Propiedades Eléctricas de Nanocompósitos de Polipropileno con Nanotubos de Carbono y Partículas Inorgánicas

Abstract

El estudio de materiales compósitos constituidos por una matriz polimérica y un relleno de nanotubos de carbono (NTC) ha concentrado gran interés de investigación, debido a las notables propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que es posible conseguir empleando bajas concentraciones de nanotubos. En este contexto, ha surgido gran interés en los últimos años por el estudio de nanocompósitos híbridos, en los cuales se añade un segundo relleno además de NTC, y en los que ha sido posible presentar propiedades similares a las de un nanocompósito no híbrido, pero con la ventaja de poder emplear concentraciones de NTC aún más bajas.

El objetivo del presente trabajo de título consiste en el estudio de las propiedades eléctricas de nanocompósitos de polipropileno (PP) con nanotubos de carbono y partículas inorgánicas (arcilla y cobre), analizando el efecto de las condiciones de su procesamiento (específicamente, tratamiento de recocido).

Los nanocompósitos fueron preparados por medio de mezclado en fundido y posteriormente prensados. Los materiales empleados fueron polipropileno, NTC de pared múltiple, arcilla modificada y nanopartículas de cobre, y se utilizó un megóhmetro para llevar a cabo la caracterización eléctrica.

Los resultados obtenidos para nanocompósitos PP/NTC muestran un punto de percolación en torno a 4,5%p/p de NTC, con conductividades eléctricas de hasta 10 [S/m] (para 8%p/p NTC).

La adición de arcilla como segundo material de relleno en el nanocompósito no produjo aumentos significativos en la conductividad eléctrica.

La adición de cobre como segundo material del relleno en el nanocompósito produjo los mejores resultados en cuanto a conductividad eléctrica, disminuyendo el punto de percolación por debajo de 2%p/p NTC y alcanzando una conductividad del orden de 1 [S/m] para 4%p/p NTC y 50%p/p cobre.

El tratamiento de recocido mostró ser un método efectivo para aumentar la conductividad eléctrica en nanocompósitos PP/NTC, siendo posible disminuir el límite de percolación hasta 2,5%p/p NTC. En híbridos de cobre, este tratamiento constituyó un método aún más efectivo, disminuyendo el punto de percolación por debajo de 1%p/p NTC, y siendo posible alcanzar valores en el orden de 1 [S/m] (para 4%p/p NTC y 50%p/p cobre).

Se concluye finalmente, que tanto el tratamiento de recocido como la incorporación de nanopartículas de cobre constituyen formas efectivas de mejorar la conductividad eléctrica en nanocompósitos de polipropileno y nanotubos de carbono. Los bajos límites de percolación encontrados, principalmente para los híbridos de cobre, abren una amplia gama de opciones de investigación a futuro, en cuanto a forma, tamaño y tipo de material que se añade como segundo relleno, y en cuanto a condiciones de procesamiento para la fabricación del híbrido.