Inorganic nanofillers prepared from LDHS to obtain polymer matrix nanocomposites. Determination of the impact of the preparation method on their properties

[ES] El presente trabajo de investigación se ha centrado en la obtención de nanorrellenos inorgánicos a partir de Hidróxidos Dobles Laminares (LDHs) que puedan ser de utilidad en la preparación de composites y nanocomposites de matriz polimérica modificando sus propiedades. Las propiedades de este tipo de nanorrellenos están estrechamente ligadas a las condiciones empleadas durante su síntesis; así, parámetros como el pH, medio de reacción, temperatura de síntesis e historial térmico, relación molar de cationes, velocidad de precipitación, etc., repercuten en las propiedades físicas y de superficie de los sólidos finales. En el presente trabajo se ha llevado a cabo la síntesis de LDHs de Zn y Al en relaciones molares 2:1 y 3:1 mediante el método de coprecipitación empleando aminas de carácter básico más débil que las clásicamente utilizadas. Concretamente, se han empleado aminas con diferente grado de sustitución y longitud de cadena, como agentes precipitantes empleando una metodología de síntesis más sencilla que la empleada en la hidrolisis de la urea. Los sólidos resultantes se han caracterizado atendiendo a sus propiedades morfológicas y estructurales y se ha estudiado su viabilidad para ser utilizados como nanorrellenos en nanocomposites de matriz polimérica. Los nanocomposites se han preparado utilizando polipropileno como matriz polimérica, dispersando LDHs de Zn y Al sintetizados en diferentes condiciones. Finalmente, se estudió la repercusión que supone el uso de estos solidos a modo de nanorrellenos sobre la estabilidad térmica y las propiedades mecánicas de los nanocomposites resultantes. La metodología de síntesis empleando aminas como agentes de precipitación se extendió a la preparación de LDHs de Ni y Al que resultan de gran interés como precursores de catalizadores en la reacción de Sabatier de hidrogenación de CO2 para obtener metano. La síntesis de este tipo de sólidos se llevó a cabo utilizando dimetilamina como agente precipitante, ya que no se observó con esta amina la formación de compuestos de coordinación con el Ni(II) y, además, resultó ser la amina con la que los sólidos de Zn y Al ofrecían las mejores propiedades, en cuanto a grado de cristalinidad y distribución de tamaño de partículas. El estudio de la actividad catalítica de este tipo de solidos se amplió con la síntesis de los catalizadores promovidos por cationes de elementos de tierras raras, como Ce y La. La efectividad de los catalizadores resultantes de Ni-Al2O3, Ni-Ce2O3-Al2O3 y Ni-La2O3-Al2O3 se estudió en la producción de CH4, atendiendo tanto a la conversión como a la selectividad frente a la formación de productos secundarios. El test catalítico se realizó entre 200 y 400 ºC, observándose que a 275 ºC se lograba una conversión superior al 60% y que se mantenía hasta 400 ºC, con una selectividad del 95% en la producción de metano. [EN] The present research work has focused on obtaining inorganic nanofillers from Layered Double Hydroxides (LDHs) that can be useful in the preparation of polymer matrix composites and nanocomposites with modified properties. The properties of this type of nanofillers are closely linked to their synthesis conditions; so, parameters such as pH, reaction medium, molar ratio of cations, precipitation rate, synthesis temperature and hydrothermal treatments, etc., have an important impact on the physical and surface properties of the final solids. Thus, in the present work, the synthesis of Zn,Al LDHs with molar ratios 2:1 and 3:1 has been carried out by the coprecipitation method using amines, which are softer bases than the classically used bases. Specifically, amines with different substitution degree and chain length have been used as precipitating agents using a simpler synthesis methodology than the hydrolysis of urea. The resulting solids have been characterised in terms of their morphological and structural properties and their feasibility for use as nanofillers in polymer matrix nanocomposites has been studied. Thus, nanocomposites have been prepared using polypropylene as polymeric matrix, dispersing Zn,Al LDHs synthesised under different conditions. Finally, the impact of the use of these solids as nanofillers on the thermal stability and mechanical properties of the resulting nanocomposites was studied. On the other hand, the synthesis methodology using amines as precipitating agents was extended to the preparation of Ni,Al LDHs which are of great interest as catalyst precursors in the Sabatier reaction of CO2 hydrogenation to obtain methane. The synthesis of this type of solids was carried out using dimethylamine as precipitating agent, since the formation of coordination compounds with Ni(II) was not observed and, in addition, it turned out to be the amine with which the Zn,Al LDHs offered the best properties, in terms of crystallinity degree and particle size distribution. The study of the catalytic activity of this type of solids was extended with the synthesis of catalysts promoted by cations of rare earth elements, such as Ce and La. Thus, the effectiveness of the resulting Ni-Al2O3, Ni-Ce2O3-Al2O3 and Ni-La2O3-Al2O3-Al2O3 catalysts was studied in the production of CH4, taking into account both the conversion and the selectivity towards secondary products. The catalytic test was carried out between 200 and 400 ºC, and it was observed that at 275 ºC a conversion larger than 60% was achieved, maintained up to 400 ºC, with a selectivity of 95% in methane production