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Cydsa División QuímicaPolicyd, S. A de C. V.
Nanotecnología en los Compuestos de PVC
Mayo 28, 2010
M.C. Luis HinojosaIng. de Desarrollo TecnológicoGerencia de Tecnologías
Ing. Martín RomeroGerente de Servicio TécnicoGerencia Comercial Nacional
Cydsa División QuímicaPolicyd, S. A de C. V.
Compendio
• Nanocompuestos de PVC plastificado
• Nanoarcillas
• Proceso de exfoliación
• Propiedades mecánicas
• Efecto del plastificante
• Degradación térmica
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Nanotecnología
Cargas convencionales(tamaño microscópico)
2 m
Cargas nanoscópicas
100 nm
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Montmorillonita
Fuente: The University of British Columbia
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Montmorillonita Modificada
Montmorillonita Sodio, espacio de 1.17 nm
= Sodio
Montmorillonita modificada con , espacio de 1.85 nm
=
CH2CH2OH |CH3 – N+– T | CH2CH2OH
donde T es “Tallow” (~65% C18; ~30% C16; ~5% C14)
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Exfoliación
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Intercalación
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Compuestos
Compuesto Convencional
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Compuestos
Nanocompuesto
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Propiedades de barrera
Nanocompuesto
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Medio de Exfoliación
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Preparación de Nanocompuesto
Polimerización in situ Fusión
Ingredientes
Nanocompuesto (sólo polímero y nanocarga)
Reactor
Ingredientes
Nanocompuesto
Mezclador
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Propiedades Mecánicas
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Tipo de Propiedades
• Módulo de Elasticidad
• Tracción
• Máxima Elongación
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Tratamiento en la Superficie de la Arcilla
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Modificación de la Nanoarcilla
Fuente: Southern Clay Products, Inc.
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Naturaleza de la Organoarcilla
Arcilla Tratamiento de la SuperficieCloisite® Na+ NingunoCloisite® 30B metil, graso, bis-2-hidroxietilCloisite® 10A dimetil, benzyl, graso hidrogenadoCloisite® 93A metil, di-graso hidrogenado, hidrógenoCloisite® 25A dimetil, graso hidrogenado, 2 etilhexilCloisite® 15A dimetil di-graso hidrogenado
Acidez del tratamiento:
Cloisite® 10A > 15A > 25A > 93A > 30B
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Tratamiento en Propiedades Mecánicas
Módulo Rel Tracción Rel Máx Elong Rel0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
CNa+ (2.4 vol%)
C30B (1.6 vol%)
C93A (1.6 vol%)
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Compatibilidad del Tratamiento
PVC = Polímero Polar
Polaridad del tratamiento:
Cloisite® Na+ > 30B > 93A
Arcilla Espacio entre platosCNa+ 1.17 nmC30B 1.85 nmC93A 2.40 nm
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Compatibilidad del Tratamiento
Espaciado
Polaridad
CNa+ C30B C93A
Par
ámet
ro
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Tipos de Mezclado
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Mezclado A PlastificanteEstabilizadorNanoarcilla
10 min
PVC3 min
10 min
Nanocompuesto
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1 min
Mezclado B PlastificanteEstabilizador
PVC
10 min
Nanocompuesto
Nanoarcilla 3 min
10 min
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Mezclado C PlastificanteEstabilizadorPVC 3 min
3
Nanocompuesto
Nanoarcilla7 min
min+ 7
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Mezclado en Propiedades Mecánicas
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Mezclado A
Mezclado B
Mezclado C
Módulo Rel Tracción Rel Máx Elong Rel
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Tipo de Plastificante
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Plastificantes Estudiados
• Ftalatos:
– Butil Bencil Ftalato (BBP)
– C7–C9 Alquil Bencil Ftalato (ABP)
– Di-2-Etilhexil Ftalato (DOP)
• Fosfatos:
– 2-Etilhexil Difenil Fosfato (ODPP)
– Isodecil Difenil Fosfato (IDDP)
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Cantidad de Plastificante
