Memoria para optar al Título Profesional de Químico / El copolímero en bloque de estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS) se caracteriza, entre otros aspectos, por ser un elastómero dieléctrico (ED). Los EDs se han empleado en el desarrollo de dispositivos capaces de imitar el comportamiento de músculos y estructuras biológicas. Estos dispositivos en base de ED, conocidos como actuadores, son capaces de exhibir cambio de forma como respuesta a una descarga eléctrica. Para que estos actuadores puedan exhibir eficientemente este cambio de forma, los ED que los constituyen deben ser flexibles y tener alta constante dieléctrica. En esta tesis se estudió el uso de nanopartículas del tipo perovskita de alta constante dieléctrica como material de relleno en SEBS y su influencia sobre las propiedades dieléctricas y mecánicas de los nanocompositos resultantes. Las nanopartículas utilizadas fueron titanato de bario (BaTiO3), titanato de estroncio (SrTiO3) o titanato de bario y estroncio (BaTiO3-SrTiO3). Asimismo, se preparó SEBS injertado con ácido itacónico (SEBS-g-AI), alcanzando un porcentaje de injerto de ácido itacónico (AI) de 2.06 % en peso. Se empleó SEBS-g-AI para facilitar la dispersión homogénea de nanopartículas tipo perovskita en la matriz del SEBS. Asimismo, se evaluó el uso de dioctilftalato, dioctilsebacato y trifenilfosfato como plastificantes de SEBS para modular las propiedades mecánicas de los nanocompositos. El uso de dioctilftalato como plastificante permitió prevenir el aumento drástico de la rigidez promovido por el uso de las nanopartículas del tipo perovskita. Por ejemplo, el nanocomposito que contiene 20 phr (partes por 100 de polímero) de dioctiftalato y 10 phr de nanopartículas de SrTiO3 presentó menor rigidez que el SEBS, donde el módulo de Young disminuyó 11%. El módulo de Young del nanocomposito con 30 phr de BaTiO3 aumentó 35 % comparado con SEBS sin afectar la elongación a la rotura del composito. Por otro lado, la adición de nanopartículas del tipo perovskita al SEBS promovió cambios discretos de las propiedades dieléctricas. Se observó que la adición de 30 phr de BaTiO3-SrTiO3 aumentó en 19 % la constante dieléctrica y en 2.6 % la pérdida dieléctrica del nanocomposito comparado con SEBS / The styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS) is characterized, among other aspects, as being a dielectric elastomer (ED). The EDs have been used in the development of devices capable of imitating the behavior of muscles and biological structures. These ED-based devices, known as actuators, are capable of exhibiting shape change in response to an applied electric current. In order for these actuators to efficiently exhibit this shape change, the EDs that constitute them must be flexible and have a high dielectric constant. In this thesis different perovskite-type nanoparticles of high dielectric constants were used as filler materials in SEBS and their influence on the dielectric and mechanical properties of the resulting nanocomposites was studied. The nanoparticles used were barium titanate (BaTiO3), strontium titanate (SrTiO3) or barium and strontium titanate (BaTiO3-SrTiO3). Likewise, SEBS grafted with itaconic acid (SEBS-g-AI) was prepared, reaching a maximum of 2.06 % by weight of grafted itaconic acid (IA). SEBS-g-AI was used to facilitate the homogeneous dispersion of perovskite type nanoparticles in the SEBS matrix. Likewise, the use of dioctyl phthalate, dioctylsebacate and triphenyl phosphate as plasticizers for SEBS was evaluated to modulate the mechanical properties of the nanocomposites. The use of dioctylphthalate as plasticizer allowed to prevent the drastic increase of rigidity of the SEBS promoted by the use of the perovskite type nanoparticles. The nanocomposite containing 20 phr (parts per 100 polymer) of dioctiftalate and 10 phr of SrTiO3 nanoparticles presented lower stiffness than SEBS, where the Young's modulus decreased by 11%. However, the Young's modulus of the nanocomposite with 30 phr of BaTiO3, increased by 35% compared with that of SEBS but without affecting the elongation at breakage of the composite

Ingeniera Civil Química / Nanopartículas de grafito oxidado y grafito oxidado térmicamente reducido a 600°C y a 800°C (GO, TrGO600° y TrGO800°, respectivamente), fueron sintetizadas a partir del método de Hummers-Offeman y, posteriormente, utilizadas como material de relleno en la preparación de nanocompósitos de policaprolactama (PA6) mediante mezclado en estado fundido, con el objetivo principal de estudiar el efecto de la incorporación de diferentes concentraciones de estas nanopartículas en las propiedades de barrera y mecánicas de los nanocompósitos formados. En cuanto a las propiedades de barrera, todos los nanocompósitos preparados presentaron una disminución de la permeabilidad al oxígeno con respecto al polímero puro, debido a la buena dispersión e interacción de las nanopartículas con la matriz polimérica, siendo la máxima disminución de un ~71% en el nanocompósito de PA6 con 5% p/p de TrGO600°. Para la permeabilidad al vapor de agua, los nanocompósitos de PA6-TrGO600° disminuyeron la permeabilidad al vapor de agua, con una máxima disminución del ~23% para una concentración de 5% p/p de nanopartículas. Por otro lado, los nanocompósitos de PA6-TrGO800° presentaron principalmente un aumento en la permeabilidad al vapor de agua, alcanzando el máximo de ~17% de aumento para la concentración de 5% p/p. Por último, los nanocompósitos de PA6-GO tuvieron un comportamiento dual, pues la permeabilidad aumenta en primera instancia en ~59%, luego disminuye en un ~3% y, finalmente aumenta en un ~52%. Las diferencias entre los resultados para permeabilidad de oxígeno y de vapor de agua se deben, principalmente, al posible grado de interacción de estos gases permeantes con los nanocompósitos. El agua, al ser un compuesto polar, tiene una alta afinidad con la matriz polimérica y, más aun, con los materiales de relleno utilizados, pudiendo actuar como agente plastificante acelerando la difusión del gas a través de la membrana. Respecto a las propiedades mecánicas, la incorporación de nanopartículas de GO provocó una disminución en la rigidez de hasta un ~32% y un aumento en la elongación a la rotura con un máximo de ~372%. Mientras que las nanopartículas de TrGO600° generaron el efecto contrario, aumentando la rigidez hasta un ~17% y reduciendo la elongación a la rotura llegando a un ~45% de disminución. Los resultados de este trabajo corroboran que la adición de nanopartículas de grafeno tiene un impacto significativo en las propiedades mecánicas y de barrera de matrices poliméricas. Además, muestran que dicho impacto no depende solamente de la concentración y dispersión de las nanopartículas, sino que también de las interacciones gas permeante membrana y nanopartícula polímero.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / La producción, uso de solventes orgánicos y la contaminación asociado a estos han ido creciendo durante los últimos años debido al crecimiento de las industrias que hacen uso de estas sustancias. Los solventes orgánicos son responsables de una gran cantidad de efectos adversos para la salud de las personas, por lo que es necesario controlar la contaminación proveniente del uso de estas sustancias. Por este motivo, se emplea el uso de sensores capaces de captar solventes orgánicos y entregar información. Entre los materiales que se utilizan para este fin, están los compósitos poliméricos conductores (CPC), que varían su resistencia eléctrica ante la presencia de solventes orgánicos. En este trabajo, se compara el efecto de la cristalinidad entre matrices de PEBDL y ENGAGE®, se confeccionan CPC en base a ENGAGE® y nanotubos de carbono con distintos contenidos de relleno y se preparan nanocompósitos poliméricos de ENGAGE® con TrGO y MWCNT con el objetivo de estudiar el efecto del grado de cristalinidad, el tipo de nanoestructuras de carbono y la concentración de estos sobre los mecanismos de difusión de solventes orgánicos en nanocompósitos poliméricos que puedan ser utilizados potencialmente como sensores resistivos. En cuanto al efecto de la cristalinidad en la difusión de solventes comparando el ENGAGE® con polietileno de baja densidad lineal (PEBDL), se observa que, a mayor porcentaje de cristalinidad, menos es la difusión de un solvente en la matriz polimérica. Respecto al alcance que tiene el contenido de nanotubos de carbono en la difusión de solventes, se logra apreciar que la concentración de nanotubos afecta la difusión de un solvente en un nanocompósito y que la presencia de nanotubos de carbono repercute en la sensibilidad de un polímero ante la presencia de un solvente orgánico determinado. Al analizar cómo afecta el tipo de relleno utilizado en un nanocompósito en la difusión de solventes orgánicos, se observa que la afinidad entre el relleno y el solvente tiene efectos en el comportamiento difusivo del solvente. A menor afinidad relleno/solvente, mayor será la difusión. Estudiando la respuesta eléctrica de un CPC ante la presencia de solventes orgánicos, se observa que, a menor contenido de relleno, mayor es la sensibilidad del nanocompósito ante la presencia de solventes orgánicos. Por último, se confecciona un modelo matemático que busca replicar el comportamiento experimental respecto a la variación de la resistencia eléctrica del nanocompósito expuesto a solventes orgánicos. Se obtuvo que, entre más próximo se esté del umbral de percolación, el modelo más se ajustaba a los datos experimentales. Como conclusiones generales, es posible comprender los fenómenos que afectan las propiedades eléctricas de un CPC al ser expuesto a un solvente orgánico a través del estudio del comportamiento difusivo de este último, ya sea a través del coeficiente de difusión como a través de los parámetros cinéticos que caracterizan el movimiento de un solvente a través de un nanocompósito. Por último, los nanocompósitos de ENGAGE®/MWCNT presentan las características necesarias para poder ser utilizado como sensor de solventes orgánicos.