Las Bebidas Autocalentables y Autoenfriables como Recursos para un Aprendizaje Activo

Se presentan dos actividades adecuadas para distintos niveles educativos. La primera es una propuesta de aprendizaje basada en la indagación sobre el calentamiento de bebidas comerciales autocalentables, que se produce por la reacción de hidratación del óxido de calcio. La segunda es un ejemplo de aprendizaje basado en problemas (ABP) en el cual una bebida se enfría gracias al calor absorbido en el proceso de disolución de nitrato amónico en agua. Son metodologías activas que favorecen el aprendizaje de conceptos fisicoquímicos y la adquisición de competencias transversales. También se abordan aspectos de relaciones ciencia – tecnología – sociedad – medio ambiente, así como una formación en la «química del consumidor»

Free-standing graphene films embedded in epoxy resin with enhanced thermal properties

The poor thermal conductivity of polymer composites has long been a deterrent to their increased use in high-end aerospace or defence applications. This study describes a new approach for the incorporation of graphene in an epoxy resin, through the addition of graphene as free-standing film in the polymeric matrix. The electrical and thermal conductivity of composites embedding two different free-standing graphene films was compared to composites with embedded carbon nanotube buckypapers (CNT-BP). Considerably higher thermal conductivity values than those achieved with conventional dispersing methods of graphene or CNTs in epoxy resins were obtained. The characterisation was complemented with a study of the structure at the microscale by cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) images and a thermogravimetric analysis (TGA). The films are preconditioned in order to incorporate them into the composites, and the complete manufacturing process proposed allows the production and processing of these materials in large batches. The high thermal conductivity obtained for the composites opens the way for their use in demanding thermal management applications, such as electronic enclosures or platforms facing critical temperature loads.European Defence Agency tender No 17.ESI.OP.066. Study on the Impact of Graphene on Defence Application

Las Bebidas Autocalentables y Autoenfriables como Recursos para un Aprendizaje Activo de la Química con enfoque interdisciplinar

Se presentan dos actividades educativas, diseñadas e implementadas para bachillerato y primer curso universitario, pero fácilmente adaptables a niveles previos. La primera se concreta a través de una propuesta de aprendizaje basado en la indagación dirigida, sobre el calentamiento de bebidas comerciales, denominadas “autocalentables”, que se produce por el carácter exotérmico de la reacción de hidratación del óxido de calcio. Se diseñó la actividad de forma que sólo se emplean del orden de cinco minutos en clase, promoviendo que los alumnos trabajen en equipo y consulten al profesor en horarios de tutorías. La segunda propuesta se refiere a un ejemplo de práctica, mediante aprendizaje basado en problemas (ABP), en la que una bebida se enfría gracias al calor absorbido en el proceso de disolución de nitrato amónico en agua. Ambos son ejemplos de cómo experiencias de este tipo pueden servir como punto de partida para el empleo de metodologías activas de carácter cooperativo, que favorecen el aprendizaje de conceptos fisicoquímicos (calor específico, transferencia de calor, conductividad térmica, variación de entalpía de disolución, energía de reacción, estequiometría, espontaneidad de procesos,…). Son también ejemplos de cómo ciertas actividades educativas pueden servir para detectar concepciones alternativas en los alumnos y para promover la adquisición de competencias transversales (búsqueda de datos, realización de medidas experimentales, elaboración de trabajos escritos, empleo de unidades adecuadas, elaboración de tablas, creatividad, trabajo en equipo, etc.). Mediante los ejemplos planteados, se promueven enfoques interdisciplinares en torno a relaciones Ciencia-TecnologíaSociedad-Medio Ambiente, así como una formación en lo que a veces se denomina como “Química del consumidor”

Dielectric and dynamic mechanical study of the mobility of poly(t-butylacrylate) chains in diblock copolymers: polystyrene-b-poly(t-butylacrylate)

