INQUIMAE   12526
INSTITUTO DE QUIMICA, FISICA DE LOS MATERIALES, MEDIOAMBIENTE Y ENERGIA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Nanocompuestos de Matriz Epoxi y Carga Binaria formada por Nanotubos de Carbono asociados con Nananoparticulas de Hercinita
Autor/es:
MARCOS FELISBERTO; NOÉ MORALES; LEANDRO SACCO; GERARDO H. RUBIOLO; ROBERTO CANDAL; SILVIA GOYANES
Lugar:
Rosario
Reunión:
Congreso; 11º CONGRESO BINACIONAL DE METALURGIA Y MATERIALES; 2011
Resumen:
En el área de nanotecnología, los nanocompuestos basados en materiales poliméricos han generado gran atención en los últimos años como consecuencia de la necesidad de desarrollar una nueva generación de materiales con altas prestaciones estructurales y multifuncionales. En particular, debido a las excepcionales propiedades de los nanotubos de carbono (NTC) estos han sido vistos como un refuerzo muy promisorio para resinas epoxidicas. Sin embargo, a la fecha las propiedades físicas de este tipo de compuestos no han mostrado mejoras significativas debido a una pobre dispersión y débil adhesión interfacial entre los NTC y el epoxi. Esto se ha tratado de solucionar mediante funcionalización de los NTC, uso de surfactantes, etc. Recientemente, en un polímero lineal se ha mostrado que se produce un efecto sinérgico cuando en vez de una se utilizan dos nanocargas en forma simultánea [1]. En este trabajo se propone desarrollar una nanocarga binaria consistente en nanopartículas cerámicas de hercinita NP y NTC de tal forma que las nanopartículas quedan adheridas a las paredes de los NTC, e introducir esta nanocarga binaria en una resina epoxi. La nanocarga binaria NTC/NP-hercinita se prepara durante la síntesis misma de los NTC por deposición química en fase vapor (CVD) durante la cual, además de obtenerse los NTC se sintetiza simultáneamente la hercinita quedando asociada a los NTC. La síntesis comienza con la preparación de NP de óxido de hierro embebidas en una matriz de alúmina no cristalina. Esta etapa se realiza por el proceso sol-gel. El xerogel así obtenido se calcina a 450 ºC por 10 h obteniéndose un xerogel de Al2O3 no cristalino conteniendo óxido de hierro de muy baja cristalinidad. El xerogel se muele y tamiza por diferentes malla obteniéndose partículas entre 50 y 75 micrones. Este material se introduce en el equipo de Deposición Química en fase Vapor (CVD) y se somete a dos tratamientos térmicos en diferentes atmosferas. . En el primero se reduce el sistema empleando una mezcla H2:N2 10:90 a una temperatura de 730 ºC por 2 horas. En esta etapa se sintetizan las NP de hierro que actúan como catalizadoras en la síntesis de los NTC. En una segunda etapa, sin retirar el material del horno y a la misma temperatura, se pasa acetileno. En esta etapa se sintetizan los NTC. Mediante difracción de Rayos-X (DRX), se identifico la estructura cristalina de la nanoparticula unida a los nanotubos de carbono como hercinita (FeAl2O4). La relación en peso, NTC:hercinita en la nanocarga, determinada mediante análisis termogravimetrico resulto de 80:20. La microscopia de barrido electrónico (SEM) mostró que las nanoparticulas de hercinita quedan ancladas a la pared del NTC (Figuras 1) y no sueltas en el material, conformando una verdadera nanocarga binaria. Esta nanocarga fue introducida al azar en una resina epoxi monocomponente en porcentajes entre 0,05 y 1,8 % wt. En todas las muestras se realizaron estudios de dureza Rockwell y de resistencia al desgaste empleando un Calotest, [2]) El coeficiente de desgaste se determinó utilizando la ecuación de Archard [3] En las Figuras 2 y 3 se muestra la los resultados de dureza y desgaste en función del contenido en peso de nanotubos. Como puede verse en ambas figuras se obtuvieron mejoras muy relevantes tanto en la dureza como en la resistencia al desgaste. Figura 2 – Dureza Rocwell. Figura 3 – Coeficiente de desgaste. En trabajos anteriores [4] hemos demostrado que cuando en esta matriz polimérica se introdujeron únicamente nanotubos como carga se obtuvo una mejora en el desgaste con el agregado de carga pero la dureza disminuyo considerablemente. Esto se debe a que cuando se utilizan solamente nanotubos, el anclaje con la matriz es débil y, ante la indentación, la intercara matriz-carga actúa como iniciador y propagador de fisuras. El aumento de dureza mostrado en la figura 2 sugiere que la carga binaria evita los aglutinados de nanotubos, mejorando la dispersión de éste en la matriz polimérica, y genera un mayor anclaje mecánico entre los nanotubos y la matriz como consecuencia de las irregularidades en la pared de los NTC por la presencia de la nanocarga. Mientras que el aumento del desgaste mostrado en figura 3 tiene un comportamiento similar al obtenido con la monocarga pero incrementado por la presencia de una segunda nanocarga.