SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE POLI(EPOXI-IMINA) REFORZADA CON PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS/CONDUCTORAS Y SUS APLICACIONES MEDIANTE CALENTAMIENTO INDUCTIVO/RESISTIVO

Abstract

La necesidad industrial de reducir el peso de los materiales manteniendo sus propiedades mecánicas o incluso mejorándolas, ha desembocado en el uso de materiales compuestos. En su gran mayoría, las matrices utilizadas son de materiales termoestables, debido a sus buenas propiedades termomecánicas obtenidas tras el proceso de curado. A pesar de las buenas propiedades de estos, los materiales termoestables presentan una red tridimensional de alta reticulación, lo que supone un reto a la hora de su reciclaje. Con el fin de mitigar el problema del uso de materiales termoestables, surgen los vitrímeros, estos, además de ser reciclables, presentan grandes propiedades como memoria de forma o capacidad de autorrepararción gracias a la presencia de enlaces covalentes dinámicos (CANs). Existen diferentes tipos de vitrímeros agrupados según el tipo de intercambio covalente, entre estos destacan los grupos ésteres por su reacción de transesterificación, los enlaces disulfuro dinámicos, los uretanos dinámicos y las iminas. Esta últimas tienen especial interés por la sencillez a la hora de ser sintetizados, mediante la reacción de aldehídos o cetonas con aminas primarias en condiciones controladas, además, presentan alta dinámica a temperaturas moderadas, lo que reduce el coste de procesado y reparación. La combinación de materiales vitriméricos y nanopartículas como refuerzo, es una de las nuevas estrategias en el campo de los materiales compuestos. Además de mejorar las propiedades termomecánicas, el uso de refuerzos determinados puede ofrecer nuevas rutas de calentamiento o de conformado. Por un lado, se plantea el calentamiento por efecto Joule basado en el uso de corrientes eléctricas, para eso, se utilizarán refuerzos basados en carbono por su alta conductividad eléctrica, los refuerzos en este caso serán nanotubos de carbono (CNTs) y nanoplaquetas de grafeno (GNPs), para ambos tipos de refuerzo será necesaria la utilización de porcentajes de refuerzo superiores al límite de percolación. Por el otro lado, se plantea el calentamiento por inducción magnética (hipertermia magnética) mediante el uso de refuerzos ferromagnéticos como el Fe2O3 y el Fe3O4. Ambos sistemas presentan diferentes ventajas e inconvenientes, siendo en principio rutas de mayor eficiencia que las convencionales, de ahí su interés. Principalmente, la producción de calentamiento en este tipo de sistemas permite activar fenómenos como la memoria de forma, o dotarlos de aplicaciones como el deshielo de superficies. En este trabajo se realizará, en primer lugar, la síntesis de materiales vitriméricos basados en poli(epoxi-imina), a partir de la síntesis de un oligómero de poliimina basado en amina. Una vez fabricado el oligómero mediante síntesis química, se entrecruzará con enlaces epoxi como el bisfenol A diglicidil éter (bisphenol A diglycidyl ether, DGEBA). Sobre el vitrímero poli(epoxi-imina) se estudiarán sus propiedades básicas, como densidad, propiedades termomecánicas o dureza. En segundo lugar, se realizará la fabricación del sistema poli(epoxi-imina) reforzado con dos familias de nanomateriales: Por una parte, refuerzos que produzcan efecto Joule (producción de calor debido a una corriente eléctrica) como nanotubos de carbono (CNTs) y nanoplaquetas de grafeno (GNPs), y por otra parte refuerzos ferromagnéticos como el Fe2O3 y el Fe3O4. para favorecer calentamiento por inducción magnética. En ambos casos se estudiará la cantidad de refuerzo óptima para la aplicación final. Previo al estudio de dichas rutas de calentamiento, se estudiarán sus propiedades termomecánicas. Una vez determinadas, se evaluará la capacidad de calentamiento de las muestras bajo condiciones variables de corriente eléctrica y de campos magnéticos. Por último, se evaluarán propiedades avanzadas del sistema poli(epoxi-imina) nanoreforzado, como la memoria de forma (mediante Joule o hipertermia magnética)