A calorimetric, dielectric and dynamic-mechanical study of the dynamics of the poly(t-butyl acrylate) (PtBa) chains has been carried out in a PtBa homopolymer and two polystyrene (PS)-b-PtBa block copolymers with different PtBa chain lengths. The DSC results show that the size of the cooperative rearranging regions is similar in the homopolymers and the copolymers, both for the PtBa rich- and the PS-rich regions. Therefore, no significant contributions are found arising from composition fluctuations in the copolymers. The relaxation map obtained from dielectric relaxation indicates that there are no differences in the temperature dependence of the α-relaxation of the PtBa block in the three samples studied. However, there are larger differences for the values obtained from DMTA experiments. Contrary to the α-relaxation, the relaxation map for the β-transition shows that the characteristic times for the PtBa blocks are smaller in the homopolymer than in the copolymers. In principle, these are unexpected results because the β-relaxations have a more local character than the α-ones. The width of the α-relaxation increases with T for all the samples, and it is slightly larger for the copolymers. The intensity of the α-relaxation is larger (between 3 and 4 times) for the homopolymer. Considering the molecular weights of the PtBa blocks, this effect has to be ascribed to the existence of frozen amorphous PtBa due to the existence of the glassy PS domains in the microphase separated copolymers. Molecular Dynamic Simulations (MDSs) for different sequences of the polymers under study were carried out. The conformational analysis was carried out between 1000 and 1700 K. The analysis of the variation of angles 1 and 2 of the ester group of PtBa points out the existence of a correlation between the conformational changes of the side group of the polymer chains and their relaxational behaviour

Preparation and characterization of polyester resin-layered silicate containing reactive groups

Polymer nanocomposites, specifically nanoclay-reinforced polymers, have attracted great interest as matrix materials for high temperature composite applications. Nanocomposites require relatively low dispersant loads to achieve significant property enhancements. These enhancements are mainly a consequence of the interfacial effects that result from dispersing the silicate nanolayers in the polymer matrix and the high in-plane strength, stiffness and aspect ratio of the lamellar nanoparticles. The montmorillonite (MMT) clay, modified with organic onium ions with long alkyl chains as Cloisites, has been widely used to obtain nanocomposites. The presence of reactive groups in organic onium ions can form chemical bonds with the polymer matrix which favours a very high exfoliation degree of the clay platelets in the nanocomposite (1,2

Comportamiento Mecánico de Poliéster Insaturado Modificados con Poli(ε-Caprolactona) Reforzadas con Monmorillonita C30B

La dispersión de nanopartículas en el seno de una matriz polimérica es la base para la fabricación de los materiales denominados nanocompuestos. Una de las categorías de nanocompuestos que ha merecido especial atención en la última década es aquella en la que el nanorrefuerzo pertenece a la categoría de los silicatos laminares. Las propiedades únicas de estos materiales derivan del tamaño nanométrico de las partículas de silicato y de la elevada superficie de contacto polímero-nanosilicato que es posible alcanzar. En este trabajo se han preparado nanocompuestos fabricados con un nanosilicato laminar Cloisita 30B (C30B) perteneciente a la categoría de las montmorillonitas, orgánicamente modificada para favorecer su interacción con la matriz polimérica. Como matriz polimérica se ha utilizado una resina de poliéster de tipo isoftálico curada (UP) que ha sido modificada mediante la adición de un termoplástico, en concreto, poli (ε-caprolactona) (PCL) de dos pesos moleculares diferentes. La intención de la investigación es comparar el comportamiento de estos sistemas con el de sus análogos no reforzados, evaluando la influencia del nanorrefuerzo en el comportamiento mecánico y termomecánico

X-Ray Diffraction, Calorimetric and Dielectric Relaxation Study of the Amorphous and Smectic States of a Main Chain Liquid Crystalline Polymer

Los polímeros cristales líquidos (LCP) son sistemas complejos que forman mesofases que presentan orden orientacional y polímeros amorfos. Con frecuencia, el estado amorfo isotrópico no puede ser estudiado debido a la rápida formación de mesofases. En este trabajo se ha sintetizado y estudiado un nuevo LCP: poli(trietilenglicol metil p, p '-bibenzoato), PTEMeB. Este polímero presenta una formación de mesofase bastante lenta haciendo posible estudiar de forma independiente tanto los estados amorfo y de cristal líquidos. La estructura y las transiciones de fase del PTEMeB han sido investigados por calorimetría (DSC), con MAXS / WAXS con temperatura variable que emplean radiación de sincrotrón y con difracción de rayos X. Estos estudios han mostrado la existencia de dos transiciones vítreas, relacionadas con las fases amorfa y cristal líquido. Se ha realizado un estudio de relajación dieléctrica en amplios intervalos de temperatura y presión. Se ha encontrado que la transición vítrea dinámica de la fase amorfa es más lenta que la del cristal líquido. El estudio de la relajación ? nos ha permitido seguir la formación isoterma de la mesofase a presión atmosférica. Además, con el estudio el comportamiento dinámico a alta presión se ha encontrado que se produce la formación rápida de la mesofase inducida por cambios bruscos de presión. Liquid crystalline polymers (LCPs) are complex systems that include features of both orientationally ordered mesophases and amorphous polymers. Frequently, the isotropic amorphous state cannot be studied due to the rapid mesophase formation. Here, a new main chain LCP, poly(triethyleneglycol methyl p,p'-bibenzoate), PTEMeB, has been synthesized. It shows a rather slow mesophase formation making possible to study independently both the amorphous and the liquid crystalline states. The structure and phase transitions of PTEMeB have been investigated by calorimetry, variable-temperature MAXS/WAXS employing synchrotron radiation, and X-ray diffraction in oriented fibers. These experiments have pointed out the presence of two glass transitions, related to the amorphous or to the liquid crystal phases. Additionally, the mesophase seems to be a coexistence of orthogonal and tilted smectic phases. A dielectric relaxation study of PTEMeB over broad ranges of temperature and pressure has been performed. The dynamic glass transition turns out to be slower for the amorphous state than for the liquid crystal. Monitoring of the α relaxation has allowed us to follow the isothermal mesophase formation at atmospheric pressure. Additionally, the dynamical behavior at high pressures has pointed out the fast formation of the mesophase induced by sudden pressure changes

