Efecto de los antioxidantes presentes en granos de café verde en la degradación termo-mecánica de un copolímero al azar de polipropileno-etileno propileno (PP-EP)

ANTONIO ORTIZ GARCIA (2022, [Tesis de doctorado])

En años recientes han surgido algunas compañías que usan los desechos de café percolado y pulpa de la cereza con la finalidad de introducir nuevos productos de valor agregado; algunos ejemplos de productos basados en residuos de café son: papel, harina, filamento para impresoras 3D, fibras textiles, entre otros [1]. Dentro de la cadena de valor del café existen otros desechos que no están siendo aprovechados o son foco de problemas ambientales. Por ejemplo, cerca del 30% de los desperdicios en la cadena de producción del café corresponden a los granos verdes defectuosos, los cuales además de requerir una gran demanda de oxígeno para degradarse colocan en una posición de riesgo a la flora y fauna donde son desechados [2–4]. El no aprovechamiento de este tipo de desechos, aunado a los pocos estudios científicos orientados a lograr un mejor valor o disposición de estos, representan una gran área de oportunidad que podría ser redireccionada hacia la industria del plástico como posibles estabilizadores de los fenómenos de degradación. En el presente trabajo se estudia el impacto en el peso molecular y el comportamiento térmico de la matriz del copolímero al azar de polipropileno- etilenopropileno (PP-EP), debido a los antioxidantes presentes en los granos de café verde defectuosos y aquellas especies generadas durante la preparación y ciclos de procesamiento de biocompuestos sometidos a condiciones extremas de temperatura mediante tecnología de mezclado en fundido.

Doctorado en tecnología de polímeros BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

Efecto de la incorporación de nano y microfibras de carbono en las propiedades de una matriz de polietileno de baja densidad

Patricia Victoria Pérez Luna (2022, [Tesis de maestría])

En este trabajo se estudiaron los efectos de la relacio´n de nanofibras de carbono (NFC) y microfibras de carbo´n (MFC), la concentracio´n de NFC/MFC y el reprocesamiento sobre las propiedades t´ermicas, mecanicas y eléctricas de los compuestos a base de polietileno de baja densidad(LDPE).Estos compuestos fueron obtenidos por extrusión de película.

El estudio se dividi´o en tres etapas principales: en la primera etapa, se estudió el

efecto de la relación de nano y microfibras de carbono sobre la matriz de LDPE (relaciones NFC/MFC: 0/100, 25/75, 50/50, 75/25 y 100/0); en la segunda etapa, se estudio el efecto que se tiene al variar la concentración de las fibras de carbono (concentraciones: 1, 3 y 5 % en peso) en la matriz de LDPE; y en la tercera etapa, se estudi´o el efecto del reprocesamiento sobre los compuestos LDPE/NFC/MFC con un extrusor monotornillo. Esto con el objetivo de encontrar las variables de formulaci´on y de procesamiento para obtener compuestos con la mejor combinaci´on de propiedades.

Los resultados de la caracterizