Síntesis de nanocompositos de poliéster

Síntesis de nanocompositos de poliéster-uretanos reforzados
con nanocelulosa
Jalife Jacobo, Hamed, Universidad de Guanajuato, Antonio Martínez
Richa, Universidad de Guanajuato
RESUMEN
El siguiente trabajo plantea la síntesis y
caracterización
de
materiales
compuestos a partir de poliuretanos
usando HDI (hexametilen-diisocianato),
un diol base ԑ-Caprolactona y el
relleno,
que
es
nanocelulosa
funcionalizada con diferentes grupos,
los resultados evalúan el material que
tenga un mejor desempeño mecánico
para futuras aplicaciones.
INTRODUCCIÓN
Los
poliuretanos
son
polímeros
utilizados en diferentes ramas tales
como la industria de los recubrimientos
o la industria cosmética, uno de los
factores importantes en la utilidad de
estos es el desempeño que tienen
como la resistencia mecánica o a la
foto-degradación, entre otras. Una de
las alternativas más atractivas para
mejorar algunas propiedades en los
polímeros como en muchos otros
compuestos es el empleo de materiales
que
sirven
como
rellenos
(generalmente
en
cantidades
pequeñas) para la formación de
“compositos”, es decir, un material
compuesto.
El uso de rellenos nanoestructurados
es una alternativa viable y produce
materiales con mejores propiedades
que el material base, algunos de estos
pueden ser los nanotubos de carbono
(CNTs) o el grafeno, en este trabajo se
plantea la utilización de un material
nanoestructurado en base a la
celulosa.
OBJETIVO
El objetivo principal es obtener
diferentes compositos de poliésteruretanos y caracterizar los productos
mediante diferentes técnicas (FT-IR,
Análisis Mecánico, DSC)
MATERIALES Y MÉTODOS
 Funcionalización
de
la
nanocelulosa. En este caso se
realizaron
varias
funcionalizaciones
con
diferentes grupo, los cuales son
ácido cítrico, ácido adípico,
ácido palmítico, Ácido benzoico,
Etilendiamina,
Hexametilendiamina, H12MDI y
celulosa en forma de carboxi
metil celulosa
 . Formación del poliuretano.
Se utilizó como materia prima el
diisocianato HDI (734 µL), un
diol de peso molecular de 800
Da aproximadamente (2,5 g) y
un catalizador de Octanato
estañoso Sn(Oct)2 (18µL) la
adición de la nanocelulosa fue
de 0.5% con respecto al peso
del diol, se agrega 20 mL de
dicloroetano, en esta parte se
sonica la mezcla durante 15 min
para tener una mejor dispersión
de la celulosa en el medio, la
reacción dura 6 horas a 80 °C,
el producto se vacía en placas
de teflón. Los materiales se
formaron con una relación
NCO:OH igual a 1
RESULTADOS
En la figura 1. Podemos ver el
espectro de absorción IR para el
material sin relleno, podemos ver las
bandas características que son para
ácidos carboxílicos y ésteres (1720 y
1670 cm-1) respectivamente así, las
vibraciones de C-O caen en las bandas
cercanas a 1200, en la figura 2
podemos ver un acotamiento en la
zona
del
grupo
carbonilo,
esencialmente la banda principal,
aproximadamente en 1725 no se ve
afectada, sin embargo las aportaciones
de los grupos en las funcionalizaciones
son las que se ven en el hombro de la
banda principal, en 1700, realizando
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una deconvolucion se puede obtener
una relación entre estas 2 bandas y
sacar el valor del grado de separación
de fases, que nos indica la cristalinidad
del compuesto, con lo que podemos
inferir algunas propiedades mecánicas,
como podemos ver en la tabla 1. Estos
valores varían desde 0.2 hasta 0.4 lo
que quiere decir que puede haber un
cambio significativo en las propiedades
mecánicas.
DPS son mayores al del poliuretano
natural.
DEG CEL
DEG HMDA
DEG CMC
DEG PALM
DEG EDA
DEG AC BENZ
DEG TOSILO
DEG CITRICO
DEG H12MDI
DEG ADIPICO
NATURAL
DPS
0.433
0.416
0.263
0.247
0.378
0.237
0.257
0.236
0.247
0.282
0.238
Tabla 1. Valores de grado de separación de
Fases.
Figura 1. Espectro de absorción IR para el
poliuretano natural.
En la figura 3 podemos ver los resultados de las
pruebas mecánicas, en estos se puede saber si un
polímero tiene mejor desempeño mecánico de
acuerdo a las características deseadas, en la
grafica pequeña podemos ver los valores
acotados hasta 0.15 MPa, en donde a excepción
de la celulosa y la EDA, todos los productos
rompen a valores bajos de estiramiento, sin
embargo, de acuerdo a las gráficas, la EDA y la
celuloas sin funcinoalizar aportan valores
grandes a la elasticidad del polímero llegando
hasta mas del 1000% y valores cercanos al
600% con la celulosa comercial y 400% (Ver
Tabla 2)con el ácido palmítico, los demas
grupos funcionales aportan más resistencia a la
ruptura con valores de módulo altos, en
comparación al poliuretano natural que tiene
valores de módulo cercanos a 3 MPa (no
mostrados en la figura).
Figura 2. Acotamiento en el espectro de
absorción IR para los materiales sintetizados.
Según los valores de la tabla 1.
Podemos apreciar que la diferencia
más significativa está entre el material
sin relleno y el que tiene relleno sin
funcionalizar, los valores que contienen
el relleno funcionalizado oscilan entre
estos 2 valores por lo que a simple
vista podemos apreciar una mejora en
las propiedades mecánicas, ya que en
la mayoría de los casos los valores de
Figura 3. Resultados de las pruebas
mecánicas.
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Celulosa
Cítrico
Adípico
Palmítico
Hidroxi
Tosil
EDA
HMDA
H12MDI-DEG
CMC
Módulo (Mpa) Elongación
165.8
8.7559
163.71
0.0638
172.43
0.0326
113.66
3.8108
198.61
0.0464
221.07
0.0756
10.63
9.0272
235.07
0.0919
122.49
0.0536
66.74
5.8255
Esfuerzo (Mpa)
10.96
8.9811
11.8758
7.6291
5.7587
12.4755
6.6587
10.351
5.3779

formulación de adhesivos. Universidad
de Alicante.
Shi-Zhao K. (2006). High sensitivity to
Cu2+ ions of electrodes coated with
ethylenediamine-modified multiwalled carbon nanotubes.
Nanotechnology 17 (2006) 4825–4829.
Tabla 2. Valores obtenidos de las pruebas
mecánicas
CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN
Según los resultados mostrados se
pudo sintetizar el poliuretano deseado,
mostrando las bandas características
en el espectro de infrarrojo, tanto el
material simple como el compuesto, se
realizaron pruebas mecánicas que
muestran el comportamiento de los
diferentes productos obtenidos, en
algunos casos se obtuvo mayor
elongación (e.g. EDA) y en otros
valores de módulo altos (e.g. Tosil).
Las pruebas no son concluyentes
respecto a los materiales obtenidos, se
requiere la caracterización del relleno
nanoestructurado para obtener un
grado de funcionalización y realizar
pruebas térmicas como DSC y TGA
para los productos finales y completar
el análisis.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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
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characterization and hydrolytic
degradation of polyester-urethanes
obtained by lipase biocatalysis.
Polymer Degradation and Stability.
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strong: A review of the mechanical
properties
of carbon nanotube–polymer
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of graphitic carbon. Nature.354
(6348):56–8.
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caracterización de poliuretanos
termoplásticos. Aplicación a la
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