Nanocompuestos derivados de dispersión acuosa de poliuretano y arcilla: Influencia de la arcilla en la morfología y las propiedades mecánicas

Nanocomposites derived from polyurethane aqueous dispersion and clay: Influence of the clay on the morphology and mechanical properties

Se sintetizó poliuretano al agua (PUD) utilizando poli(propilenglicol) (PPG) como segmento blando. El segmento duro se formó extendiendo diisocianato de isoforona (IPDI) con hidracina (HZ) produciendo poli(uretano-urea). El PUD se reforzó con Na+-montmorillonita (Na+-MMT) para producir nanocompuestos (CPUDs) con 1, 3 y 5% de arcilla. Se utilizó agua como agente hinchante para ensanchar el espacio basal de las capas de silicato sin ningún tratamiento químico. Según las curvas de DRX, los nanocompuestos mostraron intercalación del polímero con respecto a la arcilla, mientras que los resultados de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) mostraron que en la película producida había cierto grado de exfoliación de la arcilla. La exfoliación incompleta de la arcilla demostró que se había producido un proceso de reagregación de los nanocomponentes (originalmente delaminados en la dispersión acuosa) durante la formación de la película. El grado de enlace de hidrógeno, evaluado mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), se utilizó para investigar el efecto de la arcilla en la separación microfásica del poliuretano e indicó que la presencia de las partículas de arcilla modificaba la estructura de los dominios de fase del polímero. El PUD mostró valores de resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura de unos 30 MPa y 1400%, respectivamente. La incorporación de un 1 % en peso de MMT mejoró en un 230 y un 20 % el módulo y la resistencia del polímero, respectivamente, mientras que mantuvo casi inalterado el alargamiento a la rotura.

INTRODUCCIÓN

Los poliuretanos segmentados (PUs) son ampliamente utilizados en una variedad de aplicaciones debido a su estructura química, que generalmente consta de segmentos «flexibles» y «rígidos». Esta estructura da lugar a una segregación de microfases, causada por la incompatibilidad entre los segmentos, lo que influye en las propiedades térmicas y mecánicas de los poliuretanos.

En la década de 1990 y a principios del milenio, surgió una preocupación creciente por el medio ambiente, lo que llevó al desarrollo de sistemas que no contengan compuestos orgánicos volátiles (COV). En el caso de los poliuretanos acuosos, estos se obtienen dispersando el poliuretano en agua con la ayuda de un emulsionante externo o incorporando grupos promotores de emulsificación en la cadena de poliuretano. Esta última técnica produce películas con propiedades específicas. Los grupos emulsionantes pueden ser segmentos de poliéter o grupos iónicos. Los poliuretanos dispersos en agua que contienen grupos iónicos se denominan ionómeros, y el proceso para obtenerlos se conoce como proceso de prepolímero.