Ingeniería y Ciencia de los Materiales

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Biopolymer composites as triboelectric layers for the development of triboelectric nanogenerator (TENG)
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-29) Delgado De Lucio, Virgilio Brian; Torres García, Fernando Gilberto
The escalating global energy demand, propelled by rapid industrial expansion, has underscored the imperative of transitioning to cleaner and more sustainable energy sources to combat pollution and mitigate the adverse effects of global warming. Triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as a promising technology capable of harnessing ambient mechanical energy and converting it into electrical power. This research initiative seeks to advance the field by focusing on the development of composite materials derived from a synergy of biopolymers extracted from natural sources, particularly potatoes, and inorganic fillers. The comprehensive objectives of this study encompass the extraction of biopolymers from natural resources, the meticulous characterization of composite materials to ascertain their mechanical, physicochemical, and morphological properties, the fabrication of TENGs employing these composite materials, and an exhaustive evaluation of the TENGs' performance metrics. Remarkably, the composite materials exhibit outstanding dielectric properties, characterized by exceptional dielectric permittivity (ε) values. At a fundamental level, these materials showcase impressive dielectric constant (ε') values, with specific examples reaching into the millions at a frequency of 1 Hz. Furthermore, the dielectric loss (ε'') values, representing the imaginary component of permittivity, also exhibit notable characteristics. For instance, certain composite materials demonstrate ε'' values that mirror the remarkable ε' values, signifying their potential to excel in energy storage applications. What sets this research apart is not only the development of materials with exceptional dielectric properties but also the exploration of their practical application in triboelectric nanogenerators. The TENGs fashioned from these composite materials consistently exhibit remarkable voltage outputs, further underscoring their potential for various energy harvesting applications.
Caracterización de nanomateriales compuestos con matriz de carragenina reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono y nanopartículas de origen biológico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-18) Ortecho Luna, David Amador; Torres García, Fernando Gilberto
La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos.
Caracterización de propiedades electrónicas de sensores nanoestructurados en base a carbono para la detección de tuberculosis
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-22) Rojas Valle, Merlyn; Rumiche Zapata, Francisco Aurelio
La Tuberculosis constituye uno de los principales factores de mortalidad en el mundo; en particular, en el Perú representa un problema de salud pública cada vez mayor. Por otro lado, el constante interés y avance en los estudios sobre la detección de biomoléculas con el uso de nanoestructuras constituye una alternativa de diagnóstico eficiente en sensibilidad y especificidad, con potencial para generar dispositivos económicos y de fácil fabricación. El presente trabajo de tesis se basa en el diseño e implementación de un sistema para caracterizar las propiedades electrónicas de transistores de efecto campo con canales basados en grafeno. El sistema cuenta con tres módulos: el módulo de medición conformado por dos medidores de parámetros semiconductores, un módulo de manipulación conformado por una estación de pruebas y microposicionadores, y un módulo de adquisición de datos conformado por un programa y un computador. Para la validación del sistema se fabricó un dispositivo sensor, del tipo transistor de efecto campo, basado en grafeno (GFET), y se evaluaron los principales factores que condicionan su desempeño en la detección de biomoléculas; factores tales como el recocido térmico, la resistencia de contacto y el uso de un buffer fosfato salino como medio electrolítico de compuerta. Asimismo, se realizó la adquisición de las curvas I-V de salida y de transferencia en cada etapa de fabricación del dispositivo sensor, y se analizó cualitativamente su desempeño en la detección de la secuencia de ADN 5'- GGTCCAGCTGTGTATCCACTCCAG-3' específica de la Mycobacterium tuberculosis (MTB). En la primera parte del presente trabajo de tesis se presentan los antecedentes y aplicaciones de los GFETs en la detección de ADN. La segunda parte está dedicada a brindar información detallada de todos los procedimientos experimentales, la implementación del sistema de medición, las herramientas analíticas y los materiales utilizados a lo largo del trabajo de investigación. La última parte presenta una discusión de los resultados obtenidos y las conclusiones extraídas del trabajo. A partir de los resultados del trabajo se puede inferir que el sistema de medición implementado permite evaluar las propiedades electrónicas de un transistor de efecto campo con una precisión adecuada y analizar sensores base grafenocadenas de ADN para la detección sensible y selectiva de tuberculosis. Como trabajo futuro, se deberán estudiar otros parámetros de calidad de los dispositivos sensores tales como la estabilidad a lo largo del tiempo, la especificidad y la robustez o reutilización con el fin de contrastarlos con los métodos estándar.
Caracterización de propiedades magnéticas de un material compuesto de matriz epoxica reforzado con partículas magnéticas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-01-19) Farfán Lira, José Enrique; Lean Sifuentes, Paul Pedro
La electricidad es uno de los pilares en los que se cimienta la sociedad actual, principalmente por la alta eficiencia obtenida en el transporte de esta energía, lo que permite su reparto y utilización en lugares lejanos a la fuente. Las máquinas eléctricas forman parte importante de esta realidad, pues permiten la transformación de esta energía en movimiento, lo cual se utiliza en diversos aspectos desde los electrodomésticos hasta los motores industriales, todos ellos combinan fenómenos electromagnéticos y hacen uso de materiales conductores de campo eléctrico y magnético para su funcionamiento. El presente trabajo se ubica en el campo de los materiales magnéticos y pretende iniciar la investigación de nuevos materiales compuestos para aplicaciones magnéticas, en la intención de reemplazar a los aceros eléctricos usados tradicionalmente en la fabricación de máquinas eléctricas; ampliando las aplicaciones de alta frecuencia de éstos materiales compuestos, tales como: servomotores, bocinas, grabadores magnéticos, aisladores de ondas electromagnéticas y otros. El objetivo principal del presente trabajo es elaborar y caracterizar un material compuesto de matriz epóxica reforzada con partículas magnéticas para determinar la relación entre sus propiedades magnéticas y la proporción de sus constituyentes. Según la metodología planteada, inicialmente se han fabricado probetas toroidales de material compuesto mediante aglomeración, variando las proporciones de sus constituyentes. Seguidamente se ha realizado la caracterización de estos materiales, principalmente con el propósito de determinar sus propiedades magnéticas, de modo indirecto, mediante el efecto que tienen dichas propiedades sobre los parámetros eléctricos: tensión y corriente; utilizando un circuito de prueba según la norma ASTM A927. Como resultado de esta investigación, se logró elaborar y caracterizar materiales compuestos de matriz epóxica variando la proporción de partículas magnéticas como refuerzo en el rango de 14.5% a 29.8% en volumen. El material con 29.8% de refuerzo, correspondiente a la máxima composición en volumen obtenida en el presente trabajo, presenta las mejores propiedades magnéticas: 2.84 de permeabilidad relativa y 90.5 J/m3 de pérdidas específicas.
