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Diseño de matrices epoxi microestructuradas con nanopartículas conductoras

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Publication date
2023-03
Defense date
2023-03-30
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La presente tesis doctoral trata del diseño y estudio de la microestructura obtenida por separación de fases inducida por reacción de nanocompuestos de matriz epoxi. Para ello se utiliza una resina bicomponente, una epoxi bifuncional (DGEBA) y un poliaminopropilmetilsiloxano (PAMS) como agente endurecedor. Al sistema epoxídico se le adiciona un polímero termoplástico en bajas proporciones, polimetacrilato de metilo (PMMA) o polisulfona (PSU), así como diferentes nanopartículas conductoras: grafeno, nanotubos de carbono y MXenos. El sistema base, DGEBA/PAMS, es inicialmente inmiscible, presentando una separación de fases inicial donde a medida que transcurre el proceso de curado se obtiene un sistema monofásico de termoestable completamente homogéneo. La adición de un tercer componente, PMMA o PSU, en pequeñas cantidades a la mezcla inicial, impide la homogenización del sistema tras el proceso de curado, obteniéndose una morfología heterogénea separada en fases. Como resultado, se obtienen poliedros de termoestables rodeados por una fase continua del polímero termoplástico. La morfología final depende de diversos parámetros y condiciones de reacción, como tiempo y temperatura de curado, cantidad del polímero termoplástico, entre otros. La presencia de una superficie microestructurada homogénea en la escala nanométrica puede ser utilizada como un sistema de protección pasivo en superficies antihielo. Además, un diseño topográfico microestructurado, junto a la presencia de ciertas nanopartículas, ayuda a retrasar el proceso de formación de un biofilm, presentándose como una estrategia novedosa en la obtención de materiales con propiedades antibacterianas. La adición de nanopartículas conductoras aumenta la conductividad eléctrica de los nanocomposites epoxídicos. La localización selectiva de las nanopartículas ya bien sea por todo el material, en la fase rica en termoestable o en la fase continua de polímero termoplástico, determina la cantidad necesaria de éstas para conseguir la percolación y un aumento de la conductividad eléctrica. En este trabajo se estudió cómo afecta a la morfología y a las propiedades mecánicas, eléctricas y funcionales, así como a las aplicaciones potenciales, la adición de nanopartículas conductoras a estos nanocompuestos microestructurados.
The aim of this doctoral tesis has been the seding and study of the microstruture obtained by reaction induced phase separation of epoxy matrix nanocomposites. For this purpose, a two component resin is used: a bifunctional epoxy (DGEBA) and a polyaminopropylmethylsyloxane (PAMS) as a hardening agent. A thermoplastic Polymer is added to the epoxy system in low proportions, polymrthyl methacrylate (PMMA) or polysulfone (PSU), as well as different conductive nanoparticles: Graphene, carbon nanotubes and MXenes. The base system, DGEBA/PAMS, is initially inmiscible, presenting an initial hace separation where, as curing process takes place, a completely homogeneous single phase thermosetting system is obteined. The addition of a third component, PMMA or PSU, in small amounts to the initial mixture, prevents the homogenization of the system after the curing process, obtaining a heterogeneous phase-separated morphology. As a result, polyhedra of thermosets surrounded by a continuous phase of the thermoplastic polymer are obtained. The final morphology depends on various reaction parameters and condiitons, such as curing time and temperatura, amount of thermoplastic polymer, etc. The presence of a homogeneous microstructured surface on the nanometer scale can be used as a passive protection system on anti-icing surfaces. A microstructured topographic desing together with the presence of some nanoparticles, can also help delay the biofilm formations process, presenting itself as a novel strategy in obtaining materials with antibacterial properties. The addition of conductive nanoparticles increases the electrical conductivity of epoxy nanocomposites. The selective localization of the nanoparticles, either throughout the material, in the phase rich in thermosetting or in the continuos phase of thermoplastic Polymer, determines the necessary amount of these to achieve percolation and an increase in electrical conductivity. This work includes the study of how the addition of conductive nanoparticles to these microestructured nanocmposites affects the morphology and the mechanical, electrical and functional properties, as well as the potential applications.
Description
Keywords
Nanocompuestos de matriz polimérica, Nanocompuestos epoxy, Polímeros termoplásticos, Ensayo de materiales, Resistencia de materiales
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