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A c t i v i d a d e s 2 0 0 7

Entidades Constituyentes

OBSERVATORIO TECNOLÓGICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO

LA NANOTECNOLOGÍA EN LOS PLÁSTICOS 1/68

LA NANOTECNOLOGÍA EN LOS PLÁSTICOS

Realizado por:

NOTA FECHA: El presente estudio se realiza para el OBSERVATORIO QUÍMICO INDUSTRIAL que el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio ha puesto en marcha con el fin de impulsar la economía del sector de los plásticos, que se encuentra amenazada por la competencia creciente y agresiva existente actualmente en el mercado. El estudio ha sido elaborado por el equipo integrado por Javier García Jaca, Izaskun Garmendia y Míriam García del Dpto. de Materiales de CIDEMCO Centro de Investigación Tecnológica, en colaboración con FEDIT (Federación Española de Entidades de Innovación y Tecnología). Las principales fuentes consultadas han sido las siguientes:

FUENTES

Páginas web y portales especializados sobre la industria del plástico: Omnexus, Plasticnews, nanowerk, etc

Informes de pmercado: BCC Research, Market Research, Freedonis Group, etc

Artículos e informed de prensa

Bases de datos (WOK, OEPM, EPO, etc.)


INDICE

1. ANÁLISIS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA EN EL ÁREA DE LA NANOTECNOLOGÍA..................................................................................................... 5

1.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 5 1.2. EVOLUCIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA A NIVEL INTERNACIONAL7

1.2.1. ANÁLISIS DE INDICADORES ECONÓMICOS .................................... 7 1.2.2. FINANCIACIÓN PARA I+D EN NANOTECNOLOGÍA ..................... 10 1.2.3. ANÁLISIS DE LAS PUBLICACIONES CIENTÍFICAS ....................... 14 1.2.4. ANÁLISIS DEL IMPACTO ECONÓMICO........................................... 16

1.3. EVOLUCIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN ESPAÑA. COMPARACIÓN CON LA SITUACIÓN MUNDIAL ............................................ 17

1.3.1. PROYECTOS DE I+D ............................................................................. 17 1.3.2. PATENTES .............................................................................................. 18 1.3.3. PUBLICACIONES................................................................................... 23 1.3.4. INFRAESTRUCTURA............................................................................ 26 1.3.5. ASPECTOS SOCIALES .......................................................................... 29

2. IMPACTO DE LA NANOTECNOLOGÍA EN LOS PLÁSTICOS: ESTUDIO TÉCNICO SOBRE NANOCOMPOSITES ................................................................... 30

2.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 30 2.2. TIPOS DE NANOMATERIALES .................................................................. 31

2.2.1. MATERIALES NANOESTRUCTURADOS .......................................... 31 2.2.2. NANOPARTÍCULAS.............................................................................. 32 2.2.3. NANOCÁPSULAS .................................................................................. 36 2.2.4. MATERIALES CON NANOPOROS...................................................... 37 2.2.5. NANOFIBRAS......................................................................................... 38 2.2.6. NANOTUBOS DE CARBONO............................................................... 39 2.2.7. NANOHILOS........................................................................................... 40 2.2.8. FULERENOS ........................................................................................... 41 2.2.9. DENDRÍMEROS ..................................................................................... 42 2.2.10. PELÍCULAS FINAS ............................................................................ 43 2.2.10. ELECTRÓNICA MOLECULAR y PUNTOS CUANTICOS ............ 44

2.3. MEJORA DE PRESTACIONES..................................................................... 45 2.4. CAMPOS DE APLICACIÓN ......................................................................... 48

2.4.1. AUTOMOCIÓN....................................................................................... 49 2.4.2. ENVASES Y EMBALAJES .................................................................... 49 2.4.3. RECUBRIMIENTOS ............................................................................... 50 2.4.4. MEDICINA Y FARMACIA .................................................................... 51 2.4.5. CONSTRUCCIÓN ................................................................................... 51 2.4.6. DEFENSA Y SEGURIDAD .................................................................... 52 2.4.7. OTRAS APLICACIONES ....................................................................... 52

2.5. PROBLEMAS ASOCIADOS.......................................................................... 54 2.5.1. EXFOLIACIÓN Y ORIENTACIÓN ....................................................... 54 2.5.2. COMPATIBILIZACIÓN ......................................................................... 54 2.5.3. SALUD, SEGURIDAD Y MEDIOAMBIENTE ..................................... 55

2.5.3.1. MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EL SER HUMANO..................... 58


2.5.3.2. MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EL MEDIO AMBIENTE .............. 59 2.5.4. PRECIO.................................................................................................... 59

2.6. SUMINISTRADORES DE NANOCOMPOSITES ........................................ 62 2.7. ÚLTIMOS DESARROLLOS DEL SECTOR................................................. 64

3. CONCLUSIONES.................................................................................................. 66 4. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 68


1. ANÁLISIS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA EN EL

ÁREA DE LA NANOTECNOLOGÍA

1.1. INTRODUCCIÓN El objetivo del presente documento es el de aportar información novedosa, relevante y útil para la industria de los plásticos, que puede ser aplicable en nuevos productos o procesos, así como en la planificación de las líneas de investigación y desarrollo (I+D+i) y en la toma de decisiones estratégicas. Para ello, el documento recoge la información recopilada sobre el panorama tecnológico actual de la nanotecnología en este sector. La Nanotecnología engloba las nanociencias y las nanotecnologías definidas de la siguiente manera:

• Nanociencias: estudio de las fenómenos y manipulación de materiales a escala atómica, molecular y macromolecular en la que las propiedades difieren significativamente de las propiedades a mayor escala

• Nanotecnologías: son el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, aparatos, y sistemas para controlar la forma y el tamaño a escala nanométrica

La nanotecnología presenta implicaciones importantes en la mayoría de los sectores industriales. En particular para sectores como la medicina, información, energía, materiales, manufacturas, instrumentación, alimentación, agua, medioambiente y seguridad es un factor clave ya que ofrece soluciones a la búsqueda de un modo de vida sostenible para el futuro. A continuación se muestran algunas aplicaciones de la nanotecnología en dichos sectores:

• Aplicaciones médicas: diagnósticos miniaturizados e implantes basados en nano-imagen para diagnosticar enfermedades más rápidamente. Los recubrimientos basados en nanotecnología mejoran la bioactividad y biocompatibilidad de los implantes. Medicina regenerativa. Tejidos médicos para monitorizar la salud, transmitir la información y capacidades terapéuticas. Las estructuras auto-organizadas abren una nueva puerta a la ingeniería de tejidos y a los materiales biomiméticos para sintetizar repuestos de órganos. Se están desarrollando nuevos sistemas para la liberación controlada de fármacos y recientemente se han canalizado nanopartículas para tratar células tumorales. Modelos computerizados avanzados del comportamiento de las nanopartículas en organismos vivos para eliminar el testado en animales. Diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el SIDA o la malaria a precios asequibles.

• Tecnologías de la información: almacenamiento de datos con muy alta

densidad de grabado (p.e. 1500Terabit/m2). Displays plásticos flexibles, ligeros e interactivos. A largo plazo, la nanoelectrónica molecular o biomolecular, el spintronics y los quantos computerizados podrían abrir nuevas posibilidades a la tecnología computerizada actual.


• Producción y almacenaje de energía: nuevas células de combustible o nanoestructuras sólidas ligeras para el almacenaje de hidrógeno. Se están desarrollando células solares fotovoltaicas de bajo costo (p.e. pinturas solares). Ahorro de energía mediante la mejora del aislamiento, el transporte, materiales para la construcción y el alumbrado eficiente. Vehículos y motores con eficiencia energética.

• Ciencia de materiales: actualmente las nanopartículas se están empleando

como refuerzo y para funcionalizar cosméticos. Las superficies se modifican para mejorar la resistencia a la abrasión, hidrofobicidad, limpieza o esterilidad. Se prevé que el injerto de moléculas orgánicas en la superficie de nanoestructuras tenga un impacto importante en la fabricación de biosensores y aparatos electrónicos moleculares. Mejora del comportamiento de los materiales en condiciones extremas.

• Manufactura a nanoescala: se puede realizar por dos vías. Empezar con

microsistemas y miniaturizarlos (ensamblado) o imitar la naturaleza construyendo estructuras a partir del nivel atómico y molecular (síntesis). La segunda opción se encuentra en fase de desarrollo pero cuenta con un enorme potencial para crear nuevas rutas de producción.

• Instrumentación: la invención de la microscopía de efecto túnel fue lo que

marcó el nacimiento de la nanotecnología. La instrumentación para determinar las propiedades a nanoescala juegan un papel esencial en los procesos de manufactura a este nivel.

• Alimentación, agua y medioambiente: detección y neutralización de

microorganismos y pesticidas. Nanoetiquetado. Superficies para preparación alimentos y envasado antibacterianos. Técnicas analíticas de alta velocidad para medir la calidad del agua. Técnicas de filtración y purificación basadas en nanotecnología utilizando sistemas de membrana. Desarrollos nanotecnológicos para reparar el daño medioambiental (p.e. técnicas fotocatalíticas) y limpiar la polución. Nanosensores autocalibrados, baratos y rápidos para detectar agentes de polución. Nuevos catalizadores de humos.

• Seguridad: sistemas de detección con alto nivel de especificidad de agentes

biológicos y químicos. Mejora en la protección de datos mediante nanomarcado. Se están desarrollando nuevas técnicas criptográficas para la comunicación de datos.


1.2. EVOLUCIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA A NIVEL INTERNACIONAL

1.2.1. ANÁLISIS DE INDICADORES ECONÓMICOS En el mercado existen diversos productos basados en nanotecnología: productos médicos (vendajes, válvulas de corazón, etc. ), componentes electrónicos, pinturas resistentes al rayado, equipamiento deportivo, tejidos que no se arrugan y son resistentes a las manchas, o cremas solares. Se estima que el mercado actual para este tipo de productos se encuentra alrededor de 2,5 billones €. Según las previsiones, el mercado nanotecnológico ascenderá a casi 1 trillón de euros en los próximos 10 años. En el área de los plásticos, los nanomateriales supondrán un valor de 280 billones de euros anuales. Actualmente, las aplicaciones plásticas son el mercado final de una gran parte de los nanomateriales, si bien las previsiones cuentan que para el 2020 los nanoplásticos serán la mayor sección en el mercado de los nanomateriales. Según un estudio de mercado de BCC Research, el consumo global de nanocomposites fue de 10,4 millones de kg en el 2005, lo que supuso 210 millones de €. Se prevé que este consumo alcance los 43.000 toneladas en 2011, con un valor de 714 millones de €. Las previsiones de un estudio de Freedonia Group son más optimistas y cuentan que la demanda de los nanocomposites aumentará a 160.000 toneladas en el 2010, y a más de 3 millones de toneladas en el 2020, cuyo valor ascenderá a 12,5 billones €. Hasta el momento el desarrollo de los nanocomposites había sido más lento que el esperado inicialmente. Sin embargo, el interés comercial se está moviendo más allá de los programas piloto y están encontrando aplicación en sectores como el de los envases o el motor. Por tanto, parece ser que los nanocomposites están listos para una penetración total en el mercado. Los avances serán tangibles cuando los precios de los nanomateriales y los nanocomposites se reduzcan como consecuencia de una producción masiva y cuando se superen los aspectos técnicos relacionados con la dispersión de los nanoaditivos en los compuestos. Para el 2020, se prevé el empleo de casi 165.000 toneladas de nanomateriales, con un valor de 1,7 billones de €, en la producción de nanocomposites, con una demanda de nanotubos que superará los 800 millones de €. Los nanocomposites basados en arcilla supusieron casi la cuarta parte (24%) del consumo total de nanocomposites en 2005, seguido de los nanocomposites de metal y óxidos metálicos (19%) y los nanocomposites de nanotubos de carbono (15%). El consumo de nanocomposites de arcilla fue de 11.300 toneladas con un valor de 75 millones de €. Según BCC Research, para el 2011 se prevé que los nanocomposites de arcilla aumenten su cuota de mercado hasta el 44%, lo que supondrá un aumento en su consumo de hasta 71.200 toneladas con un valor de 327 millones de €. Los nanocomposites metálicos/óxidos metálicos y cerámicos también aumentarán su cuota de mercado en un 20% y 11,5%, respectivamente. Sin embargo, se espera que los composites fabricados con nanotubos de carbono disminuyan su cuota en un 7,5%. La automoción, la energía y el embalaje fueron las aplicaciones más importantes para los nanocomposites en 2005 con una cuota de mercado del 29%, 28% y 19%,


respectivamente. Otras aplicaciones importantes fueron los recubrimientos (14%) y las aplicaciones eléctricas (8%). Las previsiones cuentan que el embalaje se convertirá en la aplicación líder de los nanocomposites, con aproximadamente el 28% del mercado. Las aplicaciones energéticas se mantendrán en segunda posición con el 26% de mercado, la automoción en tercera posición con el 15% del mercado, seguido de los recubrimientos con el 14%. La tabla 1 resume las previsiones en el consumo de los nanocomposites.

Tabla 1. Previsión del consumo global de nanocomposites. Fuente: BCC Research 2005 2006 2011 Índice de crecimiento anual (%) Toneladas 23.281,2 27.840,1 94.997,8 27,8 Millones € 210,07 239,95 714,29 24,4

Otros mercados también supusieron un consumo importante de productos nanotecnológicos. El consumo de nanoelectrónica alcanzó los 1.522 millones de € en 2005, con una previsión de alcanzar los 3515 millones de € en 2010, según el estudio “The world Nanotechnology Market (2006)”. El mercado de nanoalimentación también crecerá con un índice de crecimiento anual de 30,94% desde 2006 hasta 2010, consiguiendo un valor de mercado de 17 billones de € en 2010. La nanotecnología en el mercado textil alcanzará 11,3 billones de € en 2007 y 95,8 billones de € en 2012. En la figura 1 se muestra como referencia las previsiones de consumo de productos nanotecnológicos en distintos sectores en USA.

2008 (1,13 billones €)

29%

23%7%3%

38%

Electrónica Salud

Construcción Generación y almacenaje de energía

Otros

2003 (219 millones €)

8%4%

32%

56%

2020 (28,3 billones €)

20%

46%4%

4%

26%

2008 (1,13 billones €)

Figura 1. Previsión de consumo de productos nanotecnológicos por sectores en USA


El crecimiento será mayor con resinas de alto costo como los plásticos ingenieriles o los elastómeros termoplásticos, dado que la demanda inicial se dirigirá a aplicaciones finales de alto coste. Sin embargo, los nanocomposites basados en plásticos de uso común como el polipropileno, polietileno o poli(cloruro de vinilo) también estarán presentes en el mercado. Los nanocomposites principales estarán basados en resinas termoplásticas, sin embargo, los nanocomposites basados en resinas termoestables aumentarán en un 20% para el 2020. Los poliésteres insaturados serán las resinas termoestables más empleadas en nanocomposites, dirigidos a aplicaciones sustitutivas de materiales reforzados con fibra de vidrio. La figura 2 compara la demanda del mercado mundial de los nanocomposites basados en resinas termoplásticas y termoestables en el 2003 y lo que cuentan las previsiones para el 2008.

Figura 2. Mercado mundial para los nanocomposites en función del tipo de resina. Fuente: plasticnews

59

15016,7

25,8

020406080

100120140160180200

2003 2008

Millo

nes

€

TermoestableTermoplástico

El envasado y los vehículos de motor, dos mercados clave para los nanocomposites basados en nanoarcillas y nanotubos, seguirán manteniéndose como mercados más importantes hasta el final de la próxima década, representando el 40% de la demanda en 2020. Se prevé que los nanocomposites penetren en múltiples áreas del sector del envasado como bebidas, alimentos, farmacología o electrónica, gracias a sus propiedades barrera, resistencia y propiedades conductoras. En el sector de la automoción, los productores están realizando un gran esfuerzo en el campo de los nanomateriales para sustituir los materiales de alto costo, aumentar la velocidad de producción y reducir el peso de diversas piezas. La construcción será el mercado que más crezca en consumo de nanocomposites, ya que éstos sustituirán a los plásticos reforzados con fibras en numerosas aplicaciones. Además los composites basados en nanotubos también presentarán un incremento notable en aplicaciones eléctricas y electrónicas como sustitutos de otros materiales conductores. En el 2005, la mayor parte de los nanocomposites empleados estaban basados en negro de humo para aplicaciones conductoras. Sin embargo, a medida que disminuyan los precios de las nanoarcillas, éstas se emplearán en mayor medida y supondrán más de la mitad de la demanda de nanomateriales en el 2020. De igual modo, una caída en los precios supondría la rápida comercialización de los nanotubos de carbono y un aumento masivo de la utilización de estos composites en diversas áreas de mercado.


