al polímero. Entre estas condiciones destacan:
- La temperatura del proceso, ya que la estabilidad del colorante está en función de la temperatura a la que se le somete y el tiempo de exposición. - Fuerzas de cizalla elevadas, que igualmente pueden tener un efecto
negativo sobre la estabilidad térmica de la sustancia colorante.
Con respecto a la incorporación de la sustancia colorante en el polímero, existen muchos métodos y técnicas disponibles, como por ejemplo los mezcladores continuos y discontinuos, extrusoras de tornillo simple o doble, amasadoras, molinos, etc.
No obstante, el objetivo final de los procesos de mezclado es obtener una buena dispersión del pigmento a lo largo de toda la matriz polimérica. Dispersar implica separar las partículas de pigmento (no tiene sentido incluir a los colorantes, ya que éstos se disuelven en la matriz polimérica y por lo tanto no presentan problemas de dispersión); es decir romper los agregados y aglomerados que se forman, aislar las partículas y rodear completamente su superficie con un medio, que en este caso sería el polímero. Sin embargo, llegar hasta este estado resulta muy poco frecuente. El factor clave en la dispersión de pigmentos es la fuerza de cizalla. Si la fuerza de cizalla no es lo suficientemente elevada para romper los aglomerados y cubrir las partículas del pigmento con el polímero, independientemente del tiempo que se aplique, nunca se conseguirá la separación de las partículas. Si por el contrario la energía de cizalla es demasiado elevada, puede llegar a degradar al pigmento o al polímero, lo cual desemboca en cambios de color, opacidad del material, etc. Por lo tanto, aplicar una fuerza de cizalla demasiado elevada o pequeña repercute negativamente sobre el sistema global. Una alternativa es aplicar tratamientos de superficie a los pigmentos (orgánicos e inorgánicos) para mejorar su dispersabilidad [Charvat 2004].
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2.5.- Fundamentos de Nanomateriales
Los nanomateriales pueden definirse como aquellos cuya longitud característica está en el rango de los nanometros (entre 1 y varios cientos de nanometros). En estas dimensiones, las propiedades del material son totalmente distintas de las propiedades de las moléculas o átomos individuales y de los materiales continuos. El estudio de los materiales a esta escala ha sido reconocido como una nueva área científica, y recibe el nombre de Nanociencia. No obstante, el término Nanotecnología, que llega a ser incluso más popular que Nanociencia, se refiere a la capacidad para construir dispositivos basados en el control de objetos de dimensiones nanométricas para aplicaciones tecnológicas concretas [Liz- Marzan 2003].
2.5.1.- Polímeros Nanocompuestos
Un polímero nanocompuesto se define como la combinación de una matriz polimérica y aditivos que tienen al menos una dimensión en la escala de los nanómetros [Mai 2006]; es decir, es un material con dos fases en el que un nanorefuerzo se dispersa en una matriz polimérica. Dependiendo del número de dimensiones no nanométricas de las partículas añadidas, los materiales nanocompuestos se clasifican en [AIMPLAS 2003]:
- Nano-0D: nanopartículas isodimensionales (esferas de sílice preparadas in situ por cristalización sol-gel).
- Nano-1D: dos dimensiones nanométricas y una dimensión mayor, con estructuras largas (nanotubos o nanofibras).
- Nano-2D: una dimensión nanométrica, dando lugar a estructuras laminares (nanoarcillas).
- Nano-3D: policristales, materiales nanoestructurados, sólidos nanorganizados. En la figura II.2.16 se tiene una representación esquemática la forma que tendría cada uno de estos tipos de nanorefuerzos.
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Figura II.2.16.- Tipos de nanopartículas de refuerzo [Ajayan 2003].
Recientemente los polímeros nanocompuestos han cobrado una gran importancia debido a la conjunción de dos tesituras. Por un lado, porque se ha alcanzado el límite de optimización de las propiedades de los materiales compuestos tradicionales (hechos con partículas de refuerzo del orden de las micras), ya que al mejorar algunas propiedades se pone en compromiso otras. Por otro lado, con una pequeña cantidad de los nanorefuerzos (0.5-5%) pueden incrementarse muchas de las propiedades de los polímeros, tales como resistencia mecánica, rigidez, resistencia térmica, resistencia a la radicación UV, o disminuir otras como absorción de agua, permeabilidad de gases [AIMPLAS 2003]. Todo ello ha contribuido enormemente al impulso de la investigación en este campo. Además de esto, también pueden destacarse otras ventajas derivadas de su pequeño tamaño, como es el hecho de que no producen difusión de la luz (scattering), con lo cual pueden modificarse las propiedades del material compuesto sin influir sobre su claridad o transparencia; tampoco crean zonas de concentración de tensiones por lo que no se afecta a la ductilidad del polímero [Ajayan 2003]; y dan lugar a grandes áreas de interfases en el material compuesto, la cual controla el grado de interacción entre el refuerzo y el polímero y, por lo tanto, las propiedades [Ajayan 2003]. El gran reto en el desarrollo de los nanocomposites poliméricos es aprender a controlar la interfase, siendo ésta la región que abarca desde el punto en que las propiedades de la partícula son distintas a las del material continuo, y acaba en el punto en que las propiedades de la matriz son las mismas que las del polímero. En este sentido, para poder implementar las novedosas propiedades de estos nanocomposites, resultan críticos los métodos de procesado que controlan la distribución del tamaño de partícula, la dispersión y las interacciones en la interfase.
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