El catabolismo de glucosinolatos durante el secado postcosecha determina la proporción final de amidas y bencenoides bioactivos en harina de maca (Lepidium meyenii)
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-11) Esparza Ballón, Eliana; Cosio Caravasi, Eric Gabriel
El procesamiento postcosecha de raíces de maca (Lepidium meyenii Walp., Brassicaceae), un cultivo tradicional altoandino, implica un secado lento en el campo antes de la molienda para producir harina. La deshidratación progresiva de los tejidos y la liberación de enzimas hidrolíticas y sustratos de los compartimentos celulares da como resultado la acumulación lenta de monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos libres. Un perfil cinético más complejo y rápido es el de la degradación de glucosinolatos. Durante el secado se generan una serie de productos de acumulación estables, y también intermediarios reactivos, algunos de los cuales tienen propiedades bioactivas notables. Entre estos se encuentran las macamidas, inhibidores de la degradación de los neurotransmisores endocannabinoides en el sistema nervioso de los mamíferos. Las macamidas son el resultado de la condensación de bencilamina, un producto de hidrólisis de glucosinolatos, con ácidos grasos liberados por la hidrólisis de lípidos. Investigaciones recientes se han centrado en desarrollar procesos de secado en condiciones controladas que puedan modular la bioquímica de la hidrólisis de glucosinolatos para optimizar el contenido de compuestos bioactivos en la harina de maca. El secado de maca triturada en horno a temperatura moderada (35 °C) bajo un flujo de aire controlado genera bencilamina como producto primario de acumulación, que representa hasta el 94% del glucosinolato hidrolizado en la harina. La evidencia cinética sugiere que tanto los bencenoides desaminados como las macamidas, que representan menos del 5% de glucosinolato hidrolizado, se generan a partir de la bencilamina acumulada a través de la actividad de aminaoxidasas o por la condensación con ácidos grasos libres, respectivamente. Etapas posteriores de deshidratación resultan en cambios en las proporciones molares de los distintos bencenoides desaminados, tales como ésteres de ácido benzoico y alcohol bencílico. En este reporte se propone que estos son el resultado de cambios en las tasas de las semirreacciones reductivas y oxidativas de aldehído-deshidrogenasas endógenas y que es la relación entre la desaminación de bencilamina o de su condensación a amidas lo que determina los rendimientos finales de macamidas en relación con bencenoides y sus ésteres en la harina de maca. Las condiciones redox durante el secado determinan, por lo tanto, el perfil bioactivo y calidad de la harina de maca generada, y son factores a tomar en cuenta para una eventual estandarización de este proceso.
Desarrollo de bioplásticos a partir del cactus Echinopsis pachanoi y de algas del litoral peruano
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-20) Vicente Meléndez, Erika Fabiola; Torres Garcia, Fernando Gilberto
Actualmente, existe interés en la caracterización de biopolímeros naturales y su uso en el desarrollo de bioplásticos con el fin de sustituir los plásticos derivados del petróleo que son de difícil descomposición o que impactan negativamente el medio ambiente. Este trabajo se centra en la caracterización del mucílago del cactus Echinopsis pachanoi (E. pachanoi) y el desarrollo de bioplásticos a partir del mucílago del E. pachanoi y algas del litoral peruano como son Ulva nematoidea y Chondracanthus chamissoi. Se desarrolló un proceso efectivo para la obtención del polvo de mucílago de E. pachanoi. Los ensayos FTIR, DSC y TGA permitieron estudiar las características iniciales de dicho biopolímero. Asimismo, los estudios reológicos del gel de E. pachanoi dieron como resultado un comportamiento predominantemente elástico y un comportamiento de deformación reversible. Se fabricaron films basados en mezclas de mucilago de E. pachanoi, ulva y carragenina. Los principales resultados indicaron que el mucílago promueve, dependiendo del tipo de mezcla, la modificación de las propiedades térmicas y mecánicas de los films. En el caso del film de mucílago con carragenina, se obtiene un material más flexible y de menor resistencia; por el contrario, cuando se mezcla con ulvan se obtiene un material más rígido y resistente. Los resultados del presente trabajo indican que biopolímeros como el mucílago de E. pachanoi, ulvan y carragenina, que son materiales abundantes, renovables, biodegradables y no tóxicos para el ser humano, pueden ser utilizados para fabricar bioplásticos y, en el futuro, cubrir demandas de coberturas comestibles y otros.
Desarrollo de matrices porosas de ácido poliláctico (pla) y polietilenglicol (peg) mediante impresión 3d, aditivadas con quitosano y ácido úsnico para evaluar su liberación controlada
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-02-12) Quijano Rentería, José Jhonatan; Acosta Sullcahuamán, Julio Arnaldo
Uno de los propósitos de la Ingeniería de Tejidos es reemplazar tanto a órganos como tejidos en el cuerpo con materiales compatibles con el mismo. Destaca el uso de algunos materiales poliméricos, biodegradables y biocompatibles, en el desarrollo de dispositivos que puedan transportar fármacos, regenerar tejidos, sustituir funciones así como ofrecer aplicaciones y soluciones para problemas más personalizados. Las matrices porosas poliméricas (Scaffolds) son sistemas de andamiaje temporales, que buscan mejorar y poder dar tratamientos de regeneración más personalizados y de menor rechazo que otros métodos convencionales. Entre los polímeros más utilizados en este campo de la ciencia se tiene el ácido poliláctico (PLA), que es un termoplástico con propiedades adecuadas de biocompatibilidad y biodegradación, de fácil procesamiento y modificación; otro polímero muy usado es el polietilenglicol (PEG), debido a su afinidad biológica, a la proliferación de células y la no degradación y degeneración de proteínas en presencia de este polímero. El objetivo de este trabajo es desarrollar matrices porosas (scaffolds) fabricadas a partir de materiales compuestos de ácido poliláctico (PLA) y polietilenglicol (PEG) mediante la técnica de modelado por deposición fundida empleada en la impresión 3D, para luego aditivarlo con ácido úsnico y quitosano y, por último, evaluar su liberación controlada en un medio determinado. La metodología experimental utilizada para este fin fue la siguiente: inicialmente se fabricaron filamentos de materiales compuestos de PLA/PEG con 0%, 5% y 10% de PEG en peso, en una extrusora de doble husillo; luego se obtuvieron las matrices porosas mediante impresión 3D con diferentes parámetros y porcentajes de relleno; seguidamente se realizó la aditivación del ácido úsnico en las matrices porosas; asimismo, se recubrieron éstas con una película de quitosano, sumergiendo la matriz polimérica en una solución al 1% de quitosano en ácido acético diluido, para luego evaluar la liberación del fármaco en una solución tampón salina (buffer); los ensayos realizados para la caracterización de las propiedades de las matrices poliméricas fueron: espectro infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR), calorimetría diferencial de barrido (DSC), termogravimetría (TGA), microscopía óptica (SEM) y degradación en un medio acuoso; siguiendo en la mayoría las recomendaciones y procedimientos propuestos en las normas ASTM y trabajos de referencia anteriores a los mismos. Como resultado, se obtuvieron las curvas de liberación controlada del fármaco en una solución tampón salina en función del tiempo, determinándose que la liberación del fármaco para porcentajes de relleno de 50% y 80% aumenta a mayores porcentajes de PEG, al mismo tiempo que se evidencia una menor velocidad de liberación en presencia de la película de quitosano.
