Electrificación por contacto en la interface agua/polímeros: modificación por tratamiento químico de las superficies poliméricas

SOSA, MARIANA D.; CANNEVA, A.; NEGRI, R. MARTÍN; D´ACCORSO NORMA B.

Workshop; 1er Workshop de Polímeros y nanomateriales para la industria energética; 2022

YPF

Es bien conocido que cuando dos materiales se ponen en contacto se produce el fenómeno de electrificación por contacto. Hasta el momento no está completamente esclarecido el origen de esa electrificación. En los últimos años se desarrollaron dispositivos que permiten que la electrificación de dos fases en contacto se pueda aprovechar para realizar trabajo eléctrico. Dentro de este universo, un caso emblemático es el de la interface agua-politetrafluoroetileno (PTFE). Este caso fue ampliamente estudiado, dado que se sabe que los polímeros fluorados adquieren una cantidad de carga superficial superior a otros cuando están en contacto con el agua.En este trabajo se abordó posibilidad de aumentar la carga adquirida por la superficie del PTFE y,si es posible, inducir esta respuesta en un polímero que no manifiesta este fenómeno. Se planteó como primer objetivo tratar la superficie de PTFE con alcoholes y ácidos orgánicos (octanol, perfluorooctanol, ácido acético y ácido trifluoroacético) procurando incrementar la carga adquirida por la superficie del polímero en contacto con el agua. El segundo objetivo fue la síntesis de films de poli(estireno-codivinilbenceno) (PSD), un polímero que naturalmente no se carga por contacto con agua, en presencia de los mismos alcoholes y ácidos para evaluar la posibilidad de generar cargas. Los resultados mostraron que la carga superficial aumenta al tratar el PTFE con las cuatro sustancias testeadas. El mismo efecto se observó en el PSD, si bien, en este caso, el mayor aumento de carga se observó sistemáticamente para las moléculas fluoradas. En el caso del PTFE, la mayor cantidad de carga adquirida se observó en las muestras tratadas con alcoholes sin importar si son fluorados o no. Para interpretar estos resultados, se caracterizaron todos los materiales mediante FTIR-ATR, XPS, AFM, y medición del ángulo de contacto de agua. Se observó que la densidad de carga adquirida está correlacionada con la rugosidad superficial, calculada mediante AFM, y con el ángulo de contacto de agua. El análisis por XPS mostró, en la región correspondiente a las señales de F1s y O1s, indicio de que los alcoholes y los ácidos usados permanecen en la superficie de los polímeros luego del tratamiento. Se concluye que el fenómeno de electrificación por contacto puede modularse utilizando un tratamiento químico del polímero. Es un resultado remarcable que, mediante el tratamiento, se logró incrementar la carga adquirida por el PTFE, que es uno de los polímeros que más carga adquieren naturalmente. Además, se logró inducir carga en polímeros, como el PSD, donde este fenómeno no es espontáneo.