Nuevos avances en nanoestructuras poliméricaspolimerización in situ e infiltración de polímeros en plantillas AAO

Resumen

Las plantillas porosas de alúmina (AAO) son sistemas ordenados, formados por una matriz de poros cilíndricos. Estas plantillas han sido ampliamente empleadas para la obtención de nanoestructuras poliméricas como nanorods, nanofibras y nanotubos mediante el proceso infiltración de polímeros (nanomoldeo). Sin embargo, cuando se trata de infiltrar polímeros termoestables o el proceso de infiltración debe llevarse a cabo a alta temperatura o durante un tiempo relativamente largo el polímero se puede degradar y es conveniente buscar otro método. De esta forma se plantea la polimerización in situ de un monómero dentro de los poros de la plantilla AAO (nanoreactor) como método alternativo para producir nanoestructuras poliméricas. Esta tesis plantea ambos aspectos, la polimerización en confinamiento y la infiltración de polímeros obteniendo nuevas estructuraras. El primer lugar se estudió la polimerización en confinamiento en plantillas de AAO (nanoreactores) para la polimerización radical del metacrilato de metilo (MMA). La reacción se estudió a diferentes temperaturas y a diferentes grados de confinamiento en función del tamaño de poro de la plantilla. Los resultados de la cinética de polimerización se compararon con los obtenidos en bulk y se interpretaron en base a un modelo matemático. La polimerización en confinamiento dio como resultado un polímero de menor peso molecular y de menor polidispersidad. El envejecimiento físico junto con el estudio químico, demostraron una restricción de la movilidad de las cadenas de polímero a lo largo de la pared de alúmina. Para generalizar el concepto a otros monómeros se estudió la polimerización radical de un monómero fluoroacrílico (FA). Los resultados mostraron una disminución en la velocidad de polimerización producido por el aumento de la reacción de terminación, como se vio en el caso del MMA. Para justificar estos resultados los datos fueron ajustados a un modelo matemático. Como aplicación de este estudio se prepararon nanoestructuras de PFA con plantillas AAO consiguiendo un material superhidrofóbico. El estudio se completó con la reacción de polimerización por pasos. Se sintetizó un poliuretano en confinamiento dentro de las plantillas AAO a partir de la reacción entre un diol y un diisocianato. En este caso se observó que los grupos hidroxilo de la alúmina reaccionan con los grupos isocianatos dando lugar a una disminución del peso molecular y la polidispersidad. Para explicar los resultados se estableció un modelo matemático teniendo en cuenta las interacciones químicas y físicas encontradas en la plantilla de alúmina. La preparación de polímeros nanoestructurados en plantillas AAO mediante infiltración de polímeros (nanomoldes) dio lugar a nuevas estructuras core.shell no recogidas en la bibliografía. Por un lado se sintetizaron nanoestructuras metal.polímero donde nanocables de níquel son recubiertos por nanotubos de poliestireno. La caracterización magnética de las doble nanoestructura indica la presencia de un eje de fácil magnetización paralelo a los nanocables y atribuido principalmente a la anisotropía de los nanocables de níquel. Por otro lado, se consiguió una estructura polímero.polímero mediante doble infiltración por fundido de dos polímeros: policaprolactona (core) y poliestireno (shell). El estudio de la cristalización de la PCL mostró un comportamiento fraccionado. Por último, se realizó un estudio preliminar para imitar la huella del dedo de la rana. Para ello se desarrolló un sistema polimérico en base a dos patrones de diferente escala, nano y micro. La nanoestructura se logró con nanopilares de PCL y PMMA por infiltración del polímero dentro de plantillas AAO, mientras que la microestructura se consiguió con micropilares de PDMS y pACAA por doble desmoldeo a partir de máscara obtenida por litografía. Estos resultados fueron el punto de partida en un estudio posterior donde se consiguió la estructura deseada.