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Ingeniero Civil Químico / Nanoarcillas laminares comerciales (Cloisite® C20A y C30B), nanopartículas esféricas de sílice (NSE o SiO2), sintetizadas mediante el método sol-gel, y nanotubos de carbono comerciales (NTC) fueron utilizados 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 nanopartículas en las propiedades de barrera y mecánicas de los nanocompósitos. En propiedades barreras, los nanocompósitos con partículas esféricas de SiO2 y nanotubos de carbono incrementaron la permeabilidad al oxígeno, respecto a la matriz, debido a la formación de canales preferentes, mientras que las nanoarcillas laminares mostraron un comportamiento dual, incrementando la permeabilidad alrededor del 130% para una concentración del 5% p/p y disminuyéndola, respecto de la matriz, en torno al 45% para una concentración de 15% p/p. La permeabilidad al vapor de agua mostró una disminución del orden del 12% para nanoesferas, entre 30% y 50% para arcillas, mientras que los nanotubos provocaron un aumento de hasta un 32%. Estas tendencias fueron producto de la generación de espacio libre interfasial, (debido a aglomeraciones en el caso de nanoarcillas, mala interfaz en nanoesferas y baja interacción partícula-polímero para NTC) creando caminos preferentes, facilitando la permeación de gases a través de la matriz. Este fenómeno compite con el aumento de la superficie disponible para la adsorción, observándose así aumentos en la permeabilidad al oxígeno y disminución para el vapor de agua, con excepción de los nanocompósitos con NTC, todo esto debido a la interacción permeante-nanocompósito. Con respecto a las propiedades mecánicas, la incorporación de nanopartículas aumentó la rigidez de los diferentes nanocompósitos, reflejado en un aumento del módulo elástico. Por otro lado, la elongación al quiebre, se ve reducida drásticamente en todos los nanocompósitos, disminuyendo hasta en un 98% para todos los casos. Los resultados de este trabajo muestran que la adición de nanopartículas (con diferente razón de aspecto) en policaprolactama tiene un significativo impacto sobre sus propiedades de barrera y mecánicas. Además, el efecto de las nanopartículas no sólo depende de la concentración y dispersión, sino que también depende fuertemente de las interacciones partícula-polímero.

[EN] In recent years there has been a noticeable increase in the use of nanotechnology in different fields of science. With the use of nanoparticles within polymer matrices can be obtained interesting features (good fire behavior, antibacterial properties, improved mechanical properties, durability, ...) with the use of relatively small amounts. With the important challenges facing the textile sector, the development of multifunctional and high performance fibers may experience a starting point for defining differentiators that provide added value to the sector, allowing a favorable access to international markets. The use of nanoparticles in the field of plastics and composite materials has boomed at large scale because of the great possibilities offered by their large area-volume ratio. Synthetic yarn spinning sector is closely linked to polymeric materials sector sharing, in many cases, raw materials. Given the nature of the fibers with elements of high L/D ratio, and the particularity of nanoclays in this paper has raised the improvement of the mechanical and thermal properties of conventional polypropylene fibers through the use of modified nanoclays to increase technical possibilities of these fibers by conventional melt spinning processes. With this purpose mixing of modified nanoclays with polypropylene have been studied by extrusion processes and quantified the interaction between PP matrix and nanoclays by employing compatibilizing agents, studying dispersion, intercalation and exfolation phenomena of nanoclays in the polypropylene matrix by using microscopy techniques and subsequent macroscopic evaluation of mechanical properties depending on the ratios of the amount of compatibilizer and nanoclay added. Finally, processing conditions of modified polypropylene fibers have been optimized by melt spinning process based on the previously optimized formulations, quantifying their mechanical and thermal characteristics as flat textile structures. / [ES] En los últimos años se ha producido un incremento apreciable en el empleo de las nanotecnologías en diferentes campos de la ciencia. Con el empleo de nanopartículas en el seno de matrices poliméricas es posible conseguir interesantes funcionalidades (buen comportamiento al fuego, carácter antibacteriano, mejora en las propiedades mecánicas, durabilidad, ¿) con el empleo de cantidades relativamente pequeñas. Con los importantes retos