Doctor en Química / Esta tesis está enfocada en la obtención de nanocompósitos basados en polipropileno
(PP), utilizando nanoláminas de grafito (GNS) y nanopartículas de sílice como carga. Se
incorpora GNS a matrices de distintos copolímeros de PP con alfa-olefinas de 6, 8 y 18
átomos de carbono, con el objetivo de lograr un comportamiento mecánico mejorado y
además otorgar a los nanocompósitos las propiedades intrínsecas de GNS, como son la
estabilidad térmica y conductividad eléctrica. Por otro lado, se utilizan nanopartículas de
sílice mesoporosa como soporte del sistema catalítico de polimerización de propileno, con
la finalidad de obtener nanocompósitos PP/sílice.
La primera etapa consiste en el estudio de las reacciones de copolimerización utilizando
el sistema catalítico metalocénico (Me2Si(Ind)2ZrCl2/MAO), donde se logra controlar la
incorporación de los comonómeros y el peso molecular de los copolímeros.
Posteriormente, se lleva a cabo la preparación de los nanocompósitos basados en estos
copolímeros, adicionando GNS vía polimerización in situ. Los materiales obtenidos se
caracterizan para estudiar la influencia de la carga y su concentración, principalmente
sobre las propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas. Se observan cambios
significativos en la temperatura de cristalización y aumentos de la estabilidad térmica en
todos los materiales. Con respecto al comportamiento mecánico, los copolímeros de PP y
1-octadeceno, presentan mayores elongaciones a la ruptura que el resto de las matrices,
permitiendo aumentar la concentración de carga adicionada, sin influir significativamente
en su elasticidad. La conductividad eléctrica de los nanocompósitos alcanza valores que
permite clasificarlos como materiales semiconductores.
Además se prepara y caracteriza nanocompósitos con GNS vía mezcla en estado fundido,
utilizando los copolímeros anteriormente sintetizados. Se estudia la influencia de
diferentes tratamientos térmicos, específicamente, la velocidad de enfriamiento en la
preparación de películas a partir del polímero fundido, lo que influye de manera importante
en la cristalinidad y comportamiento mecánico de estos materiales.
Con respecto a la utilización de sílice como carga, se estudia una nanopartícula del tipo
mesoporosa (MCM-41). La metodología empleada para obtener los nanocompósitos es la
catálisis heterogénea, ya que MCM-41 posee las características necesarias para ser
utilizada como soporte de los catalizadores metalocenos. Así, la sílice actúa como soporte
y carga simultáneamente, quedando dispersa en la matriz de PP. Se realiza un estudio de
las metodologías de impregnación del catalizador metalocénico sobre las nanopartículas y
la posterior polimerización de propileno. La optimización de diferentes parámetros durante
la preparación del sistema heterogéneo, permite lograr una actividad catalítica adecuada
para la obtención de nanocompósitos de PP/sílice, con diferentes concentraciones de
carga, para finalmente evaluar el efecto que causan estas nanopartículas sobre las
propiedades de esta matriz polimérica / This thesis is focused on the production of nanocomposites based on polypropylene (PP)
using graphite nanosheets (GNS) and silica nanoparticles as fillers. GNS is incorporated in
different PP copolymers with alpha-olefins of 6, 8 and 18 carbon atoms, in order to achieve
an improved mechanical behavior and nanocomposites with intrinsic properties coming
from GNS, such as thermal stability and electrical conductivity. Furthermore, mesoporous
silica nanoparticles are used as support for catalyst and filler, for propylene polymerization,
in order to obtain PP / silica nanocomposites.
The first stage involves the study of the copolymerization reactions using the metallocene
catalyst system (Me2Si(Ind)2ZrCl2/MAO), which is able to control the incorporation of
comonomers as well as the molecular weight of the copolymers. Subsequently the
preparation of nanocomposites based on these copolymers is performed, adding GNS via
in situ polymerization. The materials obtained are characterized to study the influence of
the filler concentration mainly on the thermal, mechanical and electrical properties of
nanocomposites. Significant changes were observed in the crystallization temperature and
the thermal stability of all materials. With respect to the mechanical performance,
copolymers of PP and 1-octadecene exhibit higher elongation at break than other
copolymers, even at high filler concentration without significantly change of elasticity. The
electrical conductivity of the nanocomposite reached values corresponding to
semiconductor materials.
Furthermore, nanocomposites with GNS were prepared via melt blending and
characterized using the above synthesized copolymers. The influence of different thermal
treatments, specifically, the cooling rate on the preparation of films from molten polymer
was studied, where a significant influence on the crystallinity and mechanical behavior of
these materials was observed.
With respect to the use of silica as filler, a mesoporous type nanoparticle (MCM-41) is
studied. The methodology used for obtaining nanocomposites is heterogeneous catalysis
since MCM-41 has the necessary characteristics to be used as support for metallocene
catalysts. Thus, the silica acts as a support and simultaneously as filler, being dispersed in
the PP matrix. A study of methods of impregnating the metallocene catalyst on the
nanoparticles and the subsequent polymerization of propylene is performed. The
optimization of different parameters during the preparation of heterogeneous system, can
achieve adequate catalytic activity for the production of PP / silica nanocomposites with
different filler concentrations, to finally evaluate the effect caused by these nanoparticles
on the properties of the polymer matrix
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/136637 |
| Date | January 2015 |
| Creators | González Alarcón, Darío Maximiliano |
| Contributors | Quijada Abarca, Juan Raúl, Yazdani-Pedram Zobeiri, Mehrdad, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
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