Los polímeros de microporosidad intrínseca ( PIM ) son una clase única de material microporoso desarrollado por los esfuerzos de investigación dirigidos por Neil McKeown , Peter Budd , et al. [1] Los PIM contienen una red continua de vacíos intermoleculares interconectados de menos de 2 nm de ancho. Clasificado como un polímero orgánico poroso, los PIM generan porosidad a partir de sus cadenas macromoleculares rígidas y retorcidas que no se empaquetan de manera eficiente en estado sólido. [2] Los PIM se componen de secuencias de anillos fusionados interrumpidos por centros Spirou otros sitios de contorsión a lo largo de la columna vertebral. Debido a su estructura de anillo fusionado, los PIM no pueden girar libremente a lo largo de la columna vertebral del polímero, lo que garantiza que la conformación de los componentes macromoleculares no pueda reorganizarse y que la forma altamente contorsionada se mantenga fija durante la síntesis.
Los PIM requieren que la estructura macromolecular fuera de la red sea rígida y no lineal. Para mantener la microporosidad permanente, se debe prohibir la rotación a lo largo de la cadena del polímero mediante el uso de una estructura de anillo fusionado o se debe obstaculizar fuertemente mediante inhibición estérica para evitar cambios de conformación que permitirían que el polímero se empaquete de manera eficiente. Esto da como resultado el uso de un monómero bloqueado conformacionalmente y una reacción de polimerización que proporciona un enlace cuya rotación está prohibida. [3] Se han utilizado con éxito tres tipos principales de reacciones de polimerización para preparar PIM de masa suficiente para formar películas independientes. Estos implican una reacción de polimerización basada en un mecanismo de sustitución nucleófila aromática doble para formar la dibenzodioxina.enlace, una polimerización usando la formación de base de Troger y formación de enlaces amida entre unidades monoméricas. [3] También es posible modificar la estructura de los PIM mediante reacciones posteriores a la síntesis. [4] Sin embargo, esto puede resultar en una reducción de la microporosidad intrínseca debido a las interacciones cohesivas entre cadenas adicionales.
Debido a la presencia de microporosidad intrínseca, estos polímeros tienen un alto volumen libre, un área de superficie interna alta y tienen una alta afinidad por los gases. Una propiedad novedosa de los PIM es que no poseen una estructura de red y, a menudo, son libremente solubles en solventes orgánicos. [5] Esto permite que los PIM se precipiten o se moldeen a partir de una solución para dar polvos microporosos o películas autoestables que son útiles para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, la primera aplicación comercial de PIM fue en un sensor desarrollado por 3M . [6] Además, debido a la afinidad de los PIM por los gases pequeños y la capacidad de formar películas independientes, se están investigando activamente como material de membrana y adsorbente para procesos de separación industrial, como la separación de gases.y captura de dióxido de carbono . Las membranas PIM también se investigan intensamente debido a su contribución en la revisión de los límites superiores de rendimiento de 2008 de Robeson, [7] [ aclaración necesaria ] un parámetro importante en la separación de gases de membrana que indica que la permeabilidad debe sacrificarse por la selectividad. Las áreas específicamente activas de la investigación de membranas PIM incluyen mejorar la permeabilidad, disminuir el envejecimiento y adaptar la selectividad. Los PIM también se utilizan para crear membranas de matriz mixta con una variedad de materiales, como materiales inorgánicos, estructuras metalorgánicas y carbonos.