Tesis por compendio / [ES] El principal objetivo de la presente tesis doctoral se ha centrado en la obtención, desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con aditivos que mejoren las propiedades mecánicas, morfológicas, térmicas, termomecánicas y de comportamiento frente al fuego. En una primera fase se ha trabajado con mezclas de poliamida con un origen parcial biológico obtenido de la reacción del ácido dicarboxílico del aceite de ricino con la 1,6-hexametilendiamina (HMDA) derivada del petróleo mediante policondensación. De esta manera se obtiene una BioPA 610 con un contenido bio entre el 60-63% en peso. Esta PA610 se combinó con nanotubos de Halloysita (HNTs) en diferentes cargas para evaluar su efecto en la matriz y sus propiedades. Se obtuvo un gran aumento de rigidez con la incorporación de carga en la matriz polimérica además de un ligero aumento de la dureza. Las propiedades morfológicas muestran una buena dispersión de los nanotubos en el material. En cuanto a las propiedades térmicas los HTNs no suponen una gran variación de las características con respecto al polímero base. Los resultados termomecánicos muestran un gran aumento en el módulo de almacenamiento. Por otro lado, se estudiaron las propiedades de comportamiento frente al fuego de las mezclas de PA610 y HNTs mediante las técnicas del cono calorimétrico, índice límite de oxígeno (LOI), opacidad y toxicidad de los gases producidos, poder calorífico de combustión y ensayo UL-94. De los resultados obtenidos se aprecia una buena reducción del calor liberado con el aumento de carga de HNTs, una ligera disminución en el valor del LOI. En cuanto a la opacidad del humo desprendido, la presencia de HNTs no afecta demasiado en la liberación del humo, pero sí se obtiene una buena reducción del CO2 desprendido durante la combustión del material. El poder calorífico muestra una disminución de hasta 10 MJ/Kg con respecto a la PA610 sin aditivo. Por último, el ensayo de UL-94 no supone variación de resultados en las diferentes muestras analizadas. En una última fase se trabajó con grafito expandido (EGr) combinado dentro de la matriz polimérica de poliamida 1010 de origen biológico obtenida 100% de fuentes renovables. En esta fase se incorporaron cargas de EGr entre 2,5% y 10% en peso. Se estudiaron propiedades mecánicas, térmicas y termomecánicas, así como el análisis del color, morfología, hidrofobia, captación de agua y su comportamiento frente al fuego. Mecánicamente se apreció una gran mejora en la rigidez del material. En las propiedades térmicas se mejoró el grado de cristalinidad del material. El análisis termomecánico mostró un aumento en el módulo (E) y en el módulo de almacenamiento (E'). El estudio de la hidrofobia y la captación de agua dio como resultado una reducción en la absorción de agua y un aumento de la hidrofobicidad del material. Por último, en cuanto a las propiedades del material frente al fuego, se consiguió reducir en gran medida la liberación de calor emitido. El valor del índice límite de oxígeno se reduce ligeramente y el ensayo de la UL-94 muestra una mejora de V-2 a V-1 en la clasificación del compuesto con la incorporación de EGr frente al polímero sin aditivar. / [CA] El principal objectiu de la present tesi doctoral s'ha centrat en l'obtenció, el desenvolupament i l'optimització de formulacions de poliamida d'origen renovable amb additius que millorin les propietats mecàniques, morfològiques, tèrmiques, termomecàniques i de comportament davant del foc. En una primera fase s'ha treballat amb barreges de poliamida amb un origen parcial biològic obtingut de la reacció de l'àcid dicarboxílic de l'oli de ricí amb la 1,6-hexametilendiamina (HMDA) derivada del petroli mitjançant policondensació. D¿aquesta manera s'obté una BioPA 610 amb un contingut bio entre el 60-63% en pes. Aquesta PA610 es va combinar amb nanotubs de Halloysita (HNTs) en diferents càrregues per avaluar el seu efecte a la matriu i les seues propietats. Es va obtenir un gran augment de rigidesa amb la incorporació de càrrega a la matriu polimèrica a més d'un lleuger augment de la duresa. Les propietats morfològiques mostren una bona dispersió dels nanotubs al material. Quant a les propietats tèrmiques, els HTNs no suposen una gran variació de les característiques respecte al polímer base. Els resultats termomecànics mostren un gran augment en el mòdul d'emmagatzematge. D'altra banda, es van estudiar les propietats de comportament davant del foc de les barreges de PA610 i HNTs mitjançant les tècniques del con calorimètric, índex límit d'oxigen (LOI), opacitat i toxicitat dels gasos produïts, poder calorífic de combustió i assaig UL-94. Dels resultats obtinguts s'aprecia una bona reducció de la calor alliberada amb l'augment de càrrega de HNTs, una lleugera disminució al valor del LOI. Quant a l'opacitat del fum desprès, la presència de HNTs no afecta gaire en l'alliberament del fum, però sí que s'obté una bona reducció del CO2 desprès durant la combustió del material. El poder calorífic mostra una disminució de fins a 10 MJ/Kg respecte de la PA610 sense additiu. Finalment, l'assaig