1.2.2. FINANCIACIÓN PARA I+D EN NANOTECNOLOGÍA La financiación para la investigación en el campo de la nanotecnología está bastante igualada en Europa, USA y Japón, como puede observarse en la figura 3. La financiación, especialmente pública, en nanotecnología se ha multiplicado en los últimos años, concretamente a partir del 2001.

Figura 3. Financiación para nanotecnología. Fuente: Informe “Nanotechnology-a key technology for the future of Europe”

La tabla 2 compara la financiación pública en nanotecnología de diversos países en el 2004. Como puede observarse, la Comisión Europea es la mayor entidad financiadora de nanotecnología en Europa. Alemania, seguida de Francia y Reino Unido son los países europeos que más invierten en nanotecnología. Japón y Corea del Sur se encuentran en un nivel comparable, mientras que China está haciendo un gran esfuerzo para no perder el tren de esta disciplina, con el retraso científico, tecnológico, industrial y económico que ello supondría. España se encuentra en la mitad inferior de la tabla, con una financiación bastante inferior a la de países del entorno como Francia o Italia.

Tabla 2. Financiación pública mundial para I+D en nanotecnología en 2004.Fuente: Comisión Europea

PAÍS FINANCIACIÓN (millones €) USA 1.243,3 USA y Canadá Canadá 37,9 Comisión Europea 370,0 Alemania 239,1 Francia 223,9 UK 133,3 Bélgica* 60,0 Italia* 60,0 Irlanda 33,0 Suiza 18,5 Suecia 15,0 Finlandia 14,5

EUROPA

Austria 13,1


España 12,5 Dinamarca 8,6 Noruega 7,0 Rumania 3,1 Grecia* 1,2 Polonia* 1,0 Lituania 1,0 Japón 750,0 Corea del Sur 173,3 China 83,3 Taiwan 75,9 Indonesia 16,7 Singapur 8,4 Tailandia 4,2 India 3,8

ASIA

Malasia 3,8 Australia 62,0 Israel 46,0 México 10,0 Nueva Zelanda 9,2 Brasil 5,8 Sudáfrica 1,9

OTROS

Otros 2,8 TOTAL 3.850

*: los datos corresponden al 2003 Los datos de algunos países resultan aún más sorprendentes si tenemos en cuenta la información sobre financiación pública per cápita dedicada a nanotecnología, mostrada en la figura 4. España se encuentra entre los países con menos financiación pública per cápita dedicada a la investigación y desarrollo en nanotecnología, con niveles similares a Portugal y Grecia, inferiores a 0,05 €/habitante.


Figura 4. Financiación pública en nanotecnología per cápita en el 2003. Fuente:

a financiación privada cambia bastante el panorama, tal como se observa en la figura

2005 en

n Europa sólo la tercera parte de la financiación total proviene del sector privado. En

6,25,6

3,83,4

3,1 3,1 3 32,7

2,4 2,21,7 1,6 1,5

1,10,6 0,6

0,060,040,040

1

2

3

4

5

6

7Ja

pón

Irlan

da

US

A

Sui

za

Isra

el

Hol

anda

Fran

cia

Ale

man

ia

Finl

andi

a

EU

-25

UK

Sue

cia

Nor

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Bél

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tria

Din

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l

Esp

aña

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ción

púb

lica

en n

anot

ecno

logí

a pe

r cáp

ita

(€/h

abita

nte)

Comisión Europea

L5.

Figura 5. Financiación pública y privada para I+D en nanotecnología enmillones €. Fuente: Comisión Europea

EUSA las fuentes privadas son aproximadamente el 54% de la financiación, mientras que en Japón corresponden a dos terceras partes. Para el resto, especialmente para los países asiáticos emergentes la cuota es del 36%. En cifras absolutas, la comunidad de investigación estadounidense gasta 3,5 billones € en nanotecnología, la de Japón 2,7 billones y la europea 2,5 billones. Estos datos ponen de manifiesto que el nivel de financiación pública es competitiva en Europa, sin embargo, la industria Europea se encuentra bastante por detrás que las del resto del mundo en lo que a nanotecnología se refiere.


Si comparamos el gasto total de I+D con el gasto en nanotecnología que se muestra

Tabla 3. Gasto en I+D total y en nanotecnología en 2004. Fuente: Cordis, Eurostat y

en la tabla 3, se observa que en los países europeos que más invierten en nanotecnología el porcentaje de gasto en I+D en este sector es similar al de USA o China, aunque está por debajo de Japón y Corea del Sur. El porcentaje de España, sin embargo, es la cuarta parte del porcentaje de Francia o Alemania.

OECD PAÍS I+D TOTAL (millones €) NANOTECNOLOGÍA % en NANO

(millones €) Japón 30.500 765 2,5 Corea del Sur 7.379 175 2,4 China 5.024 84 1,7 USA 79.654 1.222 1,5 Alemania 16.801 298 1,8 Francia 13.150 228 1,7 UK 10.176 136 1,3 Suiza 1.604 19 1,2 Italia 5.079 60 1,2 España 3.346 13 0,4


1.2.3. ANÁLISIS DE LAS PUBLICACIONES CIENTÍFICAS Del análisis de las publicaciones recogidas se deduce que la nanotecnología se encuentra, a escala mundial, en una etapa en la que los esfuerzos se centran en la obtención de nuevos materiales, la fabricación de dispositivos, el estudio práctico de nuevos fenómenos, la comprobación y aprovechamiento de las prediciones teóricas y el desarrollo de aplicaciones. Es por esta razón, que aproximadamente el 60% de los trabajos publicados tiene un carácter experimental. En la figura 6 se representa el porcentaje de publicaciones científicas de cada país. Se observa que la producción científica de Europa es ligeramente superior a la de USA. España ocupa la undécima posición, con un 1,94% de las publicaciones producidas en el mundo. Entre las primeras posiciones se encuentran países con mayor tradición científica y tecnológica como USA, Japón y Alemania.

Figura 6. Distribución por países de las publicaciones y actas de congresos sobre nanotecnología, encontradas en ISPEC para el periodo 2003-2004. Fuente: Madri+d

La figura 7 muestra la distribución de las publicaciones científicas sobre nanotecnología en Europa. Alemania produce más de un cuarto de las publicaciones en nanotecnología de la Unión Europea. Diez países miembros acaparan casi el 90%, mientras que el 10% restante se reparte entre los otros 15 socios. España ocupa la quinta posición, si bien su producción científica es 20 puntos inferior a la de Alemania.


Figura 7.Distribución en los países de la UE del porcentaje de publicaciones científicas

sobre nanotecnología(INSPEC 2003-2004). Fuente: Madri+d


1.2.4. ANÁLISIS DEL IMPACTO ECONÓMICO La creación de nuevas empresas es un indicador importante del significado económico de una nueva tecnología. Los avances realizados en el campo de la nanotecnología han dado lugar a la formación de múltiples compañías dedicadas a la comercialización de los últimos avances. La figura 8 muestra las compañías nanotecnológicas europeas en el 2005. Se estima que en 2015 se requerirán 2 millones de empleados en el sector nanotecnológico en todo el mundo. Su distribución será la siguiente: 0,8-0,9 millones en USA, 0,-0,6 millones en Japón, 0,3-0,4 millones en Europa, 0,2 millones en el resto de la región Asia-Pacífico y 0,1 millones en el resto del mundo. Además se estima la creación de 2,5 empleos indirectos por trabajador en nanotecnología.

Figura 8. Compañías nanotecnológicas en Europa en 2005. Fuente: Institute of Nanotechnology

Una tercera parte de estas compañías es activa en nanomateriales, otra tercera parte en nanobiotecnología y el resto en nanoherramientas y nanodispositivos. La figura 9 muestra la distribución de la actividad de las empresas nanotecnológicas.

Nanomateriales33%

Nanobiotecnología32%

Nanoherraminetas25%

Nanodispositivos10%

Figura 9. Distribución de actividad de las empresas nanotecnológicas. Fuente: Comisión Europea


1.3. EVOLUCIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN ESPAÑA. COMPARACIÓN CON LA SITUACIÓN MUNDIAL

1.3.1. PROYECTOS DE I+D Si se analizan los proyectos europeos sobre nanotecnología coordinados desde España, se observa que la responsabilidad de coordinación se reparte equitativamente entre el CSIC y las universidades (39% cada uno), mientras que el número de proyectos coordinados por empresas es sensiblemente menor (22%). Si nos centramos en la figura 10 donde se muestra la participación de las distintas entidades españolas en los proyectos europeos sobre nanotecnología, se observa una mayor presencia de las universidades y centros de investigación y una menor participación por parte de las empresas.

26%

41%

24%

9% CSIC

Universidades

Fundaciones, CCTT y otrasentidades públicasEmpresas

Figura 10. Distribución de los proyectos de I+D sobre nanotecnología entre las entidades españolas. Fuente: Madri+d

De estos resultados se extrae que tan solo 10 universidades de las 25 que han participado en algún proyecto europeo sobre nanotecnología lo ha hecho como coordinador, y ningún centro tecnológico ha ejercido el papel de coordinador. Estos datos se ven reforzados por el hecho de que, según el CDTI, España coordine únicamente el 22% de los proyectos europeos en nanotecnología en los que participa. Respecto a la participación de las empresas españolas en proyectos europeos en el caso de la nanotecnología, el 86% sólo ha participado en 1 proyecto, el 12% en 2 y sólo el 2% lo ha hecho en 3. Este echo se produce probablemente como consecuencia de la incorporación tardía por parte de las empresas españolas al campo de la nanotecnología.


1.3.2. PATENTES Las patentes reflejan la habilidad de transferir resultados científicos a aplicaciones tecnológicas. Los países que más nanotecnología producen y demandan son también los que más patentan en este campo. El gráfico 11 muestra la evolución de las patentes sobre nanotecnología. Se observa que América (principalmente USA y Canadá) es la región que más patentes produce. Asimismo, se observa un gran aumento en el número de patentes a partir del 2001.

Figura 11. Evolución mundial de patentes por región de aplicación. Fuente: Comisión

Europea La figura 12 compara las patentes sobre nanotecnología de distintos países en el 2003. El mayor número de patentes se registran en USA, Japón y Alemania. España se encuentra a la cola con el 0,13% de las patentes mundiales.


52,20%21,20%

9,10%2,70%2,40%2,20%

1,70%1,50%

0,70%0,60%0,60%0,60%0,55%0,55%0,50%0,30%0,30%0,20%0,13%

1,97%

0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00%

USA

Japón

Alemania

UK

Francia

Corea del Sur

Holanda

Canadá

Italia

Bélgica

Suiza

China

Suecia

Israel

Dinamarca

Australia

India

Finlandia

España

Otros

Figura 12. Distribución de patentes sobre nanotecnología por región de aplicación en

as patentes sobre nanotecnología se dividen principalmente, tal como se muestra en

el 2003. Fuente: EPO y Comisión Europea

Lla figura 13, en 6 grupos. La nanoelectrónica y los nanomateriales suponen más de la mitad de las patentes.


Nanobiotecnología11%

Nanoelectrónica29%

Nanomateriales25%

Nanodispositivos7%

Nanoóptica14%

Nanomagnetismo14%

Figura 13. Distribución de patentes por familias de aplicación USA lidera el ranking en todos los grupos de patentes, seguido de Japón y Alemania. Francia se encuentra entre los primeros puestos del ranking en patentes sobre nanobiotecnología, mientras que Holanda lo hace en nanoelectrónica y nanomagnetismo, y UK en nanoóptica y nanomateriales. Es frecuente encontrar patentes licenciadas por centros o empresas extranjeras en las que al menos uno de los inventores trabaje en España, debido a colaboraciones entre entidades españolas y extranjeras. La situación inversa, sin embargo, se da con poca frecuencia. La figura 14 muestra los tipos de solicitantes encontrados y el porcentaje de patentes en nanotecnología para cada categoría en España.

Particulares28%

Universidades nacionales21%

Compañías nacionales21%

Compañías extranjeras8%

Universidades extranjeras11%

Centros de investigación11%

Figura 14. Porcentaje de patentes en nanotecnología en España según el tipo de solicitante. Fuente: Madri+d

Se aprecia que las universidades y las empresas privadas patentan en igual medida, copando cada una de ellas el 19% de las patentes. Sin embargo, los centros de investigación registran un numero de patentes muy inferior. El tratarse de una


disciplina reciente podría explicar el menor número de patentes licenciadas por las empresas españolas hasta el momento. Mientras que los avances científicos en el campo de la nanotecnología podrían estar animando a la comunidad investigadora a patentar sus avances en este campo. Por otro lado, un gran número de patentes corresponde a solicitudes particulares. Esto podría tratarse de estrategia empresarial para ocultar las líneas estratégicas seguidas por diversas entidades empresariales. La figura 15 muestra las zonas geográficas y países en los que se han solicitado franquicias de las patentes en nanotecnología con participación española. Este gráfico da una idea del mercado en el que la empresa solicitante prevé explotar su invención. Se observa que los mercados de mayor interés para las empresas españolas son USA, Europa, España y el dominio global de las patentes.

28%

16%

5%5%

5%

17%

17%

3%2%

1%1%

USAEspañaCanadáJapónAlemaniaAustriaGreciaHong KongOtrosEuropeoMundial

Figura 15. Licencias de patentes sobre nanotecnología por países. Fuente: Madri+d

La figura 16 muestra la clasificación de las patentes en nanotecnología, con participación española, en función de sus aplicaciones industriales. Se observa que sobresalen las aplicaciones en la industria médica y farmacéutica, entre las que destacan las patentes sobre métodos de obtención de nanopartículas y otros nanoelementos para la aplicación y distribución de medicamentos, así como nuevos métodos de diagnóstico.


Figura 16. Aplicaciones industriales de las patentes en nanotecnología con participación española. Fuente: Madri+d

Si nos centramos en el campo de los nanocomposites, el número de patentes solicitadas se reduce notablemente. En la figura 17 se compara la evolución de las patentes sobre nanocomposites con franquicias mundiales y europeas. En España no se han encontrado patentes sobre este tema. Se observa que la tónica general es el aumento del número de patentes en los últimos años, especialmente desde el 2002. Esto indica que los nanocomposites son una disciplina muy reciente, ya que tienen una mayor relevancia para el tejido industrial y están encontrando prometedoras expectativas en aplicaciones diversas en los últimos 5 años.

020406080

100120140160180200

Nº P

aten

tes

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

MundialEuropeo

Figura 17. Evolución del número de patentes sobre nanocomposites. Palabras clave: nanocomposite/nanoplastic/nanoclay. Fuente: espacenet y elaboración propia


1.3.3. PUBLICACIONES El número de publicaciones sobre nanotecnología ha crecido notablemente en los últimos años, tal como se muestra en la figura 18 donde se representa el numero de publicaciones sobre nanotecnología en el mundo y en España. Desde el 2001, el número de publicaciones sobre este tema se ha cuadruplicado tanto en España como de forma global. Esto demuestra el interés científico de este sector por la comunidad científica mundial.

igura 18. Evolución del número de publicaciones sobre nanotecnología. Fuente: WOK

a distribución geográfica de las publicaciones científicas sobre nanotecnología se

nanotecnología en el 2006. Fuente: WOK y elaboración propia

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

20002001 200220032004 20052006

Nº p

ublic

acio

nes

en e

l mun

do

0102030405060708090

Nº p

ublic

acio

nes

en E

spañ

a

Mundial

España

Fy elaboración propia

Lmuestra en el gráfico 19.

