Efecto de ultrasonicación de alta potencia en las propiedades de un nanocomposite de matriz epoxi reforzado con sílice

Abstract

En la actualidad son muchas las investigaciones realizadas para el desarrollo de nanocomposites de matriz polimérica. Esto se debe a que los refuerzos de escala nanométrica presentan grandes ventajas con respecto a los refuerzos de escalas superiores. Sin embargo, presentan un problema, su difícil dispersión. Los refuerzos de escala nanométrica tienden a formar de agregados o aglomerados denominados clusters, los cuales limitan los beneficios del refuerzo en la matriz. Tras muchas investigaciones se ha confirmado que uno de los procedimientos más efectivos para dispersar los nanorefuerzos en la matriz es la ultrasonicación de alta potencia. Mediante cavitación ultrasónica se rompen los clusters de nanopartículas consiguiendo una dispersión homogénea y por tanto optimizando la interacción matriz/refuerzo. El problema de la dispersión por sonicación de alta potencia es la posible degradación de la matriz a causa de la energía absorbida por la misma durante la cavitación. En este trabajo se ha empleado la técnica de ultrasonido de alta potencia de forma directa para dispersar nanopartículas de sílice en una resina epoxy basada en diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA). Se ha realizado un estudio sistemático variando el tiempo de ultrasonicación directa en la mezcla DGEBA/sílice. El efecto de los ultrasonidos se ha estudiado evaluando posteriormente el calor de la reacción de curado con m-xilendiamina (MXDA) por calorimetría diferencial de barrido, el valor de la temperatura de transición vítrea, Tg, de la resina curada y la viscosidad de la mezcla DGEBA/sílice. De este modo se presenta un estudio de cómo los ultrasonidos afectan tanto a la matriz sin nanopartículas como al nanocompuesto.

Currently there are many investigations for the development of polymer matrix nanocomposites. This is because the nano-scale reinforcements have great advantages over larger scales reinforcements. However, they have a problem, its difficult dispersion. Nanoscale reinforcements tend to form aggregates or agglomerates called clusters, which limit the benefits of the reinforcement in the matrix. After much research it’s confirmed that one of the most effective procedures for nanoreinforcement disperse in the matrix is high power ultrasonication. By ultrasonic cavitation nanoparticle clusters break obtaining a homogeneous dispersion and therefore optimizing the matrix / reinforcement interaction. The problem of the dispersion by high power ultrasonication is that the matrix could be degraded because of the energy absorbed during cavitation. In this paper we have used the technique of high-power ultrasound directly for disperse silica nanoparticles in an epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA). We performed a systematic study time varying direct ultrasonication in DGEBA / silica mixture. The effect of ultrasound has been studied by evaluating the subsequent heat curing reaction with m-xylene diamine (MXDA) by differential scanning calorimetry, the value of glass transition temperature, Tg, of the cured resin and the viscosity of the DGEBA mixture / silica. Thus a study of how the ultrasound affect both the nanoparticles and the matrix without nanocomposite is presented.