Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales

Influencia de la morfología sobre las propiedades mecánicas de nanocompuestos y mezclas de polímeros

En este trabajo, se recopilaron los resultados de investigaciones previas referentes a la influencia de parámetros reológicos en mezclas de poliolefinas, mezclado reactivo, funcionalización de polímeros, nanocompuestos de polipropileno (PP), nanocompuestos de poliamidas (PA) y sus mezclas. Además, se estudió el efecto de diferentes polietilenos metalocénicos (mPEs) y del copolímero estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS) funcionalizados con dietilmaleato (DEM) y anhídrido maleico (AM) en las propiedades de tracción de mezclas de nanocompuestos de poliamida-6. Por medio de las técnicas de SEM, TEM y rayos X se determinó el grado de dispersión de la arcilla y de la fase dispersa en dichas mezclas. También se evaluaron la influencia de las viscosidades, contenido de a-olefina y grado de funcionalización de los polietilenos metalocénicos en las diferentes características de las mezclas con nanocompuestos de PA. Las mezclas ternarias preparadas con los polietilenos metalocénicos son más tenaces que las mezclas binarias y que los nanocompuestos de poliamida-6. Estos resultados están relacionados con el grado de dispersión de las partículas de arcilla y al tipo de morfología obtenida en las diferentes mezclas. Sin embargo, se encontró una significativa reducción en el módulo elástico y en el esfuerzo a la ruptura en las mezclas con polietilenos metalocénicos y polietileno lineal de baja densidad, como fases dispersas. Aunque, estas propiedades no dependen del tipo de polietileno metalocénico utilizado. Los materiales funcionalizados con anhídrido maleico resultaron mejores agentes compatibilizantes que los funcionalizados con DEM.

This work is a brief compilation of our results from previous researches concerning the influence of the rheological parameters on polyolefin blends, reactive blends, polymer grafting, polypropylene nanocomposites, polyamide nanocomposites (PA) and its blends. Additionally, the effectiveness of using grafted metallocene copolymers and styrene/ethylene-butylene/styrene rubbers (SEBS) as toughening materials in binary and ternary blends with a polyamide-6 nanocomposite was evaluated in terms of SEM and TEM morphology, WAXS, capillary rheometry and tensile properties. The effect of viscosity, comonomer content and grafting degree of the metallocene polyethylenes in the nanocomposite characteristics was also evaluated. Results showed that ternary blends prepared with metallocene polyethylenes are tougher than the binary ones and the PA-6 nanocomposite. These results are related to the degree of clay dispersion in PA-6 and to the type of morphology developed in the different blends. Nevertheless, despite the presence of the nanometric filler, a significant decrease in Young's modulus and tensile strength was observed in the blends when incorporating the rubbery phase formed by the grafted metallocene polyethylenes or by the LLDPE. No significant changes in Young's modulus or tensile strength were observed when changing the type of mPE used. The grafting with MA produced a better stress-strain behavior than that of the blends compatibilized with DEM, and the latter promoted better tensile properties than blends prepared with non- functionalizated polyethylene.

Caracterización de catalizadores de hierro y cobalto soportados sobre sílice sintetizados en ambiente ácido y básico

Catalizadores de hierro y cobalto soportados sobre sílice aerosil 200 fueron preparados a pH = 5 y pH = 11 con la finalidad de establecer la influencia de este parámetro sobre la composición química y estructural de los catalizadores. Las pruebas de caracterización realizadas por espectroscopia infrarrojo FT sugieren que los catalizadores de cobalto sintetizados a pH = 11 presentan dos fases hidroxiladas que reaccionan entre sí para dar lugar a compuestos tipo filosilicatos de cobalto, mientras aquellos preparados a pH = 5 presentan una sola fase hidroxilada y constituyen un catalizador soportado. En el caso del hierro la formación de las fases hidroxiladas es independiente del pH. Los resultados de análisis termogravimétrico (ATG) sobre los catalizadores de cobalto sintetizados a pH = 11 sugieren la presencia de fuertes interacciones metal-soporte por efecto del pH.