a los que se enfrenta el sector textil, el desarrollo de fibras multifuncionales y de altas prestaciones puede experimentar un punto de partida para definir elementos diferenciadores que aporten alto valor añadido al sector, permitiendo acceder de forma favorable a los mercados internacionales. El empleo de nanopartículas en el sector de los materiales plásticos y compuestos ha experimentado un auge de gran magnitud debido a las interesantes posibilidades que ofrecen por su gran relación área-volumen. El sector textil, de hilaturas sintéticas está muy vinculado al sector de los materiales poliméricos, compartiendo, en muchas ocasiones, las materias primas. Dada la naturaleza de las fibras textiles, con elementos de elevado ratio L/D, y dada la particularidad de las nanoarcillas, en el presente trabajo se ha planteado la mejora de las propiedades mecánicas y térmicas de fibras convencionales de polipropileno mediante el empleo de nanoarcillas modificadas para incrementar las posibilidades técnicas de estas fibras mediante procesos convencionales de hilatura por fusión. Para ello, se ha estudiado el proceso de mezclado del polipropileno con nanoarcillas modificadas mediante procesos de extrusión y se ha cuantificado la interacción entre la matriz de PP y las nanoarcillas mediante el empleo de agentes compatibilizantes, se han estudiado los fenómenos de dispersión, intercalación y exfoliación de las nanoarcillas en la matriz de polipropileno mediante el empleo de técnicas de microscopía y posterior evaluación macroscópica de las propiedades mecánicas en función de los ratios de compatibilizante y la cantidad de nanoarcilla incorporada. Por último, se han optimizado las condiciones de procesado de las fibras de polipropileno modificadas mediante el proceso de hilatura por fusión partiendo de las formulaciones previamente optimizadas y cuantificando sus características mecánicas y térmicas en forma de estructuras textiles planas. / [CAT] En els últims anys s'ha produït un increment apreciable en l'ús de les nanotecnologies en diferents camps de la ciència. Amb l'ús de nanopartícules en el si de matrius polimèriques és possible aconseguir interessants funcionalitats (bon comportament al foc, caràcter antibacterià, millora en les propietats mecàniques, durabilitat, ...) amb l'ús de quantitats relativament petites. Amb els importants reptes als quals s'enfronta el sector tèxtil, el desenvolupament de fibres multifuncionals i d'altes prestacions pot experimentar un punt de partida per definir elements diferenciadors que aportin alt valor afegit al sector, permetent accedir de forma favorable als mercats internacionals. L'ús de nanopartícules en el sector dels materials plàstics i compostos ha experimentat un auge de gran magnitud a causa de les interessants possibilitats que ofereixen per la seva gran relació àrea-volum. El sector tèxtil, de filatures sintètiques està molt vinculat al sector dels materials polimèrics, compartint, en moltes ocasions, les matèries primeres. Donada la naturalesa de les fibres tèxtils, amb elements d'elevat ràtio L / D, i donada la particularitat de les nanoargiles, en el present treball s'ha plantejat la millora de les propietats mecàniques i tèrmiques de fibres convencionals de polipropilè mitjançant l'ús de nanoargiles modificades per incrementar les possibilitats tècniques d'aquestes fibres mitjançant processos convencionals de filatura per fusió. Per a això, s'ha estudiat el procés de barreja del polipropilè amb nanoargiles modificades mitjançant processos d'extrusió i s'ha quantificat la interacció entre la matriu de PP i les nanoargiles mitjançant l'ús d'agents compatibilizants, s'han estudiat els fenòmens de dispersió, intercalació i exfoliació de les nanoargiles en la matriu de polipropilè mitjançant l'ús de tècniques de microscòpia i posterior avaluació macroscòpica de les propietats mecàniques en funció de les ràtios de compatibilizante i la quantitat de nanoargila incorporada. Finalment, s'han optimitzat les condicions de processament de les fibres de polipropilè modificades mitjançant el procés de filatura per fusió partint de les formulacions prèviament optimitzades i quantificant les seves característiques mecàniques i tèrmiques en forma d'estructures tèxtils planes. / Pascual Bernabeu, JJ. (2016). Investigación de la mejora de las propiedades mecánicas y térmicas de matrices de polipropileno con nanoarcillas para la fabricación de fibras [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61289 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La preocupación por la salud del planeta ha aumentado drásticamente y los efluentes textiles son de los más contaminantes en la industria a nivel mundial. Los procesos de ennoblecimiento textil y en especial