La propuesta plantea, por primera vez en la literatura científica, la obtención de nuevos polielectrolitos a partir de un derivado de aceite vegetal renovable como el ácido oleico, así como el análisis de sus propiedades térmicas, mecánicas e iónicas para evaluar la aplicación potencial de estos nuevos ionómeros renovables como membranas de intercambio protónico en celdas de combustible. Los nuevos polielectrolitos obtenidos serán polinorbornén dicarboximidas sulfonadas entrecruzadas y poliamidas aromáticas-alifáticas sulfonadas sintetizadas vía polimerización por metátesis con apertura de anillo (ROMP) y vía policondensación, respectivamente. En el primer año de esta investigación, será efectuada la síntesis de las polinorbornén dicarboximidas sulfonadas entrecruzadas vía ROMP utilizando el ácido oleico (ácido graso vegetal monoinsaturado, materia prima renovable) como agente de transferencia de cadena el cual regulará el grado de entrecruzamiento y la solubilidad del material. Asimismo, serán utilizadas norbornén dicarboximidas fluoradas (extendedores de cadena) las cuales serán adicionadas en distintas concentraciones molares con respecto a una nueva norbornén dicarboximida sulfonada con el propósito de regular el grado de sulfonación del polielectrolito. En el segundo año de esta investigación será efectuada, inicialmente, la síntesis de ácidos dicarboxílicos mediante la reacción de metátesis del ácido oleico utilizando el catalizador de Grubbs de segunda generación con base en rutenio. Los diácidos obtenidos serán hidrogenados y utilizados como monómeros en las reacciones de policondensación para obtener las poliamidas aromáticas-alifáticas sulfonadas. Para obtener un ácido dicarboxílico con cadena larga hidrocarbonada será efectuada la autometátesis del ácido oleico mientras que para la obtención de un diácido de cadena corta será efectuada la metátesis cruzada del ácido oleico con ácido acrílico. Lo anterior conducirá a la síntesis de ácidos dicarboxílicos de longitud de cadena variable que permitirá a su vez controlar la longitud de la parte alifática en las nuevas poliamidas renovables. La síntesis de las poliamidas alifáticas/aromáticas sulfonadas será efectuada a partir de los ácidos dicarboxílicos obtenidos previamente y de una diamina aromática fluorada que será adicionada en distintas concentraciones molares con respecto a una diamina aromática sulfonada con el propósito de regular el grado de sulfonación del polielectrolito resultante. Los polielectrolitos serán caracterizados mediante espectroscopía de infrarrojo (FT-IR), resonancia magnética nuclear de protón, carbono 13 y flúor 19 (1H, 13C, 19F-RMN), microscopía de fuerza atómica (AFM), rayos X, análisis termomecánico (TMA), análisis termogravimétrico (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y espectroscopía de impedancia electroquímica (IES). Asimismo, será determinado el grado de sulfonación (DS), la capacidad de intercambio iónico (IEC), la absorción de agua (WU) y la conductividad protónica en las membranas de intercambio protónico (PEM, Proton Exchange Membrane) preparadas a partir de los nuevos polielectrolitos renovables.

Los materiales obtenidos de fuentes de materias primas renovables, se biodegradan en condiciones controladas, por ejemplo en condiciones de compostaje o a través de la fermentación. El polinorborneno industrial conocido como Norsorex® empleado en la recuperación del petróleo derramado y como material antisonoro, no puede ser degradado por microorganismos presentes en el medio ambiente. Recientemente, se ha reportado que el polinorborneno modificado con aceites vegetales, es capaz de sufrir descomposición por acción de microorganismos en condiciones que ocurren naturalmente en la biósfera.[10] Por otro lado, ha sido reportada la síntesis de polielectrolitos con base en polinorbornenos iónicos que exhiben morfologías de separación de fases adecuadas para su aplicación en la tecnología de membranas de intercambio protónico.[11,12] Hoy en día se han hecho grandes esfuerzos para incorporar fuentes renovables en la obtención de polielectrolitos. Terpenos, taninos, lignina, pectina, queratina, goma arábiga y quitosano, por mencionar algunos, han sido utilizados para obtener materiales con aplicaciones biomédicas, envasado de alimentos, liberadores de fármacos y tratamiento de aguas residuales, entre otras.[13] El quitosano es la materia prima renovable más ampliamente utilizada en la obtención de polielectrolitos para PEM´s, la buena estabilidad térmica, mecánica y moderada conductividad protónica exhibida por los polímeros iónicos obtenidos ha generado en los últimos años un incremento considerable en la literatura científica relacionada con esta aplicación. Estos resultados alentadores exhortan a la investigación y aplicación de otras fuentes de materias primas renovables en las síntesis químicas de estos materiales.[14] El uso de aceites vegetales y sus derivados como materia prima renovable para la síntesis de monómeros y materiales poliméricos con propiedades de intercambio protónico es de gran interés debido a su disponibilidad, bajo costo económico y la técnica de fabricación simple implicada en la síntesis de estos polímeros renovables que se traduce en la generación de nuevas rutas sustentables. Un desarrollo reciente muy interesante en términos de la composición de ácidos grasos en aceites vegetales es el aceite de girasol de alto oleico con concentraciones de ácido oleico de hasta el 93%. Tales aceites vegetales son ideales como fuentes renovables debido a que pueden ser considerados como químicos con una pureza técnica y pueden ser utilizados para las transformaciones químicas sin la necesidad de consumir tiempo y energía en procesos de purificación. En este contexto, la actual propuesta de investigación aportará, por primera vez en la literatura científica, nuevos polielectrolitos a partir de un derivado de aceite vegetal como el ácido oleico y además la aplicación potencial de estos nuevos ionómeros renovables como membranas de intercambio protónico (PEM) en celdas de combustible. Por lo tanto, este proyecto de investigación proporciona dos nuevas metodologías sustentables para incorporar una fuente de materia prima renovable en la preparación de biopolímeros de alto rendimiento ambientalmente amigables. Constituye así una contribución científica importante al campo de la química verde y de las energías alternativas, y sentará las bases para la generación de rutas más sustentables en la obtención de productos poliméricos que coadyuven a satisfacer los requerimientos energéticos de nuestra sociedad.