Título
Estudio de las propiedades termomecánicas del nanocompósito PLA/C30B con distintos pesos moleculares después de ser sometido a condiciones de intemperismo acelerado
Autor
WENDY MARGARITA CHAVEZ MONTES
Colaborador
GUILLERMO GONZALEZ SANCHEZ (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
El uso de polímeros provenientes del petróleo ha perturbado considerablemente al ecosistema debido a su lenta degradación. Aunque las aleaciones metálicas, el vidrio y los cerámicos poseen también una lenta degradación, éstos son altamente reciclables, además de que el producto del reciclaje de estos materiales puede ser empleado para la misma aplicación que tenían de inicio.
En el caso de los plásticos su reciclaje es más complicado, además de que las propiedades térmicas y mecánicas del plástico reciclado disminuyen, por lo que no pueden ser usados para la misma aplicación. Por otro lado, los plásticos poseen una baja densidad, es decir, un volumen muy elevado posee un bajo peso de material, lo cual dificulta su manejo como material residual.
Por lo anterior, se han realizado muchos intentos para sustituir a los plásticos convencionales por productos con un tiempo de degradación significativamente menor. Uno de los principales factores que determinan la degradación es el peso molecular de los polímeros, por lo tanto, su adecuada manipulación puede llevar a un control en el tiempo de degradación de dichos plásticos.
En este estudio, se empleó un polímero biodegradable, el ácido poliláctico (PLA), debido a sus ventajas medioambientales y a que sus propiedades mecánicas pueden competir con los plásticos convencionales. Con el fin de disminuir el tiempo de degradación del PLA, éste se sometió a condiciones de intemperismo acelerado (CIA) en donde se obtuvieron distintos pesos moleculares. Se pudo establecer una correlación entre las CIA y las condiciones de intemperismo natural (CIN) y así poder estimar el tiempo necesario para que dichos materiales tengan una completa degradación en condiciones de intemperie.
Sin embargo, una reducción del peso molecular resulta en un decremento en las propiedades termomecánicas del PLA. Para evitar este decaimiento, y así
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mantener los mínimos requerimientos en propiedades térmicas y mecánicas para su posterior aplicación, se incorporó una montmorillonita organomodificada (C30B) como refuerzo.
Mediante las condiciones de procesamiento fue posible obtener un nanocómposito con una estructura parcialmente exfoliada debido a los puentes de hidrógeno entre los grupos carboxilo e hidroxilo del PLA y los grupos hidroxilo de la C30B, evidenciado por espectrometría de infrarrojo (ATR-FTIR).
A través de las condiciones de procesamiento fue posible observar una disminución en el peso molecular promedio número (Mn) de 64% en el PLA blanco, y de 68% en el nanocompósito por efecto de la temperatura de procesamiento y los esfuerzos de corte a los que los materiales estuvieron sujetos mediante extrusión y moldeo por inyección.
Mediante CIA se logró disminuir el Mn de un valor de 49.0 kg mol-1 del PLA blanco sin exposición a CIA (PLA/B – 0 h) hasta un valor de 16.4 kg mol-1; y desde un valor de 43.5 kg mol-1 en el PLA nanocompuesto sin exposición a CIA (PLA/C30B – 0 h) hasta un valor de 11.3 kg mol-1. El decaimiento del Mn bajo CIA obedeció a un ajuste de primer orden, el cual nos permitió obtener una estimación del tiempo que tardaría el PLA/B (3235 h en CIA y 31 meses en CIN) y el PLA/C30B (2456 h en CIA y 24 meses en CIN), en degradarse completamente.
En este estudio se observó una degradación térmica más rápida en el PLA/C30B, la cual fue atribuida a la presencia de C30B, ya que actúa como un promotor de las reacciones de degradación en la degradación térmica del PLA pudiéndose observar un decremento de la temperatura de transición vítrea (Tg) tanto del PLA/B como en el PLA/C30B debido a la disminución de Mn.
La incorporación de la C30B en la matriz de PLA ocasionó un incremento del 13% en el módulo de almacenamiento en el Mn más alto, así como a un incremento significativo en la viscosidad obtenida mediante reometría rotacional, lo que puede atribuirse a las interacciones entre el PLA y las nanocapas de C30B. Además, se observó un incremento en la cristalinidad
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tanto del PLA blanco como el nanocompuesto con C30B como resultado de la disminución el Mn bajo condiciones de intemperismo acelerado.
Por último, el Mn en el nanocompósito de PLA se redujo un 91% del valor inicial en el PLA original manteniendo valor de E´ superior al del PLA blanco con 88% de reducción en el Mn.
En este estudio se demostró que la presencia de las láminas de C30B parcialmente exfoliadas promueven una mayor degradación térmica y fotooxidativa del PLA, manteniendo el módulo de almacenamiento con valores por encima del PLA blanco, lo cual fue atribuido a los puentes de hidrógeno originados entre las láminas de la C30B y las terminaciones de cadena del PLA.
Fecha de publicación
enero de 2017
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
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Formato
application/pdf
Idioma
Español
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