Estudio de la orientación molecular en el proceso de preparación de elastómeros liquidos cristalinos (LCE) foto-accionables

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se utilizaron diferentes estrategias y/o métodos para llevar a cabo la orientación de los mesógenos que se encuentran incorporados en los elastómeros líquido-cristalino (LCE’s por sus siglas en inglés). Estas estrategias permitieron evaluar el comportamiento y la orientación que presentan las moléculas en un LCE. Para la preparación de estos elastómeros se utilizó un método de entrecruzamiento en dos etapas a partir de dos agentes espaciadores contenidos 2 o 4 funcionalidades tiol (SH) así como un mesógeno comercial de tipo benzoato y otro tipo azobenceno. En la primera etapa, se obtuvieron LCE’s en polidominios, los cuales fueron sometidas a un esfuerzo uniaxial a una velocidad constante seguida del entrecruzamiento (segunda etapa) iniciada con luz ultravioleta de 365 nm. La orientación de los LCE se monitoreó con un foto-detector que mide la luz transmitida por la muestra colocada entre dos polarizadores en posición cruzada. Posteriormente, usando el mismo sistema de luz transmitida, se llevó a cabo el análisis de la orientación de las moléculas durante el proceso de deformación de los LCE cuando cambian de monodominio a polidominio por la aplicación de un estímulo térmico. De esto trató el segundo método de análisis abordado en este trabajo; con el cual, se pudo observar y monitorear la pérdida de alineamiento molecular durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de la muestra orientada. En este análisis, la disminución de la intensidad de luz fue proporcional a la deformación de la muestra; esto es, conforme aumenta la temperatura disminuye el tamaño de la muestra y va cambiando de fase hasta llegar a un punto totalmente isotrópico, donde la extinción de luz es la máxima y el tamaño de la muestra es el mínimo. Durante el enfriamiento, se ve reflejada la capacidad de orientación que tiene la muestra sin necesidad de medir sus dimensiones, solamente con la cantidad de luz transmitida la cual aumenta conforme disminuye la temperatura regresando de un estado de polidominios a monodominio. También se utilizó un sistema rotatorio de 0 a 360° que permitió analizar la orientación molecular en las muestras en monodominio. Esto se hizo a temperatura ambiente y permitió determinar la homogeneidad de las muestras del LCE. Con esta estrategia, se registró la cantidad de luz transmitida que las muestras permitían diferentes ángulos de rotación presentándose máximos y mínimos cada 45°, lo cual, es evidencia de una muestra que se encuentra bien orientada. Por último, en este trabajo se usó el programa de modelamiento molecular Spartan’16 para tratar de explicar el comportamiento de las moléculas durante el proceso de orientación, a partir del análisis de las interacciones que existen entre los grupos del LCE, y determinar si tal arreglo molecular favorece o impide el alineamiento. Para ello, se realizaron unas pruebas de cálculos simples, los cuales mostraron, que la red elastomérica es muy compleja y el número de átomos es grande, lo que implica largos tiempos de cálculo. Por lo que solamente se pudo hacer el cálculo de la longitud molecular de los precursores de LCE en una conformación de cadena totalmente extendida.