nocive che possono trovarsi all’interno dell’alloggiamento per ragioni diverse rispetto alla permeazione delle stesse dall’ambiente esterno. Un meccanismo tipico di generazione interna delle impurezze gassose è l’outgassing di alcuni componenti racchiusi nell’alloggiamento contenente il dispositivo.
Con materiale a bassa permeabilità si intende un materiale con una permeabilità inferiore o pari a 1×10<-12>m<3>(STP)⋅m<-3>⋅bar<-1>⋅m<2>⋅s<-1>.
In una soluzione preferita la fibra nanostrutturata si trova racchiusa tra un materiale a bassa permeabilità ed un materiale ad elevata permeabilità, quest’ultimo con una permeabilità di almeno 1×10<-11>m<3>(STP)⋅m<-3>⋅bar<-1>⋅m<2>⋅s<-1>, in cui detto materiale altamente permeabile agisce come interfaccia tra la fibra nanostrutturata e l’interno dell’alloggiamento del dispositivo sensibile.
In un suo secondo aspetto l’invenzione è inerente ad un metodo di produzione di fibre nanostrutturate per la rimozione di contaminanti.
Una tecnica produttiva molto interessante per la produzione delle fibre nanostrutturate precedentemente descritte è l’elettrofilatura, anche nota con il termine inglese di electrospinning.
Tale tecnica è schematicamente rappresentata in figura 1, dove viene mostrato un sistema per electrospinning 10 comprendente una siringa 13, la cui parte terminale 14 risulta elettrificata mediante opportuno generatore 15. Tale generatore stabilisce anche una differenza di potenziale con la superficie 16 che funge da attrattore e piatto di raccolta della fibra. La fibra viene prodotta a partire da un precursore in forma liquida 11, indicato mediante il colore grigio, tipicamente costituito da un polimero, nel quale possono essere dispersi altri elementi, quali nel nostro caso il materiale attivo che ha lo scopo di assorbire le impurezze gassose, rappresentato dall’elemento 12 puntiforme.
Solitamente il contenuto della siringa è mantenuto in forma liquida anche per effetto di un riscaldamento della stessa mediante opportuni mezzi, non rappresentati in figura.
L’azione del campo elettrico tra la punta della siringa ed il piatto di raccolta ha l’effetto di stirare la fibra mentre si forma e solidificarla una volta emessa dalla siringa, permettendo di ottenere in fibra nanostrutturata con al suo interno inglobato il materiale attivo. Maggiori ragguagli in merito a questa tecnica produttiva sono rinvenibili nella domanda di brevetto US 2004/0137225, che descrive questo sistema produttivo in merito a sistemi per il rilascio controllato di medicinali.
L’utilizzo di due aghi coassiali invece che di una geometria ago-piatto permette di ottenere nanotubi.
In un suo terzo aspetto l’invenzione consiste in un assorbitore per impurezze gassose costituito da una o più fibre nanostrutturate contenenti un elemento attivo, in cui detta nanofibra ha un diametro non superiore a 1000 nm, ed in una realizzazione preferita tale diametro è non superiore a 100 nm.
Tali fibre nanostrutturate possono essere presenti all’interno dell’alloggiamento di un dispositivo sensibile in quanto tali, oppure racchiuse tra due materiali o disperse entro un materiale, tali materiali confinano la fibra e costituiscono parte dell’alloggiamento stesso del dispositivo sensibile.
Almeno uno di tali materiali, quello disposto verso l’esterno dell’alloggiamento presenta una bassa permeabilità alle specie gassose nocive o risulta accoppiato con un materiale a bassa permeabilità, mentre il materiale rivolto verso l’interno dell’alloggiamento può sia essere poco permeabile, creando quindi una barriera attiva, sia essere permeabile alle specie gassose nocive; in questo caso la fibra è in grado anche di assorbire le specie gassose nocive presenti all’interno dell’alloggiamento, oltre che impedire il loro ingresso.
Materiali attivi particolarmente atti alla realizzazione delle fibre nanostrutturate sono ossidi di metalli alcalino terrosi, con particolare riferimento all’ossido di calcio, ed il perclorato di magnesio.
