Influencia de la morfología de ZnO en la fotooxidación de polipropileno

En la actualidad el polipropileno (PP) es uno de los polímeros más consumidos a nivel mundial, con una tasa de crecimiento al alza, razón por la cual, su acumulación en el entorno como producto de desecho es de gran importancia. Una alternativa de interés actual para el manejo de estos desechos poliméricos es la fotooxidación mediante la incorporación de un semiconductor que actúe como catalizador del proceso. Sin embargo, un aspecto en el cual no se ha hecho suficiente énfasis, es en el impacto de la morfología del semiconductor sobre el grado de fotooxidación. En el presente trabajo, se estudió este efecto mediante el análisis de la fotooxidación de nanocompósitos de PP con distintas nanoestructuras de ZnO como fotocatalizador. Las nanoestructuras estudiadas fueron nanobarras y nanopartículas (NP) cuasiesféricas, además de analizarse una muestra comercial de ZnO. Las partículas de ZnO fueron incorporadas al PP mediante extrusión en concentraciones de 0.25%, 0.50%, 0.75% y 1.00% y posteriormente fueron preparadas películas por moldeo por compresión. Las películas fueron expuestas durante 266 h en una cámara de simulación solar con lámpara de arco de xenón y filtro de 340 nm. La fotooxidación de los nanocompósitos fue monitorizada periódicamente mediante espectroscopia de infrarrojo (FTIR) para observar la formación de productos de oxidación, análisis gravimétrico para cuantificar la pérdida en peso debido a la formación de productos volátiles y mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) para analizar los cambios en la superficie a causa de la fotooxidación. Adicionalmente, se utilizó M.C. de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales 2 cromatografía de permeación en gel (GPC) para observar el grado de ruptura promovido por cada morfología en las cadenas poliméricas. Los resultados obtenidos indicaron que la morfología de las nanoestructuras de ZnO tiene una importante influencia sobre la fotooxidación del PP; observándose incluso efectos contrarios entre sí al variarse la morfología de NP cuasiesféricas a nanobarras. Se observó un efecto catalítico en la fotooxidación al utilizarse NP cuasiesféricas, manifestándose como una reducción del tiempo de inducción, además de un incremento en el índice de carbonilo, en la pérdida de peso y en la erosión de la superficie de las películas, comparado con el PP virgen. Por su parte, la disminución de peso molecular promedio resultó equiparable con la observada en el PP virgen para el punto analizado. En contraste, las nanobarras tuvieron un efecto estabilizador, al inhibir la fotooxidación del PP, y en consecuencia, la ruptura de las cadenas poliméricas durante periodos de tiempo más largos. Lo anterior se vio traducido en una menor cantidad de imperfecciones en la superficie de las películas. Finalmente, las partículas comerciales de ZnO presentaron un comportamiento intermedio, en función de la concentración y el tiempo de exposición, lo cual se atribuyó a su morfología heterogénea