Desarrollo de vitrímeros epoxi-ácido modificados con óxido de grafeno para su uso en impresión 3D y aplicaciones de alto desempeño

BYRNE PRUDENTE, TOMÁS EDUARDO; HOPPE, CRISTINA ELENA; PUIG, JULIETA; ALTUNA, FACUNDO IGNACIO; RODRIGUEZ, EXEQUIEL SANTOS

Río Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados (Nano 2022); 2022

UNRC

El diseño de materiales ha visto un considerable aumento en el número de estrategias que plantean la síntesis de polímeros capaces de repararse a sí mismos en respuesta a un daño [1]. Esta búsqueda surgió impulsada por los numerosos ejemplos de autorreparación que existen en la naturaleza y porque la mejora en las propiedades como herramienta para alargar la vida útil en servicio de una pieza presenta un límite práctico. El interés en los polímeros termorrígidos autorreparables basados en enlaces covalentes dinámicos, denominados vitrímeros, experimentó un exponencial crecimiento a partir del desarrollo de resinas epoxi entrecruzadas con poli ácidos carboxílicos, estrategia reportada inicialmente por Leibler y col. [2–4]. La reacción de un grupo epoxi con un ácido carboxílico origina un éster con un hidroxilo en posición beta. Estos grupos pueden ser aprovechados para producir reacciones de intercambio (transesterificaciones, entre un éster de una cadena y el hidroxilo de otra) activadas térmicamente en presencia de un catalizador adecuado [2–6]. Las reacciones de intercambio modifican la topología de la red polimérica, aunque mantienen en todo momento del proceso la misma densidad de entrecruzamiento, al menos teóricamente. Debido a la naturaleza química de los intercambios, la viscosidad varía con la temperatura siguiendo una relación tipo Arrhenius, dependiente de la energía de activación de las reacciones de intercambio y disminuye gradualmente en lugar de presentar una caída abrupta. Por este motivo se le dio a este tipo de materiales el nombre de “vitrímeros”. Los vitrímeros epoxi comparten propiedades con las redes epoxi tradicionales, como su excelente resistencia a solventes y buenas propiedades mecánicas, pero tienen la ventaja adicional de ser autorreparables, reprocesables e incluso reciclables. A pesar de estas ventajas, su diseño presenta un desafío claro: una mejora en las prestaciones mecánicas y un acercamiento hacia los valores requeridos para aplicaciones de alto desempeño va, en general, en detrimento de las propiedades de autorreparación. En este trabajo se propone investigar la posibilidad de superar esta problemática a través de dos enfoques complementarios: a) la mejora en el diseño de la matriz basada en el aumento de la densidad de entrecruzamiento y la concentración de grupos oxhidrilo (requeridos para activar la transesterificación) y b) la dispersión de nanoestructuras de óxido de grafeno (GO) capaces de mejorar la respuesta mecánica, en particular la resistencia al microcracking y conferir al material propiedades fototérmicas útiles en procesos de autorreparación activada de manera remota.Con el objetivo de diseñar una formulación apta para su futuro escalado, se utilizó una resina epoxi comercial basada en diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA). Como agentes de curado se emplearon poli-ácidos carboxílicos como el ácido cítrico (CA), ácido sebácico (SA) y ácido glutárico (GA). Actualmente se encuentra en curso la modificación de las formulaciones estudiadas con bajos porcentajes de GO a través de dos procedimientos diferentes: a) por dispersión en la formulación inicial yb) por impregnación sobre un polvo fino del vitrímero y con la idea de lograrla adhesión entre partículas de polvo a partir del calentamiento inducido por efecto fototérmico generado por irradiación NIR. REFERENCIAS 1.[1] Van Zee, N. J., and Nicolaÿ, R.,Progress in Polymer Science, 104 (2020) 1012332.[2] Montarnal, D., Capelot, M., Tournilhac, F., et al.,Science334 (2011) 965–8.3.[3] Capelot, M., Montarnal, D., Tournilhac, F., et al.,Journal of the American Chemical Society134 (2012) 7664–7.4.[4] Capelot, M., Unterlass, M. M., Tournilhac, F., et al.,ACS Macro Letters1(2012) 789–92.5.[5] Altuna, F. I., Hoppe, C. E., and Williams, R. J. J.,RSC Adv.6(2016) 88647–55.6.[6] Altuna, F. I., Hoppe, C. E., and Williams, R. J. J., European Polymer Journal113 (2019) 297–304.