Relación entre microdureza y estructura en polímeros

La presente Tesis tiene como objetivo principal investigar las relaciones existentes entre los parámetros estructurales de las poliolefinas y su microdureza. Dado que esta técnica de medida no se ha aplicado a los polímeros de forma tan extensa como a otros tipos de materiales, la información bibliográfica sobre el tema no es demasiado amplia. Teniendo presente este hecho, se decidió, en primer lugar, estudiar el procedimiento de realización de las medidas de forma que se asegurase su reproducibilidad, considerando por separado la influencia de cada una de las condiciones de medida sobre el valor de la microdureza. Tras esta fase previa, se estudió la relación entre la microdureza y la cristalinidad para un conjunto muy amplio de muestras de polietileno y polipropileno, caracterizadas por medio de medidas de densidad, entalpia de fusión, viscosidad y de propiedades mecánicas. Una vez establecida la dependencia entre la cristalinidad y la microdureza, se determinó la relación entre ésta y las propiedades mecánicas de las poliolefinas. Los resultados se explican por medio de las relaciones existentes entre las características mecánicas del polímero y sus parámetros estructurales. Para terminar el trabajo experimental se midió la recuperación de las dimensiones de las huellas y los resultados se ajustaron a un modelo de comportamiento reológico. Los parámetros resultantes del ajuste se han discutido en función de la microdureza, de las propiedades mecánicas y de la estructura de los polímeros estudiados. Las conclusiones más importantes a las que se ha llegado en esta Tesis son: Ia Como consecuencia de las medidas de recuperación, se ha demostrado que la fase amorfa juega un papel importante en el proceso de deformación del polímero bajo el penetrador. 2a Se ha observado una dependencia funcional única entre la microdureza y la cristalinidad para poliolefinas. 3a Se ha comprobado que los modelos que, para materiales de bajo peso molecular, relacionan la microdureza y la recuperación elástica con sus propiedades mecánicas no se pueden aplicar a polímeros, debido a las peculiaridades del comportamiento viscoelástico de estos sistemas. En la Tesis se presentan y justifican nuevas relaciones válidas para los materiales estudiados. 4a Se ha demostrado que es posible investigar ciertos aspectos del comportamiento reologico de los polímeros empleando medidas de microdureza

Microindentation Characterization of Polymers and Polymer Based Nanocomposites

El objetivo de los diferentes grupos integrantes de está red es diseñar, preparar y caracterizar novedosos materiales basados en polipropileno de alto valor añadido, preferentemente reciclables o biodegradables, optimizando el consumo energético en su preparación y procesamiento

Physical ageing of a PU based shape memory polymer: influence on their applicability to the development of medical devices.

The variation in the properties of polymeric materials through ageing has considerable implications, since it affects the performance of any associated devices. Specially in the case of implantable devices with shape memory, any change in the switching temperature can give rise to problems in the thermal activation of the geometrical changes necessary to treat certain pathologies.This paper presents a study about the physical ageing of a polyurethane based shape memory polymer, SMP, at different temperatures using differential scanning calorimetry, DSC, and microhardness, MH, tests. The benefits of the combinated application of both testing techniques is shown, since DSC tests give information on the evolution of the glass transition temperature and the MH tests provide details of changes regarding mechanical properties

Study of the Molecular Weight Influence on the Formation of the ß-polymorph in Metallocenic Isotactic Polypropylene

Isotactic polypropylene, iPP, is one of the most important thermoplastic polymers due to its low manufacturing cost and rather versatile properties. iPP exhibits a very interesting polymorphic behavior depending on the polymerization procedure, thermal history and use of different nucleating agents. Recently, studies on different aspects of the iPP β-polymorph have been published [1, 2]. This paper completes these previous works by analyzing the formation of the β-polymorph starting from samples of metallocenic iPP of different molecular weight. We also consider the effect of the cooling rate in the appearance of β-polymorph in the iPP samples that were studied

Efecto del reciclado mecánico simulado en las propiedades de nanocompuestos poli(ácido láctico) - haloisita destinados a aplicaciones de envasado

El incremento previsto en el consumo de poli(ácido láctico) (PLA) en los próximos años, especialmente en aplicaciones de envasado, justifica el interés de estudiar el reciclado mecánico como alternativa para el manejo de los residuos de PLA, reduciendo así el consumo de materias primas y energía. El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto del reciclado mecánico en las propiedades y estructura de un nanocompuesto de PLA y haloisita. Para ello se ha sometido un nanocompuesto con 2% m/m de haloisita a un proceso de reciclado que incluye un envejecimiento acelerado y un reprocesado. Los resultados de viscosidad intrínseca indican que el reciclado causa una ligera degradación del PLA; sin embargo, el efecto negativo de dicho descenso del peso molecular en la estructura y propiedades del material es limitado, lo que sugiere que los nanocompuestos PLA-haloisita reciclados podrían ser utilizados en aplicaciones de envasado

Mezclas poliméricas cristal líquido/olefinas: morfología y propiedades de transporte

Se han preparado mezclas con diferentes composiciones a partir de un copolímero de etileno-1-octeno, sintetizado con un catalizador de tipo metaloceno y un polímero cristal líquido. La caracterizción estructural y morfológica de las películas obtenidas se realizó mediante difracción de rayos X, calorimetría diferencial de barrido y microscopía electrónica de barrido, mientras que el estudio de las propiedades físicas se ha llevado a cabo mediante análisis mecanodinámico, microdureza y ensayos esfuerzo-deformación, poniendo especial énfasis a la evaluación de sus propiedades de transporte de oxígeno

Strain rate effect on semi‐crystalline plla mechanical properties measured by instrumented indentation tests

Poly(L‐lactide) is a widely studied biomaterial, currently approved for use in a range of medical devices. Its mechanical properties can be tailored giving the material different crystallinity degrees. PLLA presents a complex non‐linear behaviour that depends not only on structural parameters such as crystallinity degree but also on external parameters such as strain rate and temperature. Failure of polymeric implants is attributed to their intrinsic time‐dependent performance under static loading conditions

Efecto del Peso Molecular en la Formación del Polimorfo Beta en Polipropileno Isotáctico Metalocénico.

