Synthesis and Characterization of Polyarylacetylene for Use in the Monolithic Vitreous Carbon Processing

Síntesis y caracterización de poliarilacetileno para su uso en el procesamiento monolítico de carbono vítreo

En este trabajo se evaluó el prepolímero de poliarilacetileno (PAA) obtenido a partir de 1,4-dietinilbenceno como precursor polimérico de carbono vítreo monolítico (MVC). Se sintetizó el monómero 1,4-dietinilbenceno y se preparó el prepolímero PAA con 13, 16 y 19 % en peso de catalizador de níquel. El mejor porcentaje de catalizador de níquel considerado fue el 13 % en peso, debido al menor peso molecular e índice de polidispersidad y al mayor rendimiento de carbono. La producción tradicional de MVC se obtiene a partir de resinas fenólicas y de poli(alcohol furfurílico), cuya pirólisis requiere muchas horas debido a la gran cantidad de gases generados. Además, la porosidad es difícil de controlar con estas resinas convencionales. El poliarilacetileno libera pocos volátiles debido a la reacción de poliadición y los anillos aromáticos de la cadena de PAA también proporcionan una gran estabilidad térmica, por lo que el tratamiento térmico podría ser más rápido sin agrietar el material de carbono. Esto también reduciría el coste de fabricación del MVC, además de la baja porosidad observada, lo que convierte a este polímero en una buena matriz para el MVC.

INTRODUCCIÓN

El poliarilacetileno (PAA) es un polímero de alta temperatura, obtenido a partir de hidrocarburos etinílicos y aromáticos no polares como el m-di(etinil)benceno y el p-di(etinil)benceno, que después de curar presenta únicamente átomos de carbono e hidrógeno y una estructura altamente reticulada. El desarrollo del PAA comenzó en los años 60, durante la búsqueda de polímeros térmicamente estables con el objetivo de satisfacer las necesidades de la industria aeroespacial para ser utilizado como aislante ablativo para motores de cohetes y como materia prima polimérica para el procesamiento de compuestos de carbono-carbono. El PAA fue sintetizado por primera vez por Hay, utilizando la misma metodología de acoplamiento oxidativo de acetilenos. Desde entonces, el PAA ha sido sintetizado utilizando métodos de polimerización térmica, por irradiación, iniciada por electrólisis y catalítica.

Las rutas de síntesis más utilizadas implican la policiclotrimerización y la reacción térmica del di(etinil)benceno para la preparación de un oligómero o un prepolímero, lo que reduce sustancialmente el calor de la reacción, disminuyendo el exotermo durante el procesamiento. La ciclotrimerización es usualmente una reacción catalizada por níquel en la que tres grupos etinílicos se enlazan principalmente para formar un anillo de benceno, como se presenta en la Figura 1. La ciclotrimerización produce anillos aromáticos estabilizados por resonancia que mejoran la estabilidad térmica del sistema e incrementan el rendimiento de carbono durante la pirólisis.