Nanocompuestos poliméricos con refuerzo grafénico

Graphenergy

Nanocompuestos poliméricos con refuerzo grafénico

Ciudad de México – Gracias a las extraordinarias propiedades, innumerables investigaciones y promesas de negocio en torno al Grafeno en el mundo, en 2021 su mercado fue valuado en 127,12 millones de dólares, previendo una tasa de crecimiento anual de más del 70% en el periodo de 2022 a 2027. Sin embargo, a 18 años de su aislamiento y pese a la enorme competencia por las compañías para desarrollar aplicaciones con este nanomaterial, aún son relativamente pocos los productos disponibles en el mercado que lo contengan y aprovechen sus beneficios. Esto se debe principalmente a la inversión y complejidad para la transformación del grafito en grafeno o en cualquiera de sus variantes (óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido), a la dificultad de producción a escala industrial para tenerlo disponible como la materia prima fundamental en la transformación de nuevos compuestos, así como por la necesidad de conocimiento científico- industrial para la creación de aplicaciones eficientes y económicamente viables.

La empresa mexicana Energeia Fusion S.A. de C.V., se ha enfocado en resolver los obstáculos más representativos que el Grafeno ha enfrentado para su llegada al mercado, trabajando arduamente en la creación y estandarización de métodos y procesos propios que al día de hoy le permiten optimizar los recursos para el desarrollo de productos de calidad en corto tiempo.

Nanocompuestos poliméricos con óxido de grafeno

La división de polímeros de la línea Graphenergy Advanced Graphenic Solutions, forma parte de una nueva línea de aditivos nanotecnológicos altamente efectivos para la industria del plástico que, además del valor agregado que representan las propiedades multifuncionales que el grafeno aporta a los polímeros (resistencia mecánica, impermeabilidad, resistencia a radiación Uv y/o actividad antimicrobiana), también agrega valor para la economía circular, ya que permite utilizar, reutilizar y reciclar los productos plásticos, reducir la explotación de los recursos naturales y disminuir la generación de residuos, teniendo como resultado importantes impactos sociales, económicos y ambientales.

¿Cuál es la ciencia del Grafeno para el refuerzo de materiales?

  1. Las fuertes interacciones entre la región interfacial de la matriz polimérica y las partículas nanométricas del grafeno son decisivas para mejorar las propiedades de los materiales,
  2. La correcta integración del grafeno con los materiales poliméricos mejora la organización en su estructura, haciendola más densa y compacta y por lo tanto mejora las propiedades mecánicas.
  3. Mejora las propiedades de barrera contra líquidos y gases, aumenta el tiempo de vida útil del producto y permite tener diversas propiedades en un solo material, como: conductividad, resistencia a la radiación ultravioleta, impermeabilidad, flexibilidad, ligereza, actividad antimicrobiana, etc.

“Las propiedades del Grafeno son tan numerosas como las variables asociadas, por eso es difícil definir una fórmula estándar que satisfaga todas sus expectativas. El reto está en encontrar el equilibrio entre sus propiedades”.

A continuación, se describen algunos de los innumerables efectos y potenciales usos de los materiales grafénicos sobre distintas matrices poliméricas:

Resistencia mecánica

Los materiales grafénicos causan cambios en el comportamiento viscoelástico de los polímeros mostrando mayor resistencia a la elongación, propiedad interesante para el diseño de productos más resistentes a la deformación como productos de sellado, amortiguación, transporte o neumáticos, calzado, deporte, etc. Además de aumentar el módulo elástico, también mejora la resistencia al impacto de los polímeros en el rango del 20 al 200%, con reducciones en peso de hasta 35%, esta propiedad es de interés para la fabricación de productos más ligeros con igual o mayor resistencia que los plásticos convencionales, abriendo la posibilidad de reducir o sustituir el uso de piezas metálicas por piezas plásticas para la industria automotriz, de la construcción, seguridad, entre otras.  