España

Rusia

Australia

Singapur

Canadá

Italia

Inglaterra

Taiwan

Francia

India

Alemania

Corea del Sur

Japón

USA

China

Figura 19. Distribución geográfica de las publicaciones científicas sobre

0 200 400 600 800 1000 1200

Nº Publicaciones


Tal como se hay comentado anteriormente, el esfuerzo de China para posicionarse como una de las potencias líder en esta disciplina es plausible en el gran número de publicaciones científicas sobre nanotecnología. Por detrás se encuentran el resto de países líderes en nanotecnología como USA, Japón, Alemania o Francia. Cabe destacar que los países en vías de desarrollo como Corea del Sur, India o Taiwán también se encuentran entre las primeras posiciones en cuanto a conocimiento científico sobre el tema se refiere. España se encuentra en decimoquinta posición con el 1,6% de publicaciones sobre el computo global. En España el organismo más activo en el campo de la nanotecnología es el CSIC con el 32,1% de las publicaciones. En segunda posición se encuentra la Universidad de Barcelona con el 14,8%. Si nos centramos en las publicaciones sobre nanocomposites, la figura 20 muestra la evolución de las publicaciones científicas sobre este tema en el mundo y en España. De forma global se observa que los nanocomposites abarcan cerca del 40% del total de las publicaciones, mientras que en España esta cifra asciende al 50%, poniendo de manifiesto la importancia del sector de los composites y los plásticos en nuestro país. La evolución en el número de publicaciones es similar a la observada en el gráfico 18, indicando que esta disciplina ha ido ganando importancia de forma paralela al resto de disciplinas nanotecnológicas.

imas posiciones, si bien su porcentaje de publicaciones sobre el total es ligeramente superior en el caso de los nanocomposites, con un 2,2% del total. Nuevamente, es el CSIC el organismo más activo en términos científicos con el 39,5% de total de las publicaciones españolas.

2500 50

0

500

1000

1500

2000

Nº p

ublic

acio

nes

en e

l mun

do

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45N

º pub

licac

ione

s en

Esp

aña

MundialEspaña

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Figura 20. Evolución del número de publicaciones sobre nanocomposites. Palabras clave: nanocomposite/nanoplastic/nanopolymer. Fuente: WOK y elaboración propia

La distribución geográfica de las publicaciones sobre nanocomposites es muy similar a la de nanotecnología en general, tal como se muestra en la figura 21. Nuevamente China se encuentra en primera posición con casi la cuarta parte de las publicaciones. España se mantiene en las últ


Singapur

Rusia

Canadá

UK

Francia

Alemania

Corea del Sur

China

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Nº Publicaciones

Figura 21. Distribución geográfica de las publicaciones científicas sobre nanotecnología en el 2006. Fuente: WOK y elaboración propia


1.3.4. INFRAESTRUCTURA

Según varios informes de la Comisión Europea, existen 241 centros con elevada actividad nanotecnológica continua en la UE y estados asociados. Esto no signifque otras instituciones no se desarrollen trabajos relacionados con la nanotecnolode forma ocasional. En la figura 22 se muestra el número de centros nanotecnológicos que conforman la infraestructura nanotecnológica europea.

ica gía

Figura 22. Infraestructura nanotecnológica por países europeos. Fuente:Comisión Europea

Se observa que la mayor actividad se produce en Alemania que cuenta con 57 centros. En segunda y tercera posición se encuentran UK y curiosamente Polonia, un país sin excepcionales recursos de financiación, seguidos de Francia. España posee 6 grandes infraestructuras nanotecnológicas, recogidas en la tabla 4. Tabla 4. Centros de infraestructura nanotecnológica más relevante en España. Fuente:

Comisión Europea

6

Centro Área de actividad Página web Centro Nacional de Microelectrónica

Nanoelectrónica http://www.cnm.es

CIDETEC (Centro de tecnologías electroquímicas)

Tecnologías electroquímicas http://www.cidetec.es aplicadas

LABEIN Tecnalia Nanotecnología en procesos http://www.labein.es Instituto para sistemas basados en optoelectrónica y microtecnología

Optoelectrónica y http://www.isom.upv.es microsistemas

Instituto de biología molecular de Barcelona

Nanobiología http://www.ibmb.csic.es

Instituto universitario de nanociencia de Aragón (INA)

Multidisciplinar: nanocables, http://ina.unizar.es spintrónica, nanopartículas,nanobioingeniería, aplicaciones médicas

Las actividades de cada centro que conforma la infraestructura nanotecnológica europea son variadas, pero se pueden agrupar en 7 áreas. La figura 23 muestra las actividades de dichas infraestructuras por área. Se observa que las áreas más


consoli ateriales, la electrónica, la fabricación, el

nálisis s que la nanobiotecnología y la energía se

NM: Nanomateriales; E&S: Electrónica y sistemas; IB: Investigación básica; A&D: Analítica y

Figura 23. Actividades de las infraestructuras por área en Europa. Fuente: Comisión

24

CSIC tienen sus sedes en estas pr Andalucía gran as.

dadas en Europa son los nanom y la investigación básica; mientraa

encuentra en fase más incipiente sin grandes unidades investigadoras.

diagnóstico; I&F: Ingeniería y fabricación; NB: nanobiotecnología; E: energía

Europea En España, además de los 6 centros mencionados, se han encontrado más de 450 grupos de investigación y 127 instituciones que desarrollan o han desarrollado alguna

ctividad en el campo de la nanotecnología. Tal como se muestra en la figuraadonde se representa la distribución geográfica de dichas instituciones, la mayor parte de ellas se encuentran en Madrid y Barcelona, debido a que muchos de los centros del

ovincias. Asimismo,nológic

contempla un número de instituciones con ac

tividades nanotec

19

88

68

35 39 3926

70

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Todas NM E&S IB A&D I&F NB E

Nº I

nfra

estru

ctur

as


Andalucía11,8%

Valencia5,5%

País Vasco4,7%Navarra

2,4%Aragón

Cantabria1,6%

Cataluña15,7%

Madrid37,0%

Murcia1,6%

2,4%

Canarias3,1%

Asturias1,6%Baleares

1,6%

Castilla La Mancha

3,9%Castilla León

3,1%Extremadura1,6%

Galicia2,4%

Figura 24. Distribución geográfica por CCAA de las instituciodesarrollan alguna actividad nanotecnológica. Fuente: Madri+d

nes españolas que

E cuenta c ada en 2003, está parcialmente financiada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología. Sus a investigación, definir objetivos de I+D necesarios para asegurar que las actividades

spañolas sean competitivas con los desarrollos europeos, diseminar iniciativas de

De forma más modesta Galicia también posee una red propia sobre nanotecnología. La Red de Nanotecnología de Galicia pretende contribuir a la configuración de una estructura regional, nacional e internacional con base nanotecnológica. Fuera de España existen también otras redes de carácter internacional. Nanoforum.org es una red paneuropea de nanotecnología financiada a través del Quinto Programa Marco con el fin de proporcionar información sobre las actividades europeas en este ámbito así como apoyar a la comunidad científico-tecnológica europea que actúa en el mismo. Nano2Life (N2L) es la primera Red de Excelencia Europea en Nanobiotecnología que se financió mediante el Sexto Programa Marco. La National Nanotechnology Infrastructure Network (NNIN) es la Red Nacional de Infraestructura para la Nanotecnología de los Estados Unidos. Las páginas web de las distintas plataformas se recogen en la tabla 5.

n España existe una red sobre nanotecnología: NanoSpain. Actualmente, esta redon 211 grupos de investigación y más de 1200 investigadores. Cre

ctividades principales se centran en facilitar la planificación y coordinación de la

einvestigación europeas, aumentar las colaboraciones entre universidades, centros y empresas, etc. Estrechamente relacionada con NanoSpain aparece la plataforma "Phantoms Foundation", creada en noviembre de 2002 para proporcionar servicios de gestión de proyectos vinculados con la Nanociencia y con la Nanotecnología en convocatorias europeas y españolas.


Tabla 5. Plataformas nanotecnológicas PLATAFORMA PÁGINA WEB NanoSpain www.nanospain.org/nanospain.htmPhantoms Foundation www.phantomsnet.net/index.phpRed de Nanotecnología de Galicia www.nanogalicia.net/cast/default.htmNanoforum www.nanoforum.orgNano2Life www.nano2life.orgNNIN www.nnin.org

1.3.5.

Se prevé qu a la mayor competitividad d n los nanomateriales. La de

entan múltiples oportunidad pro de

quipos y cu de puestos

ca tiene una fuerte influencia en el futuro de los nanomateriales. La

a a incluir la

ASPECTOS SOCIALES

El desarrollo de los nanomateriales y sus posibles aplicaciones tendrán impacto en el empleo, la educación y la opinión pública.

e los nanomateriales tengan un efecto positivo en el empleo gracias e las empresas y organizaciones Europeas relacionadas coNational Science Foundation (NSF) ha predicho una plantilla

2 millones de personas en USA. Los nanomateriales preses laborales para los investigadores, incluyendo supervisores de

ducción, control de calidad, atención al cliente, calibración y mantenimiento rsos de utilización. Además se prevé que el número y variedad e

de trabajo relacionados con los nanomateriales siga incrementándose a medida que avanza la tecnología y aparecen nuevas aplicaciones. La investigación y el negocio relacionado con los nanomateriales requiere profesionales preparados con cierta educación. Los profesionales en nanomateriales tendrán conocimientos y experiencia interdisciplinar basada en la física, química, biología y ciencia de materiales. La opinión públinanotecnología es, a diferencia de otras tecnologías como internet, una tecnología invisible por lo que fuera de la comunidad científica el público en general no presta una atención especial a los nanomateriales. Además existen fuertes presiones acerca de los aspectos relacionados con la seguridad, la salud y el medio ambiente. Los aspecto éticos de los nanomateriales varían en función de la aplicación, si bien no se han identificado aspectos éticos específicos de los nanomateriales. El desarrollo de nanoaparatos y nanosistemas que pueden emular o intervenir en aplicaciones biológicas con fuertes implicaciones éticas o medio-ambientales, oblignanotecnología como un aspecto más a regular en este tipo de aplicaciones. Asimismo, también debe de considerarse la nanotecnología dentro de los aspectos reguladores de las tecnologías de la información y comunicación para asegurar la privacidad y seguridad de datos.


2. IMP ÍA EN LOS

P : ESTUDI BRE NANOCOMPOSITES

2.1. INTRODUCCIÓN

os nanomateriales se han descrito como “materiales novedosos cuyo tamaño de estruct la nanométrica”. Los materiales a escala nanom rtamiento, además la intervención de

ropiedades a dicha escala permite la creación de materiales o dispositivos con

os nanomateriales incluyen agrupaciones o clusters de átomos, granos con un

modos. La clasificación que a ontinuación se presenta está basada en el proyecto NanoRoadMap financiado por el

ACTO DS

E LA NANOTECNOLOGLÁSTICO O TÉCNICO SO

Lura elemental se ha diseñado a escaétrica presentan un nuevo compo

pnuevas o mejoradas características y funcionalidades. Ltamaño inferior a 100 nm, fibras con diámetros inferiores a 100 nm, films con espesores inferiores a 100 nm, nanoagujeros y compuestos que provienen de la combinación de los anteriores. La composición es cualquier combinación de elementos naturales, siendo las composiciones más importantes los silicatos, carburos, nitruros, óxidos, boruros, selenuros, teluros, sulfuros, haluros, aleaciones, intermetálicos, metales, polímeros orgánicos y compuestos. La incorporación de cualquiera de estos materiales a los plásticos dará lugar a la formación de los nanocomposites. Los nanomateriales se pueden clasificar de diversos c6º Programa Marco.

• Materiales nanoestructurados • Nanopartículas • Nanocápsulas • Materiales con nanoporos • Nanofibras • Fulerenos • Nanohilos • Nanotubos de carbono • Dendrímeros • Electrónica molecular • Puntos quánticos • Películas finas

La tabla 6 resume los tipos de nanoestructuras existentes y las relaciona con los distintos materiales y aplicaciones.


Tabla 6. tipos de nanoestructuras. Fuente: Pure Appl. Chem. 74(9), 1491-1506, 2002

Nanoestructura Tamaño Material o aplicación Clusters, nanocristales, puntos cuánticos

R=1-10 nm Aislantes, semiconductores, metales materiales magnéticos

Otras nanopartículas R=1-100 nm Óxidos cerámicos Nanohilos D=1-100 nm Metales, semiconductores, óxidos,

sulfuros, nitruros Nanotubos D=1-100 nm Carbono, fulerenos, estructuras

laminadas Películas finas E=1-1000 nm Aislantes, semiconductores,

metales, DNA

2.2. TIPOS DE NANOMATERIALES 2.2.1. MATERIALES NANOESTRUCTURADOS

Los materiales nanoestructurados son materiales en masa metálicos o cerámicos cuyo tamaño de cristal se encuentra a escala nanométrica (menos de 100 nm). El control y la reducción del tamaño de cristal da lugar a materiales nanoestructurados con propiedades estructurales mejoradas, ya que éstas dependen del tamaño de cristal. La

ducción del tamaño de cristal produce los siguientes efectos:

Los cterizan por una gran cantidad de uniones den . También existen materiales nanoestructurados multifásicos que Pro

re Metales: se vuelven más duros y rígidos, pero también más frágiles Cerámica: se vuelve más maleable y tenaz

materiales nanocristalinos se caratro del propio material

capas. contienen diferentes

piedades p Difusión: los untos de unión son regiones de gran difusividad a causa de su ierta. Esto afecta al creep de los materiales nanocristalinos

: Mayor resistencia y dureza, mayor resistencia idad calorífica específica, mejor expansión térmica,

ica y propiedades magnéticas mejoradas. as (óxidos metálicos): mayor ductilidad y tenacidad,

l rasgado, menor fragilidad, mayor capacidad de unión a temperaturas muestran propiedades superplásticas, algo útil

en nanorecubrimientos.

reas de aplicación

estructura ab Metales nanocristalinos

eléctrica, mayor capacmenor conductividad térm

Cerámicas nanocristalinmayor resistencia ametales. A bajas

Propiedades magnéticas mejoradas: baja coercividad, alta permeabilidad, bajas pérdidas de energía

Á

Bioimplantes, prótesis, implantes ortopédicos y dentales Aplicaciones para gases reactivos Materiales magnéticos permanentes a altas temperaturas para aplicaciones en

motores aeronáuticos Materiales ferromagnéticos para su uso como materiales magnéticos suaves o

permanentes, p.e. almacenaje de información o refrigerantes magnéticos Almacenamiento de hidrógeno


Almacenamiento de energía Micro y nano sistemas electromecánicos, p.e. sensores, accionadores

Actividades de I+D y países líderes USA es líder en diversas aplicaciones, p.e. aplica Sin

pón están rea o o de materiales e

e sigue muy de cerca.

ién juega un papel relev e10 años para el recién creado Centro para Tecnologías Nanoestructuradas, junto con

de 165 millones eNanofabrication Center. La investigación metalúrg ras nanocristalinas

s probablemente el campo de investigación más fuerte de Rusia. La r junto con el laboratorio de investig tigación Naval, han desarro éticos anisotrópicos.

MEs (Cation o Thorion Diagnostic el ampo de ación.

x y NanoGram Corporation trabajan con óxidos utilización en baterías. Power Y Energy están desarrollando

noestructuradas para aplicaciones en células combustibles. Nanonany con In Irbimateria

odría decirse que las nanopartículas son de los materiales más interesantes desde el

tor del plástico. Se trata de partículas con tamaños inferiores a 100 los más comunes son metales, óxidos metálicos, cerámicos y silicatos. La morfología puede ser muy variada: lám sson na los silicatos tienen forma de láminas con dos de sus dimnanoar as a me la aplicación.

ciones ópticas y electrónicas. embargo, Europa y Ja

. Japón es líder en clizando un dur trabajo en el camp

magnéticosAlemania l

rámicas para aplicaciones biomédicas, si bien,

Korea tamb ante ya que r cibirá 107 millones € los próximos

la financiación € para el p riodo 2002-2010 de la National ica con estructu

e

Unive sidad de Dayton Magnetics Laboratoryación de la US Air Force y la oficina para la Invesllado un proyecto para desarrollar nanocomposites magn

Los resultados cuentan que han conseguido reducir el contenido de tierras raras en un 5-24% con los consiguientes beneficios de coste, comportamiento magnético y resistencia a la corrosión. Respecto a la fabricación de chips, diversas compañías tanto multinacionales (STMicroelectronics, Agilent Technologies o Motorola) como PY

s), algunas de ellas europeas, están realizando diversos avances enc

los materiales nanoestructurados para esta aplic

Ener1 Inc. está investigando sobre partículas nanoestructuradas para su utilización en electrolitos y cátodos. Catalytic Solutions Inc. utiliza nanoestructuras para recubrimientos catalíticos. Xolionanocristalinos para sumembranas na

sy olares otecnológicas. También colabora con DuPont en el campo de la electrónica flexible

tel en el desarrollo de memorias no volátiles.

s colabora con Matsushita en el desarrollo de células s

d Plastics y Pentron lanzaron recientemente un adhesivo dental basado en un l nanoestructurado.