los de tintorería, vierten grandes cantidades de residuos de difícil tratamiento como los colorantes. Las nanoarcillas pueden limpiar las aguas residuales de colorantes gracias a su capacidad de adsorción. En este trabajo fue posible analizar y cuantificar la cantidad de iones metálicos sustituidos por colorantes aniónicos cuando se adsorben, y determinar la cantidad óptima de nanoarcilla que debe utilizarse para adsorber todo el colorante. Las pruebas demostraron la cantidad específica de nanoarcilla que debe utilizarse y cómo optimizar los procesos posteriores de separación y procesamiento de la nanoarcilla. Se utilizó hidrotalcita como material adsorbente. En esta investigación se utilizaron diversos tipos colorantes, directos, reactivos, catiónicos y dispersos. Los patrones de difracción de rayos X (DRX) permitieron comprobar la recuperación de la forma de la hidrotalcita y confirmaron la adsorción de los colorantes. Se utilizó un análisis FTIR, XPS y EDX para comprobar la presencia de grupos característicos de los colorantes en los híbridos resultantes. Las pruebas termogravimétricas (TGA) corroboraron la adsorción del colorante y la mejora de la solidez térmica. La reflectancia solar total (TSR) mostró una mayor protección frente a la radiación UV-VIS-NIR. Gracias a los trabajos realizados, se ha podido establecer el punto máximo de adsorción de la hidrotalcita. Además, mediante la utilización de nanotecnologias han podido colorear sustratos textiles con nuevas técnicas de estampación aprovechando colorantes que se han desechado de baños de tintura no agotados. Las estampaciones obtenidas se someten a pruebas de solidez del color para compararlos con estampaciones más convencionales. Se realizaron mediciones del color mediante espectrofotómetros de reflexión para valorar el resultado del color tanto de los híbridos como de los textiles estampados exitosamente. Las pruebas de TGA-DTGA realizadas previamente a las estampaciones sobre los híbridos, permite adelantarse a los resultados de ciertas pruebas de solidez del color a la luz o el planchado, las cuales se ven mejoradas gracias a las acción de la hidrotalcita. Otro uso de las nanoarcillas híbridas obtenidas de la adsorción de colorantes es el de realizar nuevos baños de tintura para sustratos textiles. Mediante el uso del nanoadsorbente hidrotalcita, han logrado adsorber y recuperar colorantes de diferente carga como aniónicos, catiónicos y no iónicos para reutilizarlos de forma exitosa en nuevos baños de tintura. Las tinturas realizadas sobre tejidos de algodón, poliéster y acrílico han sido sometidas a diferentes pruebas de degradación del color para ver su viabilidad como productos finales, utilizando la espectroscopía de reflexión para la medida del atributo de color antes y después de los ensayos, mostrando resultados muy coherentes a los de una tintura convencional. / [CA] La preocupació per la salut del planeta ha augmentat dràsticament i els efluents tèxtils són dels més contaminants en la indústria a nivell mundial. Els processos d'ennobliment tèxtil i especialment els de tintoreria, aboquen grans quantitats de residus de difícil tractament com els colorants. Les nanoargiles poden netejar les aigües residuals de colorants gràcies a la seua capacitat d'adsorció. En aquest treball va ser possible analitzar i quantificar la quantitat d'ions metàl·lics substituïts per colorants aniònics quan es adsorben, i determinar la quantitat òptima de nanoarcilla que ha d'utilitzar-se per a adsorber tot el colorant. Les proves van demostrar la quantitat específica de nanoargila que ha d'utilitzar-se i com optimitzar els processos posteriors de separació i processament de la nanoargila. Es va utilitzar hidrotalcita com a material adsorbent. En aquesta investigació es van utilitzar diversos tipus colorants, directes, reactius, catiònics i dispersos. Els patrons de difracció de raigs X (DRX) van permetre comprovar la recuperació de la forma de la hidrotalcita i van confirmar l'adsorció dels colorants. Es va utilitzar una anàlisi FTIR, XPS i EDX per a comprovar la presència de grups característics dels colorants en els híbrids resultants. Les proves termogravimétricas (TGA) van corroborar l'adsorció del colorant i la millora de la solidesa tèrmica. La reflectància solar total (TSR) va mostrar una major protecció enfront de la radiació UV-VIS-NIR. Gràcies als treballs realitzats, s'ha pogut establir el punt màxim d'adsorció de la hidrotalcita. A més, mitjançant la utilització de nanotecnologies han pogut acolorir substrats tèxtils amb noves tècniques d'estampació aprofitant colorants que s'han rebutjat de banys de tintura no esgotats. Les estampacions obtingudes se sotmeten a proves de solidesa del color per a comparar-los amb estampacions