Iron and cobalt catalysts supported on aerosil 200 silica were prepared at pH = 5 and pH = 11 with the purpose of establishing the influence of this parameter on the structural and chemical composition of the catalysts. Characterization tests performed by FT infrared spectroscopy suggest that the cobalt catalysts synthesized at pH = 11 exhibit two hydroxylated phases that react in between them to yield cobalt filosilicate compounds, while those prepared at pH = 5 exhibit only one hydroxylated phase and constitute a supported catalyst. In the iron case the formation of the hydroxylated phases is pH independent. Thermogravimetric analysis (TGA) results on the cobalt catalysts synthesized at pH = 11 suggest the presence of strong metal-support interactions due to a pH effect.

Estudio y Caracterización de PMMA Obtenido Mediante Polimerización en Emulsión por Ultrasonido de Alta Frecuencia

En este trabajo se presentan los resultados de la síntesis de polimetilmetacrilato (PMMA), llevada a cabo por ultrasonido de alta frecuencia, a través de una polimerización en emulsión vía radicales libres. Los reactantes de partida son una solución acuosa de un surfactante aniónico, laurilsulfato de sodio (SLS); o catiónico, bromuro de cetiltrimetil amonio (CTAB); a concentraciones de 0,5; 1,0; 1,5 y 2,0% p/v y el monómero metilmetacrilato (MMA) en 14, 10, 8 y 6% v/v. Cuando se emplea SLS en la reacción la conversión máxima alcanzada es de un 50%, a concentraciones de monómero y surfactante de 8% v/v y 1,5% p/v respectivamente. En las síntesis usando CTAB se observa un máximo de 25% de conversión en la polimerización, con el MMA al 8% v/v y el CTAB a la más alta concentración de surfactante usada en este estudio (2,0% p/v). La caracterización del PMMA fue realizada mediante espectroscopia de infrarrojo (FTIR), calorimetría diferencial de barrido (DSC), microscopía electrónica de barrido MEB y resonancia magnética nuclear de protones (1H RMN). Se observó que bajo ciertas condiciones de síntesis pequeñas concentraciones de surfactante quedan presentes en la estructura del polímero, para las reacciones llevadas a cabo con el SLS y en mayor concentración cuando se emplea el CTAB. El estudio calorimétrico muestra datos de temperatura de transición vítrea que oscilan entre 106-123°C. Estos resultados conjuntamente con los observados a través de RMN de protones evidencian la obtención de PMMA altamente sindiotáctico, con buen porcentaje de heterotacticidad. La caracterización por MEB muestra que el polímero presenta la morfología típica de un látex, con partículas esféricas de tamaño promedio entre 65-100 nm, para la síntesis con SLS y entre 65 nm-0,3 mm para la síntesis ejecutadas en presencia de CTAB.

In this work the synthesis of polymethylmethacrylate is carried out by high frequency ultrasonic method through emulsion polymerization via free radicals. The reactants are an aqueous solution of an anionic surfactant, sodium lauryl sulfate (SLS) or a cationic surfactant ammonium cethytrimethylbromide (CTAB) in concentrations of 0.5,1.0, 1.5, and 2.0 % p/v and the methylmethacrylate monomer (MMA) in 14, 10, 8 and 6% v/v. When SLS is used in the reaction the maximum conversion reached is 50% for monomer and surfactant concentrations of 8 and 1.5 % v/v, respectively. In the synthesis using CTAB a maximum conversion of 25% was obtained with 8% v7v of MMA and the maximum surfactant concentration used (2.0 % p/v). The caracterization was carried out by infrared spectroscopy (FTIR), diferencial scanning calorimetry (DSC) scanning electrón microscopy (SEM) and proton nuclear magnetic resonante (1H NMR) It was observed that under certain synthesis conditions small amounts of surfactant remain present in the polymer structure for the reactions carried out with SLS and in higher concentrations when CTAB was employed. The calorimetric study show glass transition temperatures in the range of 106-123 ºC. These results together with those from 1H NMR show the formation of highly syndiotactic PMMA, with a good percentage of hetereotacticity. SEM characterization show the typical speherical morphology of the latex particles with an average size in the range of 65-100 nm for the synthesis using SLS and in the range of 65 nm-0.3mm for the synthesis with CTAB.

