Polimerización in situ de poliolefinas metalocénicas cargadas con nanosepiolita

La idea más importante que sintetiza este trabajo de investigación es que se ha diseñado un método de polimerización In Situ de nanocompuestos poliolefínicos que engloba dos pasos importantes, el primero dedicado a hacer una inmovilización del co-catalizador metalocénico sobre la superficie de una nanocarga de tipo fibrilar (Sepiolita) y el segundo, enfocado en el procedimiento experimental de síntesis de distintos tipos de poliolefinas cargadas con esta nanoarcilla, atendiendo, en cada caso, a los requerimientos específicos de estos polímeros y sus aplicaciones. El éxito de la metodología empleada se ha basado, principalmente, en que el co-catalizador de la reacción, inmovilizado en la carga, activó el sistema catalítico durante la reacción de polimerización, creando así una interacción fuerte entre las cadenas del polímero sintetizado y la superficie de la nanosepiolita usada como refuerzo. Una vez estudiadas todas las variables que influyen en la obtención de este tipo de nanocompuestos In Situ, se ha demostrado que este método produce materiales con propiedades mecánicas superiores a las obtenidas por el método convencional de mezclado en fundido. Esto es debido, principalmente, a la buena interacción que se logra entre la superficie de la carga y el polímero que crece sobre ella, lo que logra, a su vez, que la matriz no sólo mejore su rigidez por el conocido efecto nucleante y por el refuerzo que significa la adición de una partícula sólida en su estructura, de mayor módulo de Young, sino también porque estos materiales al ser sometidos a un esfuerzo mecánico (de tracción uniaxial o a un impacto de alta velocidad), son capaces de transmitir y distribuir este esfuerzo a través de su estructura, sin que la carga sea un potencial concentrador de esfuerzo y una posible zona de falla.Departamento de Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogí

Control of Molecular weight and polydispersity in polyethylene/needle-like shaped clay nanocomposites obtained by in situ polymerization with metallocene catalysts

Producción CientíficaIn an effort to understand the influence of the shape and area of the nanoclay type used in the in situ polymerization process, two different types of clays (fibrillar and laminar) were employed to obtain nanocomposites. The preliminary results demonstrated that a needlelike shaped clay promotes higher molar mass and better mechanical properties compared with laminar clay. The ultra-high molecular weight of sepiolite/nanocomposites introduces significant problems with processability. Therefore, a new method of polymerization was designed to include two significant changes. The first change was related to the use of a non-isothermal temperature profile and the second to the addition of an additional amount of non-anchored co-catalyst leading to materials with higher fluidity.Ministerio de Economía y Competitivida

Optimization of injection parameters to obtain selected properties on foamed PP with hollow glass microspheres and thermally expandable microspheres using Taguchi method

Se utilizó un sistema de espumación compuesto por microesferas de vidrio huecas (HGM) y microesferas térmicamente expandibles (EM) para lograr un equilibrio entre las propiedades seleccionadas de polipropileno (PP) espumado mediante moldeo por inyección, combinando las mayores propiedades de flexión y menor densidad requeridas en las piezas interiores de los automóviles. El L16 de Taguchi (44.23) se empleó para el plan experimental y la relación señal/ruido (S/N) para la optimización del sistema planteado. Los dos parámetros importantes de moldeo por inyección que afectan a las propiedades seleccionadas fueron la temperatura de la masa fundida y del molde. El efecto más importante efecto sobre el módulo de flexión fue la cantidad de HGM, y para la densidad la cantidad de EM.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (project MAT2017-85101-C2-1-R

Control of branches distribution in linear PE copolymers using fibrillar nanoclay as support of catalyst system

Este estudio se centra en la evaluación de las consecuencias del uso de sepiolita como soporte de relleno y co-catalizador en la polimerización de copolímeros de polietileno y sus nanocompuestos. El método utilizado, la polimerización in situ, tiene muchas variables que estudiar ya que el tipo y la distribución de las ramas tienen un efecto importante en las propiedades finales del material. En un esfuerzo por comprender la influencia de estas variables, se han estudiado diferentes copolímeros de polietileno (hexeno, octeno, deceno), con sus respectivos nanocompuestos. Los resultados preliminares han demostrado que el uso de sepiolita permite obtener nanocompuestos con pesos moleculares más estrechos y una distribución más homogénea de las ramas que los correspondientes copolímeros puros.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (project: MAT2017-85101-C2-1-R

