Interacciones entre el Poliacrilonitrilo y los Solventes: Estudio de Teoría de Funcionales de Densidad y Análisis de Correlación Infrarroja Bidimensional

El poliacrilonitrilo (PAN) es un polímero semicristalino con alta polaridad y generalmente se procesa a partir de soluciones. Los solventes seleccionados para el procesamiento influyen tanto en la estructura como en las propiedades de los productos de PAN. Describimos las interacciones entre el PAN y varios solventes mediante cálculos teóricos basados en teorías funcionales de densidad (DFT) y por métodos experimentales de espectros de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) y análisis de correlación infrarroja bidimensional (2D-IR). Los solventes seleccionados incluyen sulfona dimetílica (DMSO2), óxido de dimetilo (DMSO), carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), N,N-dimetilformamida (DMF) y N,N-dimetilacetamida (DMAc). Los resultados de los cálculos muestran que el monómero modelo de PAN (PAN') interactúa con cada solvente a través de interacciones dipolo-dipolo y forma complejos PAN'-solvente. Cada complejo presenta una alineación antiparalela de la pareja interactuante entre el grupo C≡N de PAN' y el grupo polar de la molécula de solvente (grupo S═O o C═O). Las energías de enlace calculadas (ΔE) revelan que PAN' interacciona preferentemente con el solvente en el siguiente orden: DMSO2 > DMSO > EC > PC > DMF > DMAc. Se observan desplazamientos hacia el rojo de las frecuencias de vibración para los bandas de estiramiento C≡N, S═O y C═O. La banda de estiramiento C≡N se desplaza de 2245 cm(-1) en PAN a 2240, 2242 y 2241 cm(-1) en las mezclas de PAN-DMSO, PAN-EC y PAN-DMF, respectivamente, lo que indica la existencia de interacciones PAN-solvente. Además, el análisis de correlación 2D-IR muestra que a medida que aumenta el contenido de PAN, las moléculas de DMSO varían antes que los complejos PAN-DMSO, y cambian antes que el PAN en su forma masiva. Sin embargo, las mezclas de PAN-EC y PAN-DMF siguen el orden de PAN masivo > complejos PAN-solvente > moléculas de solvente. Esta combinación de simulación teórica y caracterización experimental es útil para la selección de solventes para el PAN o incluso otros polímeros polares y puede proporcionar una visión del comportamiento físico de los complejos PAN-solvente.