30 phr 65 phr 100 phr
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Tipo de Plastificante
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
BBP ABP DOP ODPP IDDP
Mód
ulo
Rel
ativ
o
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Regla de las Mezclas
fm
fm
m
c VE
EV
E
E
E = Módulo de ElasticidadV = Fracción Volumen
Subíndices:c = compuestof = “filler” (carga)m = matriz (PVC)
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Nanocompuesto Uniforme
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Nanocompuesto NO Uniforme
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Nanocompuesto NO Uniforme
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Nanocompuesto NO Uniforme
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Eficiencia del Refuerzo
maxE
Ec
= Factor de EficienciaEc = Módulo de Elasticidad del NanocompuestoEmax = Módulo de Elasticidad Predicho por la RDM
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Eficiencia de Plastificante
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
BBP ABP DOP ODPP IDDP
Módulo Relativo10
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Compatibilidad del Plastificante
M
11000
= Parámetro de Actividad = Parámetro de Interacción de Flory-HugginsM = Peso Molecular del Plastificante
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Actividad vs Eficiencia
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Eficiencia
Act
ivid
ad
BBP
DOP
IDDPABP
ODPP
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Propiedades Térmicas
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Cinética de Degradación
)(kf
dt
d
fWW
WW
0
0RT
E
Aek
= Grado de conversiónk = Constante cinética de Arrheniust = tiempo
W = Peso de la muestra = Factor de ArrheniusE = Energía de ActivaciónR = Constante de los gases idealesT = Temperatura
nf )1()(
n = orden de reacción
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Parámetros Cinéticos
• Método de Friedman
• Método Alterno (B)
• Regresión Multilineal
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Método de Friedman
)1ln(ln)(ln nAAf
RT
EfA
dt
d
lnlnln
• Se requieren al menos 3 diferentes velocidades de calentamiento
• Sólo se usa un número limitado de
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Método B
RT
EAdt
d
n
ln
1ln
• Se requiere sólo una velocidad de calentamiento
• Se usan todos los valores de en el rango de 0.01 a
0.99
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Regresión Multilineal
)1ln(lnln
nRT
EA
dt
d
• Método directo• Se requieren herramientas (como software) que permitan
regresión multilineal sobre muchos puntos
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Cálculo de con Parámetros
ki
iiii
RT
En
iRT
E
k TTee
dtdT
Aii
11111
21
mi
iiii
RT
En
iRT
E
TTee
dtdT
Aii
11111
2
1
Normalización de A:
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Comparación de Métodos
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Aplicación de Parámetros
00
1
1
0
111W
W
W
WntAe
W
W ffn
RT
E
1
11
1
0
0
nAe
WW
WW
tRT
E
n
f
Cálculo de tiempo:
Cálculo de peso:
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Gráficas de masa y tiempo
0 phr estabilizador
3 phr estabilizador
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Gráficas de masa y tiempo
ABP
DOP
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Generalidades de Nanocompuestos
Ventajas:
Buena transparencia
Mejora propiedades de barrera
Reducción del encogimiento
Incremento de rigidez
Mejora resistencia a la flama
Mayor temperatura de deflexión al calor
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• Buena transparencia• Mejora propiedades de barrera
Farmacéutica y empaque de alimentos.
Película para empaque de medicamento.
Película flexible para alimentos.
Aplicaciones
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Agricultura.
• Buena transparencia• Mejora propiedades de barrera
Invernaderos en climas de baja temperatura.
Secado rápido de tabaco.
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• Incremento de rigidez• Mayor temperatura de deflexión al calor
Tubería y conexiones.
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“Como no sabían que era imposible lo hicieron”
Anónimo
“No existen las ciencias aplicadas sino las aplicaciones de la ciencia”
Anonimo