Investigación de la mejora de las propiedades mecánicas y térmicas de matrices de polipropileno con nanoarcillas para la fabricación de fibras

Abstract

[EN] In recent years there has been a noticeable increase in the use of nanotechnology in different fields of science. With the use of nanoparticles within polymer matrices can be obtained interesting features (good fire behavior, antibacterial properties, improved mechanical properties, durability, ...) with the use of relatively small amounts.

With the important challenges facing the textile sector, the development of multifunctional and high performance fibers may experience a starting point for defining differentiators that provide added value to the sector, allowing a favorable access to international markets. The use of nanoparticles in the field of plastics and composite materials has boomed at large scale because of the great possibilities offered by their large area-volume ratio. Synthetic yarn spinning sector is closely linked to polymeric materials sector sharing, in many cases, raw materials.

Given the nature of the fibers with elements of high L/D ratio, and the particularity of nanoclays in this paper has raised the improvement of the mechanical and thermal properties of conventional polypropylene fibers through the use of modified nanoclays to increase technical possibilities of these fibers by conventional melt spinning processes. With this purpose mixing of modified nanoclays with polypropylene have been studied by extrusion processes and quantified the interaction between PP matrix and nanoclays by employing compatibilizing agents, studying dispersion, intercalation and exfolation phenomena of nanoclays in the polypropylene matrix by using microscopy techniques and subsequent macroscopic evaluation of mechanical properties depending on the ratios of the amount of compatibilizer and nanoclay added.

Finally, processing conditions of modified polypropylene fibers have been optimized by melt spinning process based on the previously optimized formulations, quantifying their mechanical and thermal characteristics as flat textile structures.

[ES] En los últimos años se ha producido un incremento apreciable en el empleo de las nanotecnologías en diferentes campos de la ciencia. Con el empleo de nanopartículas en el seno de matrices poliméricas es posible conseguir interesantes funcionalidades (buen comportamiento al fuego, carácter antibacteriano, mejora en las propiedades mecánicas, durabilidad, ¿) con el empleo de cantidades relativamente pequeñas.

Con los importantes retos a los que se enfrenta el sector textil, el desarrollo de fibras multifuncionales y de altas prestaciones puede experimentar un punto de partida para definir elementos diferenciadores que aporten alto valor añadido al sector, permitiendo acceder de forma favorable a los mercados internacionales. El empleo de nanopartículas en el sector de los materiales plásticos y compuestos ha experimentado un auge de gran magnitud debido a las interesantes posibilidades que ofrecen por su gran relación área-volumen. El sector textil, de hilaturas sintéticas está muy vinculado al sector de los materiales poliméricos, compartiendo, en muchas ocasiones, las materias primas.

Dada la naturaleza de las fibras textiles, con elementos de elevado ratio L/D, y dada la particularidad de las nanoarcillas, en el presente trabajo se ha planteado la mejora de las propiedades mecánicas y térmicas de fibras convencionales de polipropileno mediante el empleo de nanoarcillas modificadas para incrementar las posibilidades técnicas de estas fibras mediante procesos convencionales de hilatura por fusión. Para ello, se ha estudiado el proceso de mezclado del polipropileno con nanoarcillas modificadas mediante procesos de extrusión y se ha cuantificado la interacción entre la matriz de PP y las nanoarcillas mediante el empleo de agentes compatibilizantes, se han estudiado los fenómenos de dispersión, intercalación y exfoliación de las nanoarcillas en la matriz de polipropileno mediante el empleo de técnicas de microscopía y posterior evaluación macroscópica de las propiedades mecánicas en función de los ratios de compatibilizante y la cantidad de nanoarcilla incorporada.

Por último, se han optimizado las condiciones de procesado de las fibras de polipropileno modificadas mediante el proceso de hilatura por fusión partiendo de las formulaciones previamente optimizadas y cuantificando sus características mecánicas y térmicas en forma de estructuras textiles planas.

[CA] En els últims anys s'ha produït un increment apreciable en l'ús de les nanotecnologies en diferents camps de la ciència. Amb l'ús de nanopartícules en el si de matrius polimèriques és possible aconseguir interessants funcionalitats (bon comportament al foc, caràcter antibacterià, millora en les propietats mecàniques, durabilitat, ...) amb l'ús de quantitats relativament petites.

Amb els importants reptes als quals s'enfronta el sector tèxtil, el desenvolupament de fibres multifuncionals i d'altes prestacions pot experimentar un punt de partida per definir elements diferenciadors que aportin alt valor afegit al sector, permetent accedir de forma favorable als mercats internacionals. L'ús de nanopartícules en el sector dels materials plàstics i compostos ha experimentat un auge de gran magnitud a causa de les interessants possibilitats que ofereixen per la seva gran relació àrea-volum. El sector tèxtil, de filatures sintètiques està molt vinculat al sector dels materials polimèrics, compartint, en moltes ocasions, les matèries primeres.

Donada la naturalesa de les fibres tèxtils, amb elements d'elevat ràtio L / D, i donada la particularitat de les nanoargiles, en el present treball s'ha plantejat la millora de les propietats mecàniques i tèrmiques de fibres convencionals de polipropilè mitjançant l'ús de nanoargiles modificades per incrementar les possibilitats tècniques d'aquestes fibres mitjançant processos convencionals de filatura per fusió. Per a això, s'ha estudiat el procés de barreja del polipropilè amb nanoargiles modificades mitjançant processos d'extrusió i s'ha quantificat la interacció entre la matriu de PP i les nanoargiles mitjançant l'ús d'agents compatibilizants, s'han estudiat els fenòmens de dispersió, intercalació i exfoliació de les nanoargiles en la matriu de polipropilè mitjançant l'ús de tècniques de microscòpia i posterior avaluació macroscòpica de les propietats mecàniques en funció de les ràtios de compatibilizante i la quantitat de nanoargila incorporada.

Finalment, s'han optimitzat les condicions de processament de les fibres de polipropilè modificades mitjançant el procés de filatura per fusió partint de les formulacions prèviament optimitzades i quantificant les seves característiques mecàniques i tèrmiques en forma d'estructures tèxtils planes.