Propiedades de adhesión

22 estructuras cristalinas: wurtzita, blenda de zinc y sal de roca. La más abundante y estable a temperatura ambiente es la wurtzita y posee una estructura hexagonal compacta con parámetros de red a = 0.3249 nm y c = 0.5207 nm, obteniendo una relación c/a igual a1.602 (valor muy cercano al de una celda unitaria hexagonal c/a =1.633) (56). Estas NPs se pueden obtener por medio de la precipitación, microemulsión, reducción química, sol-gel, etc., las cuales tienen un alto consumo de energía por las condiciones de alta presión o temperatura que requieren (57). Es importante la selección la ruta de preparación de NPs de ZnO, puesto que esto determinará la forma y tamaño de éstas. No menos importante, es elegir un método sencillo, eficaz, de alto rendimiento químico, de baja o temperatura ambiente y, especialmente, que sea responsable con el medio ambiente, también denominadas rutas de química verde (58).

2.4.5. Nanocompuestos de ZnO/G

El grafeno al poseer grandes áreas de superficie da como resultado agregaciones o reapilamiento, debido a las fuertes interacciones de Van der Waals entre las láminas (52).

Por lo anterior, el control y la dispersión efectiva de las nanoláminas de grafeno en la matriz polimérica representa actualmente uno de los principales desafíos en la preparación de materiales compuestos nanométricos (NCs).

Para evitar la agregación de las láminas de grafeno y la disminución de sus propiedades durante la aplicación, se han desarrollado diversas funcionalizaciones y modificaciones de superficie con NPs metálicas u óxidos metálicos, dando origen a la formación de nuevos NCs. Por ejemplo, la funcionalización de grafeno con NPs de ZnO, que al evitar el reapilamiento de las lámina de grafeno mejora sus propiedades mecánicas (59).

23 como las fuerzas de Van der Waals, las dipolo-dipolo y los enlaces de hidrógeno. La interacción más fuerte es la del enlace de hidrógeno, que implica compartir un átomo de hidrógeno entre dos grupos polares; esta interacción es muy común entre los adhesivos y la madera, ya que sus componentes son ricos en grupos hidroxilo, ácidos carboxílicos y éster (35,60).

La adición de grafeno en los adhesivos puede mejorar sus propiedades de adhesividad.

Se ha determinado que bajas cargas de grafeno proporciona un refuerzo mecánico por las fuertes interacciones interfaciales (principalmente por enlaces de hidrógeno) entre las cadenas de polímero y el grafeno (siempre y cuando mantengan una buena dispersión en la matriz), que restringen el movimiento de las cadenas poliméricas y aumentan sus propiedades mecánicas (53,61), tal y como se muestra en la Figura 2.12.

También se ha encontrado que la adición de GO puede mejorar la adhesión, a través de los grupos funcionales que contiene; por ejemplo, los hidroxilos pueden aumentar las uniones de hidrógeno con la matriz adhesiva y los sustratos como la madera, ya que también contiene grupos hidroxilo y carbonilo (62).

Figura 2.12 Interacción entre lámina de grafeno y cadenas poliméricas 2.5.1. Propiedades mecánicas de NPs de ZnO y ZnO/G en adhesivos

Añadir NPs de ZnO/G en matrices poliméricas mejora sus propiedades mecánicas, debido a que las NPs de ZnO evitan el reapilamiento de las láminas de grafeno y aumentan el área superficial efectiva. Du et al., reportaron que en NCs de ZnO/rGO se inhibió la reapilación entre las láminas de grafeno; para ello, ensamblaron partículas de ZnO, con estructura de panal modificadas con grupos aminos, y láminas de GO para su posterior reducción, y observaron que algunas NPs de ZnO estaban expuestas en la superficie de GO y otras

24 localizadas entre las láminas, formando así estructuras tipo sándwich (63). Por otro lado, Othman et al., también utilizaron las propiedades que proporciona el ZnO para facilitar la dispersión de las láminas de GO, usando APTES (3-aminopropil trietoxisilano) como recubrimiento y agente de acoplamiento. La decoración permitió expandir el espacio entre las láminas de GO, lo que se verificó al mantenerse el ZnO/GO disperso tras 5 h con respecto al precipitado de GO sin NPs de ZnO. En este estudio también se mejoraron las propiedades mecánicas de las NPs, ya que al agregar 0.1 % en peso de carga en la resina epóxica la adhesión mejoró 66 y 105 % en las NPs de G/ZnO y ZnO/GO, correspondientemente (64) Por otro lado, Barron et al., obtuvieron un adhesivo formado por un copolímero de acrilato de 2-etilhexil (2-EHA) /metacrilato de metilo (MMA) adicionando NPs de ZnO (0.3 % en peso), previamente modificados con APTES y DMSO para mejorar su dispersión en la matriz. Encontraron que al adicionar las NPs la resistencia al delaminado (a 180 °C) aumentó de 0.6 a 1.15 N/25 mm, gracias a que la presencia de NPs de ZnO incrementó la estabilidad térmica y Tg de los adhesivos(65). En la Tabla 2.2 se presentan diversos reportes científicos en que adicionaron NPs de G, GO, rGO y ZnO/GO y el efecto en las propiedades mecánicas del producto obtenido.

Tabla 2.2. Resultados de adición de NPs basadas en grafeno en resinas sintéticas

NPs o NCs

Matriz % de carga

Aumento de

propiedades Referencia

GO-

ZnO ^Epoxi

0.1 % en peso

Mejora la fuerza de adhesión del epóxico en un 66% para GO / EP y 105% para GO-ZnO /

(recubrimiento)

(64)

rGO ^PVA

2.5 % en peso (con respecto al

de PVA)

Aumento ligero de la resistencia a la tracción

de 20 a 25 MPa (66)

GO ^{PVA 0.04% en} _peso

Resistencia a la tracción de 42,3 MPa a 50,8 MPa Módulo de Young de

1477 a 2123 MPa

(67)

25

GO

Solución de PVA en agua (100 mg/mL)

0.3% y 2.0% en

peso

50% en la resistencia a la tracción y 13-22% en el

alargamiento a la rotura (68)

MW- CNT- OH

Adhesivo comercial PVAc

0.1 % en peso (con respecto al

adhesivo PVAc)

Incremento de la

resistencia al corte (51)

G

Solución de PVAc en

THF (30 mg/mL)

(200 mg/mL)

0.1% en volumen

Módulo de 0,75 GPa (polímero puro) a 1,5

GPa

Resistencia a la tracción

de 21 MPa a 38 MPa (1)

3 % en peso Resistencia a la tracción de 0,3 MPa a 0,75 MPa

G

Adhesivo comercial PVAc

0.1% en peso (con respecto al

peso seco del látex)

Mejora del 50% en

resistencia al corte (53)

rGO Solución de PVA en

agua (66 mg/mL)

0.5% en peso (respecto al

contenido de PVA)

Incremento: 212% en la resistencia a la tracción y 34% en el alargamiento a

la rotura

(52)

GO

4% en peso 0.5% en

peso

136% en la resistencia a la tracción 34% alargamiento a la

rotura

ZnO

2- EHA/MMA

0.3 % en peso con respecto a la

mezcla de monómero

Incremento en resistencia al delaminado (a 180

°C) de 0.6 a 1.15 N/25 mm

(65)

26