Caracterización de películas, fabricados a base de alcohol de polivinilo (PVA)

Se reporta la preparación y caracterización de películas de alcohol polivinílico (PVA)

dopadas con nanopartículas de TiO2. Estos materiales fueron obtenidos a partir de suspensiones

de nanopartículas de TiO2 y PVA en solución acuosa al 10%, y estabilizadas por ultrasonido. Las

películas de PVA-TiO2 (10, 100 y 1.000 ppm de TiO2), de aproximadamente 100 μm de espesor,

fueron preparadas rociando uniformemente la mezcla sobre placas de vidrio y secándolas a

temperatura ambiente por 48 h. La caracterización de las películas se hizo por espectroscopia

infrarrojo de Transformada de Fourier (FTIR) y UV-vis, no encontrando ninguna evidencia de

interacción entre las cadenas de PVA y TiO2. La dispersión del TiO2 en la matriz polimérica fue

evaluada por microscopía electrónica de barrido (SEM). A pesar del tratamiento por ultrasonido,

se observaron aglomerados de diferentes tamaños. Así mismo, se evaluaron las propiedades

mecánicas, observándose un aumento en el módulo de Young a medida que se incrementa la

concentración de TiO2, a la vez que disminuye la elongación de rotura. Sin embargo, no se

aprecian cambios significativos en la resistencia a la tracción.

Palabras clave: Nanocompuesto, alcohol polivinílico, películas, TiO2.

ABSTRACT

TiO2-doped polyvinyl alcohol films (PVA) have been prepared from a suspension of TiO2

nanoparticles in PVA 10% water solution. The suspension was stabilized by ultrasound

Revista iberoamericana de Polímeros Volumen 8(4), Septiembre de 2007

Cabrera et al. Películas de alcohol polivinílico + nanopartículas TiO2

324 Rev. Iberoam. Polim., 8(4), 323-332 (2007)

treatment. PVA-TiO2 films (10, 100 and 1,000 ppm of TiO2) of approximately 100 μm thickness

were prepared by uniformly pouring the mixture on glass plates and drying them at room

temperature for 48 h. The characterization of these films was done by infrared spectroscopy

(FTIR) and UV-vis. No evidence of interaction between PVA chains and TiO2 was found. The

dispersion of the TiO2 particles in the polymeric matrix was evaluated by scanning electron

microscopy (SEM). In spite of the treatment by ultrasound, agglomerates of different sizes were

observed. The Young modulus of these films increases with TiO2 concentration, and

simultaneously the elongation of breakage decrease. Nevertheless, no significant changes in the

tensile strength were observed.

Keywords: Nanoparticles, poly(vinyl alcohol), films, TiO2.

1. INTRODUCCIÓN

La introducción de partículas nanométricas en una matriz polimérica es una estrategia

bastante utilizada para producir nuevos materiales híbridos con mejores propiedades eléctricas

[1], térmicas [2], ópticas [3], mecánicas [4], reológicas [5] y de barrera de gases [6]. La

anisotropía de las partículas (fibras, cilíndricas, elípticas o laminadas) juega un rol importante en

el reforzamiento de la matriz polimérica, especialmente en lo que concierne a las propiedades

reológicas y comportamiento de fase [7]. Sin embargo, las propiedades mecánicas de los

nanocompuestos poliméricos dependen en gran medida de una dispersión homogénea de la carga

anisotrópica [8].

Entre las cargas introducidas en los polímeros figuran principalmente las arcillas [5, 6],

silicatos [2, 4], nanotubos de carbono [7, 8] y óxidos metálicos [9]. Entre estos últimos podemos

resaltar la utilidad del TiO2 para impartir propiedades específicas, como filtros UV y buenas

propiedades mecánicas [10]. Desafortunadamente, el reforzamiento de polímeros hidrófobos,

como el polietileno, con nanopartículas de TiO2 es difícil debido a la tendencia a la aglomeración

[11].

El alcohol polivinílico es un polímero biodegradable e hidrófilo, que tiene múltiples usos

en la preparación de materiales plásticos, en la industria textil y en la industria farmacéutica. En

esta última se emplea como excipiente, como adhesivo, como formador de películas y como

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Cabrera et al. Películas de alcohol polivinílico + nanopartículas TiO2

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matriz. Sus propiedades son influenciadas por su grado de hidrólisis y su peso molecular.

Soluciones acuosas de PVA pueden solubilizar el hidróxido de cobre(II) a pH > 6 vía

interacciones hidrófobas [12]. También se ha preparado materiales compuestos PVA-Cu(OH)2

intercalado con óxido de grafito [13]. Otros compuestos inorgánicos mezclados con PVA son

Fe2O3 [14] y óxido de litio y manganeso [15]. De otro lado, también se ha mezclado TiO2 en

suspensión con PVA con la intención de obtener, después de calcinación, nanopartículas de TiO2

recubiertas de una capa de carbón [16]. Recientemente se ha logrado obtener matrices

poliméricas de PVA con nanopartículas de TiO2 preparadas in situ a partir de TiCl4. Con esta

metodología se logró obtener una dispersión homogénea de partículas del orden de los 5 nm [17].

En este trabajo presentamos la caracterización de películas de PVA dopadas con TiO2, a partir de

mezclas de TiO2 nanoparticulado dispersados por ultrasonido, y discutimos el efecto que produce

la inclusión de un pequeño contenido de TiO2 en las propiedades mecánicas de la película.

2. PARTE EXPERIMETAL

2.1. Materiales. El alcohol polivinílico proviene de Sigma (Mw = 60.000 g/mol, grado de

hidrólisis 80-90%) y el dióxido de titanio de Degussa (P25, mezcla de aproximadamente 4:1

anatasa a rutilo, área superficial 50,0 m2

.g

-1).

2.2. Preparación de las suspensiones de PVA-TiO2. Se prepararon suspensiones

acuosas de TiO2 y se les colocó en un baño de ultrasonido (Branson, modelo 1510E-DTH) por 30

minutos para obtener una buena dispersión. Luego se añadió PVA y se calentó la mezcla final a

80°C bajo agitación magnética (300 rpm) hasta disolución completa del polímero (aprox. 1,5 h).

Las cantidades de TiO2 y PVA fueron las necesarias para obtener suspensiones de PVA con 10,

100 y 1.000 ppm de TiO2.

2.3. Absorbancia de las suspensiones. Las soluciones preparadas anteriormente fueron

diluidas 10 veces, de tal manera que las concentraciones medidas fueron de 1, 10 y 100 ppm de

TiO2 en PVA. La absorbancia de estas suspensiones fue medida con un espectrofotómetro

Biochrom, modelo Libra S22,

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