2.2.2. NANOPARTÍCULAS

Ppunto de vista del sec

nm. Las nanopartículas provienen de diversos materiales,

ina , esferas, formas dentríticas, etc. Mientras que los metales y óxidos metálicos nopartículas esféricas,

ensiones en el rango de 100-1000 nm, y son lo que vulgarmente se denominan cillas. Generalmente se diseñan y fabrican con las propiedades físic

dida de las necesidades a cubrir en


En el sector de los plásticos, las nanoarcillas tienen una relevancia muy significativa. Con o como

anoarcilla. A diferencia del talco o la mica, la montmorillonita se delamina y dispersa pesor hasta los 70-150 nm. La delaminación da

cargas. En función el grupo orgánico introducido se puede variar la polaridad de las nanoarcillas, y por

cretamente, la montmorillonita es el aluminosilicato laminar más utilizadnen láminas individuales de 1 nm de eslugar a un notable aumento de la relación superficie-volumen. En los nanocomposites, las láminas de montmorillonita se pueden separar parcialmente dando lugar a los nanocomposites intercalados, o se pueden separar completamente para dar lugar a los nanocomposites exfoliados. Las arcillas son hidrofílicas por lo que deben modificarse mediante un tratamiento de superficie para promover la dispersión y la miscibilidad con el polímero. Los cationes inorgánicos que se encuentran entre las láminas de arcilla uniéndolas mediante fuerzas electrostáticas se modifican por iones de alquilamonio para aumentar el interespaciado entre láminas y reducir la energía superficial de lasdtanto, su hidrofobicidad. Estas arcillas modificadas, denominadas organoarcillas, son más compatibles con los polímeros. Propiedades

Mayor relación superficie/volumen Mayor densidad de almacenaje Reactividad química

Necesidad de menores temperaturas de trabajo para formar

Comportamiento óptico: transparencia si el tamaño de partícula es inferior a la longitud de onda crítica de la luz

Mayor interacción entre los materiales del nanocomposite, dando lugar a mayor resistencia mecánica, térmica y química

nanorecubrimientos Comportamiento mecánico cuántico

Áreas de aplicación

Energía

En desarrollo Nuevas comercializaciones

consolidadas

Células solares sensibles al tintado con TiO2

Catalizadores Catalizadores en medioambientales automoción

Almacenamiento de hidrógeno con metales híbridos

Materiales anódicos y catódicos mejorados para células de combustible

Fluidos de control térmico con cobre


Salud/medicina

En desarrollo Nuevas comercializaciones

consolidadas

Insulina inhalable Cremas solares con ZnO y TiO2

Tiritas y bendas antibacterianas con

plata Nanoesferas de Si

biocompatibles para inhlación de fármacos

Etiquetado molecular Funguicida con ZnO

Promovedores del crecimiento óseo

Portadores de fármacos con baja solubilidad

acuosa

Oro para bioetiquetado y detección

Tratamientos contra el cáncer Agentes de contraste con óxido de hierro

superparamagnético Recubrimientos para implantes

Ingeniería

En desarrollo Nuevas comercializaciones consolidadas Herramientas de corte Recubrimientos resistentes a la

abrasión Mejoras estructurales

con alúmina y Y- en polímeros y Zr2O3 composites

Bujías Nancomposites reforzados con arcillas

Recubrimientos de spray térmicos basados en TiO2, TiC-Co

Liberación controlada de herbicidas y pesticidas

Aditivos lubricantes/hidráulicos Tintas conductoras, con CuMoS2 magnéticas, etc

Sensores químicos Pigmentos Tamices moleculares Vidrio autolimpiable con TiO2 Propelentes con Al

Consumibles En desarrollo Nuevas comercializaciones consolidadasDispositivos anti-falsificación

Embalaje con is licatos

Recubrimiento s para vidrio para espejos antireflectantes y antivaho con TiO

2

Artículos deportivos: pelotas de tenis, raquetas con nanoarcillas

Tejidos repelentes al agua y a las manchas Pirotécnia y explosivos con Al


Medioambiente En desarrollo Nuevas comercializaciones consolidadas Fibras de alúmina para Az culejos recubiertos on tratamiento de aguas a

alúmin

Vidrio autolimpiable con recubrimientos nanoestructurados de TiO2

Sanitarios

Tratamientos de agua fotocatalizados con TiO2

Remediación del suelo con Fe

Recubrimientos antireflectantes

Electrónica

En desarrollo Nuevas comercializaciones consolidadas Nanopartículas magnéticas para almacenamiento de datos a alta intensidad

Ferro-fluidos con materiales Planarizació n químicomagnéticos mecánica (CMP)

Protección EMI con materiales conductores y magnéticos

Dispositivos optoelectrónicos con interruptores cerámicos dopados con tierras raras

Recubrimientos y materiales de unión para fibra óptica de Si

Circuitos electrónicos, NRAM, con Cu, Al

Tejidos y recubrimientos conductores utilizando cerámicas dopadas con tierras raras

Tecnologías display

Act aísesividades de I+D y p líderes Exi os do en el campo de las nanopartículas, pero podría d son los líderes en esta área. Alg peos como Alemania, Australia y Taiwán también son competitivos en esta área. La rsiteit rrollado un pdes aterial en nanopolvos. La North Carolina State University ha creado un material con un gradiente de nanopartículas de oro. La ventaja de una estructura gradiente es que se pueden combinar múltiples estructuras en un único sustrato y utiliz iento. Este avance es especialemente interesante ncias de la vida. Un desarrollo patenta for standards and technology exp ta las propiedades óp sensibilidad y selectividad de un detec search

rg ization y la universidad ros con nanopartículas para eparar compuestos y moléculas a escala nanométrica.

Samsung advanced institute of technology en Corea está trabajando con nanopolvos de cerio (óxido de cerio) para su empleo en planarización químico-mecánica (CMP), un importante proceso en la manufactura de semiconductores. El nanopolvo de cerio

sten cientos de grup a escala mundialecirse que USA y Japón

trabajan

unos países euro

Katholieke Univearrollar nuevos m

Leaven de Bélgica ha desa royecto para es cerámicos basados

ado para el procesado de alto rendim para aplicaciones en electrónica, química y c edo por el National Institute

i

lo ticas de las nanopartículas para mejorar la tific & industrial retor. La Commonwealth scien

de Texas han desarrollado filtos

an


hace que los chips posean excelentes propiedades de selectividad, velocidad de elim lámina. Nanocor produce nanoarcillas para la La los y reduce la abrasión en múltiples aplicaciones turas, abrillantadores, ceras, cremas y loci Bay ástico para alimentación utilizando la tecnología de las nanopartículas para prevenir la inclusión de líquidos y gases. Bayer ta bién investiga las an fósforos como técn Argonide Corporation están empleando nanopartículas de óxidos metálicos como aditivos en combustibles para reducir las emisiones y mejorar la eficiencia de la combustión. Por su gran relación superinve lares fotovoltaicas

Lasdifepolí Propiedades

inación y rayado de la

industria plástica desde 1998. introducción denanoóxidos, nanopolvos o nanocristales facilita y mejora la dispers ón

como pini

ones.

er trabaja en el envase plmonanopartículas basadas en polvo

icas de diagnosis. fluorescente compuesto por n

ficie/volumen, las nanopartícul en células so

as también se están . stigando para su aplicación

2.2.3. NANOCÁPSU

nanocápsulas son nanopart

LAS

ículas con una zona interior hueca, donde se adicionan , aceites, adhesivos, rentes tipos de sustancias (

meros, otras nanopartículasfragancias, encimas, catalizado es o células biológicas).

r

Elevada solubilidad

a a en mas gástricas Liberación controlada por distintos medios (difusión, ultrasonidos, etc.)

rmacos al objetivo por varios medios

Posible resistenci ci

Habilidad para direccionar los fá Tamaño y forma fáciles de controlar


Liberación de fármacos Industria alimentaria Agroquímicos Cosmética Ingeniería genética Tratamiento de aguas residuales y productos de limpieza Componentes adhesivos Grabación magnética y fluidos magnéticos Aditivos aromáticos a tejidos

Actividades de I+D y países líderes Los países líderes en el campo de las nanocápsulas son USA y algunos países europeos como Francia o Alemania. Diversas universidades e institutos están desarrollando proyectos para la liberación controlada de fármacos, como el Instituto noruego de tecnología o la universidad de Missouri-Columbia. La universidad de Chicago en colaboración con el Instituto de


tecnología de Illinois están tratando de incorporar un gen que destruye el cáncer dentro de una nanocápsula. L’Oreal posee muchas líneas de cosméticos que contienen nanocápsulas. GeneSegues de USA está tratando de comercializar una terapia contra el cáncer de próstata basado en la liberación de nanocápsulas. La compañía alemana NanoScience está especializada en la producción de micro y nanocápsulas para la

eración controlada de componentes.

inferiores a 100 m.

riales, los aerogeles resentan un atractivo especial porque pueden ser 4 veces más pesados que el aire y

tener agujer e onda de la luz.

as membranas incluyen materiales como las zeolitas o las schwarcitas (anillos de

lib

2.2.4. MATERIALES CON NANOPOROS Los materiales con nanoporos se pueden dividir en dos tipos de materiales: materiales con nanoporos en masa y membranas. En general, estos materiales tienen agujeros con diámetros μ Los materiales con nanoporos en masa pueden ser naturales o sintéticos, orgánicos o inorgánicos o combinaciones de ambos. Entre este tipo de matep

os más pequeños que la longitud d

Lcarbono con tamaño de poro mayor que el carbono activo). Propiedades

Catalítico nte

z y menores pérdidas de reflexión

licaciones fotónicas

Absorbe Adsorbente Índice de refracción dependiente de la lu Aislante Emisiones de campo Geometrías internas fractales para ap


Electrodos y electrolitos Membranas y membranas de intercambio protónico

diante emisión de luz estimulada as, atrapamiento y

ados barren la superficie del papel para

oras de tinta Producción de nanopartículas estructuradas

as, supercondensadores, y almacenaje

bioimplantes

Catálisis Aislante Aplicaciones láser me Aplicaciones medioambientales: purificación de agu

eliminación de metales pes Limpieza de superficie/barrido: los aerogels

evitar el bloqueo de las inyect

Energía: células solares orgánic Salud y sistemas médicos: secuenciación de ADN, ingeniería de tejidos,

liberación de medicamentos y

Actividades de I+D y países líderes USA y Japón son las potencias mundiales en materiales con nanoporos. Alemania también es un país relevante en el tema.


Carbon Nanotechnology Inc. y Motorola Inc trabajarán conjuntamente para desarrollar

icroceldas de combustible para aparatos portátiles. NEC, Hitachi, Zyvex Corporation

nologies fabrica supercondensadores a partir e un aerogel de carbono. Synkera Technologies Inc. tiene comercializadas embranas y nanoplantillas cerámicas con nanoporos y está desarrollando junto a la

NASA

ilmes de zirconia nanocristalina como material lectrolítico para SOFC.

un sustrato de cobre. tra línea importante es el control del tamaño de poro y la uniformidad. Air Products

esta línea.

sas universidades e institutos por todo el mundo están trabajando con este les.

Las das o huecas con longitudes en el rango de micras y un anc ales como metales,

olímeros o carbono.

Pro

my otras compañías también están trabajando activamente en esta área. Daewoo electronics Co. Ltd. ha lanzado una nueva línea de refrigerantes y sistemas de aire acondicionado basados en nanotecnología para un comportamiento de almacenaje mejor y un mayor confort. ChevronTexaco utiliza zeolitas en el proceso de refinamiento de combustible. Cooper Electronic Techdm

nanoestructuras para aparatos electrónicos. Respecto al empleo de estos materiales en electrodos y electrolitos, Altair Nanomaterials Inc está trabajando con nanoporos de TiO2 y cerámicas conductoras para células de combustible de óxido sólidas (SOFC). La Universidad de Darmstadt (Alemania) está trabajando con fe El Instituto Tecnológico de Georgia ha desarrollado una nueva clase de electrodos con nanoporos tridimensionales mediante la generación de burbujas de hidrógeno durante la deposición de cobre, estaño o aleaciones cobre-estaño sobreO(Carburos Metálicos) y el Institut de Ciències de Materials de Barcelona están desarrollando tecnologías de CO2 supercríticas centradas en Además, diver

tipo de materia

2.2.5. NANOFIBRAS

nanofibras son fibras sólihura de hasta 200 nm. Pueden ser de diversos materi

p

piedades Tienen una gran área superficial que los vuelve muy bioactivos. Pueden

la fabricación de adsorbentes. controlada de fármacos

sculos, arterias, huesos

Áre

utilizarse en Liberación Se utilizan habitualmente en tejidos biológicos como mú

y piel

as de aplicación Medios de filtrado

o máscaras para respirar

Sensores y lásers a nanoescala

Elementos protectores: prendas de protección Composites reforzados Aplicación de pesticidas para plantas

Cosmética

Aplicaciones biomédicas


Actividades de I+D y países líderes

Universidad de Harvard han esarrollado una forma de fabricar nanofibras ópticas de 50 nm de espesor.

no son pequeños cilindros huecos formados por láminas de Los nanotubos de carbono pueden formarse por una

Las regiones líderes en el campo de las nanofibras son USA y Japón. eSpin Technologies Inc. desarrolla tecnologías con nanofibras basadas en polímeros orgánicos para múltiples aplicaciones. El Instituto Politécnico Rensselaer de Nueva York está investigando el crecimiento de nanofibras de carbono sin vapor. La Universidad Técnica de Liberec (República Checa) ha desarrollado una nueva tecnología para la producción masiva de nanofibras. El Instituto Tecnológico SRI International (California, USA) está utilizando nanofibras para baterías. Investigadores de lad

2.2.6. NANOTUBOS DE CARBONO Los nanotubos de carbo

tomos de carbono enrolladas.ásola capa (nanotubos de pared única) o por múltiples capas una dentro de otra (nanotubos multipared). Propiedades

Elevada área superficial específica Muy fuertes mecánicamente Flexibles Material aceptado de forma natural en el organismo Elevada densidad por unidad de área Conducen la electricidad mejor que el cobre a temperatura ambiente. Muestran

que el diamante. Muestran conductividad térmica anisotrópica

ellenar los nanotubos con medicamentos o metales Capacidad para emitir alta densidad electrónica a bajos voltajes y fluorescencia

pectro infrarrojo-cercano. Áreas

conductividad eléctrica variable Conducen el calor mejor

Estabilidad térmica Superconductividad en ciertas condiciones Posibilidad de r

en el es

de aplicación Polímeros y cerámicas: polímeros conductores, apantallamiento

dades ignífugas mejoradas, cerámicas con resistencia a la fractura Energía: electrodos para condensadores y baterías, células para almacenaje

embranas para células de combustible, mejoras en las células

grados y de memoria, nano-osciladores, pequeñas

Aplicaciones para refrigeración, etc

electromagnético, polímeros avanzados de alta resistencia, composites con propie

de hidrógeno, msolares.

Nanoelectrónica: displays FED, equipamiento de rayos X, elementos dealumbrado, circuitos intebaterías y generadores

Sensores Aplicaciones médicas Membranas para catálisis


Actividades de I+D y países líderes Los nanotubos de carbono es uno de los tópicos que mayor interés ha suscitado

entro de la comunidad científica e industrial. Por ello, existe una activa labor

ia merecen mención especial.

: displays e emisión de campo (FED), diodos de emisión de luz, transistores con efecto de

campo bos de titanio para sensores de idróge , baterías recargables o electrodos

e están desarrollando a nivel de universidad.