Rheological modification of recycled poly(ethylene terephthalate): Blending and reactive extrusion

The use of recycled PET (rPET) in long-term applications, such as composites, may provide an environmentally friendly solution for PET wastes. Main problem to overcome to use rPET in composites is its high viscosity which compromises the impregnation with the fibers during the consolidation process. As it is well known, PET undergoes thermo-mechanical and hydrolytic degradation during its mechanical recycling decreasing its viscosity and causing a loss of mechanical properties. For this reason, this paper takes into consideration a rheological modification during mechanical recycling to achieve the necessary fluidity for composites while maintaining the mechanical properties. Rheological modification was carried out by physical and chemical methods. Physical method was realized through blending with virgin PET (vPET) of low melt viscosity. Chemical method was performed on rPET, vPET and its blends by reactive extrusion. The effect of rheological modifications on the final thermal and mechanical properties was studied. Main results showed that both methods are able to decrease the viscosity without compromising mechanical properties. In addition, the chemical method during the reactive extrusion provided higher Elastic Modulus values.Ministerio de Economía, industria y Competitividad (Project MAT2017-85101-C2-1-R)Junta de Castilla y León-Instituto para la Competitividad Empresarial de Castilla y León (projects VA071G18 and CCTT2/18/VA/0002)Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (project PTQ-16-0844

Rheological method for determining the molecular weight of collagen gels by using a machine learning technique

Producción CientíficaThis article presents, for the first time, the results of applying the rheological technique to measure the molecular weights (Mw) and their distributions (MwD) of highly hierarchical biomolecules, such as non-hydrolyzed collagen gels. Due to the high viscosity of the studied gels, the effect of the concentrations on the rheological tests was investigated. In addition, because these materials are highly sensitive to denaturation and degradation under mechanical stress and temperatures close to 40 °C, when frequency sweeps were applied, a mathematical adjustment of the data by machine learning techniques (artificial intelligence tools) was designed and implemented. Using the proposed method, collagen fibers of Mw close to 600 kDa were identified. To validate the proposed method, lower Mw species were obtained and characterized by both the proposed rheological method and traditional measurement techniques, such as chromatography and electrophoresis. The results of the tests confirmed the validity of the proposed method. It is a simple technique for obtaining more microstructural information on these biomolecules and, in turn, facilitating the design of new structural biomaterials with greater added value.Instituto para la Competitividad Empresarial de Castilla y León (ICE), PROYECTOS I + D CENTROS TECNOLÓGICOS - (project CCTT3/20/VA/0006)Universidad de Valladolid - Postdoctoral Contract CONVOCATORIA 2020 (K.C.N.C

Design of self-healing styrene-butadiene rubber compounds with ground tire rubber-based reinforcing additives by means of DoE methodology

Producción CientíficaIn the effort to find a balance between the mechanical properties of self-healing styrene-butadiene rubber (SBR) compounds, before and after a macroscopic damage, a study based on the use of devulcanised tire residue (dGTR) as reinforcement has been carried out. Two full factorial designs and their analysis of variance (ANOVA) were used to overcome the challenge of relating the multiple microstructural variables of dGTR to the mechanical properties of the compounds in pristine and healed states. The design of experiments (DoE) predict that the use of dGTR-based reinforcements, with a decrease in network density higher than 50%, enables the incorporation of more than 40 phr of reinforcing filler, increasing the tensile strength in the pristine state (more than 4 times) and mitigating its negative effect on the healing process. Experimental tests have validated these theoretical predictions. This research demonstrates that it is not necessary to control the selectivity of the devulcanisation process. Therefore, it has been demonstrated that only by increasing the dGTR surface network density breakage it is possible to incorporate significant amounts of the residue from simple recycling processes in order to improve the performance of high value-added rubber formulations, such as self-healing materials

25th Annual International Conference on Composites or Nano Engineering (ICCE-25)

Polyamides are engineering polymers applied in several industrial sectors due to their low cost, the high-temperature and chemical resistance, the good mechanical performance and the easy processing. Regarding the last feature, star-shape polyamides, which are formed by linear chains linked to a central core, be able to offer a significant reduction in melt viscosity. However the changes in rheological properties produce other changes in solid-state properties. The aim of this work is to prepare a new star-shape polyamide with low melt viscosity and improved mechanical properties to expand the field of application of polyamides. In particular, the effect of the amount of functional agent on solid-state properties was investigated

