Caracterizacion estructural, termica y mecanica de nanocompuestos termoplasticos de matriz amorfa (ps, san y pmma), preparados por mezcla en fundido, con particulas laminares de hidrotalcita y montmorillonita modificadas

Resumen

En la presente tesis se prepararon nanocompuestos de matrices termoplásticas amorfas de PS, SAN y PMMA con nanopartículas laminares con el fin de caracterizar su estructura y evaluar su efecto en las propiedades térmicas y mecánicas. Se han utilizando dos tipos de nanopartículas de distinta naturaleza química, en particular una montmorillonita comercial modificada (oMMT) y un hidróxido doble laminar, igualmente modificado (oHT). Se han dividido los nanocompuestos en dos grupos, en función del tipo de arcilla utilizada: en el primer grupo (Grupo I) se incluyen los nanocompuestos formados por una matriz de polimetacrilato de metilo (PMMA) con varias fracciones másicas de oMMT (2,5, 5, 10 y 20 %); y en el segundo grupo (Grupo II) los nanocompuestos de oHT con tres matrices amorfas: PS con 5 y 10 % en peso de oHT, y SAN y PMMA con 5 % en peso de oHT. Todos los nanocompuestos han sido preparados utilizando el proceso de mezcla en fundido y las probetas directamente mecanizadas a partir de placas moldeadas por compresión. En los materiales del Grupo I las placas han sido preparadas utilizando un proceso de compresión en dos etapas para inducir una mayor orientación de las láminas de la arcilla. Mediante el análisis de los difractogramas de rayos X a altos ángulos (WAXD) y de las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM), se ha observado una estructura intercalada ordenada y orientada en los nanocompuestos del Grupo I, y una estructura intercalada en los nanocompuestos de oHT (Grupo II). La presencia de las nanopartículas de oMMT y el efecto de la orientación no afectan a la temperatura de transición vítrea del PMMA, mientras que en los nanocompuestos con oHT parece existir un efecto plastificante producido por la presencia de las nanopartículas orgánicamente modificadas con el anión dodecilsulfato, debido a una disminución de la Tg y del índice de fluidez. La estabilidad térmica de los nanocompuestos aumenta con el contenido en arcilla, especialmente para los nanocompuestos con mayor fracción másica. Se han utilizado modelos matemáticos adaptados a los materiales nanoestructurados y orientados del Grupo I para predecir las propiedades mecánicas a tracción. Se observó que al incluir en el modelo de Halpin-Tsai el concepto de partícula efectiva se obtiene un buen ajuste a los valores experimentales del módulo de Young. La rigidez de los nanocompuestos aumenta de forma lineal con el contenido en arcilla pero la resistencia disminuye, excepto en el caso particular del nanocompuesto de PMMA con 5 % en peso de oHT. En los ensayos de fractura, se ha podido constatar que cuando el eje mayor de las laminillas de montmorillonita se encuentra perpendicular al plano del frente de avance de la grieta, los valores de tenacidad y de energía a fractura de los nanocompuestos del Grupo I son bastantes superiores al del PMMA puro y tanto más cuanto mayor es el contenido en arcilla. Para los nanocompuestos de oHT (Grupo II) se ha observado un aumento de la tenacidad a fractura en el nanocompuesto de SAN con un 5 % en oHT respecto al polímero puro en detrimento de los demás nanocompuestos del mismo grupo.