Síntesis y caracterización de una serie homóloga de metacrilatos y de sus polímeros obtenidos aplicando un campo eléctrico

Abstract

En la presente memoria de título, se llevó a cabo la síntesis y caracterización de una nueva serie homóloga de 12 monómeros metacrílicos, denominados M6OEn (n = 1 a 12), funcionalizados lateralmente con un grupo hidroxilo. El objetivo principal fue estudiar el efecto de la longitud de la cadena alquílica terminal sobre sus propiedades mesomórficas y evaluar su capacidad de polimerización bajo la aplicación de un campo eléctrico. La estructura de los monómeros fue confirmada mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protones (1H-RMN). La caracterización de sus propiedades térmicas y físicas se realizó mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) y microscopía de luz polarizada (POM). Contrario a lo hipotetizado inicialmente, los resultados indicaron que ninguno de los monómeros sintetizados presenta comportamiento líquido-cristalino y se observaron únicamente transiciones de fusión y de cristalización. Este comportamiento se atribuye a la formación de una fuerte red de puentes de hidrógeno intermoleculares inducida por el grupo hidroxilo lateral, que estabiliza la fase cristalina e impide la formación de mesofases. Posteriormente, los monómeros M6OE8, M6OE9 y M6OE11 fueron polimerizados en celdas de alineamiento aplicando un campo eléctrico de 30 voltios, obteniéndose los correspondientes polímeros (EPM6OEn, n = 8, 9 y 11) sin utilizar iniciadores químicos ni solventes. El análisis estructural de los materiales poliméricos resultantes, realizado mediante dispersión de rayos X (TD-SAXS/WAXS) y POM, reveló un cambio drástico en el ordenamiento molecular. A diferencia de sus precursores, los polímeros sí desarrollaron una mesofase estable, identificada como Esméctica C (SmC), caracterizada por un ordenamiento lamelar posicional y un desorden de las cadenas laterales debido a la presencia de la cadena principal.

In the present work, the synthesis and characterization of a new homologous series of 12 methacrylic monomers, designated as M6OEn (n=1 to 12) and laterally functionalized with a hydroxyl group, were carried out. The main objective was to study the effect of terminal alkyl chain length on their mesomorphic properties and to evaluate their polymerization capacity under an applied electric field. The structure of the monomers was confirmed by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR). The characterization of their thermal and physical properties was performed using differential scanning calorimetry (DSC) and polarized optical microscopy (POM). Contrary to the initial hypothesis, the results indicated that none of the synthesized monomers exhibit liquid-crystalline behavior, with only melting and crystallization transitions observed. This behavior is attributed to the formation of a strong network of intermolecular hydrogen bonds induced by the lateral hydroxyl group, which stabilizes the crystalline phase and prevents the formation of mesophases. Subsequently, the monomers M6OE8, M6OE9, and M6OE11 were polymerized in alignment cells by applying an electric field of 30 V, yielding the corresponding polymers (EPM6OEn, n = 8, 9, and 11) without the use of chemical initiators or solvents. Structural analysis of the resulting polymeric materials, conducted via temperature-dependent small-angle and wide-angle X-ray scattering (TDSAXS/ WAXS) and POM, revealed a drastic change in molecular ordering. Unlike their precursors, the polymers developed a stable mesophase, identified as Smectic C (SmC), characterized by lamellar positional ordering and side-chain disordering due to the presence of the main chain.