Preparación de nuevos nanocomposites multifuncionales de matriz epoxi basados en el empleo de materiales grafénicos

Resumen

En esta Tesis Doctoral se han preparado y caracterizado materiales compuestos nanoestructurados multifuncionales de matriz epoxi, basados en materiales derivados del grafeno (GRMs). Mediante el empleo de la polimerización in situ se han preparado con éxito nanocomposites multifuncionales empleando materiales grafénicos y resina epoxi como matriz, que presentan una combinación de propiedades eléctricas, térmicas y de resistencia al fuego, para lo que se han combinado con materiales retardantes de llama encapsulados (CFRs), debido a que los materiales grafénicos por si solos no han presentado retardancia a la llama. Los GRMs utilizados fueron preparados mediante tres técnicas diferentes de exfoliación del grafito y su presencia en la resina epoxi ha supuesto una serie de cambios estructurales y funcionales en el polímero, como pudo comprobarse a través de la caracterización de los nanocomposites resultantes. La naturaleza química de los distintos tipos de GRMs estudiados así como su interacción con el resto de cargas presentes y con el propio polímero han definido los procesos de reticulación, el comportamiento térmico, la conductividad eléctrica y térmica y la retardancia a la llama de los materiales multifuncionales obtenidos. Para los reactivos retardantes de llama se han desarrollado microencapsulaciones que han resultado eficaces para la reducción parcial de su solubilidad así como para lograr una buena compatibilidad con la matiz epoxi, como así lo demuestran los estudios microestructurales por SEM-EDX y los ensayos de inflamabilidad UL94 V con unos tiempos de auto-extinción muy bajos. Los nanocomposites obtenidos presentan una de los mayores aumentos en la conductividad térmica publicados en la literatura científica y nanocomposites con conductividad eléctrica mayor de 1 S/m, con bajo contenido en carga. También se han conseguido composites multifuncionales en los que el material que mejor comportamiento ha presentado es un multilayer de grafeno pseudoprístino obtenido mediante intercalación del grafito, presentando elevada conductividad térmica y eléctrica y la máxima clasificación en retardancia la llama, V0. Este tipo de GRM ha mostrado efectos sinérgicos con los CFRs, permitiendo aumentar la conductividad térmica hasta un 30% frente a la obtenida por el GRM/epoxi, lo que supone un aumento del 480% frente a la conductividad térmica que presenta el epoxi.