Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) 91

El efecto de la carga en las temperaturas de fusión (Tm) y cristalización (Tc) de los compósitos fue estudiado por DSC. En este punto son presentadas las curvas térmicas de fusión (Tm) y cristalización (Tc), para ello se graficó el flujo de calor vs temperatura.

Por otro lado, un aumento o decremento en la conductividad térmica de los compósitos podría estar asociado a la cristalinidad del material la cual puede ser afectada por la adición del GN. Las partículas de refuerzo pueden actuar como agentes de nucleación cuando son incorporadas a una resina polimérica, sin embargo dependiendo de su tamaño y geometría, en ocasiones las partículas de relleno impiden el reacomodo de las cadenas poliméricas durante el proceso de cristalización provocando una disminución en la cristalinidad del material [72]. El proceso de conducción térmica ocurre con mayor facilidad en materiales con estructuras ordenadas ya que estos son susceptibles de formar caminos de conducción térmica, razón por la cual los polímeros cristalinos transfieren mejor el calor que los amorfos [70]. Debido a lo recién mencionado, es importante determinar el grado de cristalinidad de los compósitos para establecer si la presencia de la carga modifica en cierta medida la cristalinidad del material [69-72]. En este caso, el grado de cristalinidad de los compósitos HDPE-GN fue estudiada por DSC.

En la Figura 34 son presentados los termogramas con las transiciones de fusión y cristalización de los compósitos HDPE/GN. Un aumento considerable (~10 °C) en el punto de fusión es atribuido a un aumento en el tamaño de los cristales del HDPE [217,

92 218], sin embargo se aprecia que la carga no tiene un efecto significativo en las temperaturas de fusión de los compósitos ya que la variación es menor o igual a 1.02 °C (Figura 34 A) aunque, como se verá en la Tabla 15, la carga si afecta en cierta medida la cristalinidad de lo compósitos HDPE-GN. En cuanto a la temperatura de cristalización, la carga tampoco tuvo un efecto considerable en los compósitos ya que la variación de temperatura fue igual o menor a 1.17 °C (Figura 34 B). Generalmente las partículas de refuerzo actúan como agentes de nucleación, sin embargo debido a que el HDPE carece de grupos funcionales posicionados a lo largo de las cadenas poliméricas, este presenta bajo efecto estérico y muestra una rápida velocidad de cristalización ya que las cadenas hidrocarbonadas no se ven impedidas en su reacomodo durante el proceso de cristalización, de tal manera que la carga parece no afectar significativamente la velocidad de cristalización de los compósitos.

Figura 34. Termogramas de fusión (A) y cristalización (B) obtenidos por DSC para los compósitos HDPE/GN.

Los termogramas con las transiciones de fusión y cristalización para los compósitos HDPE/GN 100W-5min son presentados en la Figura 35. Un comportamiento similar a los compósitos HDPE/GN es observado. En este caso, la carga tampoco tuvo un efecto significativo en las temperaturas de fusión de los compósitos ya que la variación medida es menor o igual a 1.1 °C (Figura 35 A). La temperatura de cristalización en los compósitos fue apenas modificada por la presencia de la carga, la variación de temperatura entre estos compósitos es menor o igual a 1.0 °C (Figura 35 B). Como ya se mencionó, la explicación de la similitud en las temperaturas de fusión y cristalización de los compósitos sin importar el nivel de concentración de la carga es atribuida a la rápida

93 velocidad de cristalización del HDPE.

Figura 35. Termogramas de fusión (A) y cristalización (B) obtenidos por DSC para los compósitos HDPE/GN 100W-5min.

Las transiciones de fusión y cristalización para los compósitos HDPE/GN 100W-60min resultaron bastante parecidas entre sí. En la Figura 36 A se presentan las curvas de fusión (Tm) de los compósitos a diferentes niveles de carga, al igual que en los casos anteriores en estas también se observa gran similitud en las temperaturas de fusión con apenas una variación menor o igual a 0.92 °C. Las curvas de cristalización (Tc) para estos mismos compósitos son presentadas en la Figura 36 B, en ellas la variación es menor o igual a 1.35 °C.

Figura 36. Termogramas de fusión (A) y cristalización (B) obtenidos por DSC para los compósitos HDPE/GN 100W-60min.

La cristalinidad de los compósitos fue determinada según la siguiente ecuación [219]:

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%C= (ΔHm / ΔH°m)*100

Donde %C, ΔHm, ΔH°m son porciento de cristalinidad, entalpía de fusión de la muestra y entalpía de fusión teórica para un HDPE 100% cristalino (288 J/g) [220], respectivamente. En la siguiente tabla son presentados los % de cristalinidad para cada uno de los compósitos HDPE-GN.

Tabla 13. Cristalinidad (%C) de los compósitos HDPE-GN considerando que ΔH°m(HDPE)= 288 J/g.

Material Entalpía de fusión %C

HDPE 202.5 70.3

HDPE/GN 1% 185.1 64.3

HDPE/GN 3% 194.1 67.4

HDPE/GN 8% 186.8 64.9

HDPE/GN 15% 174.6 60.6

HDPE/GN 100W-5min 1% 181.1 62.9

HDPE/GN 100W-5min 3% 192.3 66.8

HDPE/GN 100W-5min 8% 184.7 64.1

HDPE/GN 100W-5min 15% 179.4 62.3

HDPE/GN 100W-60min 1% 195.7 68.0

HDPE/GN 100W-60min 3% 181.0 62.8

HDPE/GN 100W-60min 8% 178.4 61.9

HDPE/GN 100W-60min 15% 174.8 60.7

Los resultados mostrados en la Tabla 13 muestran que, mientras el HDPE presenta un grado de cristalinidad de 70.3 % los compósitos presentan valores que oscilan entre 60.6%

- 68%. Esta diferencia en el grado de cristalinidad parecería ser considerable, sin embargo como se verá más adelante, el modelo de Agari predice que dicha diferencia no contribuye en la conductividad térmica de los compósitos ya que el parámetro C1 asociado a la cristalinidad del material en todos los casos es igual a ~1, es decir la mejora en la conductividad térmica de los compósitos será atribuida principalmente a la formación de caminos de conducción térmica.