Los cilindros sólidos con diámetros que oscilan entre 10 y 100 nm y long d materiales y su estructura aba lina hasta amorfa. Propie

dinvestigadora en todo el mundo, sin embargo países como USA, Japón, Corea, Taiwán, Reino Unido, Francia o Aleman Existen diversos proyectos europeos de investigación sobre nanotubos de carbono. Cabe destacar el proyecto CANAPÉ (nanotubos de carbono para aplicaciones en electrónica, catálisis, composites y nanobiología) coordinado por la Universidad de Cambridge. Las investigaciones sobre estos materiales están dirigidos a diversos temasd

, válvulas de fluido nanomecánicas, nanotuno, filtros ultrafinos, sensores de flujo de gash

para supercondensadores. Entre las empresas que actualmente realizan actividades de I+D sobre este tema se pueden citar Samsung, General Electric, Arryx Inc. o la NASA. Sin embargo, la mayoría de los avances s

2.2.7. NANOHILOS

nanohilos sonitu es del orden de micras. Pueden ser de diferentes rca desde cristalina, pasando por policrista

dades Efecto de confinamiento de cuantos Propiedades eléctricas

Áre

Propiedades ópticas Propiedades magnéticas

as de aplicación Ingeniería biomédica: manipula ción de células biológicas en campos magnéticos

ónicos

Activid

Aparatos electr Separación química

Almacenamiento de datos de alta densidad Nanoaparatos electrónicos y optoelectrónicos

ades de I+D y países líderes íses másLos pa activos en este campo son USA, Japón y algunos países europeos

com Muchos grupos de investigación en todo el mundo están trabajando para controlar el cre s nanohilos para utilizarlos en componentes electrónicos a nan ás activos se encuentran la Universidad de California (USA), Lawrence Berkeley National Laboratory (USA), NASA Ames Research Center, o S s iza).

o Suiza.

cimiento de looescala. Entre los centros m

wis Federal Institute of Technology (Su


2.2.8. FULERENOS Son estructuras de átomos de carbono tipo jaula formadas a partir de pentágonos y hexágonos. La forma más abundante conocida es el “buckmonsterfullerene” o “buckyball” (C60) con 60 carbonos colocados de forma esférica. Los fulerenos comparten muchas propiedades de los nanotubos de carbono. Propiedades

Antioxidante (eliminación de radicales libres unidos al envejecimientos y a las células muertas)

Resistencia física Alta tolerancia a sistemas biológicos Superconductividad a muy bajas temperaturas


Lubricantes Refuerzo de propiedades de polímeros: la dispersión de fulerenos en una

matriz polimérica incrementa la resistencia y reduce la densidad del material. DuPont y Exxon fueron las primeras compañías en investigar sobre este tema.

Catalizadores Células de combustible y solares ógeno noelectrónica

Almacenamiento de hidrAparatos de memoria/na

Telecomunicaciones: aplicaciones fotónicas Baterías Li-ion de larga duración Para obtener otros materiales como recubrimientos de diamante o nanotubos Aplicaciones médicas: antioxidantes

Act divi ades de I+D y países líderes Diversas compañías americanas (Carbon Nanotechnologies, Nano-C) y japonesas (Ma rrollando procesos de producción de fulerenos que se sup s materiales. Según Nano-C, los precios estimados

e l mercados son los siguientes: a aplicaciones electrónicas

liméricos Otr de fulerenos son Frontier Carbon Cor ional Corp. y BuckyUSA. Taiwán al mania también son competitivos

do diversas investigaciones.

n realizando diversos estudios.

tsushita, Matsui) están desaone reducirán el coste de estoos fulerenos en sus respectivosd 83.000€/kg par 8.300€/kg para farmacia 830€/kg para cuidado personal, cosmética y nutrición 250€/kg para aditivos po

as ompañías involucradas en la manufactura cporation, Honjo Chemical Corp., Fullerene Internatgunos países europeos como Reino Unido o Aley

en el campo de los fulerenos. En el área de biofarmacia y cosmética, Merck & Co, Inc, C-Sixty, Inc y Mitsubishi Corp.

stán realizane Varias empresas están trabajando en el campo de polímeros conductores y polímeros electrónicos. DuPont Displays y Siemens en fotodetectores. Siemens, Philips, AGFA, Konarka, Global Photonic Energy y NanoSolar en células solares. Carbon Nano-Electronics en apantallamiento EMI. En el área de polímeros especiales Sony, Alcatel, MS Plastics, NanoFullerene Corp. y DuPont estáI


2.2.9. DENDRÍMEROS

cional que permite la mificación. Los dendrímeros pueden poseer átomos metálicos, grupos

s o ser materiales puramente orgánicos. Pro

Es una macromolécula que se caracteriza por su estructura 3D altamente ramificada que produce un alto grado de funcionalidad superficial y versatilidad. La principal diferencia entre un dendrímero y otros polímeros hiper-ramificados es que cada unidad monomérica del dendrímero posee al menos una unidad funraorganometálico

piedades Arquitectura definida, control del tamaño y la forma: se formas estructuras 3D

Uniformidad de carga: las cavidades internas pueden servir para transportar

metales, moléculas orgánicas o inorgánicas o incluso material

a flexibles

Áre

con arquitecturas altamente ordenadas

Alta capacidado almacenar genético. Baja toxicidad Biocompatibilidad

Polivalencia Propiedades de solubilidad y carg Propiedades de unión flexibles

as de aplicación Aplicaciones biomédicas Industria de sensores/IT/electrónica Medioambiente: decontaminadores Agente catalítico

Act d eres

Adhesivos industriales Manufactura de baterías y lubricantes a nanoescala Aditivos plásticos, p.e. para reducir la viscosidad Creación de espumas: zeolitas sintéticas o materiales aislantes Recubrimiento de fibra de carbono y películas ultra finas

ivi ades de I+D y países líd US J mania y Holanda son los paí

M posee bastantes patentes sobre la aplicación de dendrímeros en electrónica micro

utomoción. La compañía sueca Perstorp ende materiales dendríticos para aplicaciones varias como barnices para barcos de

A, apón, Australia y algunos países europeos como Aleses líderes en el sector.

La mayoría de las empresas que trabajan con dendrímeros lo hacen para aplicaciones médicas y farmacéuticas, como son Dendritech Inc., Starpharma, NanoCure Corp. o Dendritic NanoTechnologies Inc. IBy molecular. BASF también está utilizando estos materiales para el desarrollo de recubrimientos especiales y pinturas de avaltas prestaciones. DSM tiene un nuevo tipo de material dendrítico para procesos de fabricación de papel. Otros estudios a nivel de universidad tratan sobre el uso de dendrímeros en procesos de fotosíntesis artificial.


2.2.10. PELÍCULAS FINAS

luminiscencia).

Se trata de la deposición de una o varias capas de material con un espesor inferior a 100 nm sobre una superficie. La ventaja de estos materiales estriba en que las propiedades de estos materiales se transfieren a la superficie. Los materiales empleados son filmes de Si, Fe3O4 (magnetita) y otros metal/óxidos de metal (para aplicaciones magnéticas), YBCO (superconductividad), diamante (resistencia al rayado), y selenuros y sulfuros metálicos (propiedades de Propiedades

Ópticas: atrapamiento de luz, transmisión, opacidad, fluorescencia, anti-reflexión, etc

Mecánicas: resistencia a la abrasión, dureza, resistencia al rayado, lubricación

hidrofobicidad, anti-niebla, barreras químicas, inercia química,

edad y al oxigeno, superficies antimicrobianas, etc. namiento de datos (spintronic)

Áre

seca, etc. Eléctricas: potencial de energías, conductividad, aislamiento, etc. Químicas:barrera a la hum

Magnéticas: almace

as de aplicación Filmes de silicio para aparatos electrónicos como displays y células solares MEMS como sensores, accionadores o estructuras pasivas

ible

espectrales sensitivos (que responden a tilizar para reducir el brillo y el paso de la

ristales. Pueden ser: eaccionan a cambios de temperatura

nsidad de la luz el voltaje aplicado; electrodos.

óxido de indio-

Aplicaciones termoeléctricas oción, aeronáutica o maquinaria: en vez de

de coche.

Electrónica flex Óptica de precisión Industria de la construcción: los filmes

cambios en su entorno) se pueden uluz a través de los c

o Termocrómicos: ro Fotocrómicos: reaccionan a cambios en la inteo Electrocrómico: reaccionan a cambios en

Habitualmente es una capa de óxido de tungsteno y estaño en los electrodos.

Otros mercados como automrecubrimientos se pueden utilizar filmes finos para mejorar propiedades como el rayado en los faros

Actividades de I+D y países líderes La NASA está trabajando actualmente con tecnologías de células solares basadas en filmes finos. Molecular Imprints, junto con la Universidad de Texas y Motorola, está

esarrollando imprimaciones de alta resolución mediante el uso de nanolitografía.

os displays flexibles son una de las mayores áreas de desarrollo en este campo, por

citan gran interés por parte de centros de investigación y mpresas por todo el mundo.

dNanofilm y NanoGram fabrican filmes finos para aplicaciones ópticas. BASF ha desarrollado pantallas solares resistentes a la luz ultravioleta, recubrimientos de suelos transparentes y pigmentos basados en esta nanotecnología. Very Small Particle Company Pty Ltd ha desarrollado en base a una patente un proceso de manufactura de un nuevo óxido metálico para la industria química y de alta tecnología. Llo que diversos grupos están trabajando en este tema. Asimismo, otras aplicaciones electrónicas también suse


ánticos son estructuras en estado sólido que contienen un número

artificiasemun radi e un semiconductor particular. Los materiales utilizados son: CdSe, CdS La apcuá

2.2.10. ELECTRÓNICA MOLECULAR y PUNTOS CUANTICOS

La electrónica molecular se refiere al uso de moléculas individuales como aparatos electrónicos funcionales para reemplazar tecnologías electrónicas actuales mediante el uso de una o varias moléculas como interruptores, conexiones y otros aparatos ultra

ensos, ultra rápidos y de tamaño molecular. d Los puntos cureducido de electrones en una región muy pequeña. Por ello, se definen como átomos

les. Los puntos cuánticos se refieren normalmente a nanocristales iconductores con un tamaño tal que su volumen es menor al volumen definido por

o de bohr d, ZnS, ZnSe, PbSe.

licación principal de ambos nanomateriales es la electrónica. Además, los puntos co de enfermedades. nticos también se utilizan en medicina para el diagnósti


2.3

os nanocom ados por mezclas de nanocargas con

ostrar los composites con refuerzos

an en la fabricación de plásticos conductores para fabricación de equipos computerizados y semiconductores, así como para la

ser 5-0 veces menor que el del negro de humo para alcanzar la percolación eléctrica. El

menor nivel de carga confiere al nanocomposite múltiples ventajas como son una mejor procesabilidad y aspecto de la superficie, y mejor retención de las propiedades mecánicas originales del polímero. Gracias a las múltiples ventajas que ofrecen estos materiales, los nanotubos de carbono multipared se han introducido en el desarrollo de polímeros conductores para diversas aplicaciones mostradas en la tabla 7. También se está investigando su uso como agentes retardantes a la llama. La sustitución del negro de humo (50% de la formulación) por nanotubos de carbono (5-10% de la formulación) en cauchos da lugar a niveles de rigidez y resistencia similares pero con elasticidad mejorada, ofreciendo un balance de propiedades inalcanzable mediante cargas convencionales. Las propiedades potenciales que ofrece este material, especialmente los nanotubos de capa única, son la formación de un plástico industrial increíblemente fuerte que soporte elevadas temperaturas, agentes químicos severos, condiciones de corrosión, presiones muy elevadas y abrasión.

Tabla 7.Aplicación comercial de polímeros conductores a base de nanotubos de carbono multipared

. MEJORA DE PRESTACIONES

posites poliméricos están formLpolímeros termoplásticos o termoestables. Las propiedades de los nanocomposites son distintas a las de los polímeros base. Las propiedades mejoradas incluyen resistencia mecánica, tenacidad, temperatura de reblandecimiento, resistencia ultravioleta, propiedades barrera, y conductividad térmica/eléctrica. Además, no presentan las desventajas que pueden mconvencionales como talco o vidrio respecto a una mayor densidad, fragilidad o pérdida de claridad. En el sector de los plásticos, las nanopartículas (nanoarcillas) y los nanotubos de carbono son los nanomateriales con mayor relevancia. Los nanotubos de carbono se emplelafabricación de paneles plásticos de automoción conductores que facilitan el pintado electrostático. El nivel de carga de los nanotubos de carbono multipared puede 1

Mercado Aplicación Características de la formulación basada en nanotubos de

carbono

Automoción

Componentes del la línea y sistema Mejor balance de propiedades vs. de combustible (conectores, partes negro de humo, procesabilidad de la bomba, anillos, etc), paneles para grandes partes, estabilidad exteriores para pintado electrostático dimensional

Electrónica

Herramientas y equipos de Mayor limpieza de las manufactura, bandas formulaciones vs. fibra de carbono, transportadores, bandejas, control de la resistividad de la equipamiento de salas limpias superficie, procesabilidad para

partes de moldeo finas, estabilidad dimensional, balance de propiedades, opción alternativa vs. reducción del tamaño de las fibras de carbono


Las s mayor resistencia mecánica,

si a a la llama. Actualmente, el

ciones de sustitución de metales y vidrios. Nanocomposites con ontenidos de nanoarcilla de tan solo 5% en peso son útiles en aplicaciones como la

Figu a El espesor d e nanoarcinferior a la luz visible,transparentes aplicac la naturaleza cilita

mación de un camino tortuoso para los barrera del nanocomposite. La figura 26 muestra unseguir los gases a través del nanocomposite. Pornanocomposites para formar una capa carbonizcomportamiento al fuego y reduce la cantidad nec ente retardante a la

nanoarcillas confieren a los nanocompositestenci al calor, propiedades barrera y retardancia re

mayor campo de aplicación de estos materiales es el sector de la alimentación para envases con propiedades barrera, y el sector de la automoción. Existen especulaciones sobre l hecho de que debido a las mejoras en la resistencia a la tracción, el módulo y la temperatura de distorsión por calor de los nanocomposites cargados con nanoarcillas, se podrían reemplazar los polímeros ingenieriles por versiones de nanocomposite a base de poliolefinas o de los propios plásticos de ingeniería para aplicacautomoción, propiedades barrera en envases, mejora de la retardancia a la llama en cables, etc. Se debe realizar una correcta selección de la nanoarcilla para asegurar la correcta penetración del polímero en el espacio intercapa de la arcilla para formar el producto exfoliado o intercalado (figura 25). El polímero se puede incorporar en forma de fundido o como monómero, que a continuación se polimeriza in-situ para dar lugar al nanocomposite polímero-arcilla. Este último proceso es más efectivo, pero también más caro, lo que puede limitar el uso de estos sistemas. Los polímeros introducidos por mezclado en fundido mediante un proceso de extrusión (compounding) dependen de la cizalla del proceso para conseguir la adecuada delaminación de la arcilla. Este proceso puede resultar menos efectivo que la polimerización in-situ a la hora de producir nanocomposites exfoliados.

ra 25. Diferentes morfologías durante l dispersión de las cargas

e las láminas exfoliadas d longitud de onda de la , algo de suma importancia en

minar de las partículas de arcilla fa

illa, aproximadamente 1 nm, es por lo que produce partículas iones de envasado. Asimismo, la cristalización del polímero y da gases, mejorando las propiedades esquema del camino que deben otra parte, la capacidad de los ada en la superficie mejora el esaria de ag

lalugar a la for

Nanoarcila Polímero

Separación de fases (microcomposite)

Intercala(nanocom

dopos

ite)

Exfoliado (nanocomposite)


llama. Las láminas de nanoarcilla también mejoran la rigidez y la resistencia y reduce

Tabla 8. Efecto de 6% de nanoarcilla en las propiedades del PP. Fuente: Nanocor

significativamente la contracción.

Figura 26. Mecanismo de mejora de las propiedades barrera de los nanocomposites basados en nanoarcillas

La tabla 8 compara las propiedades de un polipropileno (PP) sin cargar y tras la adición de 6% de nanoarcilla. Cabe destacar las notables mejoras alcanzadas tanto en la rigidez como en la temperatura de reblandecimiento. Además, los nanocomposites presentaron prácticamente la misma resistencia al impacto que el homopolímero.

