Obtención y caracterización de un material compuesto en base a nanotubos de carbono funcionalizados y oligómeros de estireno con terminación hidroxilo

Abstract

The nanostructures materials are a preferment option to the high growth technological changes. The remarkable nanotubes and other carbon nanostructures properties, have been theoretically and experimentally tested. These nanostructures can be used as reinforcement materials in composites; the researches main challenge is the dispersion of these carbon materials in different matrices due to the intermolecular forces among them that lead to cluster formations. The aim of this research was the synthesis and characterization of a composite material from carbon nanotubes and styrene oligomers with hydroxyl end groups, to analyze their dispersion and mechanical and electrical properties. Pristine and functionalized carbon nanotubes, carbon nanobeads and polystyrene with hydroxyl end groups were synthesized; furthermore, magnetic fields were applied to the composites to promote their dispersion. The materials were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, FTIR, Raman spectroscopy and X ray diffraction. The carbon nanobeads structures demonstrated higher crystallinity than the carbon nanotubes. The Raman spectroscopy has demonstrated interaction between carbon nanostructures and polymers, a relation that changes their mechanical and electrical properties. The composites formed with functionalized carbon nanotubes (1.6 wt%) had the highest hardness value (91.16 HV), five times over the pristine polymer.

El uso de nanoestructuras en el desarrollo de nuevos materiales es una opción asequible a los grandes desarrollos tecnológicos de nuestra era. Los nanotubos y otras nanoestructuras de carbono han demostrado poseer propiedades físicas y químicas extraordinarias; algunas de sus características han sido desarrolladas teóricamente y otras ya han sido comprobadas experimentalmente. Se ha propuesto el uso de estas estructuras a través de la formación de materiales compuestos, en donde se puedan utilizar sus características y aprovechar también las de otros materiales. Uno de los principales desafíos al utilizar las nanoestructuras de carbono en compósitos es lograr una dispersión uniforme en el material que las recibe, ya que tienden a aglomerarse debido a las fuerzas intermoleculares que existen entre ellas. El objetivo de la presente investigación fue obtener y caracterizar un material compuesto en base a nanotubos de carbono funcionalizados y oligómeros de estireno con terminación hidroxilo para analizar su dispersión y las propiedades mecánicas y eléctricas del sistema. Para alcanzar las metas establecidas se obtuvieron nanotubos de carbono pristinos, funcionalizados y nanobeads de carbono; se sintetizó un polímero con terminación hidroxilo a través del uso de un agente de transferencia de cadena. Se dispersaron nanoestructuras de carbono en el polímero con y sin la aplicación de campos magnéticos durante la formación de los compósitos para promover su dispersión. Se utilizaron técnicas de microscopía electrónica, microscopía de transmisión, espectroscopía Raman, FTIR y también de difracción de rayos X para caracterizar los materiales. A través del uso de espectroscopía Raman y difracción de rayos X se demostró que las nanoestructuras denominadas nanobeads de carbono poseen una mayor cristalinidad que los nanotubos de carbono.