Existe un gran número de referencias relativas al efecto que la adición de agentes nucleantes, AN, en el polipropileno, iPP, supone en la generación de los distintos polimorfos, no existiendo estudios previos en el iPP metalocénico, m-iPP. Es objetivo de este trabajo llenar la laguna existente en dicha área, con el fin de mejorar la estabilidad térmica y la transparencia, acortar los ciclos de producción y optimizar las propiedades. Se han estudiado diferentes tipos de nucleantes de última generación que conllevan, en primer lugar, la formación de la celdilla monoclínica α y el aumento de la temperatura de cristalización, lo que acorta los ciclos de transformación. Para la evaluación exhaustiva5 de la forma β, objetivo de este trabajo, se ha utilizado como AN una mezcla de estearato cálcico y ácido pimélico (1:2), denominada a5. La competencia entre las formas α, β y γ en el m-iPP depende de la velocidad de cristalización y de la temperatura de cristalización isoterma5. Además, el contenido de AN β necesario para generar esta forma cristalina en el m-iPP es considerablemente superior en relación con el iPP sintetizado con catalizadores Ziegler-Natta, Z-N, debido a la coexistencia del polimorfo γ en el primero. La competencia entre las tres formas cristalinas en el m-iPP provoca que la generación de la forma β en función de la velocidad de enfriamiento sea, bajo ciertas condiciones, opuesta a la observada previamente en el iPP Z-N convencional. Estos resultados novedosos son de gran interés dado que han establecido las bases científicas sobre las que se cimenta el objetivo de la adición de AN β en los diferentes iPPs seleccionados, objeto de estudio en esta comunicación. Se han mezclado dos m-iPP con índices de fluidez, IF, de 15 y 30 g/min, suministrados por Basell, con un 0.3 % en peso de AN, en un mezclador interno a 190 ºC, 40 rpm y 10 min. Posteriormente, se han preparado filmes mediante moldeo por compresión en muestras sin y con AN. Las muestras se han enfriado desde el fundido a unos 100 ºC/min (entre platos de agua fría y presión), tratamiento Q y a 1.5 ºC/min (velocidad de enfriamiento de la prensa bajo presión), tratamiento S. La caracterización de la estructura y la competición entre las diferentes formas cristalinas se ha seguido mediante difracción de rayos X y DSC, mientras que el estudio de las propiedades mecánicas se ha realizado mediante DMTA y microdureza. En la figura se reproducen los difractogramas de RX para las muestras en estudio sin y con 0.3% de AN y tratamiento térmico S. Las muestras sin aditivar, sn, presentan polimorfismo, es decir, la coexistencia de las difracciones a 18.5 y 21.2º características de las celdillas cristalinas α y γ, respectivamente. Por otro lado, la presencia del AN a5 da lugar a una difracción adicional a 16.1º asociada a la fase trigonal β. La intensidad de dicha difracción es mayor para el polímero de menor peso molecular (mayor IF)

Effect of simulated mechanical recycling processes on the structure and properties of poly(lactic acid)

The aim of this work is to study the effects of different simulated mechanical recycling processes on the structure and properties of PLA. A commercial grade of PLA was melt compounded and compression molded, then subjected to two different recycling processes. The first recycling process consisted of an accelerated ageing and a second melt processing step, while the other recycling process included an accelerated ageing, a demanding washing process and a second melt processing step. The intrinsic viscosity measurements indicate that both recycling processes produce a degradation in PLA, which is more pronounced in the sample subjected to the washing process. DSC results suggest an increase in the mobility of the polymer chains in the recycled materials; however the degree of crystallinity of PLA seems unchanged. The optical, mechanical and gas barrier properties of PLA do not seem to be largely affected by the degradation suffered during the different recycling processes. These results suggest that, despite the degradation of PLA, the impact of the different simulated mechanical recycling processes on the final properties is limited. Thus, the potential use of recycled PLA in packaging applications is not jeopardized

Effects of Aging and Different Mechanical Recycling Processes on the Structure and Properties of Poly(lactic acid)-clay Nanocomposites

The growing use of poly(lactic acid) (PLA) and PLA-based nanocomposites in packaging has raised the interest of studying the mechanical recycling of the wastes and the properties of the recycled materials. The main objective of this work was to study the effect of two different mechanical recycling processes on the structure and properties of a PLA-montmorillonite nanocomposite. The two recycling processes included accelerated thermal and photochemical aging steps to simulate the degradation experienced by post-consumer plastics during their service life. One of them also included a demanding washing process prior to the reprocessing. A decrease in the molecular weight of PLA was observed in the recycled materials, especially in those subjected to the washing step, which explained the small decrease in microhardness and the increased water uptake at long immersion times. Water absorption at short immersion times was similar in virgin and recycled materials and was accurately described using a Fickian model. The recycled materials showed increased thermal, optical and gas barrier properties due to the improved clay dispersion that was observed by XRD and TEM analysis. The results suggest that recycled PLA-clay nanocomposites can be used in demanding applications