XIV Congreso Nacional de Materiales

Las poliamidas son plásticos ingenieriles de altas prestaciones que pueden encontrarse en diversas industrias tales como automoción, electricidad y electrónica, edificación y construcción, envases, artículos deportivos, etc. Con el fin de mejorar las propiedades de las poliamidas y asegurar su competencia frente otros materiales, éstas suelen reforzarse con fibra de vidrio que implica un aumento del peso final del polímero. Una vía alternativa y más novedosa consiste en la utilización de cargas nanométricas capaces de dotar y/o mejorar las propiedades del polímero en muy bajas concentraciones (<5%), lo que las convierte en remplazo idóneo de las cargas convencionales, sin aumento importante de peso. Los nanocompuestos de poliamida se obtienen generalmente por fundido, a través de tres etapas; la primera es la polimerización de la matriz, la segunda la modificación de la nanopartícula y la tercera el procesado en fundido para mezclar el polímero con la nanopartícula. Sin embargo, el proceso de polimerización in situ requiere de un único paso para obtener el nanocompuesto final, consiguiendo una mejor dispersión de las nanopartículas en el seno del polímero. En el presente trabajo se han sintetizado y caracterizado distintos nanocompuestos de poliamida, reforzados con un silicato fibrilar, utilizando las dos metodologías para comparar sus propiedades con polímeros reforzados con fibra de vidrio. En todos los casos los nanocompuestos presentaron mejoras importantes en las propiedades térmicas y mecánicas respecto a sus matrices. Sin embargo, los materiales obtenidos mediante polimerización in situ presentaron valores más altos. Este hecho demuestra que la adición del nanorefuerzo durante el proceso de polimerización consigue una mejor dispersión de la carga en la matriz polimérica, además de reducir los costes operacionales al tratarse de un proceso de una sola etapa. La comparación de los nanocompuestos con poliamidas cargadas con 20% de fibra de vidrio, mpliamente utilizados en diferentes sectores industriales, ha demostrado que con sólo un 10% de nanoarcilla se consiguen mejoras en el modulo Young (2%), ensayos Charpy (42%), elongación a la rotura (300%) y una reducción importante en el peso final de la pieza (10%).MINECO. MAT2014-57337-C2-RConsejería de Educación. JCyL. VA168U1

International Conference on Advances in Composite Materials and Structures (CACMS 2015)

A study concerning the use of sepiolite (fibrillar clay) as support of the co-catalyst (methylaluminoxane, MAO) for a process of in situ polymerization was performed. The formation of an ether bond on the clay surface was necessary to achieve the heterogenization of MAO over sepiolite's surface. In this sense, the experimental variables used during the process of grafting of MAO onto sepiolite's surface were studied. Therefore, it was demonstrated that the structure of modified clay and the structure of grafted MAO were kept because they were able to form the active species for polymerization in presence of catalyst and monomer. In order to assess the effectiveness of this anchor process, a small group of polymerization test was performed. Four different (nano)composites based on polyethylene were synthesized with modified sepiolite. The presence of clay in the polymerization medium, in either case, increases the nanocomposite fusion temperature and the chain's length and is able to narrow molecular weight distributions leading to significant improvements of mechanical properties such as elongation at break (%εb) and Young's modulus. It is important to highlight that the improvements on properties of synthesized polymers with this supported catalyst are dependent on the type of treatment applied. If small amounts of anchored MAO are used, low reaction productivities are obtained. This fact is due to the few active sites available for polymerization. As a consequence, the molecular weight increasing and monodispersity are exacerbated, thus, the chains lose the ability to crystallize and finally major losses in mechanical performance are obtained. These preliminary data have demonstrated the importance of the study of the variables that influence the process of chemical anchoring of MAO onto sepiolite surface for nanocomposite polymerization processes. Furthermore, this procedure may be easily transferred to conventional polymerization processes for obtaining polymers in which the chains are synthesized onto the surface of the filler, maximizing the interaction of matrix–nanofiller and leading to (nano)composites with better performance than the ones obtained by melt intercalation. A more advanced study is presented by our research group in the WO2013-167764A1 patent