Estudio de la energía superficial de matrices orgánicas por cromatografía de gases inversa para su aplicación en el desarrollo de materiales compuestos

Abstract

Para que los materiales compuestos sean los adecuados en todas las aplicaciones debe prestarse especial atención a la interfase entre la matriz y la fibra. Ésta es sin duda la zona más importante y vulnerable de dichos materiales. Una técnica ideal para el estudio de dicha interfase es la Cromatografía de Gases Inversa (IGC). La IGC es una de las pocas técnicas de estudio de superficies que aporta datos de la "actividad superficial" de un sólido aunque con ella no se "identifiquen" átomos concretos o grupos funcionales. Determina la afinidad de la superficie de estudio con los diferentes grupos funcionales del entorno. Son muchas las ventajas que presenta la IGC, quizás la más ventajosa es la rapidez en la obtención de los datos. Además, el método es extraordinariamente versátil a la hora de observar el efecto de la temperatura en las propiedades de la superficie. Y lo más importante, el montaje experimental es muy sencillo y económico. Se pretende demostrar las posibilidades que ofrece la técnica de IGC en el estudio de las propiedades superficiales de cinco distintas matrices orgánicas habituales en el desarrollo de materiales compuestos avanzados (resinas fenólicas, furánicas, cianoéster y epoxi) y de un material polimérico de referencia apolar (polietileno). Se propone un nuevo método de cálculo de la actividad superficial de los materiales de estudio, en base a la introducción de las interacciones de Debye, ignoradas hasta ahora en los trabajos de IGC que aparecen en la bibliografía. Se realiza una estimación del área de todos los patrones con la ayuda de los radios atómicos y la longitud de los enlaces de las moléculas diatómicas descritos en la bibliografía. Al mismo tiempo, se propone el uso de la serie de los n-alcoholes como patrones polares, porque las ventajas aportadas en cuánto a la fiabilidad de las medidas y al cálculo de la interacción del dipolo OH serán determinantes en el estudio de la posible formación de los enlaces de hidrógeno en los materiales analizados. Por último, se realizó un "mapeo" de superficie de las distintas matrices orgánicas de naturaleza polimérica con la posibilidad de realizar la elección de la matriz más adecuada para el desarrollo de un material compuesto.