Preparación de materiales compuestos mediante la funcionalización covalente de nanotubos de carbono (CNTs) con polímero

Abstract

"En este trabajo de tesis doctoral estudiamos la preparación de nanocompositos de nanotubos de carbono (CNTs) y polímero mediante la funcionalización covalente de CNTs por adición alquílica, usando la reacción de sales de nanotubos. Presentamos los resultados de la caracterización morfológica de nanocompositos de CNTs con poliestireno (PS) y polimetil metacrilato (PMMA) obtenidos por microscopía electrónica de barrido y de transmisión (SEM y HR-TEM). Fue determinado un método para producir nanocompositos de alto porcentaje de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWNTs). Basándonos en este método pudimos preparar nanocompositos de PS-MWNTs con porcentaje de MWNTs entre 22 wt% y 81 wt%. De la caracterización espectroscópica con Raman, fue indirectamente evidenciado un enlace covalente entre nanotubos y polímero; con FTIR fue confirmada la formación del PS. La estabilidad térmica fue determinada por TGA y DSC; los nanocompositos mostraron aumentos en Td de hasta 30°C y Tg de hasta 9°C. Compositos de PS y PMMA fueron preparados por mezclado en fundido usando 1 wt% de MWNTs, COx y CNx funcionalizados con PS y PMMA. Los compositos fueron evaluados en sus propiedades mecánicas con DMA y pruebas de tensión; en los compositos de PMMA fueron obtenidos incrementos del módulo de almacenamiento M´ de 70% usando PMMA-MWNTs, de 110% usando PMMA-COx y del 2% usando PMMA-CNx. Los CNTs actuaron como plastificantes en los compositos de PS. Presentamos además la sensibilidad que los nanocompositos de PS-MWNTs con alto porcentaje de MWNTs mostraron a vapores orgánicos y CO2. Creemos que conforme aumentó la proporción de MWNTs en los nanocompositos, la sensibilidad a vapor de CHCl3 ocurrió por interacciones con los MWNTs principalmente y que con la disminución de la proporción de MWNTs la sensibilidad implica además la formación de interacciones entre el vapor de CHCl3 y el polímero. Evidencias obtenidas con HR-TEM, XRD y Raman, mostraron la parcial exfoliación de MWNTs como consecuencia de la desintercalación de Li durante la formación de nanocompositos de PS-MWNTs con alto porcentaje de MWNTs."

"In this doctoral thesis, we studied the preparation of carbon nanotubes composites and polymer through the covalent functionalization of carbon nanotubes (CNTs) by alkyl addition, using the nanotube salts reaction. We showed the results about morphological characterization of the nanocomposites of CNTs with polystyrene (PS) and poly methyl methacrylate (PMMA) obtained by scattering electronic microscopy and of transmission (SEM and HR-TEM). A method was determined to produce nanocomposites with high percentage of multi wall carbon nanotubes (MWNTs). On based in this method we can prepare nanocomposites of PS-MWNTs with percentage of MWNTs between 22 wt% and 81 wt%. With Raman characterization was indirectly evidenced a covalent bond between nanotubes and polymer; with FTIR was confirmed the formation of the PS. Thermal stability was determined by TGA and DSC, the nanocomposites showed increases in Td to up 30ºC and Tg to up 9ºC. Composites of PS and PMMA were prepared by melt blending using 1 wt% of MWNTs, COx and CNx functionalized with PS and PMMA. The composites were evaluated in their mechanical properties with DMA and tension tests; in the PMMA composites were obtained increases of M´ of 70% using PMMA-MWNTs, of 110% using PMMA-COx and of 2% using PMMA-CNx. CNTs worked as plasticizers in the composites of PS. In addition, we presented the sensibility that the nanocomposites of PS-MWNTs with high MWNTs load showed to organic vapors and CO2 gas. We think that with the increasing of MWNTs proportion in the nanocomposites, the sensibility to CHCl3 vapor occurred principally due to interactions with the MWNTs, and that due to the decreasing of MWNTs proportion the sensibility imply also interactions between the CHCl3 vapors and the polymer. Evidences were obtained by HR-TEM, XRD and Raman that showed the partial exfoliation of MWNTs as a consequence of the deintercalation of Li during the formation of nanocomposites of PS-MWNTs with high MWNTs load."