Resistencia a la degradación

Por otro lado, este nanomaterial también ha demostrado otros aportes interesantes, por ejemplo, en pruebas de intemperismo acelerado realizadas a plásticos reforzados con grafeno y/o derivados se ha identificado que el uso de bajas concentraciones puede incrementar hasta 7 veces su resistencia a condiciones extremas de humedad, temperatura y radiación ultravioleta. Además, si consideramos que cuando el plástico es expuesto a la radiación Uv, este emite gases de efecto invernadero (metano y etileno). Por lo tanto, al aumentar la resistencia a la degradación, también podríamos favorecer a la reducción de estas emisiones, sin afectar la capacidad del PET para ser reutilizado o reciclado, sino que, por el contrario, usar grafeno le ofrece más oportunidades de ser reciclado.

Resistencia al fuego

Otra reconocida propiedad del grafeno es que es un excelente conductor térmico. En pruebas realizadas sobre distintos polímeros, aquellos modificados con óxido de grafeno además de mejorar sus propiedades mecánicas también mejoraron el retardo a la flama. Siendo el polipropileno el más beneficiado al identificarse un comportamiento autoextinguible. Esta aportación es atractiva para su aplicación en recubrimientos de cables y alambres eléctricos o materiales plásticos en general que requieran resistencia térmica.

Estas son sólo algunas de las múltiples propiedades que el grafeno y sus derivados puede ofrecer a la industria del plástico y a todas aquellas que se benefician de ella y que, pese a los esfuerzos por disminuir la circulación del plástico debido a los impactos ambientales, las ventajas que ofrece el grafeno pueden ser bien enfocadas para hacer más eficiente la utilización, reutilización y reciclaje del plástico.

A continuación, se describen algunos de los productos plásticos con grafeno que han logrado su comercialización:

  1. Energeia Fusion-Graphenemex a través de su división de polímeros desarrolla Masterbatches con óxido de grafeno para la producción de equipo de protección personal como caretas y telas no tejidas para mascarillas faciales. Asimismo, ha desarrollado polímeros modificados para concreto hidráulico y concreto asfáltico, además de la línea de recubrimientos Graphenergy para protección anticorrosiva y antimicrobiana (México),
  2. Directa Plus diseñó una máscara facial con grafeno para la lucha contra la pandemia causada por SARS- COV2 (Reino Unido),
  3. El productor internacional de ruedas Vittoria desarrolló las ruedas de bicicleta llamadas Qurano (Italia),
  4. Progress, con su modelo Progress Atom LTD brinda un mejor desempeño en cuanto a la resistencia al desgaste, mayor agarre, mayor impermeabilidad, disipación de calor más eficiente y mayor rigidez lateral, con un menor peso (España),
  5. Dassi Bikes construyó la primera bicicleta del mundo fabricada con grafeno (Reino Unido),
  6. FiiO Electronics lanzó auriculares con un controlador de diafragma mejorado con grafeno (China),
  7. NanoCase creó carcasas para smartphone para mejor disipación del calor (China),
  8. Catlike usa grafeno para producir cascos de ciclistas (España).

Referencias

Nanotecnología aplicada en el proceso de marcaje de tubos

Graphenergy construcción

Nanotecnología aplicada en el proceso de marcaje de tubos

Ciudad de México – Energeia Graphenemex® es una empresa nanotecnológica pionera en América Latina, dedicada a la investigación y producción de materiales grafénicos, así como al desarrollo de aplicaciones a nivel industrial.

Dentro de los protocolos de investigación y desarrollo de la empresa se busca resolver problemas que enfrentan  empresas o industrias en su día a día, para lo cual se realizan convenios o alianzas de investigación para buscar desarrolar una solución  en la que el grafeno se convierta en el agente de cambio.