Láminas de nanoarcilla

Oxígeno

Módulo de flexión (psi) HDT (ºF) Tipo de PP MFR

(g/10min) Sin modificar

Nano-PP Sin Nano-PP modificar

convencional 4 166.000 296.000 189 241 convencional 14 173.000 258.000 187 228 nucleado 35 231.000 335.000 235 250 La adición de 3-5% de nanoarcilla a un copolímero de vinil-etil-acetato (EVA) da lugar a reducciones del 50-60% en la liberación de calor. Los nanotubos de carbono también contribuyen a la formación de una capa carbonizada mejorando el comportamiento al fuego. Asimismo, la adición de 2% de una nanoarcilla a una poliamida mejora notablemente las propiedades barrera de botellas, mejorando la barrera al oxígeno en 3 veces respecto a la poliamida virgen. Una botella de nanocomposite de PET tricapa mostró una velocidad de transmisión de oxígeno 100 veces inferior a la del PET puro. Además er útiles

n sistemas de fuel da con 2% de de en el sector de la alimentación, las propiedades barrera pueden s

e para automoción. Los nanocomposites de poliaminanoarcilla se mostraron 5 veces más resistentes a la permeabilidad a la gasolina que las poliamidas sin modificar.


2.4. CAMPOS DE APLICACIÓN

Las aplicaciones de los nanocomposites son aún limitadas, sin embargo, los estudios que se están llevando a cabo por todo el mundo abren un abanico de posibilidades a múltiples aplicaciones. Los estudios incluyen nanocomposites para automoción, industria aeroespacial y estructuras de defensa, espumas de nanocomposites, aplicaciones ópticas, nanocomposites conductores para la protección frente a la corrosión, aparatos para el almacenaje y conversión de energía, nanofibras para ingeniería de tejidos, materiales protectores y biosensores, aparatos biomédicos, aparatos para suministro de fármacos, fotónica y análisis del ciclo de vida de las nanopartículas y los nanocomposites. La tabla 9 presenta un resumen de mercados y segmentos de mercado potenciales para los nanomateriales.

Tabla 9. Aplicación de nanomateriales en diversas áreas

AUTOMOCIÓN -Construcción ligera -Pinturas y recubrimientos -catalizadores -neumáticos -Sensores

INDUSTRIA QUÍMICA INGENIERÍA -Cargas para sistemas de pintado -recubrimientos basados en nanocomposites -impregnación de papel -adhesivos reutilizables -fluidos magnéticos -Recubrimientos antifouling

-protección al desgaste de herramientas y maquinaria -cojinetes libres de lubricante

INDUSTRIA E CALECTRÓNI -memoria de datos -displays -diodos láser -fibras de vidrio -interruptores ó os ptic-filtros -recubrimientos conductores y antiestáticos

CONSTRUCCIÓN -materia

MEDICINA -sistemales cióde construc n

-aislantes de de liberación

fármacoss térmicos -retard

-agancia a la llama

-materentes activos

-miales zadosfuncionali en sup

edios de ste contra-enerficie dera, para ma sayos mé rápidos dicos

piedra, fachadas, tejas, etc -prótesis e implantes -recubrimientos de fachada-mortero

-agentes y recubrimientos antimicrobianos -agentes en la terapia contra el cáncer

TEXTIL/TEJIDOS -textiles procesados en superficie -prendas “inteligentes”

ENERGÍA -células de combustible -células solares -baterías -condensadores

COSMÉTICA -protección solar -pintalabios -cremas -pasta de dientes

ALIMENTACIÓN -materiales de envasado y embalaje -sensores de tiempo de almacenamiento -aditivos -clarificación de zumos de fruta

DOMÉSTICO DEPORTE -recubrimientos cerámicos -cera para esquís para planchas -antivaho de cristales -catalizadores de olores -raquetas y pelotas de -agentes de limpieza para tenis reforzadas vidrio, cerámica, suelos, ventanas, etc


nanotubos de carbono en sistemas de

ctores de combustible. • Toyota: n tenaces y

resistenMotors: panel en n nanotalco.

n trabaja anoc otPut

PP/PS para rficie e mate y propied .

y Mercedes Benz pinturas mejores y materiales de mayor dur

• Solvay: los nanocom a desarrollados poseen d d emplea como

marcas de aut l Mo Benz o tán trabajando de

os de lodel vehíc

d

e

s 10 años en el almacenamiento de hidrógeno, células de super c ied ia a la osites ta n área de a el interior del s nanoc basados en biopl ometen redefinir

la reciclabilidad y la biodescomp

S Y E

propiedad más relevante es la propiedad sticos, ióxid y la entrada de oxígeno para mejorar la

Los nanocomposites, especialmente

2.4.1. AUTOMOCIÓN La industria de la automoción ha prestado mucho interés a la revolución nanotecnológica atraída por las posibilidades de reducciones de peso significativas, comportamiento mejorado, estética y reciclabilidad. Por ello, esta industria está explorando nuevos usos de los nanocomposites. La nanotecnología está produciendo cambios tanto en materiales, como en componentes y sistemas. A continuación se citan algunos ejemplos donde ya se están empleando nanocomposites:

• Nanocomposite de nylon concombustible para proteger frente a la electricidad estática.

• Hyperion Catalysis: compuesto fluoropolímero/nanotubos de carbono para los anillos de los cone

composite nylon/nanoarcilla para tapas de cinturótes al calor.

• General es exteriores basados anoarcillas y Además está ndo en la sustitución de

omposites basados en nancomposites estructurales ubos de carbono.

os en termoestables por n

emie AG y • Sud-Chas

sch Kunststoffe GmbH: naninteriores con alta resistenc

ocomposites basadia al rayado, supemezcl

ormunif• Ford

ades de tacto agradables: nanocomposites para desarrollar ación. posite de PVC/nanoarcill

iscosidaexcepcionales propieda cuero

es de plasticidad, v y flujo. Se imitación de

Las grandes omoción como Genera tors, Mercedes Volkswagen es activamente en el des

s estudios tratan sobre el ulo, pinturas resbaladizas qu

in

arrollo y aplicación nanomateriales. Algun

dentro y fuera desarrollo de superficies

e la limpias e impidan la fijación dsuciedad, adornos no estructurpinturas que cambian de color.obtención de recubrimientos antivaho y antireflejantes.

ales, y a más largo plazo pse explora el uso

turas auto-regenerables o e la nanotecnología en la También

Se prevé que las aplicaciones de los nanocomposites en el sector de la automoción scentren en los próximocombustible y baterías/llama de lo

ondensadores. Las prop ades de retardancs nanocomp

automóvil. Asimismo, lombién crearán u plicación en omposites ásticos prosición.

2.4.2. ENVASE

ector la

MBALAJES

En este s barrera de los pláque reducirá la salida del dcalidad y aumentar la vida útil de

o de carbono los productos.


los basados en nanoarcillas, mejoran significativamente las propiedades barrera de los materia en el punto 2.3, por el camino tortuoso que forman ras la s gases (figura 26). A continuación se citan algunos

esarrollado un composite basado en

minosidad ante cambios en

enominado hidrocloruro de polialilamina. Las diferentes capas se mantienen unidas mediante fuerzas

ara la sílica, 1,54 para la montmorillonita) por lo que no afectan a la transparencia de los recubrimientos. Sin embargo, es necesario añadir una concentración suficiente de estas cargas, lo que afecta a

del film. La alúmina es un material oncentración pero su alto índice de

les, tal como se comentó delaminación al paso de lot

ejemplos donde ya se están empleando nanocomposites: • Kuraray Co. y Eval Co.: han desarrollado un film de PET nanotecnológico

transparente con resistencia al calor y la humedad para aplicaciones en microondas.

• Nanocor y Mitsubishi Gas Chemical: han dnylon/nanoarcillas con propiedades barrera mejoradas. Este film se está utilizando en botellas y láminas de PET multicapa para el envasado de alimentos y bebidas como bebidas carbonatadas o cerveza. Asimismo, los nanocomposites poliamida 6/nanoarcilla producidos mediante polimerización in-situ son útiles como recubrimientos barrera de envases de cartón para leche o zumo, duplicando la vida útil del producto en comparación con los recubrimientos barrera de poliamida 6 habituales. Estos nanocomposites también se están empleando como envase de otros productos como aperitivos.

• Triton Systems: han producido nanocomposites combinando nanoarcillas con varios polímeros. Las aplicaciones con propiedades barrera incluyen envases y bandejas multicapa para “alimentos listos para consumir” para la armada americana. También están trabajando en un nanocomposite para utilizarlo como barrera contra agentes químicos y biológicos.

• Case Western Reserve University: han desarrollado un nanocompuesto camaleónico que contiene tintas fluorescentes que actúan como sensores de deformación o temperatura cambiando su color o ludichas propiedades. Estos materiales se están empleando en el envasado de carnes y pescado.

2.4.3. RECUBRIMIENTOS En el punto 2.4.1 referente a la automoción ya se han comentado algunas aplicaciones de los nanocomposites en recubrimientos específicos para automoción. Sin embargo, los recubrimientos nanotecnológicos tienen un campo de aplicación mucho más amplio.

• Recubrimientos antivaho: en algunos desarrollos se explica que estos recubrimientos se forman mediante un sandwich fino de capas alternantes de nanopartículas de sílica y un polímero d

electrostáticas. Los vidrios recubiertos son trasparentes y permiten un mayor paso de luz. Los campos de aplicación son limpiaparabrisas, gafas de sol, lentes de cámara, paneles solares o invernaderos.

• Resistencia al rayado y a la abrasión: las nanopartículas de sílica o las nanoarcillas son cargas interesante porque poseen un índice de refracción similar al de los polímeros (1,46 p

la viscosidad, tixotropía y la formaciónmucho más duro y requiere menor crefracción (1,72) da lugar a un nublado del film.

o Nanophase Technologies Corp. ha desarrollado un proceso para producir nanopartículas de óxido de aluminio menores que 100 nm. Con el fin de estabilizar la dispersión de las partículas y mejorar la


compatibilidad con el polímero, éstas están cubiertas por una piel polimérica. La adición de 1% de partículas incrementa la resistencia al rayado en 5-10 veces en función de la resina que se emplee.

o Ecology Coating Inc y DuPont presentan un recubrimiento

los.

Uno defarmacbolsas.resistenGroup par s2-8% dCorporsus pro

Al iguala nano

egro América, está empleando la nanotecnología para crear erogeles para su incorporación en paneles ligeros de policarbonato o poliéster para la

fabrica las de aerogel poseen una estructura única asada nfieren propiedades aislantes y acústicas

a lo PolyOnbasadotenacidaplicacconconen nanresisten MartinsgradosMagniftecnoloresistenciaestándares de

nanotecnológico de curado ultravioleta para mejorar la resistencia a la abrasión y al rayado en los cristales, paneles y parachoques de los vehícu

2.4.4. MEDICINA Y FARMACIA

los papeles más relevantes de los nanocomposites en el sector médico y éutico es el envase, que se utiliza en botellas de plástico, blisters, cintas y Los envases deben ser impermeables al agua y al oxígeno, y deben tener cia a aceites, medicamentos y otras sustancias químicas. Dragon International

Corp, por ejemplo, ha desarrollado un nuevo material de base nanotecnológica a e ta aplicación. RTP también comercializa nanocomposites basados en nylon 6 y

e nanoarcilla para el envasado de productos médicos y cosméticos. Foxter ation, un líder en formulaciones poliméricas biomédicas a medida, posee entre ductos formulaciones nanocomposites.

2.4.5. CONSTRUCCIÓN

l que en automoción, en construcción una de las ventajas principales del uso de tecnología es la reducción de peso. Cabot, el mayor proveedor de aditivos de de humo de Norten

ación de claraboyas. Las partícu en nanoporos que les cob

excepcionales. Owens Corning está trabajando en la obtención de espumas rígidas de nanocomposite para materiales constructivos con mayor resistencia estructural y mayor aislamiento térmico utilizando agentes espumantes medioambientalmente benignos en sustitución

s hidroclorofluorocarbonos (HCFCs).

e Corporation ha introducido en el mercado Maxxam® LST, un compuesto en nanoarcillas que ofrece una combinación única de ligereza, resistencia y ad, además de una buena estabilidad dimensional y durabilidad. Algunas iones de este material de altas prestaciones incluyen la industria del transporte,

tainers, construcción, conductos, etc. Además, esta compañía ha lanzado los centrados Nanoblend, una nueva familia de aditivos de altas prestaciones basados

ocomposites. Las aplicaciones para este producto son aquellas que requieran cia al fuego, ligereza o rigidez.

werk GMBH, una filial de Albemarle Corporation, ha desarrollado nuevos de sus retardantes a la llama minerales Martinal (hidróxido de aluminio) y in (hidróxido de magnesio) introduciendo agentes sinergísticos basados en gía nano para mejorar la formación de una capa carbonizada y mejorar así la

a la llama del producto final. Estos nuevos productos permiten obtener los retardancia a la llama actuales con menor contenido de carga.


2.4.6. Se pueden emplear nanomateriales más ligeros y más resistentes mecánicamente y al calor para rápido, fortaleccontribuyen a

a nanoelectrónica puede contribuir a la creación de ordenadores muy potentes a la vez que tros aparatos de muy poco tamaño.

blemente los mecanismos de liberación e agentes o sustancias tóxicas. La capacidad de las nanopartículas para penetrar en

el cuer e que la guerra química y biológica sea mucho ás viable, más fácilmente controlable y dirigida directamente a grupos o individuos

anoporos. Estos nanosensores ideados como sistemas de defensa den colocarse en lugares públicos como escuelas, edificios

uímicas o biológicas.

por Axunn, contienen el producto Nano In Res

DEFENSA Y SEGURIDAD

producir todo tipo de armamento, haciendo que el transporte militar sea más iendo el armamento y ahorrando energía. Además los nanomateriales

un mejor camuflaje. L

muy pequeños, así como sensores y o Los nanomateriales también pueden cambiar las armas nucleares contribuyendo a la miniaturización y a la seguridad de las bombas nucleares mediante la introducción de materiales resistentes al calor y a la radiación. Además la nanotecnología se podría emplear para la creación de la cuarta generación de armas nucleares mediante la creación de bombas nucleares que contengan muy poco o nada de material de fisión. La aplicación potencial de estas armas nucleares es la fabricación de misiles terrestres. La nanotecnología también juega un papel relevante en las armas químicas y

iológicas, dado que pueden mejorar considerabd

po humano y sus células hacmespecíficos. Asimismo, la nanotecnología también ofrece posibilidades para mejorar la seguridad ciudadana. Se pueden utilizar sensores nanotecnológicos sensitivos y selectivos para detectar componentes de las armas químicas, biológicas y radiológicas a escala atómica o molecular, gracias a la gran superficie/volumen de las nanopartículas o los materiales con n

uímica y biológica pueqgubernamentales, transportes públicos, asentamientos militares o fronteras. Finalmente, los nanomateriales se pueden emplear como descontaminantes de lugares o personas afectados por armas q

2.4.7. OTRAS APLICACIONES Bayer MaterialScience y Nanoledge presentaron recientemente en la Feria JEC Composites dos nuevas aplicaciones nanotecnológicas: una tabla de surf y skis. La combinación de la tecnología NanoIn® de Nanoledge junto con los nanotubos de carbono de altas prestaciones BayTubes® de Bayer, confieren a la resina epoxy propiedades mecánicas y térmicas extraordinarias, así como gran ligereza y mayor iclo de vida. Los skis, comercializados c

de Nanoledge y son más sólidos y resistentes a los golpes. InMat Inc. emplea una fina capa de nanocomposite dentro de las pelotas de tenis para aumentar la retención del aire y permitir que duren el doble. Se está estudiando el uso de estos films de nanocomposite como recubrimientos para ruedas con el fin de obtener una retención de presión equivalente o mejor que la actual con menor coste

e material y menos peso. d


iguien pelotas de golf

les

S do con el equipamiento deportivo, Nanodynamics Inc. fabricaque previenen el cambio de peso mientras giran, permitiendo que las pelotas vayan más rectas. Estas pelotas están fabricadas con un núcleo de nano-titanio que no se dobla al golpearlo con el palo de golf y recubiertas por un ionómero de DuPont de la marca Surlyn. 3M está aplicando la nanotecnología a films ópticos multicapa de poliéster, acrílicos y de poli(etilén naftalato). Estos films se están utilizando para mejorar el brillo de las

antallas de ordenador, reducir la cantidad de interferencias con las señaptelefónicas y de los GPS y reflejar la luz infrarroja para reducir la carga en el aire acondicionado de los automóviles. Los nanocomposites también pueden mejorar las propiedades barrera en sistemas y tanques de fuel. Tanto RTP Company como Polykemi AB están desarrollando un nanocomposites de nylon 6 con nanoarcilla para mejorar las propiedades barrera de los tanques de combustible monocapa.


