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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/384| Análisis de métodos y compuestos empleados en la modificación superficial de nanopartículas de óxidos e hidróxidos metálicos | |
| JORGE OMAR RODRIGUEZ MEDINA | |
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| Análisis y Evaluación de Polímeros | |
| Las nanotecnologías y las nanociencias constituyen un nuevo enfoque de la ciencia
y de la ingeniería de los materiales dando lugar a nanomateriales que encuentran aplicación
en una infinidad de campos tanto científico-tecnológicos como industriales como por
ejemplo: medicina, construcción, tecnologías de la información, electrónica, producción y
almacenamiento de energía o fabricación.
Por su parte, los nanocompósitos poliméricos, son materiales compuestos por dos o
más componentes en los cuales el que se encuentra en mayor porcentaje se le denomina
matriz orgánica (polímeros Nylon 6, poli(propileno), poli(etileno), poli (metacrilato de
metilo), poli (estireno)), y al que se encuentra en menor porcentaje, carga o fase inorgánica
presenta dimensiones en el intervalo nanométrico (1-100 nm) [1].
Si bien el término, nanocompuesto o nanocompósito polimérico se ha utilizado en
los últimos años en el ámbito polimérico como sinónimo de incremento en propiedades,
fundamentalmente en propiedades mecánicas, el verdadero valor de la tecnología de los
nanocompuestos poliméricos contempla además, la implementación de propiedades nuevas
que resultan en un valor agregado sobre el polímero inicial, sin sacrificar las propiedades
inherentes del mismo como procesabilidad y propiedades de desempeño mecánico. Así, se
pueden formular diversos nanocompuestos poliméricos con 'liferentes y nuevas
propiedades por ejemplo conductivas, bactericidas, mecánicas y electromecánicas, entre
otras. La mejora potencial de algunas propiedades permite ampliar el campo de aplicación
de algunos polímeros, sustituyendo a cerámicos y metales en algunas aplicaciones. Desde el
punto de vista del medio ambiente, la sustitución de otros materiales por nanocompósitos
no solo es menos contaminante en lo que respecta al procesado y generación de residuos
tóxicos sino energéticamente más barato y sencillo.
Para alcanzar y/o incrementar dichas propiedades es relevante el control de factores
tales como la distribución y dispersión de las nanopartículas en el sistema polimérico, la
concentración de nanopartículas, su tamaño y distribución de tamaños de partícula, la
geometría -asociada a la relación de aspecto L/D de las mismas-, entre otros. Los factores más importantes a considerar para el desarrollo de nanocompósitos son: el área superficial por unidad de volumen, la funcionalidad química superficial asociada y la anisotropía geométrica (razón de aspecto). Suponiendo que la estructura de un material compuesto esté constituida por tres fases: matriz, refuerzo e interface, la superficie por unidad de volumen controla las propiedades y la cantidad de matriz en la región interfacial, que puede llegar a ser del 100%. El segundo factor controla la correlación posicional entre partículas, es decir, la anisotropía local así como todas aquellas propiedades relacionadas con la percolación (p. Ej. Conductividad eléctrica). A estos dos factores se añade la funcionalidad que se desea obtener del nanocompósito que será la que determine la elección del nanorrefuerzo. En el mismo sentido, cuando las nanopartículas se dispersan en la matriz polimérica, las propiedades de estos materiales se ven altamente afectadas no solo por la extensión sino también por las características de la interface entre los componentes, lo cual hace que para algunos sistemas polímero-carga, sea necesaria la adición de un tercer componente denominado compatibilizante y/o modificador de superficie, dando lugar a la obtención de algunas modificaciones en sus propiedades [2]. Es importante considerar la dispersión de las nanopartículas así como la afinidad química entre la superficie de la carga inorgánica naturaleza hidrofilica) y el polímero (predominantemente hidrofóbico), para la preparación de los nanocompósitos. La compatibilidad de la carga con la matriz polimérica puede ser mejorada a través de la modificación química superficial de las partículas, de tal forma que los componentes puedan interaccionar químicamente por medio de puentes de hidrógenos, interacciones electrostáticas o por enlaces covalentes en la interface inorgánica/orgánica. La finalidad primordial de la modificación superficial de las nanopartículas es el cambio de la superficie de hidrofilica a hidrofóbica con el objetivo de incorporar partículas hidrofihicas en monómeros hidrofóbicos y viceversa, de tal suerte que se amplíe el abanico de posibilidades en lo que se refiere a los constituyentes de los nanocompósitos poliméricos. Así, por ejemplo, cadenas poliméricas injertadas en la superficie de las nanopartículas previenen la agregación de éstas y esto aumenta la afinidad de la superficie para matrices orgánicas [3]. Existen reportadas algunas estrategias para la modificación superficial de las nanopartículas que conlieva a interacciones químicas y fisicas entre los componentes del nanocompósito. Una de ellas es la inserción previa de compuestos tipo silanos, ácidos grasos, titanatos, tratamientos alcalinos, etc., mezclados con algún solvente o monómero hidrofílico de cadena polimérica o bien, por la interacción de polímeros o surfactantes orgánicos, en la superficie de partículas inorgánicas [4]. En este trabajo se pretende dar una visión general de las distintas técnicas y compuestos que pueden emplearse para la modificación superficial de nanopartículas, en este caso en particular, nanopartículas de hidróxidos y óxidos metálicos así como también nanopartículas metálicas, tales como ZnO, Mg(OH) 2 y Ag que permitan una mejor dispersión de éstas en matrices poliméricas de interés para el grupo de investigación. | |
| 2010 | |
| Trabajo terminal, especialidad | |
| QUÍMICA | |
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