Durability of porous glasses
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-01-10) Rodríguez Valdivieso, Christian Raúl; Grieseler, Rolf
The investigations of this work are dedicated to the production of highly alkali resistant porous glasses, evaluating the effect of adding ZrO2 to the sodium borosilicate Vycortype glass. The additions were made with the purpose of improving the ability of the silica porous structure to withstand alkaline solutions. Base glasses (BG) with 0 mol% ZrO2 (Zr0), 3 mol% ZrO2 (Zr3) and 6 mol% ZrO2 (Zr6) were produced by the conventional melting and quenching method. The vitreous structure of the BG was confirmed by XRD. Further characterization tests such as density, ATR and DSC were performed as well. To induce spinodal phase separation and create a two-phase matrix (an insoluble silica rich phase and a soluble sodium-borate phase), BG were heat treated at different temperatures from 560 °C to 700 °C for 12 hours. Scanning electron microscopy (SEM) confirmed the expected interconnected sponge-like morphology. Pore sizes were calculated according to the DIN EN ISO 13383 norm. There is a well-defined tendency of pore size growth with increasing heat treatment temperature and time for 0 mol% ZrO2 and 3 mol% ZrO2 glasses. SEM images also show a decrease in pore size when ZrO2 is added to the glass. The 6 mol% ZrO2 glass did not show spinodal phase separation. Based on the pore size results, a heat treatment temperature of 680 °C was chosen for the following tests. To obtain a porous sample, the soluble sodium-borate phase needs to be leached with HCl solution. For this, leaching temperature and the HCl solution were varied, as well as the subsequent drying process.The best leaching results were obtained with a solution of 1 M HCl + 70 % Ethanol (ratio 9:1) at room temperature for two days and 2 M HCl + 70 % Ethanol (ratio 9:1) at 70 °C for seven days, for Zr0 and Zr3, respectively. To study the durability of porous glasses, alkali resistance tests against 0.1 M NaOH were carried out. It was shown that the alkali stability of Zr0 glass is very low (mass loss of about 20 % in 22 hours). However, when 3 mol% ZrO2 is added to the glass the weight loss percentage is reduced significantly (mass loss of about 4 % in 22 hours). It was found that the presence of zirconia in the silica rich porous structure improves the stability against alkali dramatically. A big problem is the leaching of the phase separated glasses, which very often resulted in breaking of the samples.
Elaboración y caracterización de un jarabe de polimetil metacrilato para la fabricación de materiales compuestos con trihidróxido de aluminio
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-11-17) Lucas Lizano, Kelly; Rueda Sánchez, Juan Carlos
El objetivo principal del presente trabajo fue elaborar y caracterizar un jarabe polimérico de polimetilmetacrilato (PMMA), el cual se elaboró mediante una polimerización parcial en masa del metilmetacrilato (MMA) vía radicales libres. El jarabe obtenido fue usado para la elaboración de materiales compuestos poliméricos. La primera etapa consistió en la caracterización de un producto comercial, el cual fue un material compuesto de PMMA y ATH, conocido como Krion®, de la empresa Porcelanosa™. La segunda etapa fue el estudio de la polimerización parcial vía radicales libres del MMA para obtener el denominado “jarabe”. Para polimerizar parcialmente el metilmetacrilato, se estudió el control de la temperatura de polimerización de 75 a 85°C usando peróxido de benzoilo (PBO) al 0.1%. Posteriormente se estudió la influencia del etilenglicol dimercaptoacetato (EGDM), en cantidades 0,1, 0,2 y 0,3% en peso, en la reacción. Los resultados obtenidos muestran que la adición de una pequeña cantidad de iniciador y un adecuado control de la temperatura son necesarios para polimerizar y evitar el efecto Trommsdorff. A su vez, la autoaceleración es postergada también por efecto del agente de transferencia de cadena, el cual reduce significativamente la viscosidad del medio. Como resultado de este trabajo de investigación se determinó que los parámetros adecuados para la elaboración del jarabe, constituido por polimetilmetacrilato disuelto en metilmetacrilato, son: 0,1% en peso de PBO, 0,2% en peso de EGDM, 85°C de temperatura y aproximadamente 130 minutos de tiempo de polimerización, con una conversión de monómero entre 20 a 30% y 55000 g/mol de peso molecular del PMMA. La última etapa correspondió a un ejemplo de aplicación del jarabe para la elaboración de un material constituido por 40% de jarabe y 60% de ATH en peso, el cual fue caracterizado mediante ensayos de control tales: ensayo de flexión, dureza, resistencia al fuego y análisis termogravimétrico.