2.5. PROBLEMAS ASOCIADOS

2.5.1. EXFOLIACIÓN Y ORIENTACIÓN Las nanoarcillas se encuentran entre las nanopartículas más utilizadas. Para que

la llama.

El control tanto de la exfoliación como de la orientación se lleva a cabo en el proceso de transformación y se ven favorecidas cuando se produce una fuerte cizalla. En el caso de que las nanopartículas se reagreguen durante el procesado, el nanocomposite formado no sería útil. Según los expertos, los tratamientos de superficie y técnicas de procesado actuales permiten una completa exfoliación de las nanoarcillas en sistemas de poliamida, sin embargo la exfoliación en sistemas de polietileno no se ha conseguido aunque sea suficientemente alta como para su uso en propiedades barrera.

2.5.2. COMPATIBILIZACIÓN La compatibilidad entre las nanocargas y el polímero es uno de los puntos más relevantes en los nanocomposites. El simple mezclado de dos materiales inmiscibles da lugar a materiales con morfologías inestables y propiedades mecánicas pobres, por lo que es necesaria la compatibilización de estas mezclas. En las mezclas compatibilizadas, las propiedades físicas y mecánicas satisfactorias están relacionadas con la presencia de una fase finamente dispersa que da lugar a una buena adhesión entre la matriz y la carga. Asimismo, la ausencia de compatibilidad dificulta la exfoliación de las nanoarcillas, y por tanto, su acción nanotecnológica. Una estrategia muy difundida para la compatibilización de mezclas de polímeros termoplásticos consiste en la adición de copolímeros en bloque o injertados que actúan como compatibilizadores porque son capaces de interaccionar tanto con el polímero como con la carga. Sin embargo existen múltiples métodos de compatibilzación: modificación de la estructura química, copolimerización de bloque o injerto, formación de redes interpenetrantes, introducción de grupos interactantes (transferidores de carga, puentes de hidrógeno, agrupaciones ácido-base, pares de iones, etc.), introducción de otros materiales, etc. En el caso de las nanoarcillas, éstas son muy hidrofílicas y por tanto no son capaces de mezclarse e interaccionar con el polímero. Además, las láminas arcillosas se

estos materiales muestren sus propiedades, las partículas deben separarse en estructuras laminadas, proceso al cual se denomina exfoliación. Estas estructuras deben ser muy finas (aproximadamente 1 nm) y muy anchas (aproximadamente 500 nm) para que sean capaces de mostrar una óptima permeabilidad manteniendo la transparencia así como retardancia a La orientación de las partículas también produce un fuerte efecto en el nanocomposite. Las nanopartículas deben dispersarse en el polímero de tal manera que queden paralelas a la superficie del material. Esta geometría ofrece el camino más tortuoso al paso de los gases.


mantienen unidas entre sí por fuerzas electrostáticas que se generan entre las cargas neg inares, dificultando notablemente la

xfo anoarcillas antes de su mezclado con los polímeros. Se introducen cadenas

polimér xtremo capaz de interaccionar on los cationes, lo que produce un aumento de la distancia interlaminar y del número

abajando en este campo y están desarrollado “materiales arquitectónicos

dades de los nanocomposites.

l, las rutas de exposición a estos materiales son los siguientes: • Inhalación: desde el aire • éticos • Ingestión: como aditivos en alimentos y bebidas

in embargo, el riesgo de la exposición de

ativas de las láminas y los cationes interlamliación y la interacción con el polímero. Por tanto, es necesario tratar lase

nicas hidrófobas con algún grupo químico en su e

cde puntos de anclaje con el polímero. Dependiendo de la longitud de la cadena polimérica, se pueden conseguir todo un rango de polaridad en las nanoarcillas. En el caso de polímeros muy hidrófobos como el polietileno, obtener una buena compatibilización entre el polímero y la nanocarga es muy complicado por la ausencia de interacción. Actualmente, diversas compañías como 3M o Dyneon, están trcontrolados” (CAM) basados en copolímeros que contengan grupos de diversa funcionalidad (amínicos, anhídridos, ácidos y epoxy) capaces de interaccionar con distintas nanoarcillas. Estos compatibilzadores mejoran notablemente la exfoliación de las nanoarcillas, así como las propie

2.5.3. SALUD, SEGURIDAD Y MEDIOAMBIENTE Se recomienda que las nanopartículas se traten como nuevas sustancias químicas porque pueden interaccionar con los sistemas biológicos de manera diferente a los materiales actuales, además de presentar posible persistencia en el medio-ambiente. Aún queda mucho por investigar, pero los resultados obtenidos hasta el momento indican un factor de riesgo relativamente elevado en las nanopartículas y nanotubos.

n generaE

Contacto dérmico: a través de cosm

• Inoculación: mediante aplicaciones médicas La evaluación de riesgos de estos nuevos materiales concierne a cuatro factores:

• Identificación del riesgo • Caracterización del riesgo • Evaluación de la exposición • Cálculo del riesgo

Hoy en día, los investigadores deben prestar especial atención durante la manipulación de estas sustancias. Snanomateriales al público y al medioambiente derivado de esta actividad es nulo. Según la National Nanotechnology Advisory Panel (NNAP), la mayor exposición a los nanomateriales se produce durante la manufactura, por tanto, en los espacios de trabajo. La figura 27 muestra una perspectiva general de los distintos aspectos que deben de tenerse en cuenta en la evaluación de riesgos asociados a la nanopartículas y uso de las nanopartículas.


1. IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS

Características de la partícula

2. CARACTERIZACIÓN DE RIESGOS

Estudios epidemiológicos

-Trabajadores

4. CÁLCULO DE RIESGOS

Modelos de extrapolació

-Dosis alta dosis baja -Animal humano

n

-Factor de forma

la partícula

Efecto

-Humanos

-A ntra p

-Consumidores

-Modelos (pulmones, piel,

Cálculo del valor del umbral

-Consumo, concentración dela inmisión, concentración máxima en el lugar de trabajo

-Diámetro -Área superficial -Solubilidad en agua -Composición química

Emisión

-Volumen de producción -Fluidez del material -Liberación potencial de

-Población expuesta

Estudios In vivo

-Grave/crónico -Especies diferentes

Estudios In vitro

-Humano/animal, distintos tipos de células

5. GESTIÓN DE RIESGOS

idas preventivas

-Equipos de protección

Regulación

-Normas de exposición/inmisión -Normas de producción/restricciones

efectos sistemáticos) Meds en la salud

-Animales de experimentación

Efectos medioambientales

-Persistencia -Biomagnificación

3. EVALUACIÓN DE LA EXPOSICIÓN

Rutas de exposición

-Inhalación, dérmica, ingestión

itorización Monmeduto omía en el ioambiental

nal

-Ex

ns orte -Respuesta biológica

Monitorización ocupacio

posición personal

os con la evaluación de riesgos asociados a las nanopartículas

uchos de estos aspectos no se han estudiado aún y son desconocidos. Para la

• Partículas aisladas o aglomeradas

el cuerpo humano a través de los pulmones, la vía de exposición más crítica para los humanos. Las nanopartículas en aerosol tienden a formar aglomerados mayores en el rango de micras. Aún se desconoce si estos aglomerados pueden desaglomerarse en el líquido pulmonar u otros líquidos biológicos, por lo que se requieren más estudios. Las nanopartículas dispersas en una

individual -Modificación de procesos

Normativa

-Técnicas de medida -Evaluación toxicológica

Figura 27. Aspectos relacionad

Mevaluación de riesgos es conveniente distinguir entre los diferentes tipos de nanopartículas:

• Partículas dispersas en una fase sólida, líquida o gaseosa

• Partículas sin tratar o modificadas superficialmente Las nanopartículas más críticas en cuanto a riesgos para la salud y medioambientales se refiere, son aquellas dispersas en aire (aerosoles) por su gran movilidad y capacidad de introducirse en


matriz sólida como los nanocomposites, son mucho menos peligrosas por su mayor grado de inmovilidad.

cuales son sus efectos en la función de los riñones. Si bien se pueden englobar diversos efectos de distintas nanopartículas, cada una de

llas tiene un comportamiento, facilidad de penetración en el organismo y efectos

Los s por s e datos sobre los efectos a

e o s completa para cada caso

Las nanofibras pueden interaccionar con las células epiteliales pulmonares o incluso penetrar en la pared alveolar y entrar en el tejido pulmonar. Estas fibras se definen como biopersistentes y pueden contener sustancias mutagénicas como metales, incrementando el riesgo de padecer cáncer. Según dos estudios independientes (Warheit y al. y Lam y al. en 2003) concluyeron que los nanotubos presentaban signos de toxicidad y producían granulomas e inflamación en ratones y ratas. Los resultados indicaron que los nanotubos de carbono son mucho más tóxicos que el negro de humo o el cuarzo. La toxicidad y peligrosidad de las nanopartículas dependen en mayor medida de la superficie específica que de la cantidad. Diversos estudios compararon la inhalación crónica de partículas de TiO2 de aproximadamente 20nm y 200nm. Los resultados indicaban que la eliminación de las partículas ultrafinas era mucho más lenta, y mostraban mayor localización en zonas intersticiales y en nodos linfáticos. Comparando los efectos producidos por negro de humo de distinta superficie específica (300 frente a 37 m2/g) se extrajo que los efectos biológicos (inflamación, genotoxicidad e histología) eran función de la superficie específica de las partículas y no de la cantidad de partículas. El efecto de las nanopartículas en el tracto intestinal es menos problemático debido a que materiales ingeridos se alteran al cambiar el pH y cambia su solubilidad y el estado iónico. La penetración de las nanopartículas a través de la piel es menos evidente por ser más resistente que los pulmones o los intestinos. Sin embargo, las partículas fibrilares tienen mayor riesgo de penetrar en el organismo a través de la piel. Asimismo, la inhalación de estos materiales fibrilares puede producir enfermedades pulmonares. Por otro lado, apenas existen datos sobre la eliminación de las nanopartículas por vía urinaria. Es recomendable conocer la vida media de las nanopartículas en el cuerpo y

eespecíficos concretos, por lo que es necesario tratar a cada nanopartícula de forma individualizada y crear una base de datos sobre la evaluación toxicológica de estos materiales.

riesgos potenciales de las partículas y fibras ultrafinas no son a priori predecible su propiedades físico-químicas. A la vista de la falta dxp sición de estos materiales, una evaluación de riesgola

no es posible hoy en día. Para facilitar y priorizar la realización de la evaluación de riesgos de las distintas nanopartículas, se puede seguir el esquema propuesto en la figura 28. Las nanopartículas de alta prioridad deberían ser las primeras en analizarse y tomar una serie de medidas reguladas.


Figura 28. Esquema para la evaluación preliminar de riesgos de las nanopartículas

Hoy en día, no existe ninguna norma referida específicamente a los efectos de la producción y aplicación de los nanomateriales y las nanopartículas sobre los

abajadores y los consumidores, ni sobre el medio ambiente. Tampoco se conoce de

prácticas de trabajo incluirán procedimientos de trabajo y mantenimiento

quipos de protección individual Inhalación

a protección respiratoria se utiliza cuando las medidas de seguridad habituales de las alas o las plantas no aseguran un control completo. Las máscaras o purificadores

trforma detallada como interfieren estos materiales en la salud humana o en el entorno. Sin embargo, se pueden considerar algunas medidas preventivas que se detallan a continuación.

2.5.3.1. MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EL SER HUMANO Prácticas de trabajo Las buenas estandarizado para minimizar la exposición a las nanopartículas. El en caso de tener la necesidad de utilizar máscaras, los trabajadores deben recibir un curso sobre la necesidad y el correcto uso de las máscaras. Este curso debe incluir explicaciones sobre la naturaleza del peligro respiratorio, las razones para la inefectividad de controladores ambientales, los riesgos de salud si no se usan las protecciones respiratorias adecuadas, y las instrucciones específicas de cuando deben utilizarse las máscaras. E Ls

Volumen de producción >1 tonelada al año y/o Liberación de aerosoldurante Producción Manejo Procesado y/o Exposición directa a Consumidores

Rápidamente soluble?

Factor de forma >100:1 ?

Longitud >5 µm?

Diámetro <100 nm?

NO

NO

NO

SI

SI NO

Emisión toxicológicaToxicidad en pulmonesEfectos sistemáticos Tensores oxidativos Trastornos endocrinos Sensibilizadores

SI NO

SI NO

Emisión ecotoxicológica Persistencia Autonomía en el transporte Biomagnificación

NO

Prioridad intermedia

Alta prioridad

Baja

SI ó DESCONOCIDO

prioridad


eliminan las nanopartículas del aire, proveen aire limpio de otras fuentes, o utilizan una ombinación de ambos.

eriódicamente para asegurar sus correctas condiciones de uso.

2.5.3.2. MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EL MEDIO AMBIENTE

PRECIO

Hasta hac a vado. Sin mbargo, a medida que se amplia el espectro de uso de las nanopartículas y los

oducción de estas sustancias pasa a ser a escala industrial,

c Contacto dérmico y absorción La piel es una vía de entrada de nanopartículas al cuerpo humano, por lo que se recomienda ropa protectora, guantes y gorros para prevenir la absorción dérmica. Contacto por los ojos El contacto por los ojos se puede prevenir utilizando máscaras de respiración completas o gafas con protección lateral. Los usuarios de lentillas deberían utilizar gafas en vez de lentillas, especialmente si se tiende a tener ojos “secos”. Ingestión Las nanopartículas se emplean en el procesado de alimentos sin que se haya observado ningún efecto adverso. En cualquier caso, la composición química, el contenido de metal, y las propiedades biológicas e inmunológicas de las nanopartículas varían notablemente de una a otra, pudiendo llegar a suponer un riesgo. Asimismo, las nanopartículas que hayan penetrado en el organismo a través de los pulmones se eliminarán a través del estómago. Sistemas de control Se deben hacer medidas regulares de la concentración de nanopartículas, no solo en empresas productoras de nanopartículas, sino también en empresas fabricantes que empleen estas sustancias. Además, se recomienda tener una ventilación o salida de humos local. En el caso de utilizar máscaras, éstas deben inspeccionarse p

La mayor parte de las partículas ultrafinas en el medio ambiente proviene del tráfico y otros procesos de combustión como plantas de energía o incineradoras. Aún se desconoce en que manera puede contribuir y afectar la producción de nanopartículas y el uso y fabricación de productos que contienen nanopartículas en la polución del aire.

2.5.4.

e pocos ños el precio de los nanomateriales era muy eleenanocomposites, la prreduciendo los costes de producción y por tanto, el precio final del producto. Según un panel Delphi llevado a cabo dentro del proyecto NanoRoadMap, se prevé que el precio de los nanomateriales se reduzca notablemente durante estos años. En las figuras 29-31 se muestra la evolución de precios prevista para distintas nanopartículas.


