Desarrollo y caracterización de electrodos catalíticos basados en polímeros conductores de polipirrol y polianilina

* Lectura de tesis en el Campus d'Alcoi para el jueves 31 de marzo

Título: Desarrollo y caracterización de electrodos catalíticos basados en polímeros conductores de polipirrol y polianilina sobre diferentes sustratos

Autor: Javier Molina Puerto
Directores: Dr. D. Francico Javier Cases Iborra
Dr. D. José Antonio Bonastre Cano
Fecha de lectura: 31 de marzo de 2011, a las 11:00 horas
Lugar de la defensa: Sala de profesores (Edificio Ferrándiz), Campus de Alcoy

- DESARROLLO Y CARACTERIZACIÓN DE ELECTRODOS CATALÍTICOS BASADOS EN POLÍMEROS CONDUCTORES DE POLIPIRROL Y POLIANILINA SOBRE DIFERENTES SUSTRATOS -

Durante los últimos años el desarrollo de tejidos con nuevas propiedades ha sido un campo muy activo. Por ejemplo se han creado tejidos con propiedades termorreguladoras a partir de microcápsulas con materiales que cambian de fase, tejidos autolimpiables, tejidos con acabados hidrófobos, etc. Otro de los campos que se ha estado explorando es el de los tejidos conductores de la electricidad; sobre el cual trata la presente tesis. Se han desarrollado productos basados en tejidos conductores de la electricidad como por ejemplo: un MP3 integrado en una chaqueta, trajes con LEDS, camisetas para monitorizar el estado de los pacientes en los hospitales, etc. Este tipo de modificaciones en los tejidos crea un valor añadido en el producto final además de un creciente mercado que los hace muy interesantes dada la situación actual del sector textil. Se estimó que para el 2008 el campo de los tejidos para monitorizar el estado de los pacientes podía representar un mercado de entre 100 y 1000 millones de dólares.

Para la obtención de tejidos conductores de la electricidad, se han empleado tradicionalmente fibras metálicas integradas en los tejidos. El problema que plantean las fibras metálicas es que los movimientos de flexión, torsión y estiramiento que se dan en un tejido acaban por romper las fibras metálicas. Los polímeros conductores se plantean como una alternativa debido a su flexibilidad y su fácil síntesis sobre los tejidos. La polimerización química del pirrol en presencia de sustratos textiles produce una capa uniforme sobre todo el tejido de un espesor menor de 1 µm.

En el presente trabajo se han obtenido tejidos de poliéster recubiertos con polipirrol/ antraquinona sulfonato (AQSA) y polipirrol/ fosfotungstato (PW12O403-). El empleo de contraiones grandes como son el AQSA (orgánico) y el PW12O403- (inorgánico) impediría la salida de los mismos de la estructura (desdopado) del polímero evitando la pérdida de propiedades eléctricas y electroquímicas. Una vez se obtiene un sustrato conductor (tejido conductor), se puede realizar la síntesis electroquímica de polímeros conductores (polipirrol y polianilina). El recubrimiento electroquímico mejora las propiedades eléctricas y electroquímicas del material. Los polímeros conductores han sido empleados en electrocatálisis para la eliminación de determinados contaminantes, por lo que estos materiales podrían ser empleados en el tratamiento electroquímico de contaminantes como los colorantes orgánicos.

Tanto los tejidos conductores obtenidos químicamente como los recubiertos electroquímicamente se caracterizaron química, morfológica, eléctrica y electroquímicamente mediante las siguientes técnicas: Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier por Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR), Energía Dispersiva de Rayos X (EDX), Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X (XPS), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), medidas de resistividad superficial, Voltametría Cíclica (CV), Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y Microscopía Electroquímica de Barrido (SECM). La estabilidad de los recubrimientos de polipirrol sobre los tejidos fue evaluada mediante ensayos de abrasión y lavado. Se realizaron también pruebas de estabilidad de los recubrimientos con el pH para estudiar el cambio de sus propiedades y ver su rango de pH operacional donde mantiene unas propiedades eléctricas y electroquímicas aceptables.

Además, los polvos de polipirrol no depositados sobre los tejidos fueron caracterizados adicionalmente mediante las siguientes técnicas para estudiar su estabilidad frente a la temperatura: Espectroscopía de Impedancia Electroquímica con la temperatura, Termogravimetría (TG), Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Pirólisis/ Cromatografía de Gases/ Espectrometría de Masas (Py-GC-MS).

Los tejidos conductores obtenidos mostraron una resistividad superficial en el rango de los 102 Ω/□, frente a >1010 Ω/□ que presenta el poliéster; lo que significa una disminución de ocho órdenes de magnitud. La caracterización química y morfológica demostró un recubrimiento uniforme y con buenas propiedades. En general los tejidos conductores presentaron una buena estabilidad al lavado así como con el pH. El ensayo de abrasión produjo una pérdida de parte del recubrimiento aunque sólo produjo un aumento de la resistividad superficial menor de lo que se podía esperar. La caracterización electroquímica demostró que la síntesis electroquímica produce recubrimientos más electroactivos. En la síntesis electroquímica de la polianilina se observó además la influencia del método de síntesis (potenciostático o potenciodinámico) en la microestructura del recubrimiento obtenido. En la síntesis potenciodinámica la velocidad de barrido se mostró también como una variable muy importante. A velocidades de barrido altas (50 mV·s-1 y 5 mV·s-1) se ha podido monitorizar con detalle el crecimiento del polímero. Así en las primeras etapas se ha detectado una morfología en forma de ciempiés para la polianilina, que no ha sido obtenida en bibliografía para los polímeros conductores.

Ben cordialment,
UPV - Campus d'Alcoi