Estabilidad térmica y degradación de películas polipropileno-polietileno modulado por sílice nanométrica

Abstract

La presente tesis está relacionada con el estudio de las propiedades térmicas, mecánicas y fotooxidativas de películas cast de copolímero polipropileno-polietileno con nanopartículas de sílice. Las películas se fabricaron en una planta piloto, incorporando tres variaciones de nanosílice, una no recubierta y dos recubiertas respectivamente con los agentes de acoplamiento γ-metacriloxipropil-trimetoxisilano y dimetoxidifenil silano. Se revisó el efecto que tiene la humedad presente en la sílice sobre las propiedades del copolímero, empleando dos métodos de preparación: (1) incorporando las nanopartículas al copolímero tal como se recibieron, (2) sometiéndolas previamente a un proceso de secado controlado y manteniendo el resto de las condiciones de procesamiento iguales para ambos métodos. Se demostró que es posible conseguir una buena dispersión de nanosílice en la matriz polimérica siguiendo el método de mezclado sugerido, aunque la humedad inhibe la funcionalidad de los agentes de acoplamiento, reduce la distribución y afecta la estabilidad en el proceso de extrusión. Los beneficios de la nanosílice en el copolímero son una mayor estabilidad térmica y mecánica; aún con humedad, se incrementa la temperatura de cristalización y se retrasa la oxidación térmica, mientras las propiedades mecánicas permanecen estables. Adicionalmente, la película nanocompuesta se degrada 4 veces más rápido bajo fotooxidación. Este comportamiento puede ser una alternativa para mejorar la sostenibilidad ambiental de estos materiales sin afectar su desempeño.

This thesis is related to the study of thermal, photo-oxidative, and mechanical properties of cast films with nano-silica. The cast films were fabricated using a copolymer polypropylene–polyethylene in a pilot plant using three different types of nano-silica particles incorporated within the copolymer: an uncoated particle and two particles coated with different coupling agents (γ-methacryloxypropyl-trimethoxy silane and dimethoxydiphenil silane). The water effect over nanoparticles surface was elucidated using two processes: (a) the nanomaterial was incorporated as it was received and, (b) drying the nanoparticles before the incorporation. All other process conditions were the same for both methods. The results shown a good dispersion of nanocomposites following the proposed mixing method despite that water inhibits the performance of the coupling agents and restrains the distribution of the nano-silica in the polymeric matrix, furthermore, water affects film extrusion stability. The benefit of nano-silica in the copolymer is that improves thermic and mechanical properties, even moist particles increased the crystallization temperature and delayed thermal oxidation while mechanical properties remain at the same level. Additionally, it was probed that nano-silica compounded material degrades until 4 times faster in presence of UV radiation compared against material without additive. This behavior could be an alternative to improve environmental sustainability for these materials without affect its current performance.