Figura 29.Evolución de precio de las na

Precio (€/kg)

noarcillas modificadas

Figura 30. Evolución del volumen de producción y precio de las nanopartículas de

plata

Volumen (kg/año) Precio (€/kg)


Volumen (kg/año) Precio (€/kg)

Figura 31. Evolución del volumen de producción y precio de los óxidos metálicos cerámicos

O

tras nanopartículas menos utilizadas tienen actualmente precios más elevados, como por ejemplo:

• Nanotubos de carbono: 220 €/kg • Oro coloidal para aplicaciones biológicas: 1.500 €/kg • No-óxidos cerámicos como la hidroxiapatita: 1.600-2.000 €/kg


2.6. SUMINISTRADORES DE NANOCOMPOSITES Los nanocomposites basados en nanoarcillas y nanotubos de carbono fueron los primeros en irrumpir en el mercado, siendo la automoción y el envasado los principales mercados de destino. Sin embargo, los tipos de nanocomposites así como las aplicaciones industriales crecen continuamente. En la tabla 10 se presenta una relación de las empresas más relevantes en el campo de los nanocomposites, así como sus productos nanotecnológicos comerciales. Tabla 10. Lista parcial de los distribuidores de nanocomposites y aplicaciones. Fuente:

Omnexus

PROVEEDOR NOMBRE COMERCIAL

RESINA DE LA MATRIZ

NANOCARGA CARACTERÍSTICAS APLICACIONES

Basell USA Hifax TPO nanoarcilla Mayor módulo, Automoción resistencia mecánica y al rayado

Bayer AG Durethan LPDU Nylon 6 Nanoarcilla Propiedades barrera elevadas

Films barrera

PP Nanoarcilla Envasado Clariant Creanova Vestamid Nylon 12 Nanotubos Conductor eléctrico Automoción,

electrónica Lanxess Durethan poliamida nanoarcilla Propiedades barrera Film para

elevadas envasado GE Plastics Noryl GTX PPO/nylon nanotubos Conductor eléctrico Partes pintadas en

automoción Honeywell Polymer

Aegis OX Aegis NC

Nylon 6 Nylon barrera

Nanoarcilla Propiedades barrera Botellas de elevadas cerveza y films

Hybrid Plastics Nanoreforzados Nanoestructurados

POSS Masterbatches

POSS Resistencia al calor, Bienes de retardancia a la llama consumo, ind.

aerospacial, biológica, farmacéutica, de agricultura, transporte y construcción

Hyperion Catalysis

Fibril PETG, PBT, PPS, PC, PP, fluoroelastómeros

Nanotubos Conductores Automoción, eléctricos electrónica,

industrial

Kabelwerk Eupen AG

EVA Nanoarcilla Nanotubos

Retardancia a la llama Hilos y cables

Mitsubishi Gas Chemical Company

Imperm Nylon MDX6 Nanoarcilla Propiedades barrera Botellas multi capa elevadas para zumos o

cerveza, films, containeres

Nanocyl Plasticyl Epocyl, aquacyl

Concentrado dispersiones

Nanotubos de carbono

Conductores Automoción, eléctricos, refuerzo electrónica, mecánico, protección deporte térmica


Nanocor Imperm Nylon 6, PP, Nylon MDX6

Nanoarcilla Propiedades barrera Multipropósito, elevadas botellas de

cerveza Noble Polymer Forte PP Nanoarcilla Resistencia a la

temperatura, rigidez, propiedades de impacto

Automoción, mobiliario, aparatos varios

Nycoa Corporation

Nanotuff NanoSEAL

Nylon 6 Nanoarcilla Propiedades barrera Envasado, elevadas, elevadas deporte, perfiles propiedades extrusionados, específicas tuberías

Polymeric supply

Poliéster insaturado, epoxi

nanoarcilla Resistencia al Marina, transporte, combado, estabilidad construcción, dimensional/térmica industrial mejorada, resistencia a la llama

PolyOne Nanoblend (compuestos y concentrados)

Polyolefinas, TPO

Nanoarcilla Propiedades barrera elevadas, resistencia a la tempe

Envasado, automoción,

ratura, ri

industrial gidez, resistencia al

impacto Putsch Kunstoffe GmbH

Elan XP PP/PS Nanoarcilla Resistencia al rayado Automoción

RTP Company Nanotube Compounds (NTC)

Nylon 6, PC, HIPS, acetal, PBT, PPS, PEI, PEEK, PC/ABS, PC/PBT

Nanotubos Conductores eléctricos

Electrónica, automoción

Showa Denko Systemer Nylon 6 Acetal

Nanoarcilla, Resistencia a la llama Multipropósito mica

Ube Ecobesta Nylon 12 Nanoarcilla Resistencia Multipropósito, sistemas de auto-combustible

mecánica, térmica y al impacto

Unitika Nanocomposite Nylon 6

Nylon 6 Nanoarcilla Rigidez, resistencia al calor

Multipropósito

Yantai Haili Ind. & Comerse of China

UHMWPE Nanoarcilla Conductos resistentes a terremotos


2.7. ÚLTIMOS LLOS DEL SE

s conferen adas s mpo ivtemas. Cabe destacar la colaboración de Süd-Ch remasterbatches como Dolder AG (Suiza) o Keng & ke desamasterbatches que faciliten la dispersión de las nanoar os nanocomposites. Según , esta vía es menos ef a p d

noa mejora el compounding notablemente. igasiguen trabajando activamente para mejorar la disper nanoarcillapolímeros apolares como el polietileno, en mejora aciones d

mb rrollar ntécnicas de análisis pa puestos. Además a oChemie o Umicore empiezan a investigar otras nanoca esóxidos metálicos para aplicaciones que requieran trans bilidad UV, como por ejemplo en pinturas o cosméticos. PolyO o vo nanoproducto retardant strabaj limerización “in situ” de nanoarcill n el obtener las mismas características con menos de la mitad lla. RTP está t o con y a

exigentes sobre las propiedades barrera en sistemas de combustible.

jand ar polím s basadonanot o el rcial de Nanostre uevo producobtien nte la inc un tercer grupo polar compuesto por un bloque de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) a los copolímeros de estireno-butadieno. Este grupo polar es capaz de interaccionar con múltiples resinas y polímeros ofreciendo

dades s y térm

Hybrid Plastics (USA) está desarrollando nanocomposites basados en POSS (polyh meric ne) p cciradiación. Estos materiales forman una capa cerámica qradiación que cualquier otro material. La NASA se encuentra probando mater

est adores de Nan Ltd. des ubierto que los nanoobtenidos a partir de materiales inorgánicos poseen propiedades únicas com

mplo la posibilidad de obtener composites plásticos con resistencia ultra-eleSe conocen más de 50 variedades de nanotubos inorgánicos: óxidos metálicos,

aluros, metálicos, bóricos, de silicio, etc. Estos materiales son especialmente relevantes en aplicaciones que requieren temperaturas, cargas o presiones elevadas. Entre las posibles áreas de aplicación se incluye el equipamiento deportivo de altas prestaciones, productos a prueba de balas, sensores químicos especiales, células solares o baterías recargables. Se ha encontrado que los nanotubos de sulfuro de wolframio y molibdeno (WS2 y MoS2) son excelentes lubricantes y se comportan mucho mejor que los lubricantes líquidos, además de soportar mayores temperaturas, convirtiéndolos en excelentes candidatos para utilizarlos en aplicaciones de automoción. La spin off ApNano Materials ha comercializado estos productos bajo el

DESARRO CTOR En las última cias y jorn obre nanoco sites se han tratado d

emie con productong (Taiwán) paracillas en l

ersos s de rrollar

Nanocor ectiva que l olimerización “in situ” Asimismo, los investsión de las r las prest

e las dores s en

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na rcillas, pero

nanocomposites para el sector de la automoción y el e alaje, y en desalgunas empresas comrgas como los metalparencia con alta esta

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r un nanocompuesto especialmente diseñado para satisface

Arkema está traba

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eje

ig oMaterials (Israel) han c tubos o por vada.

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nombre comercial de NanoLub para aplicaciones aeroespaciales y de automoción. Ade s ompresión.

os

ión en un 19%,

más e tos nanotubos presentan extraordinaria resistencia a la c NaturalNano está trabajando en el desarrollo de nanotubos de haloisita (un tipo de arcilla) como refuerzo de polímeros para mejorar la resistencia a la tracción sin reducir otras propiedades de los composites. Estos nanotubos tienen diámetros inferiores a 100 nm y longitudes que abarcan desde 500 nm hasta 1,2 μm. La empresa acaba de crear una planta piloto para comercializar nanocomposites basados en PP y nanotubos de haloisita. La nanotecnología también es útil a la hora de promover la adhesión entre el plástico y el aluminio. La empresa japonesa Taisei Plas ha desarrollado un proceso para moldear termoplásticos sobre sustratos de aluminio con una resistencia adhesiva superior a la del propio plástico. Este proceso sustituirá a las caras aleaciones de magnesio o al vaciado (die-cast) de aluminio en aplicaciones tales como carcasas de ordenadores portátiles o monitores de plasma. La primera aplicación comercial es un

ando a distancia de Sony. m Respecto a los últimos desarrollos correspondientes a otras nanocargas, Solvay Barium Strontium GmbH ha comenzado a producir nanopartículas de bario sulfato bajo

denominación de Blanc Fixe Nanofine, sobre las que pueden realizar tratamientlade superficie para mejorar la dispersión y la compatibilización con las matrices. Este material contribuye a mejorar las propiedades mecánicas. Según un estudio, la adición de 2,5% de esta nanocarga a una resina epoxi, incrementó la deformación a rotura en

n 82%, la resistencia al impacto en 73% y la resistencia a la traccumientras que los módulos de tracción y flexión se mantuvieron inalterados y la resistencia a la flexión se redujo en un 7%. Nyacol Nano Technologies acaba de introducir dos nuevos aditivos basados en partículas de sílica de 50 nm modificadas superficialmente para controlar la nucleación del PP proporcionando una mayor temperatura de cristalización al polímero. Five Star Technologies (USA) ha comenzado a utilizar un proceso hidrodinámico de cavitación para reducir el tamaño de partícula para su empleo en sistemas termoestables o cerámicos para aplicaciones electrónicas. Como ejemplo se cita una resina epoxy altamente cargada con nanopartículas de plata para adhesivos conductores.


3. CONCLUSIONES El presente estudio ha sido orientado hacia el análisis tecnológico del área de la nanotecnología en los plásticos. Para ello se ha analizado el panorama tecnológico general de la nanotecnología, así como el de los nanocomposites (plásticos reforzados con nanomateriales) de forma específica. Dentro de esta segunda parte, se han identificado los tipos de materiales y sus aplicaciones, los problemas asociados y los últimos desarrollos. Las conclusiones extraídas del presente estudio son las siguientes:

• El consumo global de nanocomposites fue de 10,4 millones de kg en el 2005, lo que supuso 210 millones €. Las previsiones cuentan con un incremento del 25% anual en el consumo global de estos materiales.

• Existen diversos tipos de nanomateriales, pero los más utilizados en los nanocomposites son las nanoarcillas, nanopartículas y nanotubos de carbono, cuyo consumo fue del 24, 19 y 15%, respectivamente, respecto del consumo

Francia y Reino Unido son los países europeos que más invierten en

anifiesto que la industria europea se encuentra por detrás de las del resto del mundo en

ción de 6,2; 3,8 y 3,0 €/habitante, respectivamente. • Si se compara el gasto total de I+D con el gasto en nanotecnología, se observa

que en países como Alemania, Francia o Reino Unido aproximadamente 1,5% del gasto de I+D corresponde a nanotecnología, mientras que en España es del 0,4%.

• Se prevé que los nanomateriales tengan un efecto positivo en el empleo gracias a la mayor competitividad de las empresas y organizaciones relacionadas con los nanomateriales. Se estima que en 2015 se requerirán 2 millones de empleados en el sector nanotecnológico en todo el mundo, de los cuales 0,3-0,4 millones corresponderán a Europa.

• La nanotecnología es una disciplina muy reciente, por lo que el número de patentes sobre nanotecnología, así como sobre nanocomposites, ha aumentado notablemente a partir del 2001. USA es el país donde más patentes se registran (50%). Las patentes sobre nanoelectrónica y nanomateriales suponen más de la mitad del total de las patentes.

global de nanomateriales en el 2005. • Se prevé que el crecimiento de los nanocomposites sea mayor con resinas de

alto costo, especialmente termoplásticas, dado que la demanda inicial se dirige a aplicaciones finales de alto coste.

• Las nanocomposites se emplean en múltiples áreas. Las principales son automoción, envasado, recubrimientos, construcción y seguridad.

• Respecto a la financiación para I+D en el campo de la nanotecnología, ésta se encuentra bastante igualada en USA, Europa y Japón. La Comisión Europea es la mayor entidad financiadora de nanotecnología en Europa. Alemania,

nanotecnología. • En Europa solo la tercera parte de la financiación total de I+D en

nanotecnología proviene del sector privado. Estos datos ponen de m

el sector nanotecnológico. • España se encuentra entre los países con menos financiación pública per

cápita dedicada a la I+D en nanotecnología, con niveles similares a Portugal y Grecia, inferiores a 0,05 €/habitante. Japón, USA y Alemania cuentan con una financia


• El esfuerzo de China pesta disciplina es plaus

ara posicionarse como una de las potencias líder en ible en el gran número de publicaciones científicas

centros con elevada actividad nanotecnológica continua en s, España cuenta s que desarrollan

•

•

En los ries

sobre nanotecnología. Por detrás se encuentran los países líderes en nanotecnología (USA, Japón, Alemania y Francia). Países en vías de desarrollo como Corea del Sur, India o Taiwán también se encuentran entre las primeras posiciones en cuanto a conocimiento científico sobre el tema se refiere. Las publicaciones sobre nanocomposites abarcan el 40% del total de las publicaciones sobre nanotecnología y el 50% del total en España.

• Existen 241 Europa, de los cuales 6 se encuentran en España. Ademácon más de 450 grupos de investigación y 127 institucionealguna actividad en el campo de la nanotecnología.

• En España, así como en Europa y USA, existen varias redes sobre nanotecnología: NanoSpain, Phantoms Foundation, Red de Nanotecnología de Galicia, Nanoforum, Nano2life y NNIN.

• Las nanocargas o nanorrefuerzos mejoran múltiples propiedades de los plásticos, entre las que destacan la resistencia, tenacidad, temperatura de reblandecimiento, resistencia ultravioleta, propiedades barrera y conductividad térmica/eléctrica.

• Las nanoarcillas se emplean fundamentalmente para incrementar las propiedades mecánicas y barrera, mientras que los nanotubos de carbono se emplean en aplicaciones conductoras.

• Las principales diferencias de las nanocargas respecto de los refuerzos convencionales son que no aportan mayor densidad, fragilidad ni pérdida de transparencia. Los principales problemas técnicos asociados a los nanocomposites son la exfoliación, orientación, y la compatibilización. Además se desconoce los problemas asociados a la salud, seguridad y medioambiente. El precio también es otro factor determinante. A pesar de que el precio de las nanocargas disminuye a medida que aumente su uso, es aún bastante elevado. Existen más de 20 compañías que comercializan nanocomposites, la mayor parte de ellos basados en nanoarcillas y algunos en nanotubos de carbono.

el siguiente cuadro se resume de forma general la situación del sector, así como gos y oportunidades que le brinda el mercado.

OPORTUNIDADES AMENAZAS • Capacidad de desarrollo de nuevos

productos • Fuerte competencia de países

consolidados como líderes en el sector • Apertura de nuevos mercados

• Número limitado de proveedores • de desarrollo de Posibilidadnuevas empresas especializadas en el sector

FORTALEZAS DEBILIDADES • Fabricación de productos muy

diversos y sectores de aplicación • Elevado coste de las nanocargas • El sector se encuentra aún en fase

heterogéneos experimental • Necesidad de evaluación de los

riesgos asociados • Necesidad de realizar mucha

activida

• Fácil adaptación de los nuevos productos a los procesos productivos actuales

d de I+D


4.

1.

3.

RECOMENDACIONES La financiación pública destinada a I+D en nanotecnología en España es mucho menor que en otros países europeos. Además de la Acción Estratégica en nanotecnología, el nuevo Plan Nacional de I+D 2008-2011 debe tener como uno de sus objetivos corregir esta situación mediante la financiación de proyectos industriales próximos al mercado.

2. Como forma de incentivación del desarrollo de proyectos internacionales de I+D sobre nanotecnologías orientados a mercado, se propone la creación de un instrumento de financiación de la I+D específico para el sector químico utilizando como paraguas financiero el correspondiente a la red EUREKA.

Elaboración de estudios sobre los posibles riesgos asociados a la manufactura y uso de nanopartículas. Estos estudios deben ser capaces de orientar sobre los efectos de las nanopartículas en la salud y el medioambiente tanto durante su elaboración como durante su utilización como ingrediente en materiales compuestos.

4. Elaboración de estudios específicos sobre el uso de la nanotecnología en otras

áreas del sector químico y seguimiento de los resultados de investigación pre-competitiva transferibles al mercado.


a c t i v i d a d e s 2 0 0 7 · microsistemas y miniaturizarlos (ensamblado) o imitar la...

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