Preparation and characterization of polymeric matrix composites incorporated barium titanate and hydroxyapatite nanoparticles with potential luminescent properties

Abstract

En este trabajo, se sintetizó el terpolímero poli (acetato de vinilo-co-acrilato de butilo-co-neo decanoato) (VAVDT) y nanocompuestos dopados con nanopartículas de hidroxiapatita (HA) y Titanato de Bario (BaTi) por polimerización en emulsión y mezcla física respectivamente. Las muestras fueron caracterizadas por técnicas espectroscópicas (análisis de FTIR y fotoluminiscencia), microscópicas (SEM), y térmicas (DSC), incluyendo la cristalografía de rayos X (DRX). Los nanocompuestos se prepararon mediante la adición de una pequeña carga de mezcla de nanopartículas en el terpolímero VAVDT con una concentración del 0,01 wt%. La relación BaTi/ HA utilizado para las mezclas fueron de 0/100, 10/90, 30/70, 50/50, 70/30, 90/10, y 100/0. Estas variaciones en la composición de nanopartículas fueron usadas para identificar su influencia en las propiedades luminiscentes del composito así como también en las interacciones matriz-nanopartículas. Además, el uso de una matriz polimérica basada en vinil acrílico le hace un candidato considerable para aplicaciones en recubrimientos. La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier y la difracción de rayos X confirmaron la exitosa síntesis del terpolímero y la incorporación de las nanopartículas en la matriz polimérica. El análisis DRX mostró también el efecto de las nanopartículas en la morfología del polímero hospedador, incrementando su comportamiento amorfo. Las imágenes de microscopía electrónica revelaron que las nanopartículas BaTi tenían una distribución de tamaño y dispersión más uniforme a composiciones bajas. Por otro lado, las nanopartículas de HA tendían a formar aglomeraciones, especialmente en composiciones más altas, lo que indica una fuerte interacción intermolecular partícula-partícula. La calorimetría diferencial de barrido confirmó la acción del Titanato de Bario como plastificante al incrementar la flexibilidad de las cadenas poliméricas. Adicionalmente, las nanopartículas de HA mostraron tener un efecto obstaculizante en la movilidad de las cadenas poliméricas reduciendo su volumen libre. Finalmente, el análisis fotoluminiscente mostró el incremento de la respuesta luminiscente de los nanocompositos, especialmente para las muestras con HA no calcinada. Los nanocompositos compuestos con HA calcinada mostraron una tendencia bien definida donde a un mayor contenido de BaTi, las propiedades de luminiscentes mejoraban.