Claims (24)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la rimozione di contaminanti gassosi dagli alloggiamenti di dispositivi sensibili alla loro presenza per mezzo di fibre nanostrutturate contenenti un materiale attivo, dove dette fibre hanno un diametro non superiore a 1000 nm.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui dette fibre hanno un diametro non superiore a 100 nm.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detta fibra è costituita da un materiale polimerico.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 3 in cui in cui detto materiale polimerico è scelto tra poliacrilati e polimetacrilati, il polietereimmide (PEI), le poliammidi (PA), l’acetato di cellulosa (CA), il triacetato di cellulosa (TCA), polisilossani, polivinilalcool (PVAL), polietilenossido (PEO), polietilenglicol (PEG), polipropilenglicol (PPG), polivinilacetato (PVAC), copolimeri polietielenevinilalcool, copolimeri PA-PEO, copolimeri poliuretani-PEO, polivinilcloruro (PVC), polistirene (PS), polimetil(meta)acrilato (PMMA), copolimeri acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), cicloolefine copolimerizzate, polisolfoni, polieteresolfone (PES), copolimeri con polivinilidenfluoruro, copolimeri con poliesafluoroisobutilene, copolimeri con polietilene, copolimeri con poliperfluorodimetildiossolo, poliammidi clorurate, poliimmidi (PI), poliimmidi fluorurate (FPI), policarbonato (PC), polietilentereftalato (PET), polivinilpirrolidone (PVP), polimeri a cristalli liquidi (LCP).
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto materiale attivo è scelto tra ossidi di metalli alcalino terrosi, zeoliti e perclorato di magnesio.
- 6. Metodo secondo la rivendicazione 5 in cui detto ossido di metallo alcalino terroso è l’ossido di calcio.
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 in cui il perclorato di magnesio è disciolto nel materiale polimerico della fibra.
- 8. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto materiale attivo è costituito da ossidi di metalli in grado di aumentare il loro stato di ossidazione interagendo con l’ossigeno.
- 9. Metodo secondo la rivendicazione 8 in cui detto ossido è scelto tra ossido di ferro, rame, nichel e manganese.
- 10. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto materiale attivo è un composto organico insaturo.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detta fibra contiene più materiali attivi.
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui per la rimozione di detti contaminanti gassosi vengono utilizzate più fibre, comprendenti diversi materiali attivi.
- 13. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui dette fibre sono cave, ed il materiale attivo è distribuito attorno a detta cavità.
- 14. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui dette fibre nanostrutturate sono disperse entro un materiale a bassa permeabilità.
- 15. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui dette fibre nanostrutturate sono racchiuse tra due strati di materiale.
- 16. Metodo secondo la rivendicazione 15 in cui lo strato di materiale che si affaccia verso l’esterno dell’alloggiamento di detto dispositivo ha una bassa permeabilità a detti contaminanti gassosi.
- 17. Metodo secondo la rivendicazione 15 in cui detti strati di materiali hanno bassa permeabilità a detti contaminanti gassosi.
- 18. Metodo secondo la rivendicazione 14 in cui lo strato di materiale rivolto verso il dispositivo sensibile ha una elevata permeabilità a detti contaminanti gassosi.
- 19. Metodo di produzione di fibre nanostrutturate secondo la rivendicazione 1 mediante elettrofilatura.
- 20. Assorbitore di impurezze gassose costituito da fibre nanostrutturate contenenti un materiale attivo, caratterizzato dal fatto che detto materiale attivo è scelto tra ossidi di metalli alcalino terrosi, perclorato di magnesio e loro combinazioni.
- 21. Assorbitore di impurezze gassose secondo la rivendicazione 20 in cui detto ossido di un metallo alcalino terroso è l’ossido di calcio.
- 22. Assorbitore di impurezze gassose secondo la rivendicazione 20 in cui dette nanofibre sono racchiuse tra due strati di materiale.
- 23. Assorbitore di impurezze gassose secondo la rivendicazione 22 in cui detti strati di materiale hanno bassa permeabilità a detti contaminanti gassosi.
- 24. Assorbitore di impurezze gassose secondo la rivendicazione 22 in cui lo strato di materiale rivolto verso il dispositivo sensibile ha una elevata permeabilità a detti contaminanti gassosi.
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