¿Por qué desarrollamos la Tinta Graphenergy

En 2019 se tuvo un acercamiento con una de las empresas más grandes del mundo en la fabricación de tubos de acero que efrentaba un problema serio en su proceso de marcaje de los tubos, que eran comercializados.

Durante el proceso de fabricación de los tubos, es necesario su marcaje para la rápida identificación y trazabilidad, optimizando todos los procesos y procedimientos por los que debe pasar cada uno de los tubos de acero. Sin embargo, existía un problema, la tinta que utilizaban en el proceso de marcaje, se borraba con mucha facilidad y no soportaba temperaturas de aplicación superior a los 70°C, además de que presentaba baja resistencia a la abrasión.

En el trayecto de fabricación de tubos de acero, es normal que dichos tubos sean sometidos a diferentes procesos; rotación sobre transportadores, rodillos, granallado y transporte con grúas, donde hay alta fricción y abrasión entre tubos, por lo que la tinta terminaba arrancada, borrándose el marcaje de la superficie metálica, y con ello perdiendo todo control y trazabilidad de los tubos.

Para ofrecer una solución integral al problema de marcaje, Energeia Graphenemex® a través de su línea de Graphenergy Anticorrosive desarrolló una nueva tinta de marcaje color blanca con óxido de grafeno.

Entre las características más importantes de esta tinta de marcaje con óxido de grafeno desarrollada están:

  • Extraordinaria resistencia térmica (resiste más de 200 °C)
  • Resistencia a los rayos UV
  • Propiedad anticorrosiva
  • Alta adherencia a sustratos metálicos
  • Resistencia a la abrasión
  • Secado ultra rápido (3 segundos)
  • Excelente poder cubriente

Resistencia térmica a temperaturas extremas

Gracias al desarrollo de la tinta de marcaje se resolvió el problema de la falta de adherencia de la tinta de marcaje, así como el tema de la abrasión que se presenta al mover los tubos durante el transporte manteniendo así la trazabilidad de los tubos.

Por sus carcterísticas el proceso productivo se vio beneficiado adicionalmete por:

  •  Secado ultrarápido: perimitió que la línea de producción no se detuviera, con lo que se podía mejorar los tiempos de producción
  • Protección anticorrosiva: se formuló una versión de la tinta transparente que se aplica sobre los tubos después del marcaje, evitando que éstos se oxiden.

Aditivo nanotecnológico para concreto con óxido de grafeno

Graphenergy construcción

Aditivo nanotecnológico para concreto con óxido de grafeno

Ciudad de México – A 9 años de haber sido constituida, Energeia Fusion S.A. de C.V., la empresa mexicana más importante de Latinoamérica e impulsora de la reconocida marca Graphenemex®, lanza al mercado la línea Graphenergy construcción, una nueva generación de aditivos nanotecnológicos para concreto con óxido de grafeno, que promete reforzar la industria de la infraestructura y construcción.

El Grafeno, también conocido como “el material del futuro”, finalmente traspasó la barrera de los laboratorios de investigación y se ha convertido en una realidad como potencial solución de innumerables necesidades sociales, ambientales e industriales. Este maravilloso nanomaterial consiste láminas atómicas de carbono extraídas del grafito y, gracias a sus interesantes propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas, ópticas, etc., durante los últimos años se han invertido millones de dólares alrededor del mundo para tenerlo disponible en distintas aplicaciones, dentro de las cuales, la industria de la infraestructura y construcción ha logrado ser una de las más favorecidas.

Carrera del grafeno en la industria de la construcción

2004 – Aislamiento del Grafeno.

2010 – Reconocimiento a los científicos Konstantin Novoselov y Andre Geim con el Premio Nobel de física por el aislamiento del Grafeno.

2013 – Se constituye Energeia Graphenemex, primer empresa en Latinoamérica especializada en la producción de materiales grafénicos y desarrollo de aplicaciones.

2018 – Graphenemex® lanza al mercado Nanocreto® el primer aditivo para concreto con óxido de grafeno en el mundo (México).

