Diseño de Matrices Termoestables de Alta Performance basadas en Polibenzoxazinas Híbridas y Renovables

A. FORCHETTI; SPONTÓN, M. E.; ESTENOZ, D.

Workshop; I Workshop de Polímeros y Nanomateriales para la Industria Energética; 2022

Las polibenzoxazinas comprenden una familia relativamente nueva de materiales poliméricos termoestables alternativos a las resinas fenólicas y epoxi convencionales. Estos nuevos materiales se caracterizan por ser redes entrecruzadas basadas en puentes de Mannich difenólicos, los cuales confieren elevada resistencia térmica, gran estabilidad dimensional y propiedades ignífugas. Dadas sus excelentes características y su similitud estructural a las resinas epoxi y fenólicas convencionales1, las polibenzoxazinas tienen un amplio rango de aplicaciones que incluyen las industrias del oil & gas, aeronáutica, automotriz, eléctrica, entre otras2,3. Los monómeros de polibenzoxazina (denominados benzoxazinas) se pueden obtener en un proceso de una etapa a partir de la combinación de un compuesto fenólico, una amina primaria y formaldehido en una relación molar 1:2:1, respectivamente. Esta vía eficiente y novedosa de obtención, y la gran variedad de compuestos fenólicos y aminas primarias disponibles, otorgan a las benzoxazinas una elevada flexibilidad respecto al diseño molecular.La versatilidad en el diseño molecular de estos monómeros se traduce directamente en innumerables matrices termoestables con diferentes características. En este contexto, se propuso diseñar y desarrollar polibenzoxazinas con características multifuncionales, especialmente en la resistencia química, mecánica y térmica, propiedades ignífugas e hidrófobas4–7. Para tal fin, se sintetizaron y caracterizaron 6 precursores de polibenzoxazinas a partir de materias primas fenólicas (ácido florético y bisfenol A) y aminas (furfurilamina, anilina y 3-aminopropil trimetoxisilano) derivadas de recursos renovables y del petróleo. En todos los casos, los productos de reacción superaron el 90% de rendimiento, y permitieron la preparación de matrices híbridas de polibenzoxazina (basadas en enlaces –Si-O-Si-) con alto contenido aromático; y en alguno de los casos, elevada fracción renovable. En relación a sus propiedades, los materiales obtenidos exhibieron buena resistencia térmica y estabilidad mecánica (Tg > 300°C); buena performance frente al fuego, con un índice Limitante de Oxigeno estimado alrededor de 40 y clasificación UL94 V-0; y características hidrófobas. A su vez, ciertas etapas del procesamiento de las resinas y sus materiales se realizaron respetando alguno de los principios de la Química Verde, es decir, mediante el uso de solventes renovables, favoreciendo la economía atómica de las reacciones involucradas, la generación mínima de subproductos de reacción, y el empleo de materias primas renovables o residuos de la agroindustria.Las características térmicas, mecánicas y de inflamabilidad de las polibenzoxazinas desarrolladas permite considerarlas como potenciales compuestos para coatings destinados para tuberías de perforación, piezas mecánicas, o para agentes de sostén (proppants) que se emplean durante la etapa de perforación del proceso de fracking.