d'UL-94 no suposa variació de resultats a les diferents mostres analitzades. En una darrera fase es va treballar amb grafit expandit (EGr) combinat dins de la matriu polimèrica de poliamida 1010 d'origen biològic obtinguda 100% de fonts renovables. En aquesta fase es van incorporar càrregues d'EGr entre el 2,5% i el 10% en pes. Es van estudiar propietats mecàniques, tèrmiques i termomecàniques, així com l'anàlisi del color, la morfologia, la hidrofòbia, la captació d'aigua i el seu comportament davant del foc. Mecànicament es va apreciar una gran millora en la rigidesa del material. A les propietats tèrmiques es va millorar el grau de cristal·linitat del material. L'anàlisi termomecànica va mostrar un augment al mòdul (E) i al mòdul d'emmagatzematge (E'). L'estudi de la hidrofòbia i la captació d'aigua va donar com a resultat una reducció de l'absorció d'aigua i un augment de la hidrofobicitat del material. Finalment, quant a les propietats del material davant del foc, es va aconseguir reduir en gran mesura l'alliberament de calor emesa. El valor de l'índex límit d'oxigen es redueix lleugerament i l'assaig de la UL-94 mostra una millora de V-2 a V-1 a la classificació del compost amb la incorporació d'EGr davant del polímer sense additivar. / [EN] The main objective of this doctoral thesis has focused on obtaining, developing and optimizing polyamide formulations of renewable origin with additives that improve the mechanical, morphological, thermal, thermomechanical and fire behavior properties. In a first phase, has been carried out an experimental with polyamide mixtures with a partial biological origin obtained from the reaction of the dicarboxylic acid of castor oil with 1,6-hexamethylenediamine (HMDA) derived from petroleum by means of polycondensation. In this way, a BioPA 610 with a bio content between 60-63% by weight is obtained. This PA610 was combined with Halloysite nanotubes (HNTs) at different loadings to evaluate its effect on the matrix and its properties. A large increase in stiffness was obtained with the incorporation of filler in the polymeric matrix in addition to a slight increase in hardness. The morphological properties show a good dispersion of the nanotubes in the material. Regarding the thermal properties, the HTNs do not imply a great variation of the characteristics with respect to the base polymer. The thermomechanical results show a large increase in the storage modulus. On the other hand, the fire behavior properties of the mixtures of PA610 and HNTs were studied using the calorimetric cone techniques, limit oxygen index (LOI), opacity and toxicity of the gases produced, calorific value of combustion and UL-94 test. From the results obtained, a good reduction of the heat released with the increase in the load of HNTs, a slight decrease in the value of the LOI, can be seen. Regarding the opacity of the smoke released, the presence of HNTs does not affect the release of smoke too much, but a good reduction of the CO2 released during the combustion of the material is obtained. The calorific power shows a decrease of up to 10 MJ/Kg with respect to PA610 without additive. Lastly, the UL-94 test does not assume any variation in results in the different samples analysed. In a final phase, expanded graphite (EGr) combined within the polyamide 1010 polymeric matrix of biological origin obtained 100% from renewable sources was worked on. In this phase, EGr loads between 2.5% and 10% by weight were incorporated. Mechanical, thermal and thermomechanical properties were studied, as well as the analysis of color, morphology, hydrophobicity, water uptake and its behavior against fire. Mechanically, a great improvement in the rigidity of the material was appreciated. In the thermal properties, the degree of crystallinity of the material was improved. The thermomechanical analysis showed an increase in the modulus (E) and in the storage modulus (E'). The study of hydrophobicity and water uptake resulted in a reduction in water absorption and an increase in the hydrophobicity of the material. Finally, regarding the properties of the material against fire, it was possible to greatly reduce the release of emitted heat. The value of the oxygen limit index is slightly reduced and the UL-94 test shows an improvement from V-2 to V-1 in the classification of the compound with the incorporation of EGr compared to the polymer without additives. / This research was funded by the Ministry of Science, Innovation, and Universities (MICIU) project numbers MAT2017-84909-C2-2-R and AGL2015- 63855-C2-1-R. Project funded with grant number PID2020-116496RB-C22 funded by the Ministry of Science and Innovation MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and grant number AICO/2021/025 funded by Generalitat Valenciana. AITEX wants to thank CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial) within the framework of grants for Technological Centres of Excellence “Cervera” (CER- 20211013). The author would like to thank the INTERREG SUDOE NABITEX project (SOE2/P1/P0524) for allowing him to participate in it as part of his training. / Marset Gimeno, D. (2022). Desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con comportamiento ignífugo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185134 / Compendio

