3.1. Materiales

Los materiales utilizados fueron: nanotubos de carbono (NTC), aditivo superplastificante, agua destilada, goma arábiga y lauril éter sulfato de sodio.

En el caso de goma arábiga, el fabricante no suplió datos de caracterización química y mecánica, por lo tanto, no es presentada en este trabajo. El lauril sulfato de sodio éter es básicamente un producto químico cuya fórmula es CH₃(CH₂)10CH₂(OCH₂CH₂) nOSO₃Na. Ambos materiales ya habían sido investigados por ^{Ibarra et al. (2006)} y ^{Metaxa et al. (2012)}, respectivamente, que obtuvieron buenos resultados de dispersión. Los nanotubos de carbono utilizados en esta investigación fueron adquiridos de la empresa Nanocyl SA, localizada en Bélgica. El valor pagado por el producto en polvo fue de 120 euros por kilo. Estos son los nanotubos de carbono de paredes múltiples sintetizadas por el método de deposición de vapor químico, también llamado de CVD. Comercialmente los productos son especificados con los nombres NC 7000 para la presentación en polvo y AQUACYL 0301, al que ya está disperso en agua. En ambos casos fueron utilizados en este estudio.

Las Tablas 2 y 3 muestran las informaciones físicas y químicas de los nanotubos de carbono utilizados en este estudio.

Para realizar el experimento, fue utilizado un superplastificante con base de policarboxilato. Policarboxilatos son macromoléculas utilizados como dispersantes en composiciones cementícias de alta eficiencia, reduciendo la viscosidad de las suspensiones y minimizando la cantidad de agua utilizada para el proceso (^{Mehta; Monteiro, 2013}).

El aditivo usado en el experimento consiste en un polímero de éter carboxílico modificado con una concentración de sólidos de aproximadamente 49 %. El producto cumple con los requisitos de la norma ^{ASTM C 494/2013 (tipo A y F) (2013)}, ^{ASTM 1017/2007 (2007)}, ^{NBR 11768/2011 (2011)}. Algunas de sus propiedades pueden ser vistas en la Tabla 4.

3.2. Procedimiento para preparación da dispersión dos NTC

Figura 1 Pesada de nanotubos utilizando una balanza electrónica con una precisión de 0,001 g. En todos los casos, el porcentaje de 0,3 % en relación al total de agua adicionada fue mantenida. Las mezclas fueron hechas en tubos de ensayo, que fueron agitadas mecánicamente (Figura 1- b, y la Figura 1- c, posterior a la agitación). Como paso siguiente, las soluciones en tubos de ensayo fueron sujetas a agitación por ultrasonido en un dispositivo de bancada, de la marca Thornton Ltd., con una frecuencia nominal de 40 kHz y 100 W de potencia (Figura 1 - d).

Las muestras permanecieron en el ultrasonido durante 1 hora. Esto fue determinado sobre la base de un análisis visual que indicó que posterior a 60 minutos, las muestras no presentan alteraciones en relación a la tonalidad y turbidez y no mostró ninguna decantación después de un tiempo de reposo de 24 horas, conforme lo explicado en la sección 3.3.

3.3. Definición del tiempo de agitación por ultrasonido de las muestras

Esta parte del estudio fue destinada a determinar el tiempo de permanencia de las soluciones acuosas, con NCT, en el ultrasonido. Así, las dispersiones fueron efectuadas usando los tiempos de 10, 20, 40 y 60 minutos en el ultrasonido. El objetivo fue definir un tiempo de agitación por ultrasonido que va a generar una mínima incidencia de decantación en la dispersión posterior a las 24 horas en reposo. La Figura 2 es un ejemplo de comparación de decantación posterior a las 24 horas y durante 40 minutos de agitación por ultrasonido.

El resultado de esta comparación é mostrado en la Tabla 5 e indica que los tiempos de agitación por ultrasonido ó sonicación de 40 y 60 minutos fueron aquellos con menor ocurrencia de decantación. Así, se decidió que este estudio tendría procedimiento estándar para fijar un tiempo de 60 minutos para la presentación de sonicación.

3.4. Uso de la microscopía para la evaluación de la decantación

Luego de preparar las dispersiones de las muestras, estas fueron analizadas en un microscopio óptico de reflexión de marca Olympus, modelo BX60 equipado con una cámara digital Olympus UC 30 que puede ser observado en la Figura 3. Las imágenes fueron hechas con diferentes ampliaciones (50x, 100x y 200x) con iluminación incidiendo de abajo hacia arriba.

Las muestras fueron recogidas a partir del tubo de ensayo, inmediatamente después de su preparación, antes de la decantación de los nanotubos de carbono y dispuestas en placas de vidrio con ayuda de una pipeta, goteando una gota en cada placa. En todos los ensayos fue utilizada la incidencia de la iluminación de abajo, a fin de examinar la transparencia y turbidez de la muestra.

3.5 Criterio de valoración

Tres criterios para valorar la dispersión de nanotubos de carbono fueron utilizados en este estudio. La turbidez, el diámetro de los aglomerados y la decantación y la explicación de cada uno de estos critérios es presentada a continuación.

