Desarrollo de materiales híbridos nanoestructurados basados en nanofibras de CMC/PVA y nanopartículas de magnetita

Durán Guerrero, José Gabriel (2017) Desarrollo de materiales híbridos nanoestructurados basados en nanofibras de CMC/PVA y nanopartículas de magnetita. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En el presente trabajo de tesis se reporta la síntesis y caracterización de materiales híbridos nanofibrosos (MHN) basados en nanopartículas de magnetita (SMON) y nanofibras poliméricas de carboximetil-celulosa (CMC) y alcohol polivinílico (PVA). Dichos materiales híbridos nanofibrosos fueron sintetizados en tres pasos, los cuales consistieron en: (1) síntesis de las nanopartículas de magnetita por el método de coprecipitación, (2) dispersión de las nanopartículas en mezclas poliméricas acuosas de CMC/PVA, (3) electrohilado de las dispersiones para la obtención de nanofibras SMONCMC/PVA. Las nanopartículas de magnetita (SMON) y los materiales híbridos nanofibrosos SMON-CMC/PVA fueron caracterizados por difracción de rayos x (XRD, por sus siglas en inglés); microscopia electrónica de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés), usando técnicas de imagen en campo claro (BF, por sus siglas en inglés) y difracción de electrones (SAED, por sus siglas en inglés); microscopia electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) para el estudio de sus características morfológicas y cristalinas; espectroscopia de infrarrojo (FT-IR, por sus siglas en inglés) y espectroscopia Raman (RS, por sus siglas en inglés), para el estudio de las interacciones de SMON-CMC-PVA; y magnetometría para el estudio de su comportamiento magnético estático. Los resultados experimentales obtenidos de la caracterización por XRD y TEM corroboran la obtención de nanopartículas magnéticas con estructura cristalina congruente con la reportada para la magnetita. Asimismo, los resultados derivados del estudio por SEM sugieren que la morfología y tamaño de las nanofibras se ve afectada por la concentración y distribución física de las SMON en la dispersión de CMC/PVA; que, en términos generales, provoca la disminución de diámetro medio de las nanofibras, así como la presencia de defectos tipo cuentas. Por otra parte los resultados experimentales obtenidos de la caracterización por FT-IR confirmaron la interacción de las SMON con los grupos funcionales de ambos polímeros; esto a manera de un corrimiento batocrómico de la banda relacionada a la vibración de C=O en los grupos CH3COO-R del PVA; así como uno en la banda relacionada a la vibración asimétrica en O-C=O de los grupos R-CH2-OCOO- de la CMC. Más aun, la caracterización por Raman sugiere que existe una interacción entre los grupos funcionales carboxilato (COO- ) de la CMC con la superficie de las SMON, lo cual se observa a manera de un ligero aumento en la intensidad de la banda relacionada al estiramiento simétrico de COO- , como función del incremento en contenido en peso de SMON en las nanofibras. Por último, los resultados experimentales obtenidos de la caracterización magnética muestran un cambio en la respuesta de las SMON dispersas en la nanofibras poliméricas de CMC/PVA, con respecto a aquellas exhibidas por las SMON “puras”. Este cambio se observa a manera de una disminución de las interacciones magnéticas de intercambio entre SMON, dada su dispersión en las mezclas poliméricas electrohiladas de CMC/PVA. De acuerdo con estos resultados, se puede decir que se lograron obtener materiales híbridos nanofibrosos SMON-CMC/PVA, corroborando de esta manera la hipótesis planteada en este trabajo de tesis, la cual propone que mediante la dispersión de nanopartículas de magnetita en mezclas poliméricas de carboximetil-celulosa y alcohol polivinílico, es posible la síntesis de materiales híbridos nanofibrosos a partir de la técnica de electrohilado, cuyas características físicas y morfológicas son modulables.

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