Algunas rocas débiles son frecuentemente utilizadas como material de construcción en la ejecución de obra nueva o en la restauración de construcciones patrimoniales y constituyen el cimiento de numerosas edificaciones y vías de comunicación en el sudeste de España. Estos materiales suelen estar expuestos a ambientes húmedos y/o en contacto directo con el agua. Sin embargo, su caracterización mecánica suele realizarse en laboratorio en estado seco o sin control de la humedad. A este respecto, investigaciones recientes han demostrado que propiedades mecánicas como la resistencia a compresión uniaxial o el módulo de elasticidad estático de este tipo de rocas pueden sufrir importantes reducciones cuando se saturan completamente. Sin embargo, los efectos de la saturación parcial, de la humedad relativa ambiental o de la distribución del agua intersticial sobre éstos y otros parámetros mecánicos han sido escasamente estudiados. En esta tesis se realiza un estudio detallado de estos aspectos en varios tipos de rocas sedimentarias débiles presentes en la provincia de Alicante. Por un lado, se han empleado tres variedades de la denominada “Piedra Bateig”, que es una biocalcarenita que se utilizado en el pasado para la construcción de una gran cantidad de edificios históricos y emblemáticos de toda de España (especialmente de la Comunidad Valenciana y Madrid) y que actualmente se comercializa a nivel mundial debido a su abundancia, belleza y calidad para su empleo en revestimientos de fachadas, muros de mampostería o elementos ornamentales. Por otro lado, se han estudiado otras rocas carbonáticas (calcarenitas y limolitas amarillentas) y yesíferas, que se utilizan mayoritariamente en obra civil, principalmente para la construcción de muros de contención o como escollera. Los objetivos principales de la presente tesis doctoral son: (1) la caracterización petrológica y físico-mecánica de estos materiales pétreos sedimentarios porosos; (2) el análisis de los procedimientos de humectación existentes y el desarrollo de nuevas técnicas de saturación parcial; (3) la evaluación de la variación de las propiedades mecánicas de estos materiales con el grado de saturación y la humedad relativa ambiental; (4) el estudio del efecto de la distribución del agua intersticial en su comportamiento mecánico; (5) la propuesta de correlaciones entre las propiedades mecánicas y las propiedades físicas u otros parámetros de fácil y rápida determinación y; (6) la discusión de los principales mecanismos de deterioro mecánico causados por el agua que afectan a estos materiales. En primer lugar, se realizó un estudio petrológico y físico general de estas rocas mediante la determinación de: su composición química y mineralógica empleando las técnicas de difracción y fluorescencia de rayos X o el calcímetro de Bernard; su distribución del tamaño de poros, superficie específica, tortuosidad, porosidades intrapartícula e interpartícula y otras características de su red porosa mediante la realización de porosimetrías de intrusión de mercurio; su textura, ordenación de granos y cristales y morfología de los poros utilizando las técnicas de microscopía óptica y electrónica; sus densidades real y aparente, porosidades abierta y total, y capacidad de absorción de agua usando métodos tradicionales. En segundo lugar, se obtuvieron diversas propiedades físicas y mecánicas de estos materiales en los estados seco y completamente saturado, tales como: la velocidad de paso de las ondas P y S, el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson dinámicos, las resistencias a compresión uniaxial y triaxial, el módulo de elasticidad estático, la resistencia a tracción indirecta, el índice de resistencia frente a carga puntual, el índice de resistencia frente a la penetración de aguja y los parámetros de resistencia al corte de la matriz rocosa. En tercer lugar, se evaluó la influencia de la saturación parcial y la distribución del agua intersticial en las propiedades mecánicas de algunas de estas rocas. Para ello, se prepararon probetas parcialmente saturadas con diferentes grados de saturación utilizando dos procedimientos distintos: (1) la inmersión de probetas completamente secas en agua a presión atmosférica durante diferentes periodos de tiempo, y (2) el secado progresivo de probetas inicialmente completamente saturadas en estufa a 50º C durante diferentes periodos de tiempo. A continuación, se determinó la distribución del agua intersticial en las probetas acondicionadas mediante ambos métodos a través de la obtención de imágenes de resonancia magnética nuclear (RMN) y se ensayaron mecánicamente para obtener su resistencia a compresión uniaxial, su módulo de elasticidad estático, su resistencia a tracción indirecta y su resistencia frente a carga puntual. En cuarto lugar, se estudió el impacto de la humedad relativa ambiental en el comportamiento mecánico de los materiales pétreos. Con