Estudio comparativo de la acción de copolímeros en bloque de estirenobutadieno- estireno (SBS) en la modificación de las propiedades físicas y reológicas del asfalto
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-07) Herencia Peña de Pareja, Wendy Luisa; Rueda Sanchez, Juan Carlos
En la presente tesis se hizo un estudio comparativo de dos copolímeros estirenobutadieno- estireno (SBS) en bloque, lineales, que actualmente son utilizados como modificadores de asfaltos, ambos procedentes de la empresa Dynasol Elastómeros S.A. de C.V. y fueron elaborados mediante polimerización aniónica y denominados para fines del estudio como: SBS-1 y SBS-2. La caracterización de los copolímeros SBS fue realizada mediante técnicas de RMN, FTIR-ATR y GPC. La diferencia principal en su composición química entre los copolímeros SBS-1 y SBS-2 radicó en el contenido del grupo 1,2-vinilo de la cadena de polibutadieno del copolímero. El copolímero SBS-2 tuvo 36% molar de grupos 1,2-vinilos mientras que el copolímero SBS-1 solo tuvo 11% molar. El contenido de poliestireno en peso fue de 31% para el copolímero SBS-1 y 34% para el copolímero SBS-2. Los pesos moleculares promedio en peso (Mw) fueron de 146,000 g/mol para los dos copolímeros. La polidispersidad fue de 1.5 para el SBS-1 y 1.6 para el SBS-2. El asfalto seleccionado para ser modificado con polímeros fue PEN 60-70 con Grado de Performance PG 64-22, procedente de la Refinería Conchan de la empresa Petroperú S.A. cuya composición química obtenida mediante la cromatografía SARA, fue de: 22.45% de compuestos saturados, 9.51% de compuestos aromáticos, 53.45% de compuestos resinas y 14.59% de compuestos asfaltenos. Dada la composición química del asfalto, no se cumplieron los requisitos para asegurar un alto grado de compatibilidad asfalto/polímero, al haberse encontrado que el índice de inestabilidad coloidal fue igual a 0.59 y no 0.3, el contenido de aromáticos igual a 9.51% y no 55% mínimo y, por otro lado, la relación de saturados/aromáticos, fue igual a 2.36 y no 0.55, tal como es aconsejado en la literatura (Polaccoa, 2015). Por consiguiente, debido al bajo contenido de aromáticos, la mezcla asfalto-polímero SBS, tendría problemas de incompatibilidad, producto del menor grado de solvencia de polímero. (Airey, 2003). Frente a la composición química del asfalto seleccionado, la dosis de polímero no fue alta y el uso de azufre como agente vulcanizante del polímero ayudó a mejorar la estabilidad en el almacenamiento del asfalto modificado. La relación de azufre/polímero fue 0.05 con ambos copolímeros SBS. Sin embargo, esta relación depende de la calidad del polímero seleccionado y sobre todo de las características del asfalto modificado requeridas para su uso en el pavimento, de acuerdo a las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción EG-2013 del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú. En esta tesis, a modo comparativo los copolímeros SBS-1 y SBS-2 fueron utilizados con la misma dosis, es decir, 3% en peso respecto al asfalto PEN 60-70. De los dos copolímeros SBS evaluados, solo el copolímero SBS-1 llenó los requisitos de calidad para obtener un asfalto modificado con las características de acuerdo a la norma peruana para el tipo IC y, además, con Grado de Performance PG 76-22 y clasificación para tráfico muy pesado (V). El mayor contenido de los grupos 1,2-vinilo en la cadena del polibutadieno del copolímero SBS-2 generó mejores propiedades físicas, pero no mejores propiedades reológicas que el copolímero SBS-1 en el asfalto. Adicionalmente, esta tesis incorporó en la caracterización de los asfaltos modificados la determinación del Grado de Performance, la clasificación por tipo de tráfico mediante la prueba del MSCR, prueba de Múltiple Stress Creep Repetido (ASTM D-7405) y la medición de la resistencia a la fatiga de los asfaltos mediante el ensayo LAS (Estimating Fatigue Resistance of Asphalt Binders Using the Linear Amplitude Sweep, AASHTO T- 391), siendo estas herramientas valiosas en la selección del polímero para un asfalto modificado específico.
Estudio de la adsorción de dimetilamina utilizando composites a base de un armazón metal orgánico soportado en carbón activado funcionalizado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-30) Ramos Muñoz, Jorge Alexis; Sun Kuo, María del Rosario
La presente investigación tuvo como finalidad el estudio y la remoción de aminas con cadenas alifáticas, especialmente la dimetilamina (DMA), la cual, bajo ciertas condiciones que se dan durante el tratamiento de aguas potables y residuales pueden formar la N-nitrosodimetilamina (NDMA). La importancia de la disposición de DMA radica en el hecho de que una vez que se transforma en NDMA esta última es exponencialmente más nociva al mostrar cierta actividad carcinogénica incluso a concentraciones tan bajas como 0,7 ng.L-1. Los materiales adsorbentes desarrollados en este estudio constan de carbón activado (CA) preparado a partir de semilla de aguaje (Mauritia Flexuosa) por activación química con ácido fosfórico y posteriores modificaciones. Estas consiguen primero en introducir grupos sulfónicos (-SO3H) sobre su superficie formando el denominado carbón activado funcionalizado (CAF) y después incorporar un armazón metal orgánico, el MOF-235, al CAF; el material compuesto resultante se denominó (CAFMOF). La caracterización fisicoquímica de los adsorbentes se realizó empleando las técnicas instrumentales de sorción de N2, espectroscopia infrarroja con transformadas de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía dispersiva de rayos X (EDX), termogravimetría (TGA), titulación Boehm y punto de carga cero (PZC). El MOF-235 preparado por síntesis solvotérmica presentó una estructura hexagonal identificada por DRX y confirmada a través de las micrografías SEM. Los grupos funcionales obtenidos por FTIR, así como los análisis TGA confirmaron la identidad del MOF-235 obtenido. Los carbones activados mostraron ser materiales muy microporosos, con una alta área superficial, tanto mayor cuanto más alto fue el grado de impregnación del carbón activado. Sin embargo, después de la funcionalización con grupos sulfónicos (-SO3H) y con la incorporación del MOF-235, el área superficial disminuye apreciablemente. Mediante titulación Boehm se determinaron los grupos funcionales oxigenados en el carbón activado con presencia y ausencia de funcionalización. Luego de la funcionalización se observó una disminución del punto de carga cero hacia pH's más ácidos lo cual se relacionó con un incremento de la densidad de grupos oxigenados superficiales. El estudio del proceso de adsorción de la DMA involucró el desarrollo de pruebas cinéticas e isotermas para estudiar el comportamiento de cada adsorbente, los resultados indicaron que la capacidad de adsorción de los carbones activados funcionalizados se incrementaron con relación a sus carbones precursores, de manera contraria, luego del proceso de incorporación del MOF, dicha capacidad disminuyó considerablemente, esto se debió primero a las condiciones de activación que condujeron a una reducción apreciable del área superficial del composite y en segundo lugar, a la interferencia en la cuantificación de DMA producida por la reacción de hidrólisis del solvente DMF remanente, lo que se produjo durante la derivatización de DMA. El modelamiento cinético mostró que los resultados experimentales se ajustaron mejor al modelo de pseudo-segundo orden, lo que significa que el proceso de adsorción depende principalmente de los sitios activos disponibles. Los resultados experimentales de las isotermas de adsorción de los carbones activados y sus respectivos funcionalizados se correlacionaron mejor con el modelo de Langmuir lo que indicaría que la adsorción se produce sobre una superficie energéticamente homogénea. Por otro lado, en el caso de los composites los resultados experimentales de las isotermas tuvieron un mejor ajuste con el modelo de Dubinin-Radushkevich, por lo que se puede establecer que la adsorción se produce sobre una superficie heterogénea con una distribución gaussiana en la energía de adsorción.
