Preparation and Characterization of PMMA/CNF nanocomposite

Abstract

Les Nanofibres de cel·lulosa (NFC) són nanomaterials cel·lulòsics transparents i vermiformes que exhibeixen una superfície remarcable, així com una amplària nanomètrica que proporciona innombrables propietats reològiques i mecàniques. D'altra banda, la naturalesa fràgil i rígida del polimetilmetacrilat (PMMA) dificulta la promoció d'aquest material per a aplicacions noves i innovadores. Per tant, en aquest treball final de grau es pretén incorporar diferents percentatges en pes de NFC oxidades amb TEMPO (Tetramethyl-piperidinyloxyl) en una matriu de PMMA amb la finalitat d'obtenir diversos tipus de nanocomposits de NFC/PMMA. La carboxilació TEMPO redueix el nombre de grups alcohol que jeuen en la superfície d'aquestes fibres millorant, en conseqüència, la dispersió d'aquestes mateixes al llarg de la matriu que porta com a resultat una millora en quant a la transparència. El test mecànic mostra que amb un contingut de NFC elevat el material exhibeix una ductilitat alta però una resistència baixa. Malgrat això, a un contingut reduït de NFC la ductilitat no va perdre intensitat i la tenacitat del material gairebé va romandre intacta en comparació amb la del PMMA pur. Finalment, l'anàlisi òptica mostra clarament que amb un contingut elevat de NFC la transmitància es redueix dràsticament, encara que amb un contingut menor la transparència pot ser gairebé igual respecte al PMMA pur

Las nanofibras de celulosa (NFC) son nanomateriales celulósicos transparentes y vermiformes que exhiben una superficie remarcable, así como una anchura nanométrica que proporciona innumerables propiedades reológicas y mecánicas. Por otro lado, la naturaleza frágil y rígida del polimetilmetacrilato (PMMA) dificulta la promoción de este material para nuevas e innovadores aplicaciones. Por lo tanto, en este trabajo final de grado se pretende incorporar diferentes porcentajes en peso de NFC oxidadas con TEMPO (Tetramethyl-piperidinyloxyl) en una matriz de PMMA con el fin de obtener varios tipos de nanocomposites de NFC/PMMA. La carboxilación TEMPO reduce el número de grupos alcohol que yacen en la superficie de estas fibras mejorando en consecuencia la dispersión de estas mismas a lo largo de la matriz que llevara como resultado una mejora en cuanto a la transparencia. El test mecánico muestra que con un contenido de NFC elevado el material muestra una ductilidad alta pero una resistencia baja. A pesar de esto, a un contenido reducido de NFC la ductilidad no perdió intensidad y la tenacidad del material casi quedo intacta en comparación con el PMMA puro. Finalmente, el análisis óptico muestra claramente que con un contenido elevado de NFC la transmitancia se reduce drásticamente, aunque con un contenido menor la transparencia puede ser casi igual con respecto al PMMA puro.

Cellulose nanofibres (CNF) are hollow transparent and rod-like tailored cellulosic nanomaterials that exhibit a remarkable surface area as well as a nanometric width which render numerous rheological and mechanical properties. Conversely, poly(methyl methacrylate) (PMMA) with a rather brittle nature and rigidity hamper the fostering of these material for new cutting-edge applications. Therefore, in this bachelor’s final work is pretended to embed different TEMPO-oxidized CNFs weight percentages into a PMMA matrix in order to obtain various type of CNF/PMMA nanocomposites. TEMPOcarboxylation aims to reduce the number of alcohol groups lying in the surface of these fibres enhancing, consequently, their dispersion all along the matrix which results in an improvement of the material transparency. The mechanical tests show that at a higher CNFs content the material display a great ductility but a paltry toughness. Contrarily, with a reduced CNFs content the ductility was not diminished, and the material toughness was almost kept unchanged in comparison with the pristine PMMA. Finally, the optical analysis clearly shows that for higher CNFs content the transmittance was drastically reduced, yet at a lower CNFs content transparency was almost unamended as regard the neat PMMA