ABS poli(acrilonitrilo-butadieno-estireno)

21 e incluso, degradación vía hidrólisis. Considerando esto, es necesario el uso de polímeros con alta resistencia química, térmica y mecánica. Entre los principales polímeros que cumplen dichas características, se encuentra el poli(acrilonitrilo-butadieno-estireno) (ABS).

22 3.5.1.1. Hidrofilicidad/hidrofobicidad

Una de las principales propiedades de las membranas es la hidrofilicidad/hidrofobicidad la cual repercute directamente en el flujo y la capacidad de las membranas. En el caso del ABS, el estireno y el butadieno son componentes hidrófobos, mientras que el acrilonitrilo es hidrófilo. En consecuencia, la variación de la relación de estos tres componentes en el ABS puede cambiar la hidrofilicidad de la membrana obtenida con este material.^5-95

3.5.1.2. Propiedades Mecánicas

Kamelian et al. indicaron que la adición de nanopartículas de Al2O3 y TiO2 y aditivos como el poli(etilenglicol) (PEG) puede mejorar la resistencia a la tracción de las membranas de ABS.⁹⁵ Asimismo, se demostró que en la mezcla de aditivo PEG/ABS, se aumenta la resistencia a la tracción a medida que aumenta la concentración de ABS. El uso de un par disolvente/no solvente con baja afinidad mutua durante el proceso de inversión de fases afecta la forma de los poros y la porosidad de las membranas preparadas. En el caso de baja afinidad, se crean membranas con una estructura más densa, mientras que una elevada afinidad da lugar a la formación de membranas altamente porosas con estructuras similares a la capa superficial de los dedos. Estos últimos materiales exhibieron una resistencia a la tracción reducida y dieron lugar a la formación de una membrana con una estructura más débil.⁹⁵

3.5.2. Limitaciones del uso de ABS en la preparación de membranas 3.5.2.1. Migración de Acrilonitrilo

Kamelian et al.⁹⁵ utilizaron el método de inversión de fases para la obtención de membranas de ABS mediante la precipitación de polímero en un sistema agua/metanol y demostraron que durante dicho proceso una proporción del acrilonitrilo migra desde la película precipitada a la fase acuosa. Este efecto negativo se redujo después de usar heptano en lugar de agua en el baño de coagulación. Sus resultados mostraron que la membrana preparada en el baño de coagulación con heptano tuvo mejores resultados en comparación con el agua. En general, se podría disminuir este efecto desventajoso y aumentar las propiedades de las membranas ABS mediante la reducción del grado de monómero residual en la preparación de ABS y mediante el uso de técnicas alternativas

23 para el diseño de materiales porosos/fibrosos, tal como electrohilado, tópico que es abordado en este trabajo de investigación.

3.5.2.2. Degradación del ABS

El ABS es sensible a la degradación foto-oxidativa⁹⁶ y termo-oxidativa, lo cual provoca reducción de la masa molecular, propiedades mecánicas y dirige a un cambio de color, entre otros. Dichos cambios están asociados con la reticulación, la escisión de las cadenas y el volumen libre de la mezcla.La sensibilidad del ABS a la degradación foto-oxidativa se debe a la inestabilidad del poli(butadieno). De hecho, los polímeros que contienen polibutadieno son susceptibles a la degradación térmica y la oxidación. En general, algunos investigadores informaron que la degradación termo-oxidativa del ABS se relaciona con la oxidación de PB, mientras que otros mencionaron el envejecimiento físico en la fase SAN, además de la oxidación de PB. ⁹⁷

Desde otro punto de vista, Abdel-Razik⁹⁸ reportó que la degradación oxidativa del ABS se ve favorecida por un alto contenido de poli(butadieno). Por su parte Motyakin et al.⁹⁹ compararon la velocidad de degradación de dos tipos de ABS preparados por polimerización en emulsión y polimerización en masa, llegando a la conclusión que la degradación del ABS preparado por polimerización en emulsión tenía una estabilidad térmica mayor, en comparación con el ABS obtenido mediante polimerización en masa, debido a la baja concentración de butadieno presente en el primero.Además del contenido de butadieno, se debe considerar que el método de preparación del ABS y un área superficial óptima del lado irradiado restringen la degradación del ABS. Algunos investigadores estudiaron el efecto de la radiación UV en las propiedades del ABS en presencia de nanopartículas. Rodríguez-Tobías et al. reportaron que nanopartículas de ZnO actúan como una barrera a la incidencia de los rayos UV en nanocompuestos basados en ABS producido por la polimerización in situ masa-suspensión. Los resultados demostraron que un incremento de la concentración de ZnO propició una mayor absorción de la radiación UV.¹⁰⁰

3.5.3. Modificación de las membranas de ABS

Las membranas de ABS se han preparado mediante técnicas simples como: colada- evaporación (casting)¹⁰¹ y precipitación por inmersión. Las membranas resultantes se

24 emplearon para diferentes procesos de separación, entre ellos la pervaporación y la separación de gases.¹⁰² Se han realizado estudios de algunos métodos de modificación de membranas de ABS, tales como la preparación de mezclas con otros polímeros o aditivos, recubrimiento superficial y tratamiento con plasma.

3.5.3.1. Membranas de ABS preparadas a partir de mezclas

La preparación de materiales poliméricos mediante el proceso de mezclado ha sido ampliamente investigada ya que, comúnmente, se obtienen materiales con mejores propiedades, comparadas con las propiedades de sus componentes poliméricos por separado. En el caso de las membranas poliméricas, se han adoptado la preparación y uso de mezclas debido principalmente a que algunas características y/o propiedades pueden ser balanceadas, por ejemplo, típicamente se busca ajustar la hidrofilicidad/hidrofobicidad de la membrana polimérica, las propiedades mecánicas o distribución y tamaño de poros, entre otras características.⁵

En el 2011 Sanaeepur et al. prepararon una membrana a base de ABS/poli(acetato de vinilo) (PVAc) en una relación de porcentaje en peso 80/20 mediante el método de casting, para la filtración de los gases (CO2/CH4). Los autores observaron que a medida que aumentaba la concentración de PVAc de 0-40% la superficie de todas las membranas permanecía prácticamente lisa y a medida que se disminuía el porcentaje de ABS, la permeabilidad de CO2 a través de la membrana decrecía.¹⁰³

3.5.3.2. Membranas de ABS preparadas por adición de partículas inorgánicas

El objetivo de la incorporación de aditivos inorgánicos al ABS es mejorar la estabilidad mecánica, térmica y química de las matrices poliméricas que operan bajo condiciones rigurosas, tales como altas temperaturas y ambiente fuertemente oxidante, así como para mejorar las propiedades en la separación de gases o reducción/eliminación de contaminantes en agua. El efecto de los aditivos inorgánicos sobre el rendimiento de la membrana ABS, ha sido reportado por Bandehali et al.¹⁰⁴, y Moghadassi et al.¹⁰⁵ siendo la separación de gases la principal aplicación de estas membranas. Por su parte Kamelian et al.⁹⁵ emplearon las membranas que consistían en ABS como matriz polimérica y óxido de aluminio (Al2O3) y dióxido de titanio (TiO2) como aditivos inorgánicos para reducción

25 de contaminantes en agua emanada de lavado de automóviles. En este estudio se informó que las nanopartículas incorporadas mejoraron el rendimiento de las membranas en cuanto a su estabilidad térmica, resistencia a la tracción.

3.5.3.3. Membranas de ABS preparadas por adición de polímeros

Los aditivos poliméricos más empleados en la formulación de membranas son la polivinilpirrolidona (PVP) y el polietilenglicol (PEG). El PEG es el poliéter más usado en las últimas décadas para el mejoramiento del rendimiento de las membranas, debido a que éste posee restos polares, con afinidad por moléculas como el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O). Dicha propiedad se podría aprovechar para obtener matrices poliméricas con un buen balance de hidrofilicidad/hidrofobicidad. Adicionalmente, se ha reportado que el PEG afecta el tamaño de los poros de la membrana y la permeabilidad.

Kamelian et al. investigaron el efecto de PEG en las membranas de ABS preparadas en un baño de coagulación de heptano y determinó que a medida que aumentaba la concentración de PEG y ABS se obtenían membranas más densas debido a que se disminuía la porosidad, lo cual también resultó en materiales con mejor resistencia a la tracción.⁵

Finalmente, la elaboración de fibras submicrométricas basadas en el copolímero ABS se ha explorado escasamente, hasta la fecha existe un solo reporte referente a fibras de ABS en el cual Chiu Y et al. estudiaron el control morfológico de fibras de ABS obtenidas por electrohilado a través de un tratamiento de recocido térmico en una película de poli(metacrilato de metilo) PMMA, la cual fue recubierta con cobre para posibles aplicaciones como dispositivos electrónicos, catalizadores, y sensores.¹⁰⁶ Recientemente no hay reportes de fibras compuestas de ABS con nano-ZnO, consecuentemente, es necesario llevar a cabo una investigación detallada de este tipo de materiales y su potencial uso como filtros para reducción de metales pesados.

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