Fabricación y caracterización de materiales compuestos de polimetil metacrilato con cargas de trihidóxido de aluminio y minerales no metálicos de origen nacional

Abstract

El uso de los materiales compuestos, entre ellos los conocidos comercialmente como materiales de superficies solidas (en inglés: solid surface materials) se ha intensificado en diversas áreas de la industria, debido a sus cualidades estéticas, sus propiedades mecánicas y moldeabilidad que hacen posible fabricar piezas con geometría complicada y buena apariencia. Estos materiales se presentan como una alternativa versátil frente a los materiales naturales tales como granito, mármol, cuarzo, entre otros. Sin embargo la obtención de cada producto y por tanto sus características son diferentes, dado que las superficies solidas provienen de un proceso industrial y las piedras naturales son el resultado de la creación de la naturaleza. Es así que intentando obtener un producto innovador con características propias de las superficies sólidas y resaltando la belleza de la textura, color y propiedades mecánicas de las piedras naturales, se planteó la fabricación de un material compuesto de superficie sólida, al cual se le incorpore como relleno cargas minerales no metálicas oriundas del Perú. En esta perspectiva, el objetivo del presente trabajo es fabricar y caracterizar materiales compuestos, de matriz polimérica reforzado con partículas, a partir de un jarabe parcialmente polimerizado de polimetil metacrilato, trihidróxido de aluminio y cargas minerales no metálicas de origen nacional. El procedimiento experimental propuesto para la fabricación de estos materiales consta de cuatro etapas. Inicialmente se caracterizó el producto comercial Krion® como referencia para evaluar las principales propiedades mecánicas, químicas y térmicas de los materiales fabricados, así mismo se seleccionaron las cargas minerales no metálicas de origen nacional en función a su fácil acceso para su obtención, su abundancia en distintas canteras de la región peruana, su bajo costo a nivel local y su apariencia estética, para luego caracterizarlas. En la segunda etapa se elaboró el jarabe parcialmente polimerizado de polimetil metacrilato (PMMA) disuelto en su monómero (MMA). En una tercera etapa, se fabricaron materiales compuestos, variando los siguientes parámetros: iniciador, entrecruzador y proporción en peso de trihidróxido de aluminio (ATH). En la última etapa, habiéndose definido las mejores condiciones de trabajo para la fabricación del material compuesto de mejores propiedades obtenido en la etapa anterior, se adicionaron a éste las cargas minerales no metálicas de origen nacional; los que finalmente se caracterizaron mediante ensayos normalizados de dureza, resistencia a la flexión, al desgaste y al fuego; adicionalmente se realizaron pruebas cualitativas para evaluar su apariencia estética. Se demostró que es posible fabricar materiales compuestos constituidos por una matriz de polimetil metacrilato (PMMA) y partículas de trihidróxido de aluminio (ATH) como refuerzo. El material compuesto de mejores propiedades se ha fabricado a partir de una mezcla de 40% de jarabe (PMMA/MMA), elaborado y caracterizado en una investigación previa, y 60% de trihidróxido de aluminio en peso; utilizando adicionalmente 0,1% de peróxido de benzoilo como iniciador, 2% de etilenglicol dimetacrilato como entrecruzador y mediante una polimerización final a una temperatura de 60°C durante 7 horas. Este material compuesto presenta una buena resistencia al fuego, una dureza promedio de 86 HRM, un módulo de flexión de 6953 MPa, una resistencia a la flexión de 41 MPa y una pérdida de peso de 0,16 % por cada 25 revoluciones como medida indirecta de la resistencia al desgaste. Asimismo, se estudió el efecto que tiene el tipo de cargas minerales nacionales sobre las propiedades de los materiales compuestos de matriz de PMMA reforzado con cargas de ATH. El material fabricado con 2,5% en peso de partículas de cuarzo, cuya granulometría es muy similar a la del ATH, presenta las mejores propiedades mecánicas y visuales en comparación a los materiales fabricados con partículas de marmolina y mica.