Fabrication and characterization of chitin-carbon nanotubes composites
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Abstract
Most polymers by themselves have limitations due to their poor mechanical, thermal and
electrical properties compared with metallic and ceramic materials. Therefore, to expand
their range of applications these properties must be enhanced. In particular, polymer
matrix composites are attractive because of their low cost, high tensile strength, high
stiffness, and good corrosion resistance. The present study focuses on the fabrication of
low cost chitin films reinforced with multiwall carbon nanotubes (CNTs). An additional
benefit of this composite is that more than 90% of its mass is biodegradable, which makes
it desirable for environmental issues. This composite has potential usage as aerospace
structural parts and components. To fabricate these composites, CNTs were dispersed
and incorporated into the chitin solution. Different dispersion methods were tested,
including ball milling, ultrasonic bath and an ultrasonic probe. The films were
characterized with FTIR, optical microscopy, thermogravimetry, and thermomechanical
analysis. Better dispersions were obtained via dispersion of the CNT with an ultrasonic
bath. The results suggested that the reinforcement effect of the matrix only occurs at high
temperature, i.e. 150ºC. At this temperature the polymer is in its rubbery state, which
allowed the CNTs to enter in the free volume of the matrix space restraining the
movement. La mayoría de los polímeros por sí mismos tienen limitaciones debido a sus pobres
propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas en comparación con los materiales
metálicos y cerámicos. Por lo tanto, para ampliar la cantidad de aplicaciones de
materiales poliméricos estas propiedades deben ser mejoradas. En particular
compuestos de matriz polimérica son atractivos debido a su bajo costo, alta resistencia
a la tracción, alta rigidez, y una buena resistencia a la corrosión. El presente estudio se
centra en la fabricación de películas de quitina reforzadas con nanotubos multicapa de
carbono. Este compuesto tiene potencial de aplicaciones estructurales y aeroespaciales.
Un beneficio adicional de este compuesto es que más del 90% de este material es
biodegradable, lo que hace deseable por su poco impacto ambiental. Para fabricar estos
compuestos, los CNT se incorporan en la solución de quitina se dispersaron. Diferentes
métodos de dispersión se probaron, incluyendo un molino de bolas, un baño ultrasónico
y una sonda ultrasónica. Las películas se caracterizaron utilizando FTIR, microscopía
óptica, termogravimetría, y el análisis termomecánico. Los resultados mostraron mejores
dispersiones cuando el baño ultrasónico se utilizó como método de dispersión de los
CNTs en la matrix. Los resultados sugirieron que el efecto de refuerzo de la matriz sólo
se produce a alta temperatura, es decir, a 150ºC. A esta temperatura el polímero está en
su estado gomoso que permitió a los nanotubos de carbono entrar en el espacio de
volumen libre de la matrix restringiendo movimiento de las cadenas.
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