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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/562| Polimerización de etileno con metalocenos en presencia de nanopartículas de carbono y cobre | |
| CRISTAL CABRERA MIRANDA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Doctorado en tecnología de polímeros | |
| En el presente trabajo de tesis se llevó a cabo la obtención de nanocompuestos basados en
polietileno a partir de polimerizaciones in situ en presencia de nanotubos de carbono y/o
nanopartículas de cobre con cuatro diferentes sistemas catalíticos de zirconoceno. Se comparó y
se estudió a fondo el efecto que causó la introducción de las diferentes nanopartículas en la
actividad y estabilidad catalítica de cada sistema, debido a que el ambiente rico en oxígeno podría
inhibir al complejo zirconoceno. Por otra parte, se probaron diferentes concentraciones de
catalizador y relaciones de activación co-catalizador/catalizador (Al/Zr) para estudiar bajo qué
condiciones de síntesis los complejos metalocenos fueron más estables en función de lo
observado en las cinéticas de reacción y que a su vez, se propiciara la incorporación de las
nanopartículas en la matriz polimérica con un contenido distinto de nanocarga.
Asimismo, para investigar qué método de síntesis (catalizador en solución o soportado)
favorecería la obtención de un nanocompuesto con características físicas, térmicas y eléctricas
distintas a las del polietileno puro (sin nanopartículas), se determinaron las masas molares,
propiedades térmicas, cristalinidad, morfología y dispersión, así como las propiedades de
conductividad eléctrica de los materiales obtenidos.
Cuando se utilizaron nanotubos de carbono multicapa funcionalizados con grupos hidroxilo
(MWCNT-OH) los cuales fueron previamente modificados con metilaluminoxano (MAO) para la
posterior heterogenización del aluminohidruro de bis(n-butilciclopentadienil) zirconoceno
(n-BuCp2ZrH3AlH), se alcanzaron altas actividades catalíticas y, en particular, ésta fue mayor a
menor concentración de catalizador. Mientras que, cuando se introdujeron como nanocargas al
medio de reacción los nanotubos de carbono multicapa funcionalizados con grupos ácido
carboxílico (MWCNT-COOH, por sus siglas en inglés) y/o las nanopartículas de Cu, la presencia
de éstas en el medio modificó notablemente la velocidad de consumo del etileno tanto en las
polimerizaciones homogéneas (n-BuCp22ZrH3AlH en solución) como en las polimerizaciones
heterogéneas llevadas a cabo con el n-BuCp2ZrH23AlH soportado en la sílice modificada con
MAO (SiO2/MAO). En todos los experimentos, las masas molares de los nanocompuestos de polietileno de alta densidad (PEAD) con MWCNT-COOH o nanopartículas de Cu (PEAD/NTC o PEAD/Cu, respectivamente) obtenidos en solución o en fase heterogénea, fueron mayores a los pesos moleculares de su respectivo blanco (PEAD sin nanopartículas) sintetizado bajo condiciones similares de reacción, y los nanocompuestos de más alto peso molecular fueron aquellos que se sintetizaron con la concentración más baja de catalizador. Respecto a las propiedades de los nanocompuestos obtenidos con el n-BuCp en solución y soportado en SiO/MAO se comprobó que los nanotubos de carbono (NTC) actuaron como agentes o centros nucleantes para el crecimiento de los cristales del PEAD, siendo este efecto más significativo cuando en la síntesis del nanocompuesto se utilizó la concentración más baja de catalizador. La estabilidad térmica de los nanocompuestos con NTC, en comparación con los PEAD sintetizados en ausencia de nanocargas, fue mayor cuando se logró incorporar en la matriz polimérica un contenido de ~17% de NTC. Mientras que, para el caso de los nanocompuestos con Cu la estabilidad térmica dependió de las condiciones de síntesis más que del contenido que se logró incorporar en fase heterogénea u homogénea, muy probablemente debido al grado de dispersión alcanzado por los diferentes métodos de polimerización. En cuanto a las propiedades de conductividad eléctrica, se modificó la naturaleza aislante del PEAD en gran medida por la incorporación de ambos tipos de nanopartículas (nanocompuestos de PEAD/NTC/Cu) debido al alto contenido de carga incorporado mediante polimerización in situ, así como por la óptima dispersión y distribución de las nanopartículas que fue alcanzada por este método de síntesis, la cual contribuyó a la formación de una red de conducción eléctrica en la matriz polimérica. Por otra parte, para analizar las características de los PEAD obtenidos con el n-BuCp soportado en los MWCNT-OH/MAO, éstos fueron comparados con los sintetizados con su análogo dicloruro de bis(n-butilciclopentadienil) zirconoceno (n-BuCp)2ZrCl soportado igual en MWCNT-OH/MAO bajo condiciones experimentales similares, obteniéndose mejores resultados cuando se utilizó el complejo n-BuCp2ZrH3AlH2 soportado. Por último, en todos los nanocompuestos sintetizados en este trabajo con los cuatro sistemas catalíticos se observó por difracción de rayos-X los picos característicos para el PEAD y una buena dispersión de los nanotubos de carbono mediante microscopía electrónica de barrido. | |
| 2018 | |
| Trabajo de grado, doctorado | |
| QUÍMICA | |
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| Tesis DTP Cristal Cabrera Miranda 5 Sep 2018.pdf | 17.4 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |