Conformado de monolitos híbridos porosos a partir del uso de precursores poliméricos precerámicos

M.H. TALOU; J.O. BOLAÑOS; M.A. CAMERUCCI

Jornada; 2º JONICER 2016; 2016

Los materiales cerámicos derivados de polímeros (´PDCs´),entre los que se encuentran los materiales basados en SiOC, constituyen unanueva clase de materiales que ha sido estudiada en las últimas décadas. Estosmateriales pueden ser preparados por conversión directa de un apropiado ´precursor cerámico polimérico´ en una fase cerámica cuando el precursor utilizadoes sometido a alta temperatura en atmósfera inerte o reactiva. Dicha fasepermanece en estado amorfo hasta muy altas temperaturas y, finalmente, conservaparte de la estructura molecular del precursor polimérico. Este tipo demateriales presentan relevantes propiedades (alta estabilidad química, bajocoeficiente de expansión térmica, buena resistencia mecánica a altatemperatura, altas piezoresistividad y resistencia al ´creep´, y excelenteresistencia a la oxidación, entre otras) que derivan de su estructura a escalananométrica y han posibilitado que su aplicación se extienda a campostecnológicos emergentes tales como energía y medio ambiente, industriaaeroespacial, biotecnología y electrónica. Debido a que la transformaciónpolímero-cerámico es acompañada por la eliminación de un volumen considerablede gas y una gran contracción del cuerpo, que pueden conducir al desarrolloincontrolable de una elevada porosidad y formación de grietas, la conversióndirecta de un componente precerámico híbrido de gran tamaño a una piezacerámica resulta altamente impedida. Es así que el desarrollo de rutas deprocesamiento para la fabricación de estos materiales en ´bulk´ permanece comoun enorme desafío tecnológico. La adición de agentes formadores de poros alprecursor cerámico, junto con el control de la temperatura de consolidación, sepresentan como posibles vías de solución conjuntas. A su vez, el empleo de unagente porógeno permite la generación de poros y, de ese modo, el desarrollo deun material con porosidad jerárquica en los rangos de tamaños micro/meso ymacro.En este trabajo se estudió el conformado de cuerpos híbridos porosos convistas al desarrollo de piezas cerámicas basadas en SiOC con potenciales usosen protección térmica, energía y medio ambiente. Como precursor cerámico seempleó un silsesquioxano (POSS) obtenido por síntesis a partir de lacondensación de 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano en medio ácido y empleandocondiciones (ac. fórmico 1M; relación molar HCOOH/Si=0,055; 60°C, 3 días) que permitenobtener una elevada concentración de grupos SiOH. La caracterización del POSSse realizó por ATR-FTIR, DSC y ATG, y la evaluación de las curvas de flujo y delas propiedades viscoelásticas en función de la temperatura se llevó a cabo enun reómetro rotacional. Como porógeno se empleó sacarosa comercial la cual secaracterizó por FTIR y ATG, cuya granulometría se acondicionó por corte ytamizado (150-211 micrones). Para el conformado de los cuerpos híbridos densos seprepararon mezclas de POSS-SA (20 y 40%vol.) con 10 %vol. de trietilentetraminacomo catalizador a 40°C, las cuales se vertieron en moldes plásticoscilíndricos y se trataron a 60°C, 3h. Por tratamiento a 220°C, 4h se obtuvieronlos cuerpos híbridos porosos, que se caracterizaron por medidas de porosidad,ATR-FTIR y SEM. Estos cuerpos mantuvieron su integridad y alcanzaronporosidades ligeramente superiores a las cantidades de porógeno adicionado.Dicha porosidad se asoció a poros interconectados con morfología controlada. Apartir del análisis de los espectros de ATR-FTIR se determinó la ocurrenciasimultánea de reacciones de policondensación inorgánica y polimerizaciónorgánica que derivan en la formación de dos redes interconectadas cuyaextensión y configuración serían mutuamente dependientes.