Estudio de la velocidad de adición del monómero ácido metacrílico sobre la dispersión de nanotubos de carbono funcionalizados en nanocompuestos preparados por polimerización radicalaria en fase heterogénea cuya matriz es poli(ácido metracrílico)

Abstract

En este trabajo se presenta un estudio sobre la síntesis de nanocompuestos preparados con una matriz de poli(ácido metacrílico) y nanotubos de carbono (CNTs) como agente reforzante. Esta síntesis se llevó a cabo por polimerización semi-continua en fase heterogénea. Se hicieron síntesis en fase directa (usando agua como medio continuo) y en fase inversa (usando tolueno como medio contínuo). Para la síntesis directa se obtuvieron resultados exitosos. Por el contrario, para la síntesis inversa, no se logró obtener látices estables. Los CNTs se sintetizaron por la técnica de deposición química en fase vapor y se purificaron con vapor sobrecalentado. Los CNTs purificados se denominaron CNTspur. Posteriormente, se caracterizaron por microscopía electrónica de barrido de emisión de campo, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y espectroscopia de luz ultravioleta. Previamente a la preparación de los nanocompuestos, los CNTs se funcionalizaron químicamente siguiendo un procedimiento de tres pasos: (i) primero, se oxidaron parcialmente con una solución de ácido nítrico al 70% en peso para poder insertar grupos hidroxilo y carboxilo en sus paredes. Los CNTs obtenidos se denominaron CNTsoxid. (ii) Segundo, éstos CNTs fueron tratados con cloruro de oxalilo (OxCl) para promover una reacción química entre los grupos hidroxilo de los CNTsoxid y uno de los grupos del cloruro de oxalilo dejando el otro grupo libre para aprovecharlo en una reacción posterior. Estos CNTs se identificaron con la leyenda: CNTsOxCl. (iii) Tercero, los CNTsOxCl se hicieron reaccionar con dietilenamina para anclar grupos amina en sus paredes. Las CNTs así funcionalizados se denominaron CNTsNH2. Para la síntesis de los nanocompuestos en fase directa los CNTsNH2 y cierta cantidad de ácido metacrílico fueron mezclados en matraz de vidrio de 20 mL y sumergidos en un sonicador durante aproximadamente 30 min para inducir una reacción química entre los grupos carboxilo del ácido metacrílico y los grupos amina insertados en las paredes de los CNTsNH2. El producto obtenido se usó para preparar los nanocompuestos de interés. Para ello se utilizó la técnica de polimerización semi-continua en fase heterogénea usando tres velocidades de adición de monómero (Ra) = 0.10, 0.20 y 0.30 g/min. Los nanocompuestos obtenidos se caracterizaron por una serie de técnicas experimentales como: espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS). Los látices de los nanocompuestos sintetizados fueron ópticamente estables y no se observó precipitación de los CNTs durante al menos un periodo de 90 días. Los nanocompuestos sintetizados consisten en cadenas de PMAA injertadas a un dendrímero de poliamidoamina (PAMAM) de tercera generación, el cual fue se sintetizó desde las paredes laterales de los CNTsNH2. Durante la síntesis las condiciones de avidez de monómero se alcanzaron para los nanocompuestos preparados con una Ra=0.1 g/min, pero dicha condición no se logró para la síntesis de la matriz de PMAA pura, aún cuando la síntesis de dicha matriz se llevó a cabo a la misma condiciones de reacción. Por medio de las técnicas de TGA y XPS se demostró que las cadenas de PAMAM estaban efectivamente injertadas a las paredes de los CNTsNH2. El análisis por DSC de los nanocompuestos preparados en condiciones de avidez de monómero no presenta evidencias de que se obtuvieran estructuras ordenadas. Adicionalmente estos nanocompuestos presentaron interesantes propiedades como transportadores del fármaco hidrocortisona. La liberación fue seguida de manera exitosa con dos modelos: (i) el de Higuchi y, (ii) el de Korsmeyer-Peppas. Por otra parte para la síntesis desarrolladas en condiciones de polimerización en fase inversa los resultados obtenidos no fueron los esperados, debido a que no se logró estabilizar el sistema.