Dispersión de arcillas orgánicas en nanocompuestos de polipropileno mediante el método de solución asistida por ultrasonidos

Dispersion of Organoclays in Polypropylene Nanocomposites by Ultrasound-assisted Solution Method

Se prepararon nanocompuestos de polipropileno PP/OMMT utilizando dos arcillas orgánicas modificadas (C-15A e I-44P) y (PP-g-MA) como compatibilizante en el método de disolución mediante un baño de ultrasonidos. El objetivo de este estudio era conocer la morfología de los nanocompuestos y el grado de dispersión de la arcilla en la matriz de polipropileno, que luego se correlacionan con las propiedades finales. La morfología de los nanocompuestos se evaluó mediante difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Las propiedades mecánicas dinámicas y las propiedades térmicas se midieron mediante Análisis Mecánico Dinámico (AMD) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Se realizaron análisis estadísticos de las imágenes de transmisión para obtener la relación de aspecto (longitud/espesor) de las partículas de arcilla.

INTRODUCCIÓN

El polipropileno (PP) es uno de los polímeros más utilizados en la industria debido a su gran versatilidad en términos de procesamiento, alta resistencia química, bajo coste y reciclabilidad[1]. Sin embargo, para determinadas aplicaciones, es necesario mejorar propiedades como la estabilidad dimensional, la resistencia al impacto y la rigidez. Para lograr estas mejoras, se ha recurrido a la adición de cargas minerales a nivel nanométrico[2].

Entre las nanocargas más utilizadas para obtener nanocomposites, la montmorillonita (MMT) ha destacado por su estructura y elevada relación de aspecto[3,4]. Sin embargo, la dispersión de nanocargas en poliolefinas no se ve favorecida termodinámicamente debido a la baja afinidad química entre la MMT (carga inorgánica polar) y el PP (matriz orgánica apolar). Para promover una mejor compatibilidad, es necesario modificar químicamente la MMT para hacerla organófila (OMMT)[5]. Este proceso se lleva a cabo mediante el intercambio de los cationes presentes en las galerías de arcilla por sales de amonio cuaternario[6]. 

El uso de agentes compatibilizantes es otra forma de mejorar la adhesión interfacial entre el relleno y la matriz. El polipropileno injertado con anhídrido maleico es uno de los agentes más utilizados para este propósito[1]. Otro factor decisivo es el proceso utilizado para obtener los nanocomposites, ya que influirá en el grado de dispersión de las láminas minerales de arcilla en la matriz[8]. 

Uno de los métodos más utilizados para la obtención de nanocomposites de PP es la intercalación por fusión, en el cual la arcilla se mezcla con el polímero en estado fundido. Sin embargo, este método a menudo no logra una dispersión a escala nanométrica.