Síntesis y caracterización del poli(ácido acrílico) de bajo peso molecular - Negrete Herrera, Norma Lidia (Universidad Autónoma Metropolitana, 2001)
El ácido acrílico o ácido propenoico (fig. 1) he sintetizado, en 1843, a través de la oxidación de la acroleína (CH2=CHCHO). Su polimerización, que dió como resultado el poli(ácido acrílico) (fig. 2), se realizó por primera vez en 1872. Sin embargo, a pesar de que se realizaron considerables investigaciones sobre las síntesis, química y polimerización del ácido acrílico y sus correspondientes ésteres, no he sino hasta 1930 que los obstáculos técnicos de la manufactura y manejo de este monómero heron resueltos; momento a partir del cual empezó el auge del poli(ácido acrílico) y sus derivado " . // O CHFCH-C~ ‘OH Fig. 1.- Monómero de ácido acrílico f CHrCH I t. c\OH Fig. 2.- Poli(ácido acrílico) El poli(ácido acrílico) (PAA) y sus derivados están entre los polimeros más versátiles usados en la industria3; ya que fbncionan como dispersantes, espesantes, inhibidores de corrosión, secuestrantes, floculantes y como polímeros superabsorbentes. Sus principales aplicaciones están en el área textil, manufacturera y de papel, en la formulación de cosméticos y detergentes de alto desempeño, en tratamiento de aguas residuales y recuperación secundaria del petróleo. Otros mercados incluyen aplicaciones en la agricultura (como intercambiador débil de cationes, para desalinizar terrenos salitrosos y ablandar terrenos duros readaptándolos para el cultivo) en baterías eléctricas y aislamiento de cables. Últimamente se ha promovido un desarrollo altamente potencial en laindustria farmacéutica, como agente de liberación controlada, microencapsulación de drogas, biocatalizadores, sensores, membranas, etc., además de participar en una gran cantidad de formulaciones para látex y copolímeros, desempeñando diferentes funciones 4. Desde el punto de vista teórico, el poli(ácido acrílico) juega un papel clave en cualquier discusión de las propiedades y comportamiento de los polímeros sintéticos solubles en agua, debido a que es el ácido policarboxílico sintético más simple. Estudios del PAA en su forma no ionizada, parcialmente ionizada y completamente ionizada, proporcionan información sobre la interacción entre grupos ácidos carboxílicos y iones carboxilato en el disolvente, y entre estos y las moléculas del disolvente, contraiones y cualquier otro soluto presente; lo que ayuda en la interpretación del comportamiento de biopolímeros que contienen grupos ácidos carboxílicos, particularmente en polisacáridos y proteínas’. Existe una gran cantidad de estudios respecto al comportamiento químico y cinético, así como en la caracterización fisicoquímica, térmica y reológica del poli(ácido acrílico) a través de técnicas como dispersión de luz estática y dinámica, calorimetría diferencial de barrido, análisis termogravimétrico, viscosimetría, microscopía electrónica, espectroscopía de infrarrojo, rayos-X y resonancia magnética nuclear. Sin embargo, la gran mayoría de los trabajos que se encuentran reportados, se enfocan a la síntesis y caracterización del PAA de alto peso y aun cuando hay algunos estudios sobre la caracterización de PAA de bajo peso no especifican condiciones de reacción y modos de preparación de la muestra en una forma bien definida y debido a que es información clave, la comparación entre datos es poco factible. En los últimos años el consumo del poli(ácido acrílico) de bajo peso molecular (M<100,000) soluble en agua se ha incrementado a una velocidad de 28.5% por año3. Este crecimiento se debe principalmente al incremento en la demanda como base para detergentes y su aplicación en la formulación de látex y adhesivos para diversas aplicaciones que requieren bajo peso molecular. En contraste, el consumo de polímeros de alto peso molecular ha disminuido en un promedio de 11.5% por año; esta disminución en la demanda se debe principalmente a la competencia de la poliacrilamida en diversas aplicaciones3. El objetivo del presente trabajo es determinar las condiciones de reacción para obtener un poli(ácido acrílico) de bajo peso molecular en medio acuoso; así como sus propiedades y su dependencia de las condiciones de reacción. El trabajo experimental, desarrollado con este fin, consistió de la síntesis en solución del poli(ácido acrílico) de bajo peso molecular (M<lOO,OOO) y la caracterización de los materiales obtenidos. El trabajo de tesis incluye, en el capítulo 1, la revisión general de los conceptos teóricos relacionados con el poli(ácido acrílico), sus características fisicas y fisicoquímicas, así como la descripción de sus principales aplicaciones En el capítulo 2 se describe el desarrollo experimental, el equipo y las sustancias usadas durante la síntesis. La parte experimental se dividió en dos etapas: la primera de ellas consistió de una serie exploratoria; la cual tuvo la finalidad de encontrar las condiciones de reacción necesarias que permitieran obtener un polímero de bajo peso molecular. Una vez logrado este objetivo, se procedió a analizar el efecto del pH de reacción en el poli(ácido acrílico) de bajo peso molecular. En ambas etapas se determinaron los pesos moleculares de los materiales obtenidos y se describen las técnicas y procedimientos que heron utilizados en cada caso. En el capítulo 3 se muestran los resultados de la caracterización de los materiales obtenidos a diferentes valores de pH en el medio de reacción, empleando diversas técnicas, como calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica (ME), espectroscopia de infrarrojo(FT-IR) y rayos-X (Rx). Poniendo especial énfasis en el comportamiento térmico medido con calorimetría diferencial de barrido a temperatura modulada 11-13. En el capítulo 4 se presenta una conclusión general del trabajo con base en los resultados y se dan las proyecciones que podrían establecerse. Por último se muestra un apartado de apéndices.