Efecto del contenido de segmentos rígidos en las propiedades piezorresistivas de poliuretanos segmentados modificados con nanotubos de carbono / Celín Lozano Pérez

Tesis (Maestría en Ciencias en Materiales Poliméricos) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2014.

En este trabajo se investigó el comportamiento piezorresistivo a tensión tanto ante carga monotónica como ante ciclos de carga-descarga de nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) y poliuretanos segmentados (SPUs) evaluando el efecto del contenido de segmentos rígidos (SR) de los SPUs y la concentración de MWCNTs. Para esto se prepararon películas delgadas de nanocompuestos MWCNT/SPU con concentraciones de MWCNTs de 0 por ciento,2 por ciento,4 por ciento Y 6 por ciento en peso (p/p) y SPUs con 15 por ciento, 30 por ciento Y 50 por ciento SR. Los espectros de infrarrojo y resonancia magnética nuclear de protón y carbono-13 de los SPUs sintetizados corroboraron la presencia de grupos uretano y el contenido de SR. La presencia de MWCNTs perturbó las interacciones por puente de hidrógeno entre los segmentos flexibles y rígidos. Los MWCNTs actuaron como centros de nucleación para bajo contenido de SR (15 por ciento SR) Y perturbaron la organización de las cadenas poliméricas para 30 por ciento y 50 por ciento SR. Los SPUs con 15 por ciento y 30 por ciento SR mostraron propiedades características de un elastómero, mientras que aquellos con 50 por ciento SR las de un termoplástico rígido. La incorporación de MWCNTs a los SPUs incrementó su rigidez pero redujo su deformación última y resistencia a tensión. Durante los ciclos de carga y descarga, el aumento en el contenido de SR incrementó la histéresis mecánica mientras que un aumento en la concentración de MWCNTs propició un ligero aumento sobre este parámetro. A la misma concentración de MWCNTs los nanocompuestos con 15 por ciento y 50 por ciento SR presentaron mayores conductividades eléctricas que aquellos con 30 por ciento SR. Independientemente del contenido de SR, los nanocompuestos con 4 por ciento y 6 por cientop/p MWCNT tuvieron conductividades eléctricas de 10-6 a 10-1 S/m. El comportamiento piezorresistivo a tensión de SPUs modificados con MWCNTs depende fuertemente del contenido de SR del polímero y la concentración de MWCNTs. Los nanocompuestos con 15 por ciento SR y 4 por cientop/p MWCNT mostraron la mayor sensibilidad piezorresistiva con cambios de hasta -5000 veces la resistencia eléctrica inicial del nanocompuesto. La respuesta piezorresistiva del primer ciclo de carga-descarga se comporta muy diferente al de ciclos subsecuentes, pero se vuelve reproducible con el incremento del número de ciclos. Después del primer ciclo, la histéresis piezorresistiva es cercana a cero en nanocompuestos con 15 por ciento y 50 por ciento SR. Además, el comportamiento piezorresistivo bajo cargas cíclicas en los nanocompuestos MWCNT/SPU es una función compleja del contenido de SR y la concentración de MWCNTs. Las grandes capacidades de deformación de estos materiales, su acoplamiento piezorresistivo, y la posibilidad de controlar estos de acuerdo al contenido de SR y concentración de MWCNTs, así como la reproducibilidad de su comportamiento ante carga cíclica los hace excelentes candidatos para sensores de alta deformación en aplicaciones como medicina, robótica y la industria textil.