Estudio de la deposición de óxido diférrico (magnetita) sobre fieltro de carbono
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-23) Mejía Chueca, María del Carmen; Kong Moreno, Maynard Jorge
Frente a la problemática de contaminación de residuos acuosos, métodos de recuperación y de remoción de los mismos, han sido probados con la finalidad de disminuir el impacto ambiental. Pese a que los tres métodos conocidos de recuperación (adición de fase, campo de fuerza y barrera) han demostrado tener un buen desempeño sobre diferentes muestras estudiadas; un contratiempo ha sido la concentración incial de los contaminantes presentes, la cual por ser generalmente elevada, continúa siendo alta aún despues de aplicado el tratamiento. Es así como las técnicas de remoción se empiezan a desarrollar como alternativa frente a las de recuperación. Son dos los métodos de remoción investigados hasta el momento: adsorción y degradación, de los cuales, el último ha sido el más estudiado, debido a su capacidad de degradar no sólo las sustancias orgánicas contaminantes, si no también a los productos de degradación de las mismas (pese a su gran estabilidad, éstos también pueden descomponerse durante algunas operaciones tecnológicas), cuya resistencia ambiental aun es desconocida. El proceso electro-Fenton constituye uno de los métodos degradativos más importantes estudiados hasta la fecha. Mediante este proceso, el radical hidroxilo (OH·), con un alto poder oxidativo (E0 = +2,8V), es capaz de degradar contaminantes orgánicos no biodegradables. Básicamente consiste en la generación electroquímica (in situ) de peróxido de hidrógeno, empleando Fe2+ como catalizador. Una reacción entre el peróxido y iones Fe2+ daría lugar a la formación de los radicales. Es por esta razón, que el empleo de un electrodo a base de fieltro de carbono dopado con partículas de hierro magnéticas (magnetita, Fe3O4), en este proceso, constituye la motivación del presente trabajo. Adicionalmente, las partículas magnéticas ayudarían a remover, magnéticamente y por adsorción, diversos metales en la solución a tratar. Así, un estudio de la electrodeposición de magnetita Fe3O4 sobre fieltro de carbono, se realizó a partir de una solución de Fe(NH4)2(SO4)2,6H2O y K(CH3COO), variando las condiciones de temperatura (25oC, 50oC y 90oC) y pre-tratamiento del fieltro de partida. Una temperatura de electrodeposición de 90oC resultó ser la más eficiente; obteniénsode una fase de 49% de magnetita, otra de 36% de hematita, y finalmente una de 15% de goetita, lepidocrocita y hematita (porcentajes relativos). El empleo de una temperatura de 25oC favoreció la deposición de una única fase de goetita; mientras que una de 50oC, dió como resultado la formación de 7 fases distribuidas de manera heterogéna sobre el área analizada del substrato, de las cuales sólo dos lograron ser identificadas con algún óxido de hierro (hematita Fe2O3 y óxido ferroso FeO). De la misma manera, al realizar las pruebas sobre el fieltro de carbono pre-tratado con partículas de óxido de cobre, los óxidos de hierro electrodepositados (FeO) mostraron poca estabilidad (descomposición a Fe sólido y otros óxidos como Fe2O3 y Fe3O4). Finalmente, óxidos de hierro hidratados del tipo lepidocrocita (−FeOOH), también fueron obtenidos tras llevarse a cabo la deposición mediante la reducción de iones Fe3+(Fe(NO3)3) asistida por agente reductor dimetilamino borano (DMAB). Al parecer, el empleo del fieltro de carbono como soporte, tendría un rol importante sobre fenómenos de nucleación que habrían favorecido la formación de dichas partículas de óxido, en vez de la magnetita. No obstante, se demostró que la cantidad de Fe3O4 formada durante su electrodeposición (90oC), pudo ser suficiente como para remover más de la mitad de iones indicadores Mn2+ (_=60% de remoción) presentes en solución.
Estudio del efecto del tratamiento térmico en las repetidas reparaciones por soldadura sobre la dureza, resistencia al impacto y microestructura en tuberías de acero aleado ASTM A335 grado P5
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-16) Caballero Espinoza, Saul Cesar; Lean Sifuentes, Paul Pedro
Los aceros aleados ferríticos ASTM A335 son ampliamente utilizados en la industria petroquímica y plantas de energía, debido a su adecuada resistencia mecánica (-29°C a 593°C con presiones de 105.5 kg/cm2 [10.4 MPa] y 13.4 kg/cm2 [1.3 MPa] respectivamente [1]) y resistencia a la corrosión frente a los aceites crudos que contienen sulfuro de hidrogeno y otros agentes corrosivos [2] y [3]. Los aceros ASTM A335 Gr. P5, son usados como tuberías para vapor, intercambiadores de calor, condensadores y catalizadores [3]. Al soldar, reparar o deformar los aceros ASTM A335 Gr. P5, las transformaciones microestructurales y las tensiones internas residuales pueden reducir la fiabilidad y durabilidad de la tubería en servicio; con el fin de reducir la influencia de tales transformaciones microestructurales y tensiones internas, se realiza la operación de tratamiento térmico, tal como lo especifican los códigos de construcción (ASME B31.3 [4], ASME B31.1 [5] y Welding Procedure GP 18-07-01 [6]). En la presente tesis se realizó la soldadura de cupones simulando las repetidas reparaciones en donde se varió las condiciones (configuraciones) del tratamiento térmico con el objetivo de obtener valores de dureza y energía absorbida mediante el ensayo Charpy V que cumplan con los requerimientos de los códigos de construcción, además que la microestructura obtenida sea aceptable; otro de los objetivos es determinar la variación de dureza, resistencia al impacto y microestructura simulando las repetidas reparaciones desde la primera hasta la cuarta reparación con la mejor condición (configuración) de tratamiento térmico obtenida. La metodología seguida fue la siguiente: PRIMERO, se caracterizó el metal base en estado virgen (o suministro); SEGUNDO, se determinó de acuerdo a la revisión del estado del arte el óptimo valor del parámetro “P” del PWHT de las uniones soldadas del acero ASTM A335 Gr. P5, este parámetro fue seleccionado buscando los mayores valores de resistencia al impacto; TERCERO, se elaboró la Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPStesis), las variables de soldadura de este WPStesis no