Parte II: Formulación de recubrimientos

Análisis termogravimétrico (TGA)

La estabilidad térmica de las nanopartículas fue estudiada en un analizador termogravimétrico TA- Q500 de TA Instruments, el cual se programó para trabajar desde temperatura ambiente hasta 600°C con una velocidad de calentamiento de 10°C/min en atmosfera de nitrógeno (N2) y de 600- 800°C en atmosfera de oxígeno (O2) para favorecer el proceso de oxidación.

Espectroscopía de Raman

Para los estudios de Raman se utilizó un espectrómetro Micro Raman confocal Horiba Xplora. Las muestras no requirieron preparación, únicamente se depositaron en un porta muestras y se excitaron con una fuente láser de λ=532 nm con 50 aumentos de magnificación.

Espectroscopía de electrones fotoemitidos (XPS)

Para comprender las interacciones químicas producidas por el tratamiento por plasma en las nanopartículas, las muestras se analizaron por XPS en un espectrómetro PHI 5000 VersaProbe II.

El análisis consistió en obtener los espectros en un barrido de energía de 0-1400 eV, para cuantificar los elementos químicos presentes en la superficie, las muestras fueron bombardeadas mediante una fuente de rayos X monocromática de aluminio (Al Kα) con una energía del 1486.6 eV.

Microscopia electrónica de transmisión (TEM)

Para verificar la modificación superficial de las nanopartículas, las muestras se estudiaron por TEM en un FEI-TITAN 80-300 kV. Previamente las muestras se dispersaron en isopropanol en un baño de ultrasonido durante 10 min, para luego ser soportadas en rejillas de cobre Lacey carbon. Se realizó la técnica de difracción de electrones de área selecta (SAED) para la determinar el arreglo estructural de las muestras.

Figura 6.3: Esquema del sistema de recirculación asistido con ultrasonido utilizado para preparar las formulaciones de recubrimientos con nanopartículas.

Las formulaciones preparadas consistieron en incorporar las nanopartículas en una resina acrílica base agua comercial manteniendo una relación agua-resina de 25/75. Adicionalmente, se hizo uso de un surfactante no iónico con una concentración del 1% en peso, respecto a los nuevos sólidos, con la finalidad de tener una mejor estabilidad en las formulaciones. Las concentraciones utilizadas fueron: 0.1, 0.5 y 1 % en peso de nanopartículas modificadas y sin modificar para cada sistema (h- BN, GNP y RA) respecto a la resina acrílica. Por lo tanto, se elaboraron 18 diferentes formulaciones y una más de la resina acrílica como referencia, las cuales se enlistan en la Tabla 6.3.

Tabla 6.3: Nomenclatura de las formulaciones de las resinas anticorrosivas desarrolladas.

Nomenclatura

Formulación de Resinas con nanopartículas no

modificadas

Nomenclatura Formulación de Resinas con nanopartículas modificadas

Resina acrílica Resina de PMMA

U/h-BN0.1 h-BN al 0.1 % U/Mh-BN0.1 h-BN modificado al 0.1 % U/h-BN0.5 h-BN al 0.5 % U/Mh-BN0.5 h-BN modificado al 0.5 %

U/h-BN1 h-BN al 1 % U/Mh-BN1 h-BN modificado al 1 %

U/GNP0.1 GNP al 0.1 % U/MGNP0.1 GNP modificado al 0.1 %

U/GNP0.5 GNP al 0.5 % U/MGNP0.5 GNP modificado al 0.5 %

U/GNP1 GNP al 1 % U/MGNP1 GNP modificado al 1 %

U/RA0.1 RA al 0.1 % U/RA0.1 RA modificado al 0.1 %

U/RA0.5 RA al 0.5 % U/RA0.5 RA modificado al 0.5 %

U/RA1 RA al 1 % U/RA1 RA modificado al 1 %

La incorporación de los componentes consistió en preparar suspensiones que contenían las nanopartículas, seguido de un premezclado mediante agitación mecánica y finalmente el tratamiento de la emulsión mediante el sistema de recirculación asistido con ultrasonido. El esquema de este proceso se presenta en la Figura 6.4.

Figura 6.4: Esquema de proceso para la formulación de los recubrimientos nanoestructurados. Suspensión de nanopartículas (a), premezclado mediante agitación mecánica (b), propela tipo paleta (c), tratamiento en el sistema

recirculación asistido por ultrasonido (d) y formulación terminada (e).

a)

b) c)

d) e)

La preparación de las suspensiones se basó en colocar en un vaso de precipitado el agua desionizada y el surfactante, ambos se mezclaron manualmente con la ayuda de una espátula hasta que no quedaran grumos visibles, en seguida se añadieron las nanopartículas. Esta suspensión se colocó en un baño de ultrasonido durante 10 min con la finalidad de mejorar la dispersión y distribución de las partículas previo a su incorporación con la resina.

Para el premezclado de las resinas nanoestructuradas se realizó utilizando un agitador mecánico de varilla provista de una propela tipo paleta, donde la suspensión previamente preparada se adicionó poco a poco en la resina acrílica y agitó durante 30 min a 250 rpm con la finalidad de homogenizar antes de la recirculación.

Por último, el premezclado se sometió al sistema de recirculación asistido por ultrasonido a un barrido de frecuencias de 15-50 kHz, una amplitud de 80 % y una velocidad de bombeo de 1.0 % manteniendo la agitación magnética constante durante el tratamiento para asegurar que todo el material estuviera expuesto a las ondas de ultrasonido.

Caracterización de estabilidad de la emulsión:

Reometría oscilatoria

El comportamiento reológico de las formulaciones se estudió en un reómetro oscilatorio Anton Paar Physica MCR-501 con un sistema de medición cono-plato de 50 mm de diámetro y un ángulo de 2°, la elección de la geometría se basó en la viscosidad de la muestra. Todas las mediciones se llevaron a cabo a velocidades de corte de 0.001 a 1000 s^-1 a una temperatura de 25±0.05°C con 20 mediciones cada 10 s.

Potencial Zeta

El potencial Zeta es una manera efectiva de evaluar el comportamiento electrostático del sistema, ya que indica cambios en el potencial de la superficie y en las fuerzas de repulsión/atracción entre partículas. Este valor de potencial se determinó en un analizador de potencial Zeta-Check de Microtrac que cuenta con un vaso de precipitado de PTFE cilíndrico con una capacidad de 1-10 mL y con un pistón de desplazamiento oscilante para agitar y empujarla la muestra hacia los electrodos y así determinar el nivel de repulsión electrostática entre las partículas.

pH

Se realizaron mediciones de pH para determinar si había cambios entre cada formulación, ya que las variaciones de pH indican la desestabilización de las emulsiones y eso trae como consecuencia un mal funcionamiento de los aditivos, el crecimiento de bacterias, un mal olor en las formulaciones y propiedades de adherencia pobres. El pH de las formulaciones se determinó mediante un medidor de pH tipo pluma a prueba de agua Phaus st20 con una resolución de 0.01 pH a una temperatura 24 ± 0.5°C.