Desarrollo de nanocompósitos basados en PEI, grafeno y nanopartículas de Bi2O3 para su posible aplicación como materiales de blindaje frente a radiación gamma

Abstract

El desarrollo de nanocompósitos poliméricos ha permitido la obtención de materiales ligeros con mejores propiedades mecánicas, eléctricas y/o térmicas, permitiendo la preparación de materiales innovadores. En las áreas de trabajo donde los equipamientos y las personas estén expuestas a la radiación ionizante, existe la necesidad de usar materiales de protección como blindaje. El Plomo es el elemento ampliamente utilizado como blindaje contra la radiación de alta energía. Siendo el plomo un material tóxico, se hace necesario buscar alternativas de materiales de blindaje contra las radiaciones electromagnéticas que sean menos tóxicos y que sean tan eficientes como el plomo. La utilidad de estos materiales de blindaje se encuentra en la medicina nuclear y la radiología como también en la industria aeroespacial. En este trabajo se prepararon nanocompósitos a base de poliéterimida (PEI), un polímero termoplástico de altas prestaciones con excelentes propiedades mecánicas y una temperatura de transición vítrea cercana a los 217°C, utilizando nanoplaquetas de grafeno (G), nanopartículas de Bi2O3 y/o mezclas de Bi2O3/G como rellenos. El uso de bismuto como material atenuante de radiación electromagnética se debe a su alto número atómico (83) en comparación con el plomo y a su baja toxicidad. Por otra parte, las nanoplaquetas de grafeno, así como otros materiales grafiticos han sido de alto interés en la industria de los nanocompósitos, debido a que proporcionan un aumento considerable en las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas del producto final. Los nanocompósitos estudiados se mantuvieron las propiedades mecánicas de la matriz y tuvieron un aumento importante en su conductividad eléctrica, principalmente debido a las nanoplaquetas de grafeno. Todos los nanocompósitos presentaron un aumento en su atenuación frente a radiación γ comparado con poliéterimida.

The development of polymeric nanocomposites has allowed the production of lightweight materials with better mechanical, electrical and/or thermal properties, allowing the preparation of innovative materials. In work areas where equipment and personnel are exposed to ionizing radiation, there is a need to use protective materials as shielding. Lead is the element widely used as shielding against high-energy radiation. Since lead is a toxic material, it is necessary to look for alternatives for shielding materials against electromagnetic radiation that are less toxic and as efficient as lead. The utility of these shielding materials is found in nuclear medicine and radiology as well as in the aerospace industry. In this work, nanocomposites based on polyetherimide (PEI), a high-performance thermoplastic polymer with excellent mechanical properties and a glass transition temperature close to 217°C, were prepared using graphene (G) nanoplatelets, Bi2O3 nanoparticles and/or Bi2O3/G mixtures as fillers. The use of bismuth as an electromagnetic radiation attenuating material is due to its high atomic number (83) compared to lead and its low toxicity. On the other hand, graphene nanoplatelets, as well as other graphitic materials, have been of high interest in the nanocomposite industry, because they provide a considerable increase in the mechanical, thermal and electrical properties of the final product. The nanocomposites studied maintained the mechanical properties of the matrix and had a significant increase in their electrical conductivity, mainly due to the graphene nanoplatelets. All nanocomposites showed an increase in their attenuation against γ radiation compared to polyetherimide.