fueron utilizadas para los tratamientos térmicos, ya que cada tratamiento térmico tiene una condición (configuración) especifica; CUARTO, se realizó la soldadura de un cupón utilizando las variables del WPStesis y el óptimo valor del parámetro “P” obtenido, después se realizaron los ensayos de Dureza, Impacto Charpy V y Análisis de la Microestructura con la finalidad de que los valores obtenidos sean razonablemente comparables con los valores obtenidos en estudios anteriores, y sirvan de comparación con los valores obtenidos en la soldadura de cupones simulando las repetidas reparaciones; QUINTO, se soldaron cupones simulando tres y cuatro reparaciones utilizando las variables del WPStesis con cuatro condiciones (configuraciones) diferentes de tratamiento térmico, antes de tales reparaciones, los cupones fueron soldados utilizando las variables del WPStesis con el parámetro “P” = 20.26; SEXTO, se realizó la soldadura de los cupones simulando las repetidas reparaciones desde la primera hasta la cuarta reparación utilizando las variables del WPStesis con la mejor condición (configuración) del tratamiento térmico obtenida. Los resultados de los valores de dureza y resistencia al impacto de los cupones soldados con tres y cuatro reparaciones son cercanos entre sí, y sus microestructuras son similares; el análisis de los efectos de las configuraciones de tratamiento térmico son: con parámetro “P” = 20.26, han disminuido en promedio en -9% (ZAC) y 8% (ZAC) la dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”; con parámetro “P” = 21.79, han disminuido en -34% (ZAC) y -34% (MA) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”; con PWHT a 950°C por 2h, han disminuido en promedio en -27% (ZAC) y -96% (MA) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”, además su microestructura presenta los mayores tamaños de grano de ferrita y colonias de carburos coagulados en los bordes de grano; con tratamiento térmico antes (950°C por 2h) y después (725°C por 2h) de la soldadura, han variado en promedio en -9% (ZAC) y +21% (ZAC) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”, además la dureza ha disminuido en -25% en el MB. Los resultados y análisis de los valores de dureza y resistencia al impacto de los cupones soldados desde la primera hasta la cuarta reparación con PWHT con la mejor condición (configuración) del tratamiento térmico obtenido en el párrafo anterior, son: la máxima disminución en promedio de dureza es -13% (ZAC) en la cuarta reparación, y la máxima disminución en promedio en resistencia al impacto es – 12% en la segunda reparación. Se concluye que la configuración optima del tratamiento térmico para las juntas soldadas con tres y cuatro reparaciones del acero ASTM A335 Gr. P5 es cuando presenta un PWHT con parámetro “P” = 20.26, ya que presenta disminuciones pequeñas en la dureza y resistencia al impacto, además la microestructura es favorable ya que presenta principalmente una matriz de ferrita con carburos dispersos aleatoriamente. Otra conclusión es que la configuración del tratamiento térmico paras las juntas soldadas reparadas antes (950°C por 2h) y después (725°c por 2h) de la soldadura es aceptable, ya que los valores de dureza, resistencia al impacto y microestructura son cercanos a lo obtenido en el “cupón soldado sin reparar”, sin embargo, se requiere mayores recursos y tiempo para ejecutar los tratamientos térmico antes y después de la soldadura. Otra conclusión es que la configuración del PWHT para las juntas soldadas reparadas con parámetro “P” = 21.79 no es aceptable, ya que la dureza y la resistencia al impacto presentan disminuciones considerables. Otra conclusión es que la configuración del PWHT para las juntas soldadas reparadas a 950°C por 2h no es aceptable, ya que la dureza y la resistencia al impacto presentan disminuciones severas, además su microestructura es frágil debido al incremento en el tamaño de grano y los carburos coagulados en los bordes de grano. Además, se concluye se concluye que las juntas soldadas reparadas del acero ASTM A335 Gr. P5, pueden ser reparadas hasta cuatro veces, con PWHT con parámetro “P” = 20.26 aplicado desde la primera hasta la cuarta reparación, debido a que no se obtuvo disminuciones severas en la dureza, resistencia al impacto y microestructura comparado con los resultados obtenidos en el “cupón soldado sin reparar”.
Influencia de la temperatura del aire al interior del molde sobre las propiedades de los materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados por moldeo rotacional
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-12) Vilcayauri Rios, Ademir Alejandro; Acosta Sullcahuamán, Julio Arnaldo
En el procesamiento de compuestos de madera-plástico (WPC) mediante moldeo rotacional, puede ocurrir la descomposición térmica de la madera debido a las altas temperaturas del proceso. Sin embargo, puede evitarse controlando el pico de temperatura interna del aire (PIAT, por sus siglas en inglés). En esta perspectiva, el principal propósito de este trabajo es determinar cómo están relacionados el PIAT y las propiedades del WPC rotomoldeado entre sí. Para lograr esto, se procesaron varios materiales utilizando diferentes temperaturas de horno y tiempos de calentamiento. Como consecuencia, el PIAT alcanzó un valor específico durante el proceso en cada caso. Luego, se realizaron ensayos de caracterización para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales obtenidos. Finalmente, utilizando los resultados de las pruebas, se definió una relación entre el PIAT y esas propiedades. Los WPC rotomoldeados estaban compuestos por un 85% de polietileno de alta densidad reciclado (HDPER) y un 15% de partículas de madera de capirona (CWP), pero también se procesaron materiales compuestos por un 100% de HDPER. Los resultados muestran que se requiere un PIAT de 208 °C para que un WPC rotomoldeado se densifique completamente. Bajo esta condición, tiene propiedades óptimas y no sufre degradación térmica. En cuanto al material compuesto por un 100% de HDPER, se necesita un PIAT de 233 °C para alcanzar dicho estado. Además, utilizando la segunda derivada de los perfiles de temperatura interna del aire, también se identificaron el comienzo y el final de las seis fases del proceso de moldeo rotacional.
