Preparación de Biotemplates para la obtención de cerámicos porosos biomiméticos basados en SiOC

CAROL S. CERTUCHE ARENAS; M. ANDREA CAMERUCCI; M. LAURA SANDOVAL

Buenos Aires

Jornada; 2ª Jornada Nacional de Investigación Cerámica; 2016

ATAC

En los últimos tiempos, la naturaleza se ha vuelto un modelo para la innovación en diseño estructural. Así, la creación de estructuras cerámicas a partir de la imitación del tejido celular de estructuras lignocelulósicas nativas, tales como la madera, ha adquirido un creciente interés. La estructura celular altamente anisotrópica de la madera constituye un potencial ?template? jerárquico para generar diferentes estructuras cerámicas micro-, meso- y macro-celulares a partir de la infiltración del tejido nativo con precursores poliméricos híbridos orgánico-inorgánico, entre otros, y de la posterior pirólisis en atmósfera controlada. El empleo de este procesamiento, muy poco estudiado, que evita la infiltración del ´template´ de carbón, se presenta como una vía promisoria para el desarrollo de materiales cerámicos biomiméticos con porosidad jerárquica. En este trabajo se estudió el desarrollo y caracterización de ´templates´ de madera infiltrados con un precursor cerámico polimérico sintetizado, con vistas a la obtención de cerámicos porosos basados en SiOC. Como ´templates´ se emplearon muestras de álamo (diámetro = 2,0 cm; longitud = 1,5 cm), las cuales se caracterizaron por medidas de humedad relativa, densidades picnométrica y aparente (Arquímedes en etanol) y porosidad abierta, cálculo de la porosidad total y cerrada, ATD/ATG en N2/Ar y análisis microestructural por SEM. Como agente infiltrante, se empleó un polisilsesquioxano (POSS) de bajo peso molecular con alto contenido de grupos silanol. Su síntesis se llevó a cabo por el método sol-gel a partir de la condensación hidrolítica de 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano en medio ácido (ac. fórmico 1M; relación molar HCOOH/Si = 0,055) a 50°C, 1,5 días. La caracterización fisicoquímica se realizó por ATR-FTIR y DSC, y la evaluación del comportamiento al flujo en función de la temperatura se llevó a cabo empleando un reómetro rotacional. El proceso de infiltración de muestras nativas y nativas activadas físicamente (extracción de componentes de bajo peso molecular y resina), se realizó bajo vacío a temperatura ambiente, 60 y 80°C (temperaturas determinadas a partir del análisis de las curvas de flujo), en un equipo de diseño propio. Sobre cada muestra se realizaron 4 ciclos de impregnación hasta alcanzar una ganancia de peso constante siguiendo un protocolo establecido previamente, con secado en estufa a 103°C entre cada ciclo. La activación física de las muestras secas se realizó empleando un equipo de extracción Soxhlet y una secuencia específica de solventes (acetona, etanol), previamente determinada, con un ciclo de secado entre cada ciclo de extracción. Las muestras infiltradas se trataron a 135ºC, 3h (temperatura determinada por DSC) para inducir la gelación del precursor cerámico. Los ´templates´ infiltrados y curados se caracterizaron por medidas de ganancia de peso, FTIR, medidas de porosidad y análisis por SEM/EDS. Los resultados obtenidos indicaron que los ´biotemplates´ empleados resultan adecuados para ser infiltrados con el POSS sintetizado. Este proceso fue mejorado cuando se utilizaron las muestras con activación física y el POSS a temperatura debido, principalmente, al aumento de la porosidad abierta del ´template´ y la disminución de la viscosidad del agente infiltrante.