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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/331| Estudio de auto ensamble en medios acuosos de polímeros anfifilos y doblemente hidrófilos sintetizados por polimerización RAFT | |
| VICTOR DANIEL LECHUGA ISLAS | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Maestría en tecnología de polímeros | |
| A lo largo de las últimas décadas, se ha tratado de imitar y perfeccionar las propiedades de los materiales de origen natural. En la búsqueda de nuevos materiales han surgido numerosos conceptos, (nanocompositos, materiales ordenados jerárquicamente, nanopartículas, etc.).
Una de las propiedades que el hombre ha tratado de imitarle a los materiales naturales es la adsorción, característica que se encuentra en materiales como las arcillas, las zeolitas, etc. En éstos materiales naturales se encuentra cierto valor de porosidad y un número de grupos químicos unidos covalentemente a la superficie, responsables del fenómeno de la adsorción. Esta última, por lo general, es insuficiente para poder adsorber las cantidades de contaminantes en líquidos o gases, es decir, baja capacidad debido a su baja área superficial. Por lo tanto ha sido necesario desarrollar materiales adsorbentes con mayor área superficial. Uno de los materiales que ha sido ampliamente estudiado es el carbón activado mismo que se ha vuelto un material indispensable para la eliminación de contaminantes químicos en agua, aceite y muchos otros líquidos y gases esenciales para el bienestar humano. El carbón activado tiene una gran tasa de crecimiento y gran volumen de producción mundial (por arriba de los 1,500 millones de toneladas anuales). Este material tiene un amplio intervalo de aplicaciones como por ejemplo en filtros de aire para la eliminación de olores, filtros para la purificación de agua, aceite, azúcar, aplicaciones médicas (envenenamientos, males estomacales y ambientes por mencionar solo algunos). Generalmente, el carbón activado se obtiene a partir de residuos vegetales (viruta de madera, cáscaras de frutos, etc.). Existen diferentes métodos para la preparación del carbón activado tales como: activación química utilizando agentes porógenos (ácido fosfórico) y activación física con agentes oxidantes (vapor de agua). El área superficial final dependen tanto de la naturaleza de la materia prima (cáscaras vegetales) como del agente porógeno y por supuesto del método de activación. Estos métodos presentan diversas ventajas: preparación relativamente rápida y obtención de gran tonelaje de producto activado en instalaciones comerciales, entre otros. Sin embargo, para el método químico se requieren el uso de reactivos químicos nocivos y peligrosos para el medio ambiente como es el ácido fosfórico y polifosfórico. Hoy en día, la ciencia de los polímeros tiene un interés cada vez mayor sobre nanoestructuras, esto es, estructuras con dimensiones características entre 1 a 200 nm. La naturaleza puede fungir como modelo para el diseño de nanoestructuras; a partir de un número limitado de moléculas constructoras (aminoácidos, lípidos, etc.). Estas moléculas se integran en unidades mayores para formar estructuras de mayor orden por auto ensamble (p. ej. proteínas). Contrario a las macromoléculas producidas por la naturaleza, los polímeros sintéticos se pueden obtener a partir de una gran variedad de monómeros. La polimerización de estos monómeros permite obtener homopolímeros o copolímeros de diferentes propiedades; y la arquitectura macromolecular de los mismos, da origen a propiedades específicas o inusuales. Los desarrollos en las últimas décadas en polimerización radicálica controlada, han permitido lograr un mejor control en la composición, masa molar y se ha logrado controlar con mucho mayor precisión la arquitectura y morfología del polímero final; sin embargo, no se ha alcanzado un ensamble tan sofisticado como de las macromoléculas de origen natural. Uno de los grandes retos que enfrentan hoy la ciencia de los polímeros, es encontrar la forma de estructurar moléculas para construir nanoestructuras funcionales mediante el auto ensamble. El presente trabajo examina la posibilidad de producir ensambles poliméricos por medio de estrategias basadas en interacciones físicas, o químicas, simulando la formación de estructuras complejas en macromoléculas naturales. El punto clave en esta estrategia recae en la composición química de los polímeros sintetizados, la cual debe permitir un proceso de auto ensamble inducido por un estímulo externo. Es conocido que el auto ensamble de macromoléculas permite una ruta eficiente y sencilla para la síntesis de estructuras con dimensiones nanométricas. Dependiendo de las morfologías obtenidas (tamaño, forma, periodicidad, entre otras), estos sistemas de auto ensamblados ya tienen o han mostrado ser adecuados para una serie aplicaciones industriales y de alta especialidad como: nanomateriales, aparatos electrónicos, transporte de fármacos, recubrimientos, cosméticos, lubricantes, y detergentes. Uno de los sistemas de auto ensamble más estudiados, son los sistemas basados en copolímeros en bloques; donde actúan “interacciones repulsivas de largo alcance”. Estos sistemas consisten en interacciones repulsivas entre dominios incompatibles. Por ejemplo, en copolímeros anfífilos, donde la diferencia en solubilidad genera interacciones repulsivas. Este ambiente, en solventes polares (p. ej. Agua), genera la formación de nanoestructuras micelares con núcleo hidrófobo y corona hidrófila. Es factible obtener sistemas de mayor sofisticación mediante el diseño de polímeros de auto ensamble adaptables a su ambiente y capaces de responder, de manera controlada, a estímulos externos, es decir, síntesis de “nanoestructuras” por medio de propiedades “estímulo-sensibles”, dicho tema ha tenido gran impulso, ya que simula al comportamiento exhibido por macromoléculas naturales; además de poseer múltiples aplicaciones potenciales. La síntesis de copolímeros con auto ensamble puede llevarse a cabo mediante diferentes técnicas de polimerización. No obstante, existe un punto de especial cuidado, la estabilidad y control en el tamaño de los objetos formados; este es un apartado que continúa en desarrollo, donde se busca estandarizar metodologías de obtención de nano o microestructuras y al mismo tiempo, en búsqueda de lograr procesos con mayor eficiencia, amigables con el medio ambiente. En el presente trabajo de tesis se utilizará la técnica RAFT para estudiar dos tipos de procesos de auto ensamble. Como primer apartado se discutirá el proceso de auto ensamble o micelización de un sistema de copolímeros en bloques ABA por un método de auto ensamble inducido por polimerización (PISA), en dispersión acuosa; y se describirán las variables experimentales (pH, porcentaje y peso molecular de macroagente de transferencia), para obtener nanopartículas funcionalizadas de tamaño controlado, junto con la optimización en la estabilidad de las nanopartículas finales. En el segundo apartado, se discutirá el diseño de un sistema de copolímeros (aleatorios, bloques y cuasibloques) basados en polímeros termo sensibles, los cuales, en función de la temperatura, permitirán obtener un proceso de auto ensamble inducido por temperatura (TISA), en medios acuosos; esto en función de la concentración de polímero y el tiempo de calentamiento. Además, se detallará en el sistema de polimerización, y en el control de tamaño y estabilidad de la partícula formada durante el proceso de auto ensamble. | |
| 2017 | |
| Tesis de maestría | |
| QUÍMICA | |
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