Soldadura de un acero inoxidable Duplex 2205 por el proceso de soldadura GTAW

La sustitución de aceros inoxidables ferríticos y austeníticos por Aceros Inoxidables Dúplex (DSS) en la fabricación de componentes industriales, tiene su origen en la excelente combinación entre las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión de los DSS, de allí el interés por el estudio de estos materiales y su soldadura. En la actualidad este tipo de aceros está siendo utilizado con más frecuencia en la industria química, petrolera y petroquímica particularmente en refinerías debido a su alta resistencia al fenómeno de corrosión por picaduras. En este trabajo se realizó la soldadura de seis cupones de Acero Inoxidable Dúplex 2205 de 0,6 cm de espesor por el proceso de arco con protección gaseosa y electrodo de tungsteno (GTAW), empleando material de aporte. Se determinaron los parámetros de soldadura, como lo son: la corriente y longitud de arco, la velocidad de avance y la separación de raíz, con el fin de realizar el menor número de pases posibles para evitar daño en la microestructura. Posteriormente se determinó el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre el cordón de soldadura, sometiendo el cupón soldado a dos medios de enfriamiento distintos (agua y aire agitado). En conclusión se logró soldar por el proceso GTAW, obteniéndose cordones de soldadura con buena penetración, buen acabado superficial y excelentes propiedades mecánicas. Adicionalmente se observó en el pase de raíz la presencia de austenita con morfología globular, resultado de un tratamiento térmico, debido al calentamiento del cordón base cuando se lleva a cabo el pase de relleno.

Ferritic and austenitic stainless steels substitution by Duplex Stainless Steels (DSS) in the manufacture of industrial components has its origin in the excellent combination of mechanical properties and corrosion resistance of the DSS. From this point of view, there is great interest in the study of these materials and their welding. At present, these steels are being used very frequently in the chemical and petrochemical industry, and particularly in oil refining plants due to their high pitting corrosion resistance. In this work, gas tungsten arc welding (GTAW) was performed on sheets of 2205 duplex stainless steel of 0.6 cm-thick using filler metal. Welding parameters such as current and arc length, welding speed and root separation were determined previously with the purpose of getting the minimum number of welding passes in order to avoid microstructural damage due to overheating. Later, the effect of the cooling speed on the weld microstructure and properties was determined subjecting the welded coupons to two different cooling rates (water and blowed air). From this work welded 2205 duplex stainless steel by GTAW samples were obtained with good penetration, good surface finishing and excellent mechanical properties. Additionally, it was observed that secondary austenite with globular morphology in the root pass in contrast to the typical Widmastätten morphology of the secondary austenite. It is thought that this austenite morphology change in the root pass is the result of the heat treatment carried out by the top pass on the root pass.

Nanopartículas de SnO₂ Obtenidas por el Método de Precipitación Controlada

El óxido de estaño, SnO2, es un compuesto utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas entre ellas como sensor de gas y en la fabricación de desviadores de sobretensiones, varistores, entre otros. En el presente trabajo se utilizó el método de precipitación controlada, MPC, para sintetizar óxido de estaño de tamaño nanométrico empleando como precursor sulfato de estaño. El control de las diferentes etapas del proceso de síntesis se realizó a través de los registros de variación de pH, valoración potenciométrica, y de la conductividad específica y valoración conductimétrica del sistema. Estas curvas contienen información sobre los diferentes procesos que ocurren en el sistema y se pueden utilizar para garantizar la reproducibilidad del proceso. Las características del polvo cerámico obtenido se determinaron utilizando difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja (FTIR), y Microscopía Electrónica de Transmisión (MET).

Tin oxide, SnO2, is a compound used in many technological applications among them as gas sensor and in the production of diverters surges, varistors, among others. In the present work the controlled precipitation method, MPC, was used to synthesize tin oxide, using tin sulfate as precursor. The control of the different stages of the synthesis process was carried out through the registrations of pH variation, potentiometric titration, and specific conductivity of the system. These curves contain information on the different processes that taking place in the system and they can be used to guarantee the reproducibility of the process. The characteristics of the obtained ceramic powder were determined using X rays diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), and transmission electron microscopy (TEM).

