Cuerpo híbridos porosos obtenidos a partir de un polímero precerámico y esferas de parafina

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

Jornada; 3º JONICER 2017; 2017

El procesamiento de materiales cerámicosderivados de polímeros (PDCs), entre los que se encuentran los materialesbasados en SiOC, se centra en la conversión directa de un apropiado polímeroprecerámico en una fase cerámica cuando se somete a alta temperatura enatmósfera controlada (inerte o reactiva). En los últimos años, se ha extendidoel campo de aplicación de este tipo de materiales debido al avance en el conocimientode la transformación polímero-cerámico y a sus relevantes propiedades quederivan de su estructura a escala nanométrica. Hoy en día se destaca su usocomo materiales para energía y para las industrias automotriz, aeroespacial ymicro/nanoelectrónica. La ventaja del procesamiento de estos materiales radicaen la posibilidad de fabricar componentes cerámicos mediante técnicasconvencionales usadas en la industria de polímeros, desarrollando rutas deprocesamiento que permitan la obtención de piezas con volúmenes mucho mayores.Sin embargo, la conversión polímero-cerámico está acompañada por la liberaciónde un gran volumen de gases correspondientes a la fracción orgánica delpolímero precerámico, lo que conduce a grandes contracciones volumétricas quegeneran grietas y fisuras. Por este motivo, la adición de agentes de sacrificio(formadores de poros) al polímero precerámico que favorezcan la extraccióncontrolada de gases por formación de canales y el control de la temperatura deconsolidación, se presentan como posibles vías de solución conjuntas, a la vezque permitirían el desarrollo de un material con porosidad jerárquica. En este trabajo se estudió la preparaciónde cuerpos híbridos porosos a partir de la evaluación de un agente porógeno yel control de la etapa de consolidación con vistas al desarrollo de piezascerámicas porosas de SiOC. Como polímero precerámico, se empleó unpolisilsesquioxano (MP-POSS) obtenido por condensación hidrolítica de3-metacriloxipropil-trimetoxisilano (MPS, ácido fórmico, 60°C, 3 días), el cualse caracterizó por ATR-FTIR, medida de densidad, DSC, ATG y estudio del comportamientoreológico. Para la selección del agente de sacrificio se tuvo en cuenta que latemperatura de descomposición debe ser inferior a la de la degradación delpolímero. Así, se emplearon microesferas de parafina con granulometría controlada(entre 74 y 211 μm), las cuales se obtuvieron por enfriamiento brusco de unaemulsión estabilizada de parafina en agua y PVA como surfactante. Los cuerposhíbridos porosos se obtuvieron por consolidación de mezclas de POSS-parafina(20, 30 y 40% vol.) a temperatura ambiente con agregado de 10% vol. detrietilentetramina como catalizador de la reacción de entrecruzamiento, yposterior calcinación en aire a 300°C, 1h. La caracterización se llevó a cabopor medidas de porosidad total, abierta y cerrada, y análisis microestructuralpor SEM. Los cuerpos híbridos porosos obtenidos no presentaron deformaciones. Losvalores de porosidad total determinados fueron similares al porcentaje envolumen de porógeno agregado. La porosidad total desarrollada se asocióprincipalmente a poros esféricos abiertos con tamaños del orden de las esferas,aunque también se generaron poros cerrados de tamaños similares a los abiertos cuyaproporción disminuyó a medida que se incrementó la cantidad de porógeno.Además, se observó la formación de microfisuras en todas las muestras, en mayormedida, en aquéllas con menor proporción de parafina. Así, para minimizar laformación de estos defectos, se adicionó un segundo porógeno (10 y 20% vol. departículas de sacarosa entre 75 y 105 μm) con el fin de incrementar el grado deinterconexión entre las cavidades generadas por la eliminación de las esferasde parafina. En los cuerpos híbridos obtenidos, la porosidad desarrollada fueexclusivamente abierta y no se determinó la formación de microfisuras.