Production of waterborne polymer/clay nanocomposites

Resumen

Los nanocompuestos polímero/arcilla son partículas híbridas orgánico/inorgánico que contienen una matriz polimérica y partículas de arcilla laminar. Estos presentan mejores propiedades mecánicas, térmicas, una alta resistencia al fuego y una menor permeabilidad a los gases en comparación con el polímero virgen preparado en las mismas condiciones, pero sin arcilla. El principal objetivo de este trabajo ha sido la producción de partículas de polímero compuestas dispersas en agua con nanodominios inorgánicos para su utilización en recubrimientos. El sistema investigado ha sido el sistema híbrido copolímero acrílico (metacrilato de metilo y acrilato de butilo)/arcilla. Para alcanzar este objetivo se han utilizado dos rutas: la polimerización en emulsión utilizando directamente la arcilla natural, Na-MMT, dispersa en la fase acuosa; y la polimerización en miniemulsion utilizando arcillas con carácter hidrofóbico. Se han utilizado para este propósito arcillas modificadas comerciales y arcillas modificadas con sales de amonio cuaternario sintetizadas en el laboratorio. Mediante la polimerización en emulsión en semicontinuo se obtuvieron latexes con un contenido en sólidos del 30 wt% compuestos de partículas de polímero acrílico dispersas en agua y láminas de arcilla Na-MMT exfoliadas localizadas preferentemente en la fase acuosa. Los films de nanocompuestos polímero/ Na-MMT presentaron en promedio una estructura exfoliada y mejores propiedades mecánicas, térmicas y de barrera. Utilizando arcillas modificadas comerciales, Cloisite 15A y Cloisite 30B, mediante la polimerizaciones miniemulsión en discontinuo, se obtuvieron latexes con un contenido en sólidos del 30 wt%, compuestos de nanopartículas híbridas polímero/arcilla dispersas en agua con las láminas de arcilla localizadas preferentemente sobre la superficie de las partículas de polímero. Además de las arcillas modificadas comerciales, se hidrofobizó la arcilla natural mediante la reacción de intercambio iónico con diferentes compuestos orgánicos catiónicos reactivos. Los nanocompuestos polímero/arcilla hídrofobizada preparados mediante la polimerización en miniemulsión presentaron mejores propiedades mecánicas, térmicas y de barrera en comparación con el polímero virgen preparado en las mismas condiciones. Teniendo en cuenta que la mayoría de las aplicaciones industriales requieren contenidos en sólidos superiores al 45%, Capítulo VI presenta estrategias para obtener latexes con contenidos en sólidos del 45wt% empleando un reactor semicontinuo. Por último, se ha hecho un estudio preliminar sobre la producción en continuo de nanocompuestos polímero/arcilla utilizando el reactor continuo Couette-Taylor. Los resultados obtenidos indican que el reactor Couette-Taylor constituye un nuevo reto para la producción de nanocompuestos polímero/arcilla en continuo y que tiene grandes perspectivas para una futura investigación.