Modificación estructural de fármacos antiparasitarios tipo benzimidazólico mediante oxidación catalítica de grupos tioéter empleando como catalizador molibdeno soportado en nanoestructuras de carbono
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-12-09) Vega Carrasco, Edgar Régulo; Sun Kuo, María del Rosario
El presente trabajo de Tesis tuvo por objetivo el estudio de la reacción de oxidación catalítica selectiva del grupo tioéter (-S-) presente en los fármacos benzimidazólicos llamados albendazol, fenbendazol y triclabendazol para obtener las moléculas farmacológicamente activas conocidas como albendazol sulfóxido, fenbendazol sulfóxido y triclabendazol sulfóxido. Para tal fin se prepararon varios catalizadores heterogéneos a base de molibdeno soportado en nanoestructuras de carbono. La incorporación de la fase activa (Mo) se realizó mediante impregnación húmeda, con posterior calcinación durante 4 horas a la temperatura de 400°C. En la preparación de dichos catalizadores heterogéneos se utilizó ácido molibdatofosfórico (Mo20O3·P2O5·51H2O) como fuente de molibdeno y nanoestructuras de carbono, a base de nanotubos de carbono de múltiple capa, como soporte catalítico. De esta manera se prepararon tres tipos de catalizadores con diferente área superficial y diámetro promedio de poro: CAT1 (699 m2/g, 33nm), CAT2 (342 m2/g, 100nm) y CAT3 (755 m2/g, 35nm). En la reacción de oxidación catalítica se utilizó urea peróxido de hidrógeno (H2NCONH2·H2O2) como agente oxidante y metanol como medio de reacción (CH3OH). Las pruebas cualitativas se efectuaron a 48 y 72 horas de reacción. Los estudios cinéticos y de estabilidad se llevaron a cabo en intervalos de tiempo desde el minuto inicial hasta completar los 60 minutos de reacción. La caracterización físico química de las nanopartículas de carbono y de los catalizadores preparados se realizó utilizando las técnicas de adsorción-desorción de N2 (BET) y microscopía electrónica de barrido (SEM). La identificación y cuantificación de los productos de reacción catalítica se realizó mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) y cromatografía líquida de alta performance (HPLC). Los resultados del presente estudio indicaron que la reacción de oxidación catalítica sólo fue efectiva en albendazol, obteniéndose albendazol sulfóxido con un rendimiento, selectividad y conversión mayores al 90% después de 60 minutos de reacción. Sin embargo, después de utilizar los mismos catalizadores en una segunda reacción de oxidación de 60 minutos de duración, los estudios de estabilidad de los catalizadores estudiados reportaron hasta 50% y 60% de conversión y selectividad, respectivamente. Finalmente, en relación con la eficiencia de los catalizadores ensayados se estableció el siguiente orden descendente: CAT1 > CAT3 > CAT2
On the fundamental absorpion of amorphous semiconductors
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-20) Angulo Abanto, José Rubén; Guerra Torres, Jorge Andrés
The present thesis reviews different models that describe the fundamental absorption of amorphous semiconductors. These models make use of the electronic density of states to shape the absorption coefficient in the fundamental absorption region. The study focuses on the optical absorption of hydrogenated amorphous Silicon (a-Si:H), hydrogenated and non-hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:Hx), and silicon nitride (a-SiN) thin films. On the one hand, parameters like the Tauc-gap and Urbach energy are obtained from the absorption coefficient using the traditional models. On the other hand, a recently proposed model based on band thermal fluctuations was assessed [1]. This model allows a determination of the mobility gap and the Urbach energy from a single fit of the absorption coefficient without the need of identifying the Tauc region beforehand. Furthermore, it is able to discriminate the variation of the Urbach energy from the bandgap. The results allow the evaluation of the aforementioned parameters with annealing treatments at different temperatures. The mobility edges are insensitive to the structural disorder by at least one degree lower than the Urbach energy. This work demonstrates that it is possible to obtain the mobility edge through this model. In addition, the measured Tauc-gap and Urbach energy exhibit a strong linear correlation following the Cody model for all three materials. Finally, the Urbach focus concept is evaluated and estimated under different analysis.
Optimización y caracterización de nanopartículas de plata en películas delgadas obtenidas mediante reacción Tollens para identificación de trazas de arsénico en soluciones acuosas mediante espectroscopia Raman
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-23) Rodríguez Quispinga, Miguel Ángel; Guzmán Córdova, Maribel Giovana
El objetivo principal de este trabajo fue el desarrollo y optimización de un proceso de síntesis de nanopartículas de plata en películas delgadas analizadas mediante la técnica SERS (Surface-enhanced Raman Scattering) para la detección de arsénico en soluciones acuosas. En efecto, se sintetizó nanopartículas de plata siguiendo la reacción Tollens en medio acuoso bañando la superficie de láminas de vidrio con movimientos pendulares a fin de generar una morfología de nanopartículas alargadas y tamaños inferiores a los 100 nm. La reducción de iones plata con glucosa se realiza en un vickers con agitador magnético para luego ser vertido de inmediato sobre el dispositivo con movimiento pendular controlado, con ello es posible relacionar el tamaño de crecimiento de las nanopartículas en función al número de oscilaciones que presenta la programación del dispositivo y al tratamiento del sustrato donde es depositado. El enjuague de la película formada se realiza con metanol para evitar la coalescencia de las nanopartículas, este solvente se volatiliza posteriormente en una campana colocando los sustratos en ángulos de 50° a 60° con respecto a la base del soporte. Esto con la finalidad de que el solvente pueda disiparse rápidamente y no deje marcas dentro de la película. Los resultados obtenidos son cualitativos en la identificación de As 5+ con técnica SERS en los cuales se ha encontrado respuesta desde 10 ppb hasta 0.5 ppb y muestran tendencia para la cuantificación. Además, las láminas conteniendo las nanopartículas fueron caracterizadas a través de técnicas de espectroscopia UV-VIS, difracción de Rayos X (XRD), espectroscopia de energía dispersiva (EDS), microscopia interferencial y se ha tomado imágenes de las nanopartículas con el microscopio de barrido electrónico (SEM).
Resistencia al desgaste de un elastómero de poliuretano elaborado a partir de un poliol de base biológica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-18) Tito Quilla, Owaldo; Rueda Sánchez, Juan Carlos
Se elaboraron poliuretanos elastoméricos (PUE) a partir de un poliol de base biológica, el diol dimero de ácido graso (FADD), un poliol convencional (politetrametileno éter glicol-PTMEG) y el diisocianato de 4,4-difenilmetano. Se investigó la influencia del poliol FADD sobre la resistencia al desgaste y la separación de microfases de este material elastomérico. El poliuretano elastomérico fue elaborado mediante el método del prepolimero, ósea en dos etapas. En la primera etapa, se sintetizó un prepolímero de poliuretano usando diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI) y politetrametileno éter glicol (PTMEG). En las formulaciones de poliuretano, el FADD reemplazó gradualmente a este último hasta alcanzar el 100% en peso del total de polioles. En la segunda etapa, los prepolímeros, conteniendo grupos isocianato terminales, se unieron usando 1,4-butanodiol (BDO) como extensor de cadena para obtener poliuretanos elastoméricos (PUE) basados en poliol de tipo poli(éter-éster). La miscibilidad entre los polioles de base éster y éter (FADD y PTMEG, respectivamente) se estudió cualitativamente con microscopía óptica y mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), método que también se utilizó para investigar el grado de separación de fases (DPS) de los PUE obtenidos. Los espectros FTIR resultantes mostraron posibles interacciones de tipo puentes de hidrógeno entre el grupo éster de FADD y el grupo hidroxilo de PTMEG, lo que indicaría una miscibilidad parcial entre el poliol éster FADD y el poliol éter PTMEG. Esta miscibilidad parcial fue corroborada cualitativamente por microscopía óptica. Además, el DPS de los PUE obtenidos disminuyó al aumentar el contenido de FADD en la formulación de elastómero. Sin embargo, por encima del 25% en peso de FADD, no hubo mayor disminución de este parámetro. El rendimiento de desgaste de los PUE se determinó mediante pruebas de resistencia a la abrasión y erosión, donde las pruebas de erosión se llevaron a cabo en una máquina de erosión de fabricación propia basada en el método ASTM D-968. Los resultados mostraron que la resistencia al desgaste de los PUE aumenta al aumentar el contenido de FADD, hasta aproximadamente un 50% en peso de FADD. Esta investigación mostró que los PUEs de base biológica podrían ser adecuados para fabricar repuestos para la industria minera, donde los PUEs usados actualmente para este fin aún son elaborados con polioles a base de petróleo.