este propósito, las muestras se sometieron a ambientes de humedad relativa controlada del 20, 40, 60, 80 y 98% usando una modificación de la técnica de equilibrio de vapor (VET). El método consistió en introducir las probetas de roca junto con disoluciones de glicerol de diferente concentración en recipientes cerrados herméticamente dentro de una estufa a temperatura constante, promoviendo el intercambio de agua en forma de vapor entre la atmósfera creada y las probetas hasta que se alcanzó el contenido de agua de equilibrio en las mismas. Tras ello, las muestras se ensayaron mecánicamente. Finalmente, se realizó un análisis de regresión para establecer relaciones entre las propiedades mecánicas y las propiedades físicas u otros parámetros de fácil obtención, menos costosos o no destructivos que pudiesen ser útiles desde un punto de vista ingenieril. Los resultados obtenidos mostraron que, en las rocas estudiadas, la saturación total generaba importantes variaciones de propiedades físicas como la velocidad de paso de las ondas P y S y de los parámetros dinámicos asociados, así como una reducción muy significativa de todas las propiedades mecánicas analizadas. Además, se observó que ocurría una importante caída de estos parámetros mecánicos cuando estos materiales se saturaban con contenidos de agua pequeños (grados de saturación inferiores al 50%) y que, posteriormente, el valor de estas propiedades se mantenía constante para contenidos de agua superiores (grados de saturación iguales o superiores al 75%). En consecuencia, las variaciones de las propiedades mecánicas con el contenido de agua se modelaron de manera precisa empleando funciones exponenciales decrecientes. Otro resultado relevante de la investigación fue que la distribución del agua intersticial y, por ende, el procedimiento empleado para saturar parcialmente las probetas jugaba un papel importante en el comportamiento mecánico observado. En concreto, para pequeños contenidos de agua, el debilitamiento mecánico experimentado por las muestras preparadas mediante el procedimiento de secado era frecuentemente superior al de las muestras acondicionadas a través del procedimiento de inmersión. Este hallazgo pudo explicarse en base a que en el primer caso las moléculas de agua ocupaban una región más amplia de la probeta (incluyendo la zona central de la misma), mientras que en el segundo caso el agua se encontraba concentrada exclusivamente en la zona más externa, permaneciendo el núcleo de la probeta en estado seco. En cambio, para elevados contenidos de agua, los valores de las propiedades mecánicas en las muestras preparadas por ambos procedimientos fueron parecidos, debido a que el agua intersticial ocupaba una región más amplia y similar. Además, se observó que las propiedades mecánicas de las rocas se reducían linealmente conforme aumentaba la humedad relativa del ambiente al que estaban expuestas, pues esto generaba un incremento del contenido de agua dentro de su red porosa. Por otro lado, el análisis de regresión realizado permitió obtener correlaciones entre las propiedades mecánicas y las propiedades físicas u otros índices de fácil determinación en los estados seco y saturado. Estas relaciones son de gran utilidad para seleccionar bloques de roca de alta calidad a nivel de cantera o para realizar auscultaciones preventivas en edificaciones patrimoniales de piedra de una forma rápida, sencilla, barata y no destructiva. Finalmente, el análisis conjunto de las características petrológicas y el impacto de la saturación total y parcial y la distribución de agua intersticial sobre las propiedades mecánicas permitió esclarecer que las causas del debilitamiento ocasionadas por el agua que afectaban a estos materiales eran variadas. Se podrían destacar la reducción de la succión capilar y efectos físico-químicos como el deterioro de la cementación entre los granos, la disolución de algunos minerales (calcita y clorita), el hinchamiento de la fracción arcillosa, la reducción de la energía superficial de fractura o la corrosión bajo tensión del cuarzo presente en estos materiales. / Esta tesis ha sido financiada por el Vicerrectorado de Investigación y Transferencia del Conocimiento de la Universidad de Alicante a través del Contrato Predoctoral FPUUA53-2018 y las Ayudas UAEEBB2018-09, UAUSTI18-21 y UAUSTI19-25.

Se realizó el estudio de las propiedades térmicas y mecánicas de mezclas de Poli(Etilén Tereftalato) (PET) con resinas poliméricas basadas enl Bisfenol-A: Poli(Carbonato de Bisfenol-A) (PC) y Poli(Hidroxi-Éter de Bisfenil-A) (PHEB), en contenidos no superiores a un 30% en peso de estos polímeros y preparadas por extrusión doble-husillo.Una evaluación físico-química (ft-IR, densidad y MVR) de ambos sistemas indicó que pueden ocurrir reacciones de transesterificación, principalmente entre el PET y el PC y verificado vía DSC y DMTA, mientras que dichas reacciones tienen una baja extensión en el caso del PHEB, principalmente evidenciado en la pérdida de la capacidad de cristalización del PET (sin mayores cambios en su transición vítrea) en presencia de PC y casi