Poliimidas aromáticas de lata rigidez intrínseca para procesos de separación de gases

Résumé

Las poliimidas aromáticas, PIs, como ya se ha referido en esta memoria, son materiales con un extraordinario balance de propiedades mecánicas, químicas y térmicas. Estas propiedades permiten su uso en un gran número de aplicaciones tecnológicas que van desde materiales de ingeniería en la industria aeroespacial, hasta membranas para pilas de combustible y para separación de gases o pervaporación104,105 . Sin embargo, uno de los mayores inconvenientes de las PIs es su baja solubilidad en la mayoría de disolventes orgánicos, lo que es un factor limitante de cara a su procesado y aplicabilidad. Durante las últimas décadas, numerosos grupos de investigación han estudiado las propiedades de las PIs como membranas de separación de gases de interés industrial en procesos avanzados106,107. Una gran parte de estos estudios se ha centrado en la síntesis y desarrollo de nuevas PIs, bien diseñadas, que posean propiedades mejoradas en cuanto a solubilidad / procesabilidad y a la vez con buenos valores de productividad en procesos de separación de gases108 . Una estrategia química muy utilizada para mejorar la procesabilidad sin afectar excesivamente a la permeabilidad, ha consistido en la incorporación de grupos flexibilizantes de cadena, como pueden ser los grupos éteres109. Así, se han reportado varios trabajos, donde la introducción de un elemento flexibilizante ha dado lugar a PIs con elevadas Tgs, y buenas propiedades de separación de gases110 . Sin embargo, la estrategia más utilizada para obtener materiales útiles en estos procesos es la introducción de grupos voluminosos en la cadena principal, dificultando el empaquetamiento de las cadenas y aumentando consecuentemente el volumen libre de la membrana111,112,113. Además, lo ideal sería que estos grupos restringiesen también la movilidad molecular de la cadena, lo que proporcionaría una elevada rigidez estructural, siendo esta última propiedad la que confiere a los materiales alta selectividad111 . En los últimos tiempos, las poliimidas que incorporan sustituyentes trifluorometilo (CF3), han sido muy estudiadas, ya que estos grupos confieren a las poliimidas una buena solubilidad incluso en disolventes orgánicos comunes, además de una considerable mejora en las prestaciones de separación de gases114,115,116. Así, por ejemplo, la poliimida 6FDA-6FpDA, con cuatro grupos CF3 en la unidad repetitiva (introducidos mediante la inclusión de dos grupos separadores hexafluoroisopropilideno), es en la actualidad una de las poliimidas con mejores propiedades de separación, aunque el alto coste de la diamina hace que se sigan buscando nuevas estructuras que satisfagan de igual manera las necesidades de procesabilidad y que a la vez sigan teniendo un buen balance de propiedades117 . En este aspecto, las poliimidas que combinan las dos estrategias mencionadas arriba, es decir, la introducción simultánea de uno o varios grupos flexibilizantes (éteres) en la cadena y la incorporación de grupos laterales voluminosos (CF3), constituyen una línea activa de investigación118,119,120,121,122 .