VII. RESULTADOS Y SU DISCUSIÓN
7.2 Película envejecida
7.2.3 Espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR-ATR)
En la Figura 33 se muestran los espectros FTIR que corresponden a las películas con nanoestructuras de carbono al 0.05% en peso, a 288 horas de envejecimiento acelerado, frente al espectro FTIR de la película de referencia (LDPE/LLDPE) no envejecida. Tanto los espectros de la película de referencia, como las películas envejecidas, muestran las bandas típicas de los polietilenos en 2848 y 2915 Cm-1 que corresponden a las vibraciones de los grupos CH2 que constituyen las cadenas del polímero base, del mismo modo se observan las bandas en 1460 y 718 Cm-1 aproximadamente, correspondientes a los modos de deformación y estiramiento de los grupos CH2. (89)
Para todos los tipos de película con nanoestructuras de carbono en la Figura 33 (2, 3 y 4), se observa una banda con pico máximo en la región de 1715 Cm-1 aproximadamente, la cual corresponde al grupo carbonilo (C=O), también se puede apreciar la formación de una banda ancha de baja intensidad entre la región de 3736 y 3117 Cm-1 aproximadamente, esta banda corresponde a grupos hidroxilos (OH). (91)
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Figura 33. Espectros FTIR de películas con: 1) Blanco, 2) MWCNT, 3) grafeno, 4) CB, al 0.05% en peso
La banda correspondiente a los grupos carbonilos se observó a partir de las 96 horas de radiación UV en los tres tipos de películas, una vez cumplidas las 288 horas en cámara de envejecimiento acelerado, se observó una mayor intensidad en dicha banda, cabe señalar que estas películas fallaron en los ensayos de tracción mecánica en este último tiempo.
A continuación, en la Figura 34 se presentan los espectros FTIR de las películas con nanoestructuras de carbono al 0.5% en peso, correspondientes a 288 horas de envejecimiento artificial. Para las películas con grafeno y CB de la Figura 34 (3 y 4, respectivamente), tambien se observó la banda correspondiente a grupos carbonilos en 1716 Cm-1 aproximadamente, los que están asociados a procesos de foto-oxidación, que a su vez tienen efectos negativos en las propiedades mecánicas de las películas. (92)
En el espectro FTIR de la Figura 34 (2), se presenta una banda de baja intensidad en la región de 1595 Cm-1 aproximadamente, que también corresponde al grupo
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carbonilo, y una banda ancha que corresponde a grupos OH en la región comprendida entre 3730-3120 cm-1 aproximadamente. En la caracterización mecánica de las películas envejecidas, se pudo observar la disminución de la elongación a la ruptura de las mismas, usualmente se relaciona ésta disminución con el aumento en la concentración de grupos carbonilos; sin embargo, muchos investigadores son cautelosos al hacer una relación directa entre estos cambios. (64), (93), (94)
Figura 34. Espectros FTIR de películas con: 1) Blanco, 2) MWCNT, 3) grafeno, 4) CB, al 0.5% en peso
Conforme aumentó el contenido de las diferentes estructuras de carbono en las películas, se pudo observar una mejor retención de propiedades en términos mecánicos, no obstante, la formación de grupos hidroxilos y carbonilos asociados a la foto- degradación de materiales expuestos a la radiación UV, también estuvieron presentes en estas formulaciones como se muestra en la Figura 35, donde se presentan los espectros FTIR de las películas con nanoestructuras de carbono al 2% en peso, correspondientes a las 480 horas de envejecimiento.
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Figura 35. Espectros FTIR de películas con: 1) Blanco, 2) MWCNT, 3) grafeno, 4) CB, al 2% en peso
En los espectros FTIR de la Figura 35 (2, 3 y 4), se pueden observar las siguientes bandas; en 1718 y 1600 Cm-1 aproximadamente, que corresponde a grupos carbonilos, además es de notar que para las películas con grafeno y CB (Figura 35, 3 y 4, respectivamente), tienen mayor intensidad con respecto a la película con MWCNT (Figura 35, 1), y en 3730-3120 Cm-1 aproximadamente, se presenta la banda asignada a los grupos OH. El ensanchamiento de la banda de absorción IR del grupo carbonilo se debe a la formación simultánea de diferentes productos de foto-oxidación tales como cetonas, ésteres y anhídridos, los cuales se resumen en la Tabla 7. (95), (96)
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Tabla 7. Región de absorción de los grupos carbonilo en el espectro IR (91) Grupo Carbonilo Estructura Región de absorción Cm-1
Ácidos Carboxílicos 1720-1700
Ésteres 1750-1715
Cetonas 1750-1540
Aldehídos 1740-1720
La formación de estos grupos en particular (carbonilos), son el resultado de reacciones entre radicales libres (producidos por la radiación UV) y el oxígeno presente en el aire del medio que logra permear al polímero en su región amorfa. (97) Teóricamente los PE deberían ser estables frente a los procesos foto-oxidativos, debido a su estructura y composición química ([𝐶𝐻2 − 𝐶𝐻2]𝑛). Sin embargo, estos procesos pueden verse favorecidos por factores internos o externos, como residuos de catalizadores utilizados en la síntesis de los PE o de las nanoestructuras de carbono, que pueden impartirle foto- sensibilidad a las películas. (98)
Los grupos carbonílicos presentes en los diferentes espectros FTIR correspondientes a las películas envejecidas se pueden identificar de la siguiente manera:
las bandas en 1715 Cm-1 (C=O), junto con las bandas entre 3730-3120 Cm-1 (OH), corresponden a la presencia de ácidos carboxílicos, mientras que el pico en 1735 Cm-1 corresponde a esteres, y los picos en 1720 y 1600 Cm-1 corresponden a cetonas y cetonas insaturadas, respectivamente como se muestra en la Figura 36, la formación de estos
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compuestos carbonílicos, es el producto de la descomposición térmica y foto inducida que se ve claramente dominada por procesos de rupturas de cadenas como se mostró en el esquema de la Figura 12 de la sección 2. (21)
Figura 36. Formación de compuestos carbonílicos en la región entre 1800-1540 Cm-1
En la Figura 36 se presentan los posibles compuestos carbonílicos presentes en las películas foto-degradadas, estos espectros corresponden a la película con grafeno al 0.05% en peso a diferentes tiempos de envejecimiento, se seleccionó este espectro debido a que el comportamiento en el resto de películas es muy similar con diferencia en el área de la banda, la cual se cuantifica con el índice de carbonilos en la Figura 37.