invariabilidad al adicionar PHEB. Con el apoyo de SEM se verificó la presencia de fases ricas de ambos componentes en las mezclas en todo el rango de composiciones, verificándose el carácter inmiscible de ambos sistemas.A través de un fraccionamiento térmico por Autonucleaciones y Recocidos Sucesivos (SSA) y medidas del MVR, ensayos que favorecieron la transesterificación, se estableció que ésta promueve un aumento de la masa molecular en ambos sistemas, donde en las mezclas PET/PC esto se da por reacciones de extensión de cadena y que en las mezclas PET/PHEB conducen a la formación de ramificaciones largas y entrecruzamientos.Las propiedades mecánicas a tracción y flexión indicaron un aumento de la resistencia mecánica y deformabilidad a mayor contenido de fase bisfenólica, al observarse un aumento de los parámetros característicos de estos ensayos, donde módulos elásticos y tensiones siguieron generalmente una desviación positiva de la "Ley Aditiva de Mezcla" (LAM). Tales tendencias indicaron un efecto rigidizante de la fase bisfenólica combinado con interacciones fuertes entre los componentes que favoreció la transmisión de tensiones y la deformabilidad de la mezcla, existiendo una compatibilidad mecánica aceptable al menos a bajas velocidades de deformación, principalmente en las mezclas PET/PC en donde hay evidencias de un aumento en la tenacidad. Se verificó que hay mejoras en la Resistencia al Impacto tanto caída de dardo como pendular al menos hasta un 20% de PC, superando a las mezclas PET/PHEB las cuales manifestaron una fuerte sensibilidad a la entalla.En el análisis de la fractura a través de la Mecánica de la Fractura Elástico Lineal (LEFM) a altas velocidades y el Trabajo Esencial de Fractura (EWF) a bajas velocidades de solicitación, para contenido no superiores a 10% de fase PC y PHEB donde la morfología de fases fue comparable (partículas), se tiene que los parámetros de fractura fueron siempre superiores para las mezclas PET/PC, con una tendencia general de que el PC aporta mejoras a estos parámetros respecto al PET, mientras que el PHEB no los afecta o tiende a disminuirlos. Esto sugiere que que la adhesión interfacial es un factor determinante que favorece la transmisión de tensiones, particularmente favorable en las mezclas PET/PC por su mayor reactividad.A mayores contenidos de fase bisfenólica, el comportamiento es más complejo como consecuencia del particular balance entre tamaño, geometría y orientación de la fase dispersa que tiende a dominar sobre la adhesión interfacial, detectándose procesos de cavitación en la mayoría de las condiciones de ensayos que promovieron pocas mejoras o decaimiento en los parámetros de fractura respecto al PET. Cabe destacar que los parámetros de fractura LEFM indicaron que todos los materiales presentaron una fractura en condiciones mixtas con una componente importante de tensión plana, con excepción de las mezclas PET/PHEB que corresponderían a condiciones de deformación plana, todo lo cual fue corroborado a través del análisis fractográfico.

[ES] Los avances tecnológicos se encuentran, en algunas ocasiones, limitados debido a la imposibilidad de combinar las excelentes prestaciones de los materiales conocidos con algunas funcionalidades críticas necesarias para desarrollar nuevas aplicaciones tecnológicas. Estos nuevos materiales con un diseño a la carta resultan extremadamente interesantes ya que permiten combinar propiedades y funcionalidades actualmente inalcanzables. La circona, u oxido de zirconio (ZrO2), es un sólido cristalino blanco con enlaces iónicos altamente estables que es principalmente obtenido en forma de polvo para aplicaciones tecnológicas. Debido a sus propiedades física y químicas, la circona es un material cerámico que posee una serie de características excepcionales, que incluyen una dureza, tenacidad y fractura relativamente altas en comparación con otros materiales cerámicos, bajo coeficiente de fricción y alto punto de fusión. Además, es un material relativamente no reactivo cuando se expone a ambientes húmedos y corrosivos en comparación con otros materiales como metales y polímeros, con buena resistencia a altas temperaturas y abrasión. Todas estas propiedades posicionan a la circona como un material muy versátil con un amplio espectro de aplicaciones que abarca intercambiadores de calor, celdas de combustible, componentes de turbinas para sistemas aeronáuticos y generación de electricidad, así como para medicina, odontología y otras aplicaciones. El propósito de esta tesis doctoral es la obtención de materiales base circona que puedan ser empleados en la fabricación de nuevos composites con funcionalidades a la carta en sectores tecnológicos como el transporte, energía, medicina, etc. Para ello se utilizarán técnicas de sinterización no-convencionales: Microondas (MW) y Spark Plasma Sintering (SPS). Para este trabajo se plantea el estudio de distintos composites base circona: circona reforzada con óxido de niobio (Nb2O5), Titania (TiO2) y composites de circona reforzados con manganita de lantano dopada con estroncio (LSM). El resultado final de esta