Preparación y caracterización de materiales compuestos de polianilina con aplicación potencial como sensor químico y biosensor

Abstract

Tesis de doctorado en ciencia de materiales. En esta tesis se presenta la síntesis química de la polianilina dopada con el ácido n-dodecilbenceno sulfónico (PANIDBSA) en presencia de copolímeros de poli(estireno-acrilato metálico). Se utilizaron copolímeros de acrilatos metálicos de Li, Na y K, con diferente proporción en peso de monómeros de estireno/acrilato en su preparación. Los productos de las diferentes reacciones se caracterizaron mediante mediciones de conductividad eléctrica, espectroscopia de IR, difracción de rayos-X, termogravimetría y microscopia electrónica de barrido. Las muestras de PANIDBSA que contienen ionómeros de K mostraron una mayor conductividad eléctrica que las restantes, atribuido a una concentración superior de unidades acrilato en los ionómeros con respecto a los de Li y Na, lo que induce un nivel mayor de interacciones entre las cadenas de PANI y los grupos iónicos del copolímero. Los análisis de espectroscopia de IR revelaron interacciones por puente de hidrógeno entre las cadenas de PANI y la formación de grupos de una sal de amina por la reacción química de las unidades acrilatos y los aminos terminales de la PANI. Los patrones de difracción de rayos-X indicaron cambios estructurales en la PANIDBSA por la presencia del ionómero. Los análisis térmicos demostraron una mejora en la estabilidad térmica de la PANI con ionómero y en las imágenes por SEM se observó homogeneidad en los polvos obtenidos. La polianilina sintetizada con el poli(estireno-acrilato de potasio) de mayor contenido de unidades acrilato, se mezcló por extrusión con el poli(n-butil metacrilato) (PBMA). Las películas se prepararon a diferentes proporciones de polímero electroconductor/termoplástico y se caracterizaron mediante mediciones de conductividad eléctrica, ensayo mecánico de tensión y microscopia electrónica de barrido. Los materiales compuestos resultantes tuvieron mejoradas propiedades eléctricas, mayor resistencia a la tensión y mayor homogeneidad, comparadas con películas de composición similar sin ionómero. Sin embargo, la presencia del ionómero en las películas disminuye la ductilidad de las mismas, al mejorar la distribución de los dominios de polianilina en la matriz termoplástica. De acuerdo a las propiedades eléctricas y mecánicas, se escogió la película con un 50% en peso de polímero electroconductor para evaluar su posible aplicación como sensor químico de H2O2, NH3 y urea. Los resultados mostraron que estas películas presentan aplicación potencial como sensor químico de NH3 y biosensor de urea en suero sanguíneo. La sensibilidad al H2O2 y al NH3 fue evaluada para películas preparadas por casting a partir de PANI dopada con iones perclorato, poli(vinil metil éter) (PVME) como dispersante y PBMA, con incorporación de nanopartículas Au-Cu o de Au. Las películas que contienen nanopartículas fueron menos sensibles que las similares sin nanopartículas, lo cuál puede relacionarse con los cambios de morfología que se producen en el material compuesto por la adición de las nanopartículas.