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Entrecruzamiento, sulfonación e incorporación de nanopartículas metálicas en membranas de poli(estireno-co-ácido acrílico) y su implicación en celdas de combustible
Autor
Leonardo Werncke Oenning
Resumen
Se llevó a cabo la copolimerización de estireno/ácido acrílico (94:6 %mol) parcialmente
entrecruzado con (0.001, 0.01 y 0.1 % mol) de trimetacrilato de trimetilol propano
2 horas con concentraciones de 50, 75 y 100% mol de agente sulfonante, con relación a los
anillos bencénicos teóricamente presentes en el copolímero. Estos materiales fueron
caracterizados mediante técnicas de IR, TGA, DSC, DMA, %Geles, absorción de agua y
EIS. Por último, se agregaron nanopartículas de oro y plata al copolímero sulfonado que
presentó el mejor desempeño, en cuanto a conductividad protónica y se evaluaron algunos
(TMPTMA). Posteriormente se realizaron reacciones de sulfonación a tiempos de 1
y cambios después de la incorporación. FTIR demostró la formación y sulfonación del
copolímero y se observó que al adicionar concentraciones más altas de TMPTMA se
incrementa el %Geles, el valor de la Tg (DSC) y la estabilidad térmica (TGA), mientras
que se reduce el módulo elástico evaluado por DMA.
Los materiales sulfonados tienden a incrementar su valor de Tg y a reducir sus módulos
elástico (E') y viscoso (E") con el uso de mayor concentración de agente sulfonante, sin
observarse descomposición de la cadena principal del polímero. Al mismo tierppo, mayor
cantidad de sulfonante reduce los valores de resistencia a la transferencia de carga (Rct)
evaluada mediante EIS, lo cuál está de acuerdo con una mayor absorción de agua en el
copolímero.
Se sintetizaron e identificaron, mediante UV-vis, las bandas de absorción de las
nanopartículas de oro y plata en 525 y 398 nm, respectivamente; corroborando a través de
imágenes de TEM. Se mostró que ambas partículas tuvieron una morfología semiesférica
con diámetros promedio de 34 +/- 6 y 10 +/- 4 nrn respectivamente. Estas nanopartículas,
incorporadas en el copolímero parcialmente entrecruzado y sulfonado propiciaron una
pequeña disminución en la conductividad protónica, mostrando su máximo cuando se
incorporaron 8 mL(0.39% Nano-Au y 0.47% Nano-Ag) de cada solución de nanopartículas.
Se alcanzó esta alta conductividad protónica con baja absorción de agua, además de una
reducción de la resistencia a la transferencia de carga (R) de más de 2000 Ohms,
comparado con el copolímero sin las nanopartículas.