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

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

Jornada; 3° JONICER; 2017

El procesamiento de materiales cerámicos derivados de polímeros (PDCs), entre los que se encuentran los materiales basados en SiOC, se centra en la conversión directa de un apropiado polímero precerámico en una fase cerámica cuando se somete a alta temperatura en atmósfera controlada (inerte o reactiva). En los últimos años, se ha extendido el campo de aplicación de este tipo de materiales debido al avance en el conocimiento de la transformación polímero-cerámico y a sus relevantes propiedades que derivan de su estructura a escala nanométrica. Hoy en día se destaca su uso como materiales para energía y para las industrias automotriz, aeroespacial y micro/nanoelectrónica. La ventaja del procesamiento de estos materiales radica en la posibilidad de fabricar componentes cerámicos mediante técnicas convencionales usadas en la industria de polímeros, desarrollando rutas de procesamiento que permitan la obtención de piezas con volúmenes mucho mayores. Sin embargo, la conversión polímero-cerámico está acompañada por la liberación de un gran volumen de gases correspondientes a la fracción orgánica del polímero precerámico, lo que conduce a grandes contracciones volumétricas que generan grietas y fisuras. Por este motivo, la adición de agentes de sacrificio (formadores de poros) al polímero precerámico que favorezcan la extracción controlada de gases por formación de canales y el control de la temperatura de consolidación, se presentan como posibles vías de solución conjuntas, a la vez que permitirían el desarrollo de un material con porosidad jerárquica [1,2].En este trabajo se estudió la preparación de cuerpos híbridos porosos a partir de la evaluación de un agente porógeno y el control de la etapa de consolidación con vistas al desarrollo de piezas cerámicas porosas de SiOC. Como polímero precerámico, se empleó un polisilsesquioxano (MP-POSS) obtenido por condensación hidrolítica de 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano (MPS, ácido fórmico, 60°C, 3 días), el cual se caracterizó por ATR-FTIR, medida de densidad, DSC, ATG y estudio del comportamiento reológico. Para la selección del agente de sacrificio se tuvo en cuenta que la temperatura de descomposición debe ser inferior a la de la degradación del polímero. Así, se emplearon microesferas de parafina con granulometría controlada (entre 74 y 211 µm), las cuales se obtuvieron por enfriamiento brusco de una emulsión estabilizada de parafina en agua y PVA como surfactante. Los cuerpos híbridos porosos se obtuvieron por consolidación de mezclas de POSS-parafina (20, 30 y 40% vol.) a temperatura ambiente con agregado de 10% vol. de trietilentetramina como catalizador de la reacción de entrecruzamiento, y posterior calcinación en aire a 300°C, 1h. La caracterización se llevó a cabo por medidas de porosidad total, abierta y cerrada, y análisis microestructural por SEM. Los cuerpos híbridos porosos obtenidos no presentaron deformaciones. Los valores de porosidad total determinados fueron similares al porcentaje en volumen de porógeno agregado. La porosidad total desarrollada se asoció principalmente a poros esféricos abiertos con tamaños del orden de las esferas, aunque también se generaron poros cerrados de tamaños similares a los abiertos cuya proporción disminuyó a medida que se incrementó la cantidad de porógeno. Además, se observó la formación de microfisuras en todas las muestras, en mayor medida, en aquéllas con menor proporción de parafina. Así, para minimizar la formación de estos defectos, se adicionó un segundo porógeno (10 y 20% vol. de partículas de sacarosa entre 75 y 105 µm) con el fin de incrementar el grado de interconexión entre las cavidades generadas por la eliminación de las esferas de parafina. En los cuerpos híbridos obtenidos, la porosidad desarrollada fue exclusivamente abierta y no se determinó la formación de microfisuras.