Conformado de monolitos híbridos porosos a partir del uso de precursores poliméricos precerámicos

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

Jornada; 2° JONICER 2016; 2016

Los materiales cerámicos derivados de polímeros ('PDCs'), entre los que se encuentran los materiales basados en SiOC, constituyen una nueva clase de materiales que ha sido estudiada en las últimas décadas. Estos materiales pueden ser preparados por conversión directa de un apropiado 'precursor cerámico polimérico' en una fase cerámica cuando el precursor utilizado es sometido a alta temperatura en atmósfera inerte o reactiva. Dicha fase permanece en estado amorfo hasta muy altas temperaturas y, finalmente, conserva parte de la estructura molecular del precursor polimérico. Este tipo de materiales presentan relevantes propiedades (alta estabilidad química, bajo coeficiente de expansión térmica, buena resistencia mecánica a alta temperatura, altas piezoresistividad y resistencia al 'creep', y excelente resistencia a la oxidación, entre otras) que derivan de su estructura a escala nanométrica y han posibilitado que su aplicación se extienda a campos tecnológicos emergentes tales como energía y medio ambiente, industria aeroespacial, biotecnología y electrónica. Debido a que la transformación polímero-cerámico es acompañada por la eliminación de un volumen considerable de gas y una gran contracción del cuerpo, que pueden conducir al desarrollo incontrolable de una elevada porosidad y formación de grietas, la conversión directa de un componente precerámico híbrido de gran tamaño a una pieza cerámica resulta altamente impedida. Es así que el desarrollo de rutas de procesamiento para la fabricación de estos materiales en 'bulk' permanece como un enorme desafío tecnológico. La adición de agentes formadores de poros al precursor cerámico, junto con el control de la temperatura de consolidación, se presentan como posibles vías de solución conjuntas. A su vez, el empleo de un agente porógeno permite la generación de poros y, de ese modo, el desarrollo de un material con porosidad jerárquica en los rangos de tamaños micro/meso y macro. En este trabajo se estudió el conformado de cuerpos híbridos porosos con vistas al desarrollo de piezas cerámicas basadas en SiOC con potenciales usos en protección térmica, energía y medio ambiente. Como precursor cerámico se empleó un silsesquioxano (POSS) obtenido por síntesis a partir de la condensación de 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano en medio ácido y empleando condiciones (ac. fórmico 1M; relación molar HCOOH/Si=0,055; 60°C, 3 días) que permiten obtener una elevada concentración de grupos SiOH. La caracterización del POSS se realizó por ATR-FTIR, DSC y ATG, y la evaluación de las curvas de flujo y delas propiedades viscoelásticas en función de la temperatura se llevó a cabo en un reómetro rotacional. Como porógeno se empleó sacarosa comercial la cual se caracterizó por FTIR y ATG, cuya granulometría se acondicionó por corte y tamizado (150-211 micrones). Para el conformado de los cuerpos híbridos densos se prepararon mezclas de POSS-SA (20 y 40%vol.) con 10 %vol. de trietilentetramina como catalizador a 40°C, las cuales se vertieron en moldes plásticos cilíndricos y se trataron a 60°C, 3h. Por tratamiento a 220°C, 4h se obtuvieron los cuerpos híbridos porosos, que se caracterizaron por medidas de porosidad, ATR-FTIR y SEM. Estos cuerpos mantuvieron su integridad y alcanzaron porosidades ligeramente superiores a las cantidades de porógeno adicionado. Dicha porosidad se asoció a poros interconectados con morfología controlada. A partir del análisis de los espectros de ATR-FTIR se determinó la ocurrencia simultánea de reacciones de policondensación inorgánica y polimerización orgánica que derivan en la formación de dos redes interconectadas cuya extensión y configuración serían mutuamente dependientes.