CONTROL DE LA POROSIDAD A PARTIR DE PROCESOS DE SEPARACIÓN DE FASES INDUCIDOS POR CRIOFOTOPOLIMERIZACIÓN

HERNÁN E. ROMEO; ILEANA A. ZUCCHI; WALTER F. SCHROEDER

Mar del Plata

Simposio; XV Simposio Argentino de Polímeros - SAP 2023; 2023

INTEMA

La inclusión de micro/meso/macro porosidad como parte de la arquitectura de estructuras poliméricas constituye un desafío actual para el desarrollo de nuevos materiales con aplicaciones en áreas como la separación molecular, la filtración, la catálisis, entre otras [1]. En este contexto, la obtención de poros con una morfología particular dependerá de la capacidad de control sobre las variables de procesamiento durante la generación de la porosidad. Una vía interesante para la producción de estructuras poliméricas porosas contempla el uso de procesos de separación de fases inducidos por polimerización (PIPS). En este caso, partiendo de un sistema multicomponente homogéneo, es posible inducir fenómenos de separación de fases durante el transcurso de una reacción de polimerización, como resultado de una disminución en la contribución entrópica a la energía libre de Gibbs de mezcla del sistema. Así, una vez inducida la separación, la remoción de la fase separada permite producir porosidad en la matriz polimerizada. En el caso de procesos PIPS, el control de la separación de fases dependerá tanto de la composición del sistema y la temperatura de reacción como de la cinética de polimerización de la matriz y de los aspectos termodinámicos involucrados (balance entálpico/entrópico), lo que determinará en última instancia la morfología desarrollada y el grado de extensión de la fase segregada. Para lograr controlar a voluntad ambos aspectos (morfología y grado de extensión) es fundamental conocer el diagrama de fases del sistema multicomponente en cuestión a la temperatura de trabajo (lo que no siempre es posible), de manera de poder intervenir de forma criteriosa en el proceso de separación de fases durante la ´trayectoria de reacción´ transitada.En un estudio previo demostramos la posibilidad de crear macroporosidad unidireccional en una matriz de poli(etilenglicol) dimetacrilato (PEG-DMA) haciendo uso de una técnica de crio-fotopolimerización (congelamiento direccional del sistema y posterior fotopolimerización a -15ºC) [2]. Con el objeto de extender el alcance de este trabajo, produciendo porosidad adicional en la matriz, hemos abordado recientemente el estudio del sistema binario PEG-DMA/ciclohexano (CH), utilizando el CH como modificador de la matriz fotopolimerizable. La idea en este caso es lograr la segregación controlada de CH en la matriz de PEG-DMA mediante un mecanismo de tipo PIPS, durante el transcurso de la reacción de polimerización de los grupos metacrilato. Con el fin de diseñar racionalmente un protocolo de curado (a -15ºC) que conduzca a la segregación de CH con la morfología/extensión deseadas, el trabajo realizado se centró inicialmente en la construcción del diagrama de fases ternario correspondiente a los tres componentes presentes durante la fotopolimerización en el estado pregel (oligómero PEG-DMA / CH / polímero PEG-DMA), contemplando para esto el cálculo de los parámetros de interacción binarios requeridos dentro del marco del modelo de red de Flory-Huggins. El abordaje del sistema consistió en: (i) la determinación de los parámetros de interacción para cada par de componentes, a partir de medidas de puntos de nube (para el sistema oligómero PEG-DMA / CH) y de medidas de absorción de solvente (para los sistemas polímero PEG-DMA / CH y polímero PEG-DMA / oligómero PEG-DMA); (ii) el cálculo de los diagramas de fases binarios (a partir de los parámetros de interacción determinados) correspondientes a cada una de las aristas del diagrama ternario buscado; (iii) la construcción del diagrama ternario correspondiente a la temperatura de curado (-15ºC); y (iv) la validación del diagrama calculado, mediante el establecimiento de un protocolo experimental de reacción (a una composición seleccionada) y la visualización (mediante SEM) de las estructuras porosas desarrolladas de acuerdo con la trayectoria de reacción transitada.Los resultados permitieron demostrar la validez del diagrama de fases ternario calculado, así como lograr la modificación de las morfologías desarrolladas mediante el cambio en la cinética de fotopolimerización en acuerdo con las regiones predichas por el diagrama de fases.