2019 – Graphenenano lanza Smart aditives, aditivos con grafeno para hormigón (España).

2019 – GrapheneCA presenta su línea de productos OG concrete admix para la industria del

concreto (E.U.A).

2021- Científicos de la Universidad de Manchester desarrollan el aditivo para concreto Concretene (Inglaterra).

2022 – Energeia – Graphenemex® lanza al mercado la línea Graphenergy Construcción, una

versión mejorada de su aditivo para concreto (México).

Graphenergy construcción es un aditivo base agua compatible con otros aditivos, diseñado para mejorar la calidad del concreto u hormigón, con el objetivo de reforzar las características preexistentes del concreto, como la resistencia mecánica, pero también para agregar valor aportando propiedades inexistentes en el diseño original, como impermeabilidad, aislamiento térmico y protección antimicrobiana.

¿Cómo actúa Graphenergy construcción?

1. Alta Impermeabilidad y anticorrosividad

Graphenergy construcción dentro de la matriz cementicia forma arquitecturas molecularmente más ordenadas y cerradas que disminuyen la porosidad de la estructura y por lo tanto, crean superficies hidrofóbicas que, a nivel microestructural también obstaculiza el paso de líquidos y gases, dificultando el paso de los agentes causantes del deterioro estructural sobre todo en ambientes agresivos como los costeros o de alta contaminación.

El cierre de la estructura a nivel molecular también se ha demostrado mediante mediciones eléctricas de difusividad; estos resultados respaldan la protección de la estructura metálica del concreto aumentando el tiempo de vida útil de la estructura.

2. Propiedades mecánicas mejoradas

La arquitectura más compacta y organizada a nivel molecular que logra el Óxido de grafeno de Graphenergy construcción dentro del concreto, permite que se formen centros de limitación de microgrietas y, por lo tanto, la estructura se vuelve más resistente cuando es sujeta a cargas de compresión o tensión, a la vez que favorece su flexibilidad.

3. Aislamiento térmico

El aislamiento térmico que ofrece Graphenergy construcción se debe a la capacidad del óxido de grafeno para disipar con gran eficiencia el calor e incluso para soportar intensas corrientes eléctricas sin calentarse.

4. Protección antimicrobiana

Los aditivos grafénicos ofrecen distintos frentes de ataques químicos y físicos de interacción combinada, altamente resistentes a la formación de biopelículas microbianas, esto quiere decir que, los microorganismos no encuentran un ambiente propicio para crecer y liberar sus subproductos (p.ej. ácido sulfúrico) y, por lo tanto, no se genera o en su defecto, retrasa la aparición de corrosión microbiológicamente inducida del concreto (MIC). Esta protección es sumamente importante, por ejemplo, para los sistemas de aguas ya que, en el interior de las tuberías, la MIC es capaz de disolver hasta 25 mm de concreto al año.

Referencias

1. Basquiroto de Souza F., Proposed mechanism for the enhanced microstructure of graphene oxide–Portland cement composites. JOBE. 2022, 54, 104604

2. Dimov D., Ultrahigh Performance Nanoengineered Graphene Concrete Composites for Multifunctional Applications. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705183

3. Shamsaei E., Graphene-based nanosheets for stronger and more durable concrete: A review. Constr Build Mater. 2018, 183, 642

4. Krishnamurthy A., Superiority of Graphene over Polymer Coatings for Prevention of Microbially Induced Corrosion. 2015. Scientific Reports, 5:13858

5. https://blog.ferrovial.com/es/2022/04/grafeno-sostenibilidad-construccion/

6. https://www.graphenano.com/el-grafeno-llega-a-la-construccion-para-aumentar-la-resistencia-del-hormigon/

7. https://www.manchester.ac.uk/

8. https://www.cdt.cl/desarrollan-hormigon-con-nanoparticulas-de-grafeno-para-repeler-el-agua-y-las-grietas/