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El investigador de la UAB, el Dr. Fernando Novio, y un grupo de investigadores de la Universidad de Santiago de Chile y la Universidad Tecnológica Metropolitana (Santiago de Chile) han desarrollado una serie de co-polímeros en bloque (Block copolymers en inglés; BCPs) con un diseño de panal de abeja mediante una técnica de autoensamblaje conocida como método breath figure (BF). Para la síntesis de estos materiales se han usado precursores macroiniciadores de poliestireno  que se han polimerizado con co-monómeros hidrófilos (ácido alilmalónico, ácido itacónico y ácido acrílico) como segundos bloques, usando la técnica de polimerización por radicales de transferencia de átomos (ATRP). El objetivo de la investigación ha sido estudiar la relación entre la composición/morfología de la superficie de los materiales obtenidos y sus propiedades hidrofóbicas.
 
Los BCPs han sido reconocidos durante mucho tiempo como materiales versátiles para el desarrollo de películas de polímeros porosos debido a su capacidad de autoensamblarse en estructuras periódicas altamente ordenadas (esferas, láminas, cilindros y nanoestructuras complejas bicontinuas). Se sabe que los BCPs exhiben segregación de microdominios con una geometría compleja y periódica sorprendente, lo que ofrece infinitas posibilidades de ingeniería a nanoescala, y también para la fabricación de membranas microporosas. La versatilidad de los BCPs los ha convertido en materiales interesantes para producir sistemas micro-/nanoporosos con potencial uso en catálisis, nanolitografía, y óptica. La generación de patrones porosos mediante la técnica BF se ha desarrollado en gran medida para la fabricación de nuevos materiales microestructurados funcionales. En este sentido, el tamaño del dominio del polímero, la separación entre dominios y el grado de orden se utilizan para identificar el impacto de los diferentes parámetros en el proceso de autoensamblaje. La morfología y el tamaño del dominio generalmente se controlan ajustando la longitud de cada bloque del polímero, mientras que el peso molecular del copolímero define las dimensiones absolutas del material. Se pueden obtener así superficies hidrofóbicas y superhidrofóbicas ajustando la rugosidad y la morfología de la superficie.
 
En este estudio, el autoensamblaje de los polímeros mediante la técnica BF ha resultado en la formación de patrones microescalados en forma de panal mediante la condensación de gotas de agua (formación de rocío) durante el proceso. En este sentido, la variación de la hidrofilicidad de algunas partes del polímero de bloque provoca diferentes dispersiones en el diámetro del poro y la entropía en la distribución de los poros en la superficie, como se pudo observar mediante microscopías de escaneo (SEM) o de fuerzas atómicas (AFM). Las propiedades de humectabilidad de los materiales obtenidos, antes y después de diferentes tratamientos térmicos, se analizaron sistemáticamente, observándose que existía un incremento significativo en el orden y dispersión del tamaño de los poros después del tratamiento térmico que afectaba a la hidrofilicidad de la superficie. De igual manera, se analizaron los efectos de la incorporación de grupos funcionales polares en el bloque hidrofílico, la morfología de la película y la humectabilidad tras el tratamiento térmico usando temperaturas por debajo de la temperatura de transición vítrea (Tg). Además, se examinaron las propiedades de la morfología de la superficie, así como el tamaño de poro, la rugosidad y el grosor de la película de polímero.

Esquema del autoensamblaje de los polímeros con la técnica BF. Depués del tratamiento térmico se observaba que existía un incremeno significativo en el orden y dispersión de los poros que afectaba a la hidrofilicidad de la superfície.
 
Los resultados indican que las modificaciones en la superficie inducen cambios significativos en algunas de las propiedades mencionadas, lo que indica que las microestructuras tienden a autoensamblarse correctamente, mostrando una superficie porosa y rugosa con un tamaño de diámetro de poro que varía entre 1.0 a 4.0 μm y 230 nm de profundidad, aproximadamente. Posteriormente, los ángulos de contacto con el agua de las superficies planas se incrementaron a valores mayores de 90 °. Los resultados posteriores al tratamiento térmico mostraron una mejora notable de la calidad y el orden de los poros dentro de las películas, que mantuvieron las propiedades de la superficie hidrofóbica. Estas interesantes propiedades hacen que este tipo de materiales puedan ser considerados para diferentes usos potenciales en electrónica u óptica, o como polímeros funcionales para la elaboración de biomateriales.
 
Este trabajo fue posible gracias a la colaboración con la Dra. Guadalupe Pizarro del Departamento de Química de La Universidad Tecnológica Metropolitana (Chile).