investigación permitirá determinar si las técnicas rápidas de sinterización no-convencional, permiten mejoran las propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas de los materiales obtenidos en comparación con la sinterización por métodos convencionales. / [CA] Els avenços tecnològics són, en algunes ocasions, limitats per la impossibilitat de combinar l'excel·lent comportament dels materials coneguts amb algunes funcionalitats crítiques necessàries per desenvolupar noves aplicacions tecnològiques. Aquests nous materials amb disseny a la carta resulten summament interessants ja que permeten combinar propietats i funcionalitats actualment inabastables. La circonia, o òxid de zirconi (ZrO2), és un sòlid cristal·lí blanc amb enllaços iònics altament estables que s'obté principalment en forma de pols per a aplicacions tecnològiques. A causa de les seves propietats físiques i químiques, la zircònia és un material ceràmic que posseeix una sèrie de característiques excepcionals, que inclouen duresa, tenacitat i fractura relativament altes en comparació amb altres materials ceràmics, baix coeficient de fricció i alt punt de fusió. A més, és un material relativament no reactiu quan s'exposa a ambients humits i corrosius en comparació amb altres materials com metalls i polímers, amb bona resistència a altes temperatures i abrasió. Totes aquestes propietats posicionen a la zircònia com un material molt versàtil amb un ampli espectre d'aplicacions que inclou intercanviadors de calor, piles de combustible, components de turbines per a sistemes aeronàutics i generació d'electricitat, així com per a medicina, odontologia i altres aplicacions. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és l'obtenció de materials base de zircònia que puguin ser utilitzats en la fabricació de nous compòsits amb funcionalitats sota demanda en sectors tecnològics com transport, energia, medicina, etc. Per a això, s'utilitzaran tècniques de sinterització no convencionals utilitzat: microones (MW) i sinterització per plasma d'espurna (SPS) Per a aquest treball es proposa l'estudi de diferents composites a força de zircònia: zircònia reforçada amb òxid de niobi (Nb2O5), titanat (TiO2) i composites de zircònia reforçats amb manganita de lantani dopat amb estronci (LSM). El resultat final d'aquesta investigació permetrà determinar si les tècniques de sinterització ràpida no convencional permeten millorar les propietats mecàniques, elèctriques i magnètiques dels materials obtinguts en comparació amb la sinterització per mètodes convencionals. / [EN] Technological advances are, on some occasions, limited due to the impossibility of combining the excellent performance of known materials with some critical functionalities necessary to develop new technological applications. These new materials of great design are extremely interesting since they allow combining properties and functionalities currently unattainable. Zirconia, or zirconium oxide (ZrO2), is a white crystalline solid with highly stable ionic bonds that is mainly obtained in powder form for technological applications. Due to its physical and chemical properties, zirconia is a ceramic material that possesses several exceptional characteristics, including relatively high hardness, toughness and fracture compared to other ceramic materials, low coefficient of friction, and high melting point. Furthermore, it is a relatively non-reactive material when exposed to humid and corrosive environments compared to other materials such as metals and polymers, with good resistance to high temperatures and abrasion. All these properties position zirconia as a very versatile material with a wide spectrum of applications that includes heat exchangers, fuel cells, turbine components for aeronautical systems and electricity generation, as well as for medicine, dentistry, and other applications. The purpose of this doctoral thesis is to obtain zirconia base materials that can be used in the manufacture of new composites with on-demand functionalities in technological sectors such as transport, energy, medicine, etc. For this, non-conventional sintering techniques will be used: Microwaves (MW) and Spark Plasma Sintering (SPS) For this work, the study of different zirconia-based composites is proposed: zirconia reinforced with niobium oxide (Nb2O5), titania (TiO2) and zirconia composites reinforced with strontium-doped lanthanum manganite (LSM). The result of this research will make it possible to determine whether rapid non-conventional sintering techniques allow the mechanical, electrical, and magnetic properties of the materials obtained to be improved compared to sintering by conventional methods. / El autor agradece a la Generalitat Valenciana por la ayuda económica recibida para la beca del programa Santiago Grisolía (GRISOLIAP/2018/168) / Guillén Pineda, RM. (2021). Desarrollo de materiales cerámicos base circona sinterizados mediante técnicas rápidas no convencionales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180231 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] Debido a la preocupación por la