Materiales poliméricos funcionalizados : síntesis, modificación y estudios de propiedades

Abstract

Los materiales que se utilizan en la vida cotidiana tienen un gran impacto en el desarrollo de la sociedad humana. En la época actual, los polímeros dominan en gran parte nuestras necesidades diarias y muestran un enorme potencial para el desarrollo de nuevas tecnologías. Numerosos materiales de la vida diaria, están hechos preferentemente de materiales poliméricos estándar, tales como poliolefinas, poliésteres o poliamidas. Así mismo, la química de polímeros está abocada a la elaboración de nuevos “polímeros funcionales”. Su desarrollo está siendo cada vez más importante por la diversidad de áreas específicas de aplicación. Al iniciar el trabajo de Tesis, se propuso llevar a cabo la preparación de materiales poliméricos hidrofílicos con grupos funcionales específicos principalmente en sus estructuras. Además, realizar los estudios físico-químicos y de estructura- propiedad para los ensayos de las aplicaciones, de acuerdo a sus características. En el Capítulo 1, se detallaron los objetivos planteados. Posteriormente, en el Capítulo 2 correspondiente a la Introducción General, se abordaron los temas más importantes relacionados con el trabajo. Se describieron las propiedades más importantes de las redes poliméricas, dando mayor énfasis a las de características expandibles. Además, se detallaron las técnicas más comúnmente usadas para su preparación y caracterización, como así también de las principales aplicaciones. En el Capítulo 3, se describe la síntesis de redes poliméricas entrecruzadas utilizando acrilamida (AAm) y N, N'-metilen bisacrilamida (BIS) como agente entrecruzante. Las reacciones de síntesis se llevaron a cabo bajo diferentes condiciones. Los diferentes tipos de productos, “particulados” y en forma de “barra”, fueron evaluados y modificados. En este caso, el objetivo fue obtener grupos amino primarios en las redes para otorgar a la matriz la capacidad de hinchamiento a diferentes pH y la posibilidad de retención de iones metálicos. Los hidrogeles resultaron de tipo homogéneos expandibles e hinchables en agua. La retención de Cu2+ en ambos tipos de productos con grupos amino, resultó superior a la de los hidrogeles no modificados. A su vez, los mayores valores de retención de Cu2+ resultaron superiores en los productos de tipo “barra”. La desventaja que presentó la reacción usada para la incorporación de grupos amino, fue la reacción de hidrólisis secundaria producida. Para la próxima etapa, se propuso la preparación de hidrogeles a partir de monómeros con grupos amino en su estructura. El Capítulo 4, se centró en la síntesis, modificación y estudio de las propiedades de hidrogeles obtenidos a partir de 2-aminoetil metacrilato (AEMA) y N-acriloil-tris (hidroximetil) aminometano (NAT), usando BIS como agente entrecruzante. Los productos fueron modificados por dos vías diferentes. Por un lado, se incorporaron grupos epóxido, directamente sobre la matriz (mediante el uso de dos agentes epoxidantes de diferente largo de cadena) para la posterior inmovilización de la enzima lipasa Candida rugosa. Por otro lado, se realizaron reacciones de injerto sobre la matriz, mediante la incorporación de AEMA, con posterior incorporación de grupos epóxido para inmovilizar la enzima. Posteriormente, la actividad hidrolítica de la enzima de las matrices resultantes se determinó a partir de la hidrólisis de palmitato de p-nitrofenilo (p-NPP). Los mejores productos mantuvieron entre el 86,7 y el 89,5% de la actividad correspondiente a la enzima soluble y libre. Los ensayos de estabilidad de almacenamiento y reutilización permitieron indicar que varias de las matrices que contienen la enzima inmovilizada, conservan la actividad con mayores valores de porcentajes, en comparación con la enzima libre. De esta manera, se pudo realizar la comparación en la eficiencia de la actividad de la enzima cuando fue inmovilizada sobre grupos funcionales en la superficie de la matriz con aquellas que contenían el mismo grupo funcional pero formando parte de las cadenas poliméricas formadas a partir de reacciones de injerto. El Capítulo 5 contiene la descripción de la preparación de hidrogeles en base a N-[3-(dimetilamino) propil] metacrilamida (DMAPMD) con (i) diferentes cantidades de agente entrecruzante (BIS) y (ii) co-polimerizado con N-[3-(dimetilamino)etil] metacrilato (DMAEMT), para la remoción de iones metálicos divalentes (Cu2+, Pb2+, Zn2+ y Hg2+) desde soluciones acuosas. Los hidrogeles resultaron homogéneos, expandibles e hinchables en agua. La retención de los iones metálicos resultó especialmente efectiva y alta hacia Cu2+ y Pb2+. Los valores de coeficientes de correlación, indicaron que los datos experimentales para Cu2+, Zn2+ y Pb2+ ajustan al modelo de Langmuir, mientras que para Hg2+, ajustan al modelo de Freundlich. Finalmente, el Capítulo 6 describe la preparación de hidrogeles utilizando DMAPMD, DMAEMT y 1-vinilimidazol (VI) como monómeros mono-vinilicos, y BIS, como agente entrecruzante. Los productos resultaron homogéneos, expandibles e hinchables en agua. Los estudios de propiedades mecánicas mostraron que la incorporación de VI aumentó la rigidez de los materiales. Los productos con Cu2+ adsorbido (polímero–metal), se usaron para ensayar la efectividad en la descomposición de H202. Dichos productos, fueron comparados con matrices polímero–metal que contienen la enzima catalasa inmovilizada. En los casos en los que se usaron los complejos polímero-metal, la descomposición de peróxido de hidrógeno fue efectiva.