Desarrollo de materiales celulares poliméricos microcelulares en base PMMA-gel. Fabricación, optimización, caracterización y relación condiciones iniciales-estructura

Abstract

Los materiales celulares con tamaños en torno a la micra e inferiores son de gran interés, para multitud de aplicaciones. Para algunas de ellas como puede ser su uso como filtros o membranas, es necesario que las celdas de estos materiales estén interconectadas. Este trabajo se centra en la producción de materiales micro y nanocelulares de celda abierta a partir de geles de polimetilmetacrilato (PMMA), utilizando la acetona como disolvente. Mediante la optimización del método de fabricación se han estudiado y caracterizado los resultados obtenidos para poder relacionar los parámetros de fabricación de los diferentes geles con las estructuras celulares resultantes. Se ha experimentado con los geles resultantes de mezclar en diferentes porcentajes dos PMMAs comerciales con distinto peso molecular. De igual manera se han variado las proporciones de acetona como disolvente en la fabricación de los geles. Con respecto a la fabricación de los materiales celulares los parámetros de temperatura de saturación (55ºC), presión de saturación (250 bar) y tiempo de saturación (15min) se han mantenido constantes durante todo el trabajo. A través de este procedimiento se han fabricado muestras para posteriormente caracterizarlas. Los materiales obtenidos se han caracterizado por medio de la densidad relativa; el tamaño de celda medio; la densidad de nucleación y la homogeneidad y uniformidad en sus estructuras. Este trabajo ha permitido la fabricación de materiales celulares con celda abierta a partir de un proceso de fabricación un 90% más corto que el proceso habitual, gracias a la utilización de geles, en vez del polímero sólido. Los materiales celulares fabricados presentan un gran abanico en sus estructuras internas. Estas, abarcan densidades relativas entre 0,27 y 0,9; tamaños de celda media entre 172 nm y 104 μm y densidades de nucleación entre 6,626·106 y 5,946·1013 núcleos/𝑐��𝑚��3, todas ellas con un elevado contenido de celda abierta Se ha comprobado que todas ellas dependen los parámetros de fabricación.

Cellular materials below the micro range pores size are interesting for multiple applications. For some of them, like membranes or filters; the cells need to be connected one with each other’s. This work focuses on the production of cellular materials by expanding a PMMA-based gel, using acetone as solvent. By optimizing the manufacturing method, the results obtained have been studied and characterized in order to be able to relate the manufacturing parameters of the different gels with the resulting cellular structures. The gels resulting from mixing the commercial PMMAs V825T and CN in different percentages have been experimented with. In the same way, the proportions of acetone as a solvent in the manufacture have been varied. The parameters of foaming temperature (55ºC), saturation pressure (250 bar) and saturation time (15min) have been kept constant throughout the work. Through this procedure, samples have been manufactured to later characterize them. With the images obtained by electron microscopy (SEM) and the ImageJ/FIJI analysis-software tool, the relative density has been measured; the average cell size; nucleation density and homogeneity in their structures. The fabrication time has been reduced a 90% in comparison with the usual method, thanks to the use of PMMA-gels instead solid polymers. The manufactured cellular materials present a wide range in their internal structures. These cover relative densities between 0.27 and 0.9; cell average sizes between 172 nm and 104 μm and nucleation densities between 6.626·106 y 5.946·1013 nuclei/𝑐�𝑚�3. It has been verified that all of them depend on the manufacturing parameters