contaminación derivada del uso de los plásticos y la gran cantidad de residuos generados a nivel mundial, se desarrollaron diferentes compuestos plásticos reforzados con fibras naturales respetuosos con el medio ambiente (WPC) para su caracterización y optimización. En primer lugar, se utilizó polietileno de alta densidad de base biológica (BioHDPE) como matriz polimérica y diferentes fibras cortas naturales como el cáñamo, el lino y el yute. Se mezclaron mediante extrusión de doble husillo y se moldearon en piezas mediante moldeo por inyección, se añadió un copolímero de injerto de etileno con anhídrido maleico (PE-g-MA) a dos partes por cien de resina al WPC durante el proceso de extrusión para reducir la falta de compatibilidad entre las fibras lignocelulósicas y la matriz polimérica. Como resultado, se observó en el análisis térmico, una ligera mejora de la estabilidad térmica de los compuestos reforzados con las tres fibras, aumentado la temperatura de fusión y de degradación del compuesto. Además, también aumentó la absorción de agua de los compuestos. Se obtuvo, especialmente, un aumento drástico del módulo de Young y de la resistencia al impacto de los compuestos con refuerzo de fibra de cáñamo. Debido a estos resultados, a continuación, se realizó un estudio con la misma matriz polimérica (BioHDPE) y diferentes porcentajes (2,5 a 40,0% en peso) de fibras cortas de cáñamo (HF) como refuerzo natural, utilizando la misma técnica por fusión y extrusión de doble husillo del compuesto que se moldeo por inyección. También se utilizó como agente compatibilizante, el copolímero maleinizado, de injerto de etileno con anhídrido maleico (PE-g-MA) para mejorar la escasa compatibilidad entre la matriz de BioHDPE altamente no polar y las fibras lignocelulósicas altamente hidrofílicas. El 40% en peso de fibra dio como resultado un aumento importante del módulo de Young y la resistencia al impacto del BioHDPE, obteniendo valores de 5275 MPa y 3,6 kJ/m2, respectivamente, en comparación con el bioHDPE puro de 826 MPa y 2,0 kJ/m2. En cuanto al cambio de color de las muestras inyectadas, se observó que el aumento de fibra generó una clara modificación en las tonalidades finales de las piezas, alcanzando colores muy similares a las maderas oscuras para porcentajes superiores al 20%.Finalmente, se desarrollaron nuevos composites de alto rendimiento mediomabiental utilizando un 30% de fibra corta de cáñamo y como matriz polimérica copolímero de polibutilén succinato-co-adipato paracialmente de origen renovable (BioPBSA). En este caso, para mejorar la interacción entre la fibra y la matriz no solo se empleó el injerto copolímero de PBSA injertado con anhídrido maleico (PBSA-g-MA), sino que se utilizaron diferentes aditivos por extrusión reactiva al composite como aditivos derivados del ácido itacónico de base biológica, como el dibutil itaconato (DBI) y un copolímero de PBSA injertado con ácido itacónico (PBSA-g-IA). La introducción de fibras de cáñamo, dieron como resultado una mejora en la rigidez del polímero base, el módulo de tracción del BioPBSA puro 281 MPa aumentó considerablemente alcanzando valores de 3482 MPa. Los compuestos con DBI obtuvieron una mejora en la ductilidad y una disminución en las propiedades de tracción, en contraste con las muestras compatibles con copolímeros que mejoraron la resistencia a la tracción. / [CA] Degut a la preocupació per la contaminació derivada de l'us dels plàstics i la gran quantitat de residus generats a nivell mundial, es desenvoluparen diferents compostos reforçats amb fibres naturals respectuoses amb el medi ambient (WPC) per a la seva caracterització i optimització. En primer lloc, es va utilitzar polietilè d'alta densitat de base biològica (BioHDPE) com a matriu polimèrica i diferents fibres curtes naturals com el cànem, el lli i jute. Es van fondre mitjançant extrusió de doble tornavís i es moldejaren en peces mitjançant moldejat per injecció, es va afegir un copolímer d'empelt d'etlé i anhídrid maleic (PE-g-MA) a dues parts per cent de resina al WPC durant el procés d'extrusió per a reduir la falta de compatibilitat entre les fibres lignocel·lulòsiques i la matriu polimèrica. Com a resultat, es va observar en l'anàlisis tèrmica, una lleugera millora de l'estabilitat tèrmica dels compostos reforçats amb les tres fibres , augmentant la temperatura de fusió i de degradació dels compostos. Es va obtenir, especialment, un augment dràstic del mòdul de Young i de la resistència a l'impacte dels compostos amb reforç de fibra de cànem. Degut a aquestos resultats, a continuació es va realitzar un estudi amb la mateixa matriu polimèrica (BioHDPE) i diferents percentatges (2,5 a 40,0% en pes) de fibra curta de cànem (HF) com a reforç natural, utilitzant la mateixa tècnica per fusió i extrusió de doble tornavís del compost que es va moldejar per injecció. També es va utilitzar com agent compatibilitzant, el copolímer meleinitzat, anhídrid maleic d'empelt de polietilè (PE-g-MA) per millorar l'escassa compatibilitat entre la matriu de BioHDPE altament no polar i les fibres lignocel·lulòsiques altament hidrofíliques. El 