Development of nanocellular low density expanded beads. Formulation-process-structure relationship

Abstract

Los polímeros celulares, han atraído enormemente el interés de múltiples sectores como la construcción, aeronáutica, automoción, medicina, logística, confort-hogar, ocio, etc. debido a su ligereza, alta rigidez y resistencia específicas, baja conductividad térmica y alta absorción acústica entre otras propiedades. Recientemente, se ha descubierto que mediante la reducción del tamaño de poro hasta el orden de los nanómetros, estas propiedades experimentan una mejora general, siendo una de las características más atractivas, su incremento en aislamiento térmico. Esto se debe a la necesidad, cada vez más acuciante, de materiales superaislantes para cumplir la normativa europea en las nuevas construcciones. Sin embargo, el proceso de obtención de estos polímeros nanocelulares con baja densidad es de una gran complejidad por las condiciones de presión extremas unida con los elevados tiempos de ciclo y a la limitación de tamaño de las piezas poliméricas haciendo que la industrialización de estos materiales no sea una realidad. La presente tesis, se centra en desarrollar, por primera vez, polímeros nanocelulares mediante la tecnología del espumado de perlitas (bead foaming). También tiene como objetivo optimizar la producción de estas perlitas expandidas para obtener bajas densidades mediante condiciones de proceso suaves, de modo que se de un paso hacia el escalado industrial de estos materiales. Para ello, se ha desarrollado una metodología de fabricación para producir polímeros nanocelulares expandidos basados en la tecnología de bead foaming a partir del polimetilmetacrilato (PMMA) como materia prima, seleccionando los grados poliméricos adecuados para la producción de polímeros microcelulares y nanocelulares. Además, se han diseñado y ensayado formulaciones multifásicas específicas basadas en PMMA, poliuretano termoplástico (TPU) y un polímero tribloque denominado MAM. La influencia de parámetros de proceso como la presión de saturación, la temperatura de saturación y la temperatura y tiempo de espumado se han estudiado para optimizar la ruta de fabricación de las perlitas nanocelulares expandidas, estableciendo así una ventana de proceso para la producción de polímeros nanocelulares de baja densidad. Paralelamente, se han desarrollado protocolos de caracterización específicos para determinar la estructura y morfología de los polímeros obtenidos además de sus propiedades térmicas, obteniendo así un profundo conocimiento en la producción de perlitas nanocelulares de baja densidad, abriendo una nueva vía hacia la industrialización de estos prometedores materiales. La presente tesis se enmarca dentro de las actividades de investigación desarrolladas por la empresa CellMat Technologies S.L, realizando la parte experimental en el Laboratorio CellMat del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Valladolid. La supervisión de esta tesis en la empresa ha sido llevada a cabo por la Dra. Victoria Bernardo García y la Dra. Cristina Saiz Arroyo. El Prof. Dr. Miguel Ángel Rodríguez Pérez , director del laboratorio CellMat, también ha sido cosupervisor de esta tesis. Esta tesis se ha escrito de modo tradicional. Además, esta tesis reúne los requerimientos para ser acreditada con Mención de Doctorado Industrial.