Resonancia de plasmones superficiales (SPR) en películas delgadas de oro y plata detectadas por interrogación de longitud de onda
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-09-23) Yarlequé Medina, Manuel Augusto; Rumiche Zapata, Francisco Aurelio
En el presente trabajo de tesis se desarrolla un sistema de detección de resonancia de plasmones superficiales en películas delgadas de oro y plata por interrogación de ángulo. Con este propósito, en esta tesis se explica los fundamentos físicos para la generación de superficies plasmónicas, revisando conceptos básicos como incidencia oblicua, reflexión total interna y onda evanescente. Es importante conocer y establecer que los metales a frecuencias cercanas y alrededor del rango visible presentan dispersión en la permitividad dieléctrica mostrando coeficientes negativos para la permitividad dieléctrica real. Esto establece las condiciones para la generación de una resonancia u oscilación de las cargas libres en el metal cuando una luz con el vector de onda correspondiente incide sobre ella, a esto se conoce como resonancia plasmónica. Esta resonancia plasmónica se puede detectar por interrogación de ángulo o por interrogación de longitud de onda. En la presente tesis, se desarolla el segundo método por longitud de onda, utilizando la configuración de Krestchmann. Por otro lado, en la última década se ha venido aplicando las técnicas de resolución de las Ecuaciones de Maxwell, convencionalmente utilizada sólo hasta la banda milimétrica, en problemas de estructuras plasmónicas en el rango de frecuencias de luz visible. Esto por cuanto todavía se puede despreciar la naturaleza cuantica de la luz en estos casos. Bajo este enfoque se desarrollan en esta tesis modelos simples para estructuras vidrio-‐película delgada metálica-‐aire que puedan ser simuladas con métodos computacionales de Electromagnetismo. Finalmente, en esta tesis, se describe el sistema de detección de resonancia plasmónica por longitud de onda, utilizando una fuente de luz blanca, dispositivos ópticos de polarización y enfoque, espectrómetro, y prisma recubierto con película delgada metálica. Este último elemento es el más crítico en el sistema, por cuanto se requiere un espesor óptimo de 50 nm para el oro y la plata. Sin embargo este espesor sólo se puede conseguir con técnicas de sputtering, no habiendo muchas de estas facilidades en nuestro medio. Se pudo estimar en forma analítica las longitudes de onda de resonancia de las películas de oro y plata, así como vía modelo o simulación electromagnética, y se contrastó con las mediciones de estos recubrimientos, obteniendo una desviación máxima del valor de longitud de onda de resonancia en 5.8% para el oro, y 27% para el caso de la plata, considerando el parámetro S11.
Síntesis de nuevos hidrogeles a partir de n-isopropilacrilamida, macromonómeros de 2-oxazolinas y laponita
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-04-02) Malásquez Anchante, María del Carmen; Rueda Sánchez, Juan Carlos
Fueron elaborados nuevos hidrogeles mediante la copolimerización radicalar de la N-isopropilacrilamida (NiPAAm) y macromonómeros de 2-oxazolinas, en medio acuoso, en presencia de la arcilla Laponita XLS (Hectorita). Los macromonómeros utilizados fueron polímeros de 2-oxazolinas (éster- y metil-oxazolina), con un contenido de 25 y 50% molar de éster oxazolina con un grado de polimerización de 20 unidades y tuvieron un grupo vinilo en el extremo de la cadena polimérica. La síntesis de los hidrogeles fue realizada en agua utilizando el sistema de iniciación persulfato de amonio y TEMED. La gelación fue bastante rápida ocurriendo en apenas 5 minutos. En el sistema de polimerización, la Laponita XLS actuó como un elemento entrecruzador de las cadenas de PoliNiPAAm y macromonómeros que se generaron. De esta forma se obtuvieron hidrogeles con buena consistencia mecánica, transparencia y sensibilidad térmica y al pH. Posteriormente, los grupos éster contenidos en los hidrogeles fueron hidrolizados generándose así los grupos ácido carboxílico dentro de la estructura del hidrogel. Los hidrogeles fueron caracterizados por su rendimiento, su absorción de agua, estabilidad mecánica y su sensibilidad a la temperatura y al pH. Asimismo, fueron caracterizados estructuralmente vía resonancia magnética nuclear (RMN). Estos últimos análisis fueron realizados en el Instituto Leibniz de Investigaciones en Polímeros de Dresden, Alemania. En la presente tesis se utilizó la estrategia de elaborar primero el hidrogel conteniendo grupos protectores ésteres y después hidrolizar estos, in situ, en el hidrogel ya formado, para obtener los grupos ácido carboxílico dentro de su estructura y evitar así al máximo la formación de complejos entre los grupos ácido y la Laponita. Los hidrogeles mostraron sensibilidad a la temperatura debido a su contenido de segmentos de poli(N-isopropilacrilamida) y exhibieron sensibilidad al pH por su contenido de grupos ácido carboxílico. Asimismo, se indica que esta investigación fue presentada en The European Polymer Congress, llevado a cabo en Dresden, Alemania, del 21 al 26 de Junio de 2015. Título: "Synthesis of New Bi-sensitive Composite Laponite XLS-Hydrogel", Autores: J.C. Rueda, L. Lagos, M. Malasquez, H. Komber, S. Zschoche,B. Voit (Código del trabajo SOFT-L-27, página 236 del libro del congreso).