4.1. Evaluación de las fotos de microscopía

En la Figura 5 a la 16, es posible ver las fotos tomadas del microscopio que fueron utilizados para el análisis de turbidez y de tamaño de grumos formados. Estas tienen ampliaciones de 50x, 100x y 200x, que pueden ser visualizadas en las imágenes A, B y C, respectivamente. Para estandarizar las imágenes, todas las fotografías fueron hechas usando como referencia una de los bordes de la gota colocada sobre la placa de vidrio. En las fotografías es posible ver el tamaño de formación de grumos, así como la transparencia de las muestras con luz incidiendo por debajo.

Comparando la muestra SM 4 (Figura 8), que es el caso del producto industrialmente disperso (Aquacyl) mezclado con agua y sometida a 60 minutos de agitación por ultrasonido, con los casos en que fueron utilizados los nanotubos de carbono en polvo para dispersión, se verificó que ninguna de las alternativas que utilizan NTC en polvo (Figuras 5 a 7, Figura 10 y en las Figuras 12 a 16) mostraron la misma eficacia de la dispersión industrial del suplidor comercial. Por razones comerciales, el fabricante no entrega informaciones sobre la técnica usada para dispersar el NTC. Se destaca que esta diferencia fue verificada por evaluación microscópica, a pesar de muchas de las dispersiones hechas con NTC en polvo quedaron visualmente idénticas al SM 4, como puede ser visto en la Figura 2.

Se observa que, en la muestra SM 5 (Figura 9), como aditivo superplastificante TF8000 el producto Aquacyl, los nanotubos de carbono formaron algunos grumos y estos poseen una orientación en el borde de la gota. Es posible imaginar que la acción del aditivo pueda haber causado esta ocurrencia, una vez que en la muestra conteniendo apenas el Aquacyl y agua (SM 4) el hecho no fue observado (Figura 8).

4.2. Aplicación del snálisis jerárquico para la interpretación de los resultados

Para efectos del análisis de la eficiencia da dispersión tres criterios fueron adoptados. En la Figura 17, hay un diagrama de flujo general de la aplicación de análisis jerárquico, mostrando que los criterios considerados en la evaluación fueron: turbidez de la dispersión, diámetro de grumos formados y tendencia a la decantación.

A partir de la elección de estos criterios, fueron sugeridos límites de desempeño que son analizados sobre la base del análisis visual y microscopía de dispersiones NTC. Los límites de desempeño adoptados pueden ser vistos en la Tabla 7.

Para evaluar la importancia de cada criterio una matriz fue desarrollada, la cual puede ser vista en la Tabla 8, que está de acuerdo con la norma ^{ASTM E 1765/2011 (2011)}. En la matriz, los atributos fueron comparados por análisis de pares (dos a dos), que busca clasificar los criterios. Una característica del AHP es la subjetividad del proceso, una vez que depende de la importancia que el evaluador atribuye a cada criterio. No obstante, este aspecto puede ser visto como un factor positivo, pues indica que el sistema de evaluación está abierto a las convicciones del tomador de decisión, es decir se puede introducir experiencias previas con la experiencia del evaluador.

En relación al uso de la escala de importancia ^{ASTM E 1765/2011 (2011)}, se debe aclarar que, cuando los resultados de la comparación se dan de una forma inversa a los casos de la Tabla 8, será adoptado el inverso de la calificación de la escala. Es decir, si B es más importante que A, su calificación será 1/5.

Luego se arma la matriz de decisión y se procede a calcular el peso relativo (Pr) de cada criterio considerado. Por ello, la suma de cada uno de los criterios es considerada, dividiéndola por la suma total de los criterios y multiplicando por cien. La ecuación 1 ilustra este cálculo.

A partir de la medición de pesos para cada criterio, las muestras fueron clasificadas de acuerdo con su desempeño. Para este efecto, fue convenido tres niveles de clasificación de desempeño como se muestra en la Tabla 10.

De este modo, posterior a la separación de las muestras de acuerdo con su desempeño, cada variable fue dividida por su mayor valor, como se muestra en la Tabla 11. Esta práctica tiene una función de normalizar todas las cantidades medidas de modo que toda la gama quede entre 0 e 1 para estandarizar.

Finalmente, cada variable fue multiplicada por el respectivo peso relativo, teniendo el índice de desempeño de cada alternativa para cada criterio, como se aprecia en la Tabla 12. Adicionando los datos de la Tabla 11 en la Tabla 12, el índice general de desempeño de cada alternativa es obtenido. El desempeño de las 12 muestras puede ser visto en la penúltima línea de la Tabla 12. Como resultado, parece que las mejores dispersiones fueron (1º lugar) SM 4, SM 5 (2º lugar), SM 7 (3º lugar) y SM 9 (3º lugar). Es de notar que la muestra SM 3 y SM 11 fueron las que presentaron el mejor desempeño entre aquellos que usaron la adición de nanotubos de carbono en polvo.