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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/567| Estudio sobre el desarrollo de nano-compuestos poliméricos a base de HDPE/TPV/PEgMA/MH y su desempeño en propiedades mecánicas y de retardancia a la flama | |
| FLORA ITZEL BELTRAN RAMIREZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Doctorado en tecnología de polímeros | |
| El presente trabajo consistió en el desarrollo de nanocompuestos a base de
HDPE/TPV/PEgMA/MH. Se mantuvo constante la relación del HDPE, agente
compatibilizante y retardante de flama. Solamente se varió la concentración del
elastómero vulcanizado (TPV). Se utilizó una mezcla de hidróxido de magnesio (MH)
con tamaño micro y nanométrico como retardante de flama y un agente compatibilizante
(PEgMA) para mejorar la adhesión interfacial entre la matriz polimérica y la carga
inorgánica. Dentro de este mismo estudio se desarrolló un elastómero termoplástico
vulcanizado de manera dinámica mediante el uso de peróxidos con el objetivo de
sustituir a un elastómero termoplástico comercial (TPO). Y a su vez, se validó un
procedimiento teórico con datos experimentales acerca de los mecanismos de
descomposición de cada uno de los peróxidos utilizados como agentes de
entrecruzamiento en el proceso de vulcanización dinámica.
Primero se evalúo el efecto de tres peróxidos diferentes: di-(terbutilperoxiisopropil)benceno
(Perkadox), 2,5-dimetil-2,5-di-(terbutilperoxi)hexano (Luperox) y
peróxido de dicumilo (DCP) sobre la vulcanización dinámica entre el hule de etileno
propileno (EPDM) y el polietileno de alta densidad (HDPE). Se analizaron los efectos
de la concentración de peróxido (0.05, 0.1 y 0.5 phr, parts per hundred parts of rubber)
sobre el contenido en gel, propiedades mecánicas, mecánico-dinámicas y morfológicas.
Mediante una extracción, se encontró que al aumentar la concentración de peróxido se
incrementa el contenido en gel. Sin embargo, a concentraciones cercanas a 1 phr (parts
per hundred parts of rubber/or resin) de peróxido, los TPVs presentaron buenas
propiedades mecánicas, así como un buen comportamiento visco-elástico en
comparación del TPO. Se realizó un estudio morfológico mediante microscopía
electrónica de barrido (FE-SEM) y las micrografías obtenidas muestran pequeñas
partículas de hule dispersas en la matriz termoplástica, morfología característica del
sistema EPDM/HDPE vulcanizado dinámicamente. De acuerdo a los resultados, se
encontró que el desempeño del TPV con 0.05 phr de Luperox fue el óptimo para
sustituir al TPO comercial.
De forma simultánea, se llevó a cabo el estudio teórico del mecanismo de descomposición de cada uno de los peróxidos mediante el uso de química computacional, así como el estudio experimental mediante la técnica de calorimetría diferencial de barrido (DSC). Se utilizó la teoría del funcional de la densidad (DFT) para resolver los cálculos. Se obtuvieron los estados de transición de cada peróxido y se realizaron cálculos para la construcción de los diagramas de coordenadas intrínsecas de reacción (IRC). A partir de estos cálculos se obtuvieron las energías de activación teóricas, las cuales coinciden con las reportadas en la literatura y con las que se obtuvieron de forma experimental en este trabajo. El peróxido denominado Luperox, presento energías de activación menores que el Perkadox y DCP. Por lo tanto, la reacción de descomposición exotérmica de este peróxido ocurrió con mayor facilidad y generó radicales altamente reactivos durante el proceso de vulcanización dinámica produciendo mayores contenidos en gel con respecto a los otros dos peróxidos. Debido a lo anterior, el procedimiento teórico utilizado en este trabajo fue validado con éxito al compararlo con el experimental. Utilizando el TPV obtenido se desarrollaron nanocompuestos a base de HDPE/TPV/PEgMA/MH y se estudió el efecto de la concentración de elastómeros termoplásticos (TPEs) sobre las propiedades mecánicas, de flamabilidad y morfológicas. Donde, los TPEs utilizados fueron: el TPV con 0.05 phr de Luperox y el TPO comercial, con el objetivo de comparar su desempeño final. Se evaluaron las propiedades mecánicas de cada uno de los nanocompuestos y se obtuvieron resultados similares tanto en resistencia a la tensión como en el porcentaje de elongación. La mayoría de los nanocompuestos con el TPV clasificaron como V-1 en la prueba UL-94 vertical y en la horizontal, todos lo nanocompuestos clasificaron como autoextinguibles. Los resultados correspondientes a las pruebas de flamabilidad en el cono calorimétrico sí coinciden con la UL-94. Y en cuanto al análisis morfológico, se puede observar que las carga inorgánicas se encuentran distribuidas de forma homogénea en la matriz polimérica aunque se observa la presencia de aglomerados. En resumen, se encontró una concordancia entre los resultados teóricos y experimentales en el análisis cinético de los agentes de vulcanización (peróxidos) en el desarrollo del elastómero termoplástico vulcanizado (TPV). Y los sistemas nanocompuestos elaborados con el TPV desarrollado en este trabajo obtuvieron propiedades mecánicas y antiflama similares al material de referencia, lo cual fue atribuido principalmente a la mayor flexibilidad impartida por el TPV, mayor compatibilidad y distribución de los compuestos antiflama. | |
| 2018 | |
| Tesis de doctorado | |
| QUÍMICA | |
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| TESIS Flora Itzel Beltrán Ramírez 15 Marzo 2018.pdf | 5.54 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |