Compatibilización química de interfases polímero-vidrio

Los materiales compuestos de matriz termoplástica exhiben importantes ventajas potenciales comparados con los termorrígidos tradicionales: mayor tenacidad, post-formabilidad, facilidad de reciclado y bajo costo. Sin embargo, la pobre adhesión matriz-fibra, aun cuando se utilicen agentes acoplantes,...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Etcheverry, Mariana
Otros Autores: Ferreira, María Luján
Formato: tesis doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2010
Materias:
fibra de vidrio
adhesión
compatibilización química
Acceso en línea:http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/2046
Aporte de:
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) de Universidad Nacional del Sur
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description Los materiales compuestos de matriz termoplástica exhiben importantes ventajas potenciales comparados con los termorrígidos tradicionales: mayor tenacidad, post-formabilidad, facilidad de reciclado y bajo costo. Sin embargo, la pobre adhesión matriz-fibra, aun cuando se utilicen agentes acoplantes, así como la alta viscosidad de fundido, dificultan el aprovechamiento pleno de las propiedades alcanzables y la capacidad de procesamiento de estos compuestos. Con el propósito de mejorar estas falencias, se plantea como objetivo general de este trabajo de Tesis, incrementar las propiedades finales de materiales compuestos de polipropileno y fibra de vidrio mediante el mejoramiento de la adhesión polímero-vidrio por unión química entre ambos. Se propone, como ruta de compatibilización, la copolimerización directa de propileno sobre el vidrio, de modo tal que la interacción con la matriz sea por entrelazamientos de cadenas polipropilénicas. En tal sentido, la metodología empleada involucra un análisis inicial de las superficies de vidrio según su composición y su forma de procesamiento, así como la forma de modificarlos para que contengan suficiente cantidad de oxidrilos en superficie. Se llevan a cabo polimerizaciones tanto sobre placas de vidrio, previamente modificadas con un tratamiento ácido/base, como sobre fibras de vidrio comerciales. La reacción utilizada involucra la copolimerización directa de propileno sobre vidrio, utilizando un sistema catalítico metalocénico y una hidroxi-α-olefina como comonómero. Los productos de reacción son básicamente copolímero en solución y polímero injertado sobre la superficie de vidrio. El primero fue caracterizado mediante cromatografía por permeación de geles, espectrometría infrarroja, calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), difracción de Rayos X y microscopía electrónica de barrido (SEM). Para determinar si el polímero se encuentra químicamente adherido al vidrio, se utilizaron técnicas de SEM con microanálisis de Rayos X dispersivo en energía, TGA, y DSC. Las muestras fueron sometidas a una extracción severa para eliminar el polímero físicamente adherido a la superficie. Los cambios superficiales introducidos por la polimerización fueron analizados mediante ensayos comparativos de hidrofobicidad respecto de las fibras de partida. La caracterización de la adhesión se llevó a cabo mediante el test de fragmentación, en tanto que las propiedades mecánicas se evaluaron ensayos de tracción sobre muestras sándwich PP/FV/PP. Por último el análisis de penetrabilidad de polipropileno en tejidos de fibras se realizó por SEM en superficie de fractura. Los resultados permiten concluir que para injertar polipropileno sobre la superficie del vidrio es necesaria una concentración de oxidrilos superficiales que permitan la generación del macrocomonómero sobre este. Estos oxidrilos reaccionan con metilaluminoxano, que a su vez reacciona con una hidroxi-α-olefina, constituyendo el macrocomonómero con dobles enlaces terminales. La copolimerización con propileno en solución se hace efectiva a partir de los dobles enlaces del macrocomonómero y es catalizada por metalocenos activados por metilaluminoxano. La técnica de compatibilización propuesta para los sistemas fibra de vidrio-polipropileno es viable para ser llevada a cabo directamente sobre las fibras sin modificación superficial previa. La reacción fue efectiva bajo las condiciones estudiadas. La inclusión de las fibras copolimerizadas dentro de materiales compuestos resulta en un aumento notable de la adhesión y por ende de las propiedades mecánicas, así como de la penetrabilidad en compuestos cargados con tejidos de fibras. Esta técnica brinda una ruta alternativa para solucionar un problema crucial en la preparación de materiales compuestos de base termoplástica cargados con tejidos de fibras, la impregnación.
author2 Ferreira, María Luján
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