Modificación superficial de nanosílices pirogénicas para potenciales aplicaciones industriales

Abstract

La necesidad de mejorar las propiedades reológicas y mecánicas en los polímeros, además de la búsqueda de nuevos materiales que perfeccionan las tecnologías en los sistemas de información y comunicación, han impulsado el desarrollo de la nanotecnología. Esta permite conocer propiedades de la materia totalmente innovadoras, y ha facilitado el descubrimiento de materiales que realizan nuevas funciones en diferentes campos, principalmente el tecnológico. Uno de los nanomateriales que ha sido objeto de estudio en los últimos años por parte de la comunidad científica es la nanosflice pirogénica, la cual es una sílice sintética no porosa, obtenida por la hidrólisis del tetracloruro de silicio en una llama que se encuentra entre los 12000C y 16000C. Las diferentes aplicaciones de la sílice pirogénica se deben principalmente a que posee gran área superficial, alta pureza y un diámetro promedio entre 7 y 40 nm. La sílice contiene en su superficie grupos silanol, los cuales le confieren carácter hidrofilico al material. La presencia de estos grupos, permite modificar la sílice por medio del proceso de silanización, en el que un modificador (siloxanos, alcoxisilanos o halosilanos) reacciona con los silanol, admitiendo su incorporación a la superficie. La importancia de modificar la superficie de las sílices, radica en que la monocapa que se inserta tiene grupos funcionales como el amino (NH2), que facilita la reacción con grupos de otras resinas o biomoléculas, además de que genera superficies con diferentes grados de hidrofilicidad, lo que permite ampliar los usos de las sílices. Las diferentes aplicaciones de las sílices pirogénicas son los que motivaron este proyecto, en el que se realizó la modificación superficial de este material con los agentes APTS, r-n•'DS y TEOS. Las propiedades morfológicas de los productos obtenidos se analizaron por medio de las técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Además, se analizaron las propiedades espectroscópicas por medio del FTR. Las propiedades térmicas se determinaron utilizando el TGA, y se realizaron pruebas de polaridad con agua y etanol para conocer el grado de hidrofilicidad de cada sílice modificada. Con respecto a la modificación realizada con APTS, 1-nvDS y TEOS, los resultados de los análisis determinaron que se obtuvo una sílice modificada superficialmente, ya que el producto de la reacción contenía un tamaño de partícula mayor, una superficie más hidrofóbica, una degradación térmica de los grupos orgánicos que componen el grupo modificador, y además se observaron las bandas características de este producto en el FTIR. Esta investigación es solicitada por el Laboratorio Nacional de Nanotecnología, (LANOTEC) ubicado en el Centro Nacional de alta tecnología, para fortalecer su línea de trabajo en el campo de la nanotecnología. Además, el proyecto se llevó a cabo en las instalaciones del laboratorio de Polímeros de la Universidad Nacional (UNA), con lo que se espera este trabajo que involucra la obtención de materiales nanoestructurados, sea la base para que se desarrollen nuevos proyectos relacionados con el tema.

The need to improve the rheological and mechanical properties of polymers, as well as the search for new materials that improve technologies in information and communication systems, have driven the development of nanotechnology. This allows knowing completely innovative properties of matter, and has facilitated the discovery of materials that perform new functions in different fields, mainly technology. One of the nanomaterials that has been the subject of study in recent years by the scientific community is pyrogenic nanosilica, which is a non-porous synthetic silica, obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride in a flame found between the 12000C and 16000C. The different applications of fumed silica are mainly due to the fact that it has a large surface area, high purity, and an average diameter between 7 and 40 nm. Silica contains silanol groups on its surface, which give the material a hydrophilic character. The presence of these groups allows the silica to be modified through the silanization process, in which a modifier (siloxanes, alkoxysilanes or halosilanes) reacts with the silanol, allowing its incorporation into the surface. The importance of modifying the surface of the silicas lies in the fact that the monolayer that is inserted has functional groups such as amino (NH2), which facilitates the reaction with groups of other resins or biomolecules, in addition to generating surfaces with different degrees of hydrophilicity. , which allows expanding the uses of silicas. The different applications of fumed silica are what motivated this project, in which the surface modification of this material was carried out with the agents APTS, r-n•'DS and TEOS. The morphological properties of the obtained products were analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) techniques. In addition, the spectroscopic properties were analyzed by means of the FTR. The thermal properties were determined using the TGA, and polarity tests were carried out with water and ethanol to know the degree of hydrophilicity of each modified silica. Regarding the modification made with APTS, 1-nvDS and TEOS, the results of the analyzes determined that a superficially modified silica was obtained, since the reaction product contained a larger particle size, a more hydrophobic surface, degradation thermal analysis of the organic groups that make up the modifying group, and also the characteristic bands of this product were observed in the FTIR. This research is requested by the National Nanotechnology Laboratory (LANOTEC) located in the National High Technology Center, to strengthen its line of work in the field of nanotechnology. In addition, the project was carried out in the facilities of the Polymer laboratory of the National University (UNA), with which this work, which involves obtaining nanostructured materials, is expected to be the basis for the development of new projects related to the issue.