Conductividad térmica de los polímeros
Los polímeros con alta conductividad térmica son de gran interés en los sistemas de gestión térmica. La disponibilidad de estos polímeros puede ampliar la industria del plástico al sustituir parcialmente a los metales y la cerámica en los dispositivos y sistemas de transferencia de calor, lo que supone un ahorro de energía y costes. Sin embargo, los polímeros a granel suelen tener una baja conductividad térmica, de ~0,1 a 0,3 Wm-1K-1, debido a la presencia de defectos como los extremos de la cadena del polímero, el enredo, la orientación aleatoria, los huecos y las impurezas, etc. Estos defectos actúan como puntos de concentración de tensiones y lugares de dispersión de fonones para la transferencia de calor. Los métodos típicos, como la introducción de una fase secundaria de alta conductividad térmica en una matriz polimérica, mejoran la conductividad térmica pero sólo en un orden de magnitud, debido a la alta resistencia térmica entre la fase secundaria y la matriz polimérica. En contra de la sabiduría convencional, demostramos que una sola cadena de polímero puede tener una conductividad térmica muy alta cuando se comporta como un conductor unidimensional.
Hemos fabricado nanofibras de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) con valores de conductividad térmica tan altos como ~ 104 Wm-1K-1, que es mayor que las conductividades de aproximadamente la mitad de los metales puros3. La elevada conductividad térmica se atribuye a la orientación molecular de las cadenas de polímero durante el ultra estiramiento, que mejora la calidad de la fibra hacia una fibra monocristalina ideal. Utilizamos un método de dos etapas: fabricamos una fibra a 120 ºC a partir de gel de UHMWPE y la estiramos a 90 ºC bajo tensión controlada. El patrón de difracción de rayos X de las fibras muestra la fuerte naturaleza monocristalina de las nanofibras de polietileno fabricadas. La conductividad térmica de estas fibras se mide mediante un montaje que utiliza un voladizo de AFM bimaterial sensible. Este equipo puede resolver mediciones de potencia de hasta 0,1 nW y de energía de hasta 0,15 nJ. Además, proporcionamos una estimación teórica de la conductividad térmica de un monocristal de polietileno basado en simulaciones de dinámica molecular utilizando el enfoque de Green-Kubo. Nuestro valor estimado de 180 ± 65 Wm-1K-1 indica que puede ser posible mejorar la conductividad térmica del polietileno hasta un rango en el que sea competitivo con el aluminio (235 Wm-1K-1). Ahora estamos desarrollando un enfoque para la fabricación de fibras y películas de polietileno con alta conductividad térmica.
Conductividad térmica de los compuestos de grafeno-polímero: mecanismos, propiedades y aplicaciones
La degradación de los polímeros es la reducción de sus propiedades físicas, como la resistencia, causada por cambios en su composición química. Los polímeros, y en particular los plásticos, están sujetos a la degradación en todas las etapas del ciclo de vida del producto, incluyendo su procesamiento inicial, su uso, su eliminación en el medio ambiente y su reciclaje[1] El ritmo de esta degradación varía significativamente; la biodegradación puede llevar décadas, mientras que algunos procesos industriales pueden descomponer completamente un polímero en horas.
Se han desarrollado tecnologías para inhibir o promover la degradación. Por ejemplo, los estabilizadores de polímeros garantizan que los artículos de plástico se produzcan con las propiedades deseadas, prolongan su vida útil y facilitan su reciclaje. A la inversa, los aditivos biodegradables aceleran la degradación de los residuos plásticos mejorando su biodegradabilidad. Algunas formas de reciclaje de plásticos pueden implicar la degradación completa de un polímero de vuelta a monómeros u otros productos químicos.
En general, los efectos del calor, la luz, el aire y el agua son los factores más importantes en la degradación de los polímeros de plástico. Los principales cambios químicos son la oxidación y la escisión de la cadena, que conducen a una reducción del peso molecular y del grado de polimerización del polímero. Estos cambios afectan a propiedades físicas como la resistencia, la maleabilidad, el índice de fluidez, el aspecto y el color. Los cambios en las propiedades suelen denominarse “envejecimiento”.
Tabla de conductividad térmica de los polímeros
Total100.0100.0100.0Abrir en otra ventanaEl residuo carbonizado de la pirólisis, incluso a 800° C, conservó su forma original, pero redujo su tamaño y fue duro y firme. En la tabla 6 se muestran los análisis microquímicos de algunos residuos, preparados para este fin en una serie de experimentos. El flúor de los residuos de poli(fluoruro de vinilideno) parece aferrarse tenazmente al carbono, incluso a 800° de pirólisis. En el caso del poliacrilonitrilo, a 500° de pirólisis, las relaciones C:H:N en el residuo no son muy diferentes de las del material original. Esto parece apoyar la suposición hecha por investigadores anteriores [16, 17, 18] con respecto a la siguiente estructura posible de los residuos de poliacrilonitrilo procedentes de la pirólisis:Tabla 6Análisis microquímico de los residuos procedentes de la pirólisis de polímerosTemperatura del polímeroAnálisis del residuo
Polimeros por que tardan en conducir el calor online
Estructuras químicas de algunos polímeros conductores. Desde la parte superior izquierda en el sentido de las agujas del reloj: poliacetileno; polifenileno vinileno; polipirrol (X = NH) y politiofeno (X = S); y polianilina (X = NH) y polisulfuro de fenileno (X = S).
Los polímeros conductores o, más exactamente, los polímeros intrínsecamente conductores (PCI) son polímeros orgánicos que conducen la electricidad[1][2]. La mayor ventaja de los polímeros conductores es su procesabilidad, principalmente por dispersión. Los polímeros conductores no suelen ser termoplásticos, es decir, no son termoformables. Pero, al igual que los polímeros aislantes, son materiales orgánicos. Pueden ofrecer una alta conductividad eléctrica, pero no presentan propiedades mecánicas similares a las de otros polímeros disponibles en el mercado. Las propiedades eléctricas pueden ajustarse con los métodos de síntesis orgánica[3] y con técnicas de dispersión avanzadas[4].
La polianilina fue descrita por primera vez a mediados del siglo XIX por Henry Letheby, que investigó los productos de oxidación electroquímica y química de la anilina en medios ácidos. Observó que la forma reducida era incolora, pero las formas oxidadas eran de color azul intenso[5].