Estudio de la miscibilidad, morfología y cristalización de las mezclas POLI(P-DIOXANONA)-POLI(E-CAPROLACTONA) (PPDX/PCL)

En este trabajo se reporta la preparación de una nueva mezcla biodegradable de materiales poliméricos compuesta por Poli(p-dioxanona) y Poli(e-caprolactona) en un rango amplio de composiciones. Primeramente se prepararon mezclas de materiales comercialmente disponibles de alto peso molecular, las cuales resultaron ser inmiscibles. La inmiscibilidad quedó demostrada por la invariabilidad de las transiciones térmicas relevantes determinadas mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), y por la morfología de dos fases observada en el rango microscópico tanto por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) como por Microscopia Óptica de Luz Polarizada (MOLP). Adicionalmente, la superestructura esferulítica de cada fase permaneció inalterada por la presencia de la otra fase, así como también no se modificó la velocidad de crecimiento esferulítico de la fase de PPDX. Estas mezclas de alto peso molecular se intentaron compatibilizar por varias estrategias sin resultados positivos. El estudio de la miscibilidad también se extendió a la mezcla de PPDX y PCL de pesos moleculares bajos con y sin la adición de un copolímero en bloque PPDX-b-PCL de peso molecular comparable. Aun bajo estas condiciones termodinámicamente mucho más favorables, las mezclas no mostraron evidencias de miscibilidad, lo cual resulta notable en vista de la estructura química similar que presentan. Aún cuando las mezclas son termodinámicamente inmiscibles, se detectaron interacciones físicas tales como fenómenos de aparente transferencia de impurezas y un efecto nucleante de la PPDX sobre la PCL en cierto rango de composiciones. Adicionalmente, la dispersión en fases lograda causó fenómenos de cristalización fraccionada en ambas fases.

This work reports the preparation of a novel biodegradable polymer blend composed by Poly(p-dioxanone) and Poli(e-caprolactone) in a wide composition range. Firstly, blends of high molecular weight materials commercially available were prepared and these turned out to be immiscible. The immiscibility was demonstrated by the lack of variation of the relevant thermal transitions determined by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and by the two phase morphology that was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and by Polarized Light Optical Microscopy (PLOM). Additionally, the spherulitic superstructure of each phase remained unaltered besides the presence of the second phase and no modification of the spherulitic growth rate of the PPDX phase was found. Attempts to try to compatibilize these high molecular weight blends by several strategies were unsuccessful. The miscibility study was also extended to low molecular weight PPDX and PCL without and with the addition of a PPDX-b-PCL diblock copolymer of comparable molecular weight. Even under these more favourable conditions the blends were still immiscible, a fact that is surprising in view of their similar chemical structure. Even though the blends are themodinamically immiscible, physical interactions between the components were detected like apparent impurities transfer and a nucleating effect of the PPDX on the PCL in a certain composition range. Additionally, the phase dispersion obtained caused fractionated crystallization phenomena in both phases.

Electrodeposición de Cobre-Latón sobre sustratos de Zamak utilizando las técnicas DC, PDC y PRC

Este trabajo muestra la implementación de las técnicas de corriente pulsante inversa, corriente pulsante directa y corriente directa para electrodepositar películas delgadas de cobre-latón en forma de bicapa sobre sustratos de Zamak. El análisis morfológico se realizó utilizando microscopía de fuerza atómica (AFM) permitiendo identificar que las películas obtenidas con corriente pulsante inversa presentan un tamaño de grano más fino que las películas obtenidas mediante las otras dos técnicas. Para evaluar la resistencia a la corrosión de las películas se utilizó la técnica EIS y curvas de polarización. Se observó de igual manera que la deposición utilizando la técnica de corriente pulsante inversa genera depósitos que incrementa la resistencia a la corrosión de las películas obtenidas.

This research shows the implementation of the techniques of inverse-pulsing current, direct-pulsing current and direct current for the electrodeposition of copper brass thin films as double-layer on Zamak substrates. The morphological analysis has been carry out by using atomic force microscopy (AFM). This technique allowed the detection of finer grain size on the films obtained by inverse-pulsing in comparison with the films obtained via the other two techniques. In order to evaluate the corrosion resistance of the thin films, EIS technique and polarization curves were employed. It was also observed that deposition by using the inverse-pulsing current technique generated deposits of minor porosity and increased the corrosion resistance of the obtained films.