Influence of different organoclays on the curing, morphology, and dynamic mechanical properties of an epoxy adhesive

The thermal, mechanical, and adhesive properties of nanoclay-modified adhesives were investigated. Two organically modified montmorillonites: Cloisite 93A (C93A) and Nanomer I.30E (I.30E) were used as reinforcement of an epoxy adhesive. C93A and I.30E are modified with tertiary and primary alkyl ammonium cations, respectively. The aim was to study the influence of the organoclays on the curing, and on the mechanical and adhesive properties of the nanocomposites. A specific goal was to compare their behavior with that of Cloisite30B/epoxy and Cloisite15A/ epoxy nanocomposites that we have previously studied. Both C30B and C15A are modified with quaternary alkyl ammonium cations. Differential scanning calorimetry results showed that the clays accelerate the curing reaction, an effect that is related to the chemical structure of the ammonium cations. The three Cloisite/nanocomposites showed intercalated clay structures,the interlayer distance was independent of the clay content. The I.30E/epoxy nanocomposites presented exfoliated structure due to the catalytic effect of the organic modifier. Clay-epoxy nanocompo-sites showed lower glass transition temperature (Tg) and higher values of storage modulus than neat epoxy thermoset, with no significant differences between exfoliated or intercalated nanocom-posites. The shear strength of aluminum joints using clay/epoxy adhesives was lower than with the neat epoxy adhesive. The wáter aging was less damaging for joints with I.30E/epoxy adhesive

Envejecimiento hidrotérmico en nanocompuestos epoxi/organoarcilla

Las dispersiones de organoarcillas como refuerzo en nanocompuestos de matriz polimérica han sido ampliamente estudiadas como una vía en la mejora de las propiedades (mecánicas, térmicas, de barrera frente a gases y disolventes e inflamabilidad). Una ventaja añadida es que se consigue una mejora de propiedades con la adición de una pequeña cantidad de refuerzo. En este trabajo se han preparado nanocompuestos basados en una matriz epoxi tipo DGEBA reforzada con dos organoarcillas, C30B e I.30E. Con el fin de mejorar la interfase matriz-refuerzo, también se han preparado nanocompuestos en los que las organoarcillas han sido previamente funcionalizadas a través del anclaje a la superficie de las mismas de un agente silano que contiene grupos reactivos con la matriz. Se ha realizado el estudio de la absorción de agua de estos nanocompuestos a temperatura constante hasta alcanzar el equilibrio de hinchamiento, determinando gravimétricamente la cantidad de agua absorbida en función del tiempo. El análisis de los resultados mediante el modelo de Fick y Langmuir nos ha permitido obtener los valores de los coeficientes de difusión (D). Los nanocompuestos han sido caracterizados mediante Difracción de Rayos X (DRX) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Los valores de D obtenidos por el modelo de Fick son menores que los hallados a través del modelo de Langmuir, el cual se ajusta mejor a los valores experimentales. Como resultado y de acuerdo con la bibliografía, se ha observado que la presencia de las organoarcillas disminuyen el valor de D debido al camino tortuoso que ha de seguir el agua a través del nanocompuesto. Sin embargo, la presencia de grupos silano no mejora los resultados obtenidos del coeficiente de difusión para los nanocompuestos epoxi/organoarcilla