TESIS
Síntesis y caracterización de nanofibras poliméricas compósitas como modificadores de la resistencia al impacto
Fecha
2018-05-04Registro en:
Gómez García, Nancy Alejandra. (2014). Síntesis y caracterización de nanofibras poliméricas compósitas como modificadores de la resistencia al impacto (Maestría en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas, México.
Autor
Gómez García, Nancy Alejandra
Institución
Resumen
RESUMEN: Las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de los nanotubos de carbono de pared
múltiple han hecho que sean atractivos para la fabricación de materiales avanzados. Estas
propiedades permiten que puedan utilizarse como refuerzo para la construcción de
materiales de resistencia mecánica. Se han sintetizado una variedad de polímeros
compósitos con contenidos de nanotubos de carbono, con el propósito de combinar sus
propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas, que puedan ser superiores a los demás
materiales existentes en estructuras a microescala. El electrohilado es una técnica
conveniente para la producción de nanofibras a partir de una gran variedad de materiales
como polímeros compósitos.
En este trabajo se sintetizaron nanofibras poliméricas compósitas a partir de poli
(estireno-co-acrilato de butilo) y nanotubos de carbono de pared múltiple
(PS/PABu/NTCPM), por medio de la técnica de electrohilado. En principio, se modificó
la superficie de los NTCPM colocando grupos funcionales para hacerlos reactivos. Para
este propósito, se utilizó un proceso de funcionalización no covalente y una covalente; la
funcionalización covalente se realizó con la dispersión de los NTCPM en una solución
acuosa de dodecilsulfato sódico (SDS) con agitación magnética; mientras que la
funcionalización covalente se llevó a cabo con el tratamiento de reflujo de NTCPM con
ácido nítrico (HNO3). Los copolímero poli (estireno-co-acrilato de butilo) se sintetizaron
por medio de polimerización en emulsión en proceso semicontinuo. Los nanocompósitos
(PS/PABu/NTCPM) se prepararon con la disolución del polímero en acetona,
posteriormente se dispersaron los nanotubos de carbono de pared múltiple dentro de la
solución polimérica con agitación magnética por varias horas. Se determinó el diámetro
promedio de partícula de los látex poliméricos por medio de dispersión dinámica de luz
(DLS).Las nanofibras poliméricas compósitas se caracterizaron por espectroscopia de
Raman, microscopía electrónica de barrido (MEB). Las micrografías de las nanofibras
compósitas (PS/PABu/NTCPM) muestran una buena distribución de los nanotubos de
carbono dentro de la matriz polimérica. Por otra parte, los espectros Raman de las fibras (PS/PABu/NTCPM), denotan los picos visibles S (1002, 1188, 1602 cm-1) característicos
del S, y a una frecuencia de 1729 cm-1 el pico asociado al ABu, y para los NTCPM se
presentan las frecuencias a (1304-1574-2606 cm-1) correspondientes a las bandas (D-G-G-
) características de este material. Las propiedades mecánicas de las nanofibras compósitas
se analizaron con el estudio de nanoindentación utilizando MFA. Las propiedades
mecánicas de las nanofibras compósitas (PS/PABu/NTCPM) muestran mejores
propiedades mecánicas (modulo de Young) que el (PS/PABu) solo.
ABSTRACT: The mechanical, electrical, and optical properties of multi-walled carbon nanotubes
(MWCNT´s) have been made of them, an attractive for the fabrication of advanced
materials. These properties make them, useful as the reinforcing fillers for the
construction of high-strength materials. Various composite polymers containing carbon
nanotubes have been synthesized with the purpose of combining their superior
mechanical, electrical, and thermal properties to micro-scale structures. Electrospinning is
a convenient approach for generating nanofibers from a variety of materials such as
composite polymers.
In this work, composite polymer nanofibers of poly(styrene-co-butyl acrylate) and multiwalled
carbon nanotubes (PS/PBuA/MWCNT´s) were prepared by electrospinning
technique. MWCNT´s at first were modified attaching functional groups onto MWCNT`s
to make them reactive. For this purpose, we used non-covalent and covalent
functionalization process. Non-covalent functionalization was performed by the
dispersion of MWCNT´s in aqueous solution of con sodium dodecyl sulfate (SDS) driven
by magnetic stirring and Covalent functionalization was accomplished through refluxing
of MWCNT`S with mineral acid (HNO3) [3]. Poly (styrene-co-butyl acrylate) materials
were synthesized by semibatch emulsion polimerization. (PS/PBuA/MWCNT´s)
composites were prepared to dissolve the polymer in acetone and the multi-walled
nanotubes were dispersed in the polymer solution by magnetic stirring for several hours.
The composite polymeric nanofibers were characterized by Raman spectroscopy,
Scanning Electron Microscopy (SEM). The (PS/PBuA/MWCNT´s) micrographs
composite nanofibers show the MWCNT´s is well separated and uniformly distributed in
(PS/PBuA) matrix. RAMAN spectroscopy of (PS/PBuA/MWCNT´s), were obtained
peaks at (1002, 1188, 1602 cm-1) for S, we denoted the presence of ABu 1729cm-1 and
MWCNT´s (1304-1574-2606 cm-1) for bands (D-G-G-).The mechanical properties of the
composite nanofibers were analyzed by Nanoindentation by AFM. The mechanical properties of (PS/PBuA/MWCNT´s) composite nanofibers showed higher mechanical
properties (Young modulos) than (PS/PBuA) alone.