Fabricación y evaluación de electrodos para la determinación de iones Arseniatos en medios acuosos a partir de silica gel dopada con óxidos de hierro

Ha sido objetivo de este trabajo evaluar sólidos de silica gel dopados con óxidos de hierro, en la fabricación de electrodos potenciométricos para la determinación de iones arseniatos en medios acuosos. Se evaluó también la incorporación de un par metálico en la síntesis de la silica gel dopada y se determinó la eficiencia a la respuesta de este tipo de electrodo. La adición del par metálico se realizó mientras se sintetizaba la sílice dopada con hierro, se utilizó cobre y níquel. Los electrodos preparados a partir de los sólidos de silica gel dopada con óxidos de hierro y con otros metales como par metálico, fueron evaluados por técnicas de voltamperometría cíclica y cronopotenciometría. Los electrodos evaluados ofrecieron respuesta potenciométrica ante variaciones de concentraciones de iones HAsO4(2-). La mejor respuesta la presentó el electrodo preparado a partir del sólido dopado con hierro, al mostrar mejor dinámica de respuesta en el tiempo y efecto de memoria. Así mismo mostró una regresión de linealidad aceptable.

The objective of this work is to evaluate silica gel, doped with iron oxides, in the manufacturing of potenciometric electrodes for arsenate ions in aqueous means. The incorporation of a metallic pair in the synthesis of the doped silica gel was also evaluated and the efficiency to the response of this type of electrode was also determined. The addition of the metallic pair was made while the silica, doped with iron, was synthesized, copper and nickel was utilized. The electrodes, prepared from solids of silica gel doped with iron oxides and other metals such as metallic pair, were evaluated by cyclic voltamperometry and cronopotenciometry techniques. The evaluated electrodes offered potenciometric responses before variations of HAsO4(2-) concentrations. The best response presented was of the prepared electrode from the solid doped with iron as it showed a better dynamic response in time and effect of memory. Also it showed a regression of acceptable linearity.

Síntesis de nanopartículas de a-Al₂O₃ a partir de Al₂(SO₄)₃.18H₂O estudio de los mecanismos de formación de las partículas

La alúmina se obtiene normalmente utilizando el proceso Bayer, ella se emplea industrialmente para obtener abrasivos, aisladores eléctricos, soporte para catalizadores, refractarios, material de relleno para polímeros, entre otros usos, y sus propiedades se pueden modificar variando la temperatura de calcinación y el tamaño de partícula. Actualmente, se analizan diversos métodos de síntesis para la obtención de a-Al2O3 con el fin de favorecer una u otra característica exigida para una aplicación en particular. Ellos presentan ventajas y desventajas y tienen en común una completa descripción del mismo pero no se hace mención de los posibles mecanismos de formación de las partículas. A continuación se hace un análisis del proceso de obtención de las partículas de alúmina a partir del Al2(SO4)3.18H2O utilizando el método de precipitación controlado (MPC), poniendo especial interés en la conformación de los complejos y compuestos intermedios de aluminio que se forman a medida que se desarrolla el proceso de síntesis. Los resultados obtenidos por microscopía óptica, FTIR, ATD, TG, DRX, y MET indican que factores tales como el pH, velocidad de agitación y la naturaleza del solvente de lavado inciden en la conformación de los distintos complejos intermedios de Alúmina y las propiedades finales de las partículas de a-Al2O3.

Alumina is normally obtained employing the Bayer process, it is employed industrially in order to obtain abrasives, electrical insulators, catalysts supports, refractory materials, filling material for polymers, among other uses, and its properties can be modified by varying its calcination temperature and particle size. Nowadays, several synthetic methods for a-Al2O3 are being analyzed in order to meet the demands of particular applications. These methods have advantages and disadvantages and they have in common a complete description of the method in question but they do not mention the possible formation mechanisms of the particles. In what follows an analysis is made of the Alumina particle production from Al2(SO4)3.18H2O by the use of the controlled precipitation method (CPM), placing special interest in the conformation of the complexes and intermediate compounds of Aluminum that are formed throughout the synthesis process. Results obtained by optical microscopy, FTIR, ATD, TG, XRD and TEM indicate that factors such as pH, stirring speed and the nature of the washing solvent influence the conformation of the different intermediate Alumina complexes and the final properties of the a-Al2O3 particles.