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

BYRNE TOMÁS; HOPPE CRISTINA; JULIETA PUIG; ALTUNA F.; RODRÍGUEZ, EXEQUIEL. S.

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Encuentro; XX Encuentro Nacional de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

El diseño de materiales ha visto un considerable aumento en el número de estrategias que planteanla síntesis de polímeros capaces de repararse a sí mismos en respuesta a un daño [1]. Esta búsqueda surgióimpulsada por los numerosos ejemplos de autorreparación que existen en la naturaleza y porque la mejoraen las propiedades como herramienta para alargar la vida útil en servicio de una pieza presenta un límitepráctico.El interés en los polímeros termorrígidos autorreparables basados en enlaces covalentes dinámicos,denominados vitrímeros, experimentó un exponencial crecimiento a partir del desarrollo de resinas epoxientrecruzadas con poli ácidos carboxílicos, estrategia reportada inicialmente por Leibler y col. [2]. Lareacción de un grupo epoxi con un ácido carboxílico origina un éster con un oxhidrilo (OH) en posición beta.Estos grupos pueden ser aprovechados para producir reacciones de intercambio (transesterificaciones, entreun éster de una cadena y el OH de otra cadena) activadas térmicamente en presencia de un catalizadoradecuado [2-4]. Las reacciones de intercambio modifican la topología de la red polimérica, aunquemantienen en todo momento del proceso la misma densidad de entrecruzamiento, al menos teóricamente.Los vitrímeros epoxi comparten propiedades con las redes epoxi tradicionales, como su excelente resistenciaa solventes y buenas propiedades mecánicas, aunque tienen la ventaja adicional de ser autorreparables,reprocesables e incluso reciclables. A pesar de estas ventajas, su diseño presenta un desafío claro: unamejora en las prestaciones mecánicas y un acercamiento hacia los valores requeridos para aplicaciones dealto desempeño va, en general, en detrimento de las propiedades de autorreparación. En este trabajo sepropone 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 laconcentración de grupos OH, y b) la dispersión de nanoestructuras de óxido de grafeno (GO) capaces demejorar la respuesta mecánica y conferir al material propiedades fototérmicas útiles en procesos deautorreparación activada de manera remota.Con el objetivo de diseñar una formulación apta para su futuro escalado, se utilizó una resina epoxicomercial basada en diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA). Como agentes de curado se emplearon poli-ácidoscarboxílicos como el ácido cítrico (CA), ácido sebácico (SA) y ácido glutárico (GA). Mediante pruebas de DSC,la matriz vitrimérica demostró una Tg cercana a los 75°C (onset), la cual es una temperatura altamentesatisfactoria para estos materiales. Se encuentra en curso la modificación de las formulaciones estudiadascon bajos porcentajes de GO a través de dos procedimientos diferentes: a) por dispersión en la formulacióninicial y b) por impregnación sobre un polvo fino del vitrímero con la idea de lograr la adhesión entrepartículas de polvo a partir del calentamiento inducido por efecto fototérmico generado por irradiación NIR