40% en pes de fibra va donar com a resultat un augment important del mòdul de Young i la resistència a l'impacte del BioHDPE, obtenint valors de 5275 MPa i 3,6 kJ/m2, respectivament, en comparació amb el bioHDPE pur de 826 MPa i 2,0 kJ/m2. En quant al canvi de color de les mostres injectades, es va observar que l'augment de fibra va generar una clara modificació en les tonalitats finals de les peces, aconseguint colors molt similars a les fustes fosques per a percentatges superiors al 20%.Finalment, es van desenvolupar nous composites d'alt rendiment medioambiental utilitzant un 30% de fibra curta de cànem i com a matriu polimèrica copolímer de polibutilèn succinat-co-adipat paracialment d'origen renovable (BioPBSA). En aquest cas, per millorar la interacció entre la fibra i la matriu no només es va emprar l'empelt copolímer de PBSA empeltat amb anhídrid maleic (PBSA-g-MA), sinó que es van utilitzar diferents additius per extrusió reactiva al composite com a additius derivats de l'àcid itacònic de base biològica, com el dibutil itaconat (DBI) i un copolímer de PBSA empeltat amb àcid itacònic (PBSA-g-IA). La introducció de fibres de cànem, van donar com a resultat una millora en la rigidesa del polímer base, el mòdul de tracció del BioPBSA pur 281 MPa va augmentar considerablement aconseguint valors de 3482 MPa. Els compostos amb DBI van obtenir una millora en la ductilitat i una disminució en les propietats de tracció, en contrast amb les mostres compatibles amb copolímers que van millorar la resistència a la tracció. / [EN] Due to the concern about the pollution derived from the use of plastics and the large amount of waste generated worldwide, different environmentally friendly natural fiber reinforced plastic compounds (WPC) were developed for their characterization and optimization. First, bio-based high-density polyethylene (BioHDPE) was used as the polymer matrix and different natural short fibers such as hemp, flax and jute. They were fused by twin screw extrusion and molded into pieces by injection molding. Polyethylene graft maleic anhydride (PE-g-MA) was added at two parts per hundred resin to the WPC during the extrusion process to reduce the lack of compatibility between the lignocellulosic fibers and the polymeric matrix. As a result, a slight improvement in the thermal stability of the composites reinforced with the three fibers was observed in the thermal analysis, increasing the melting temperature and degradation of the composite. In addition, it also increased the water absorption of the compounds. In particular, a drastic increase in the Young's modulus and the impact resistance of the hemp fiber reinforced composites was obtained. Due to these results, a study was then carried out with the same polymeric matrix (bioHDPE) and different percentages (2,5 to 40,0% by weight) of short hemp fibers (HF) as natural reinforcement, using the same technique by melt compunding and extrusion with a twin screw extruder, followed by injection moulding. The maleinized copolymer, polyethylene graft maleic anhydride (PE-g-MA) was also used as a compatibilizing agent to improve the poor compatibility between the highly non-polar BioHDPE matrix and the highly hydrophilic lignocellulosic fibers. The 40 wt% fiber resulted in a significant increase in Young's modulus and impact strength of BioHDPE, obtaining values of 5275 MPa and 3.6 kJ/m2, respectively, compared to pure bioHDPE of 826 MPa and 826 MPa. 2.0kJ/m2. Regarding the color change of the injected samples, it was observed that the increase in fiber generated a clear change in the final shades of the pieces, reaching colors very similar to dark wood for percentages greater than 20%.Finally, new green composites were developed using 30% short hemp fiber and a partically biobased polybutylene succinate-co-adipate copolymer (BioPBSA) as polymeric matrix. In this case, to improve the interaction between the fiber and the matrix, not only was the PBSA graft copolymer grafted with maleic anhydride (PBSA-g-MA) used, but different additives were used by reactive extrusion to the composite as additives derived from the Bio-based itaconic acid, such as dibutyl itaconate (DBI) and a copolymer of PBSA grafted with itaconic acid (PBSA-g-IA). The introduction of hemp fibers resulted in an improvement in the stiffness of the base polymer, the tensile modulus of pure BioPBSA 281 MPa increased considerably, reaching values of 3482 MPa. Composites with DBI obtained an improvement in ductility and a decrease in tensile properties, in contrast to samples compatible with copolymers that improved tensile strength. / Agradecer al Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) de la Unión Europea por cofinanciar el proyecto “NABITEX—Textiles técnicos innovadores basados en fibras naturales SUDOE para ser aplicados en el Sector del Hábitat” a través del Programa SUDOE de Interreg (SOE2/P1/ P0524). / Dolçà Camáñez, C. (2022). Desarrollo y optimización de wood plastic composites con matriz biopolimérica y fibras naturales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185679 / TESIS / Compendio