Preparación y estudio de las propiedades de nanocomposites de matriz polimérica y materiales grafénicos

• Autores: Elvira Villaro Ávalos
• Directores de la Tesis: Julio Gómez Cordón (dir. tes.)
• Lectura: En la UNED. Universidad Nacional de Educación a Distancia ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Vicenta Muñoz Andrés (presid.), Esther Asedergbega Nieto (secret.), Javier Pérez Martínez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia Política por la Universidad Nacional de Educación a Distancia
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Materiales compuestos
  • Química
    • Química inorgánica
      • Grafito
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    Este trabajo de investigación se ha estructurado entorno a varios materiales grafénicos (GRMs); centrándose en su caracterización y estudio de sus propiedades. Estos GRMs han sido preparados por métodos top-down de tipo oxidación-reducción y mediante exfoliación en fase líquida. La memoria recoge el trabajo de caracterización mediante técnicas microscópicas, espectroscópicas y de difracción para conocer aspectos clave como su relación de aspecto y el contenido en oxígeno y defectos. El conocimiento de estas propiedades ha sido de gran importancia para la preparación de composites de matriz termoplástica (PA6 y TPU) y termoestable (resina epoxi). En los composites de PA6 se ha estudiado la dispersión y el índice de fluidez; así como las propiedades mecánicas, observándose mejoras significativas cuando se emplea GO y rGO funcionalizado a bajos porcentajes de carga, poniendo de manifiesto la importancia de una buena dispersión e interfase. Además, varios de los composites han clasificado como V0, de acuerdo con la UL94. En el caso de los composites preparados con GRM de elevada relación de aspecto, se han obtenido alta conductividad térmica y eléctrica. Estas propiedades abren la puerta al empleo de los composites de PA6 en varias áreas industriales. En la presente memoria se recoge un estudio sobre las condiciones de mezclado (tiempo y cizalla) en la viscosidad de dispersiones y conductividad de los composites de óxidos de grafeno reducidos de elevado tamaño lateral y relación de aspecto, logrando elevada conductividad eléctrica con bajos porcentajes de carga. Además, se ha llevado a cabo la monitorización en diferentes condiciones de la conductividad eléctrica de dispersiones preparadas bajo diversa cizalla, para considerar el efecto en el comportamiento del composite. En el último capítulo se presenta la caracterización de composites de TPU, los cuales muestran un comportamiento que no está de acuerdo con la Universal Power Law (UPL) o Ley de Jonscher. Además, estos composites muestran alta sensibilidad a la temperatura y la huhumedad relativa; presentando un ajuste lineal entre los factores de la UPL.

  • English

    The present work summaries the characterization and properties analysis of several Graphene Related Materials (GRMs); which have been prepared by top-down approaches: Oxidation-Exfoliation-Reduction (OER) and Liquid Phase Exfoliation (LPE) of graphite. Microscopic, spectroscopic and diffraction techniques have been employed to determine key features of GRMs; for example, the aspect ratio and the content and oxygen defects. These GRMs have been employed to prepare thermoplastic (PA6 and TPU) and thermoset (epoxy resin) composites. In PA6 composites, the dispersion of the nanoparticles and the melt flow index has been studied; it has been determined mechanical improvements when graphene oxide or functionalized reduced graphene oxide is employed at low dosage; showing the importance of an adequate dispersion and affinity. Besides, some of these composites have shown V0 classification according to UL 94 flame retardant standard and electrical and thermal conductivity; which make them suitable to be employed in many industrial fields. The present work presents a study about the dispersion parameters (time and shear) in the viscosity and electrical conductivity of epoxy composites; carried out to optimize the dispersion of large lateral size reduced graphene oxide materials (high aspect ratio); in which is possible obtain high electrical conductivity at low loads. Besides it has been monitored the electrical conductivity during the polymerization time, to investigate the effect in the final behaviour of the composite. Last but not least, electrical conductivity of TPU-GRM composites has been studied; showing a non-coherent behaviour according to the Universal Power Law (UPL) and high sensitivity to temperature and relative humidity. It has been observed a linear correlation between the fit values obtained from UPL.