més convencionals. Es van realitzar mesuraments del color mitjançant espectrofotòmetres de reflexió per a valorar el resultat del color tant dels híbrids com dels tèxtils estampats reeixidament. Les proves de TGA-DTGA realitzades prèviament a les estampacions sobre els híbrids, permet avançar-se als resultats d'unes certes proves de solidesa del color a la llum o el planxat, les quals es veuen millorades gràcies a les acció de la hidrotalcita. Un altre ús de les nanoargiles híbrides obtingudes de l'adsorció de colorants és el de realitzar nous banys de tintura per a substrats tèxtils. Mitjançant l'ús del nanoadsorbente hidrotalcita, han aconseguit adsorber i recuperar colorants de diferent càrrega com a aniònics, catiònics i no iònics per a reutilitzar-los de manera reeixida en nous banys de tintura. Les tintures realitzades sobre teixits de cotó, polièster i acrílic han sigut sotmeses a diferents proves de degradació del color per a veure la seua viabilitat com a productes finals, utilitzant la espectroscopía de reflexió per a la mesura de l'atribut de color abans i després dels assajos, mostrant resultats molt coherents als d'una tintura convencional. / [EN] Concern for the health of the planet has increased dramatically and textile effluents are among the most polluting in the industry worldwide. Textile finishing processes, especially dyeing, discharge large quantities of difficult-to-treat wastes such as dyestuffs. Nanoclays can clean wastewater of dyes thanks to their adsorption capacity. In this work it was possible to analyze and quantify the amount of metal ions substituted by anionic dyes when adsorbed, and to determine the optimum amount of nanoclay to be used to adsorb all the dye. The tests demonstrated the specific amount of nanoclay to be used and how to optimize the subsequent processes of separation and processing of the nanoclay. Hydrotalcite was used as the adsorbent material. Various types of dyes, direct, reactive, cationic and disperse dyes were used in this investigation. X-ray diffraction (XRD) patterns verified the recovery of the hydrotalcite form and confirmed the adsorption of the dyes. FTIR, XPS and EDX analysis were used to check the presence of characteristic groups of the dyes in the resulting hybrids. Thermogravimetric tests (TGA) corroborated dye adsorption and enhanced thermal robustness. Total solar reflectance (TSR) showed enhanced protection against UV-VIS-NIR radiation. Thanks to the work carried out, it was possible to establish the maximum adsorption point of hydrotalcite. In addition, by using nanotechnologies it is possible to color textile substrates with new printing techniques, taking advantage of dyes that have been discarded from dye baths that have not been exhausted. The prints obtained are subjected to color fastness tests to compare them with more conventional prints. Color measurements were performed using reflection spectrophotometers to assess the color performance of both hybrids and successfully printed textiles. The TGA-DTGA tests performed prior to printing on the hybrids allows to anticipate the results of certain color fastness tests to light or ironing, which are improved thanks to the action of the hydrotalcite. Various types of dyes, direct, reactive, cationic and disperse dyes were used in this investigation. X-ray diffraction (XRD) patterns verified the recovery of the hydrotalcite form and confirmed the adsorption of the dyes. FTIR, XPS and EDX analysis were used to check the presence of characteristic groups of the dyes in the resulting hybrids. Thermogravimetric tests (TGA) corroborated dye adsorption and enhanced thermal robustness. Total solar reflectance (TSR) showed enhanced protection against UV-VIS-NIR radiation. Thanks to the work carried out, it was possible to establish the maximum adsorption point of hydrotalcite. In addition, by using nanotechnologies it is possible to color textile substrates with new printing techniques, taking advantage of dyes that have been discarded from dye baths that have not been exhausted. The prints obtained are subjected to color fastness tests to compare them with more conventional prints. Color measurements were performed using reflection spectrophotometers to assess the color performance of both hybrids and successfully printed textiles. The TGA-DTGA tests performed prior to printing on the hybrids allows to anticipate the results of certain color fastness tests to light or ironing, which are improved thanks to the action of the hydrotalcite. / López Rodríguez, D. (2023). Recuperación del colorante de aguas residuales textiles mediante nanoarcillas para su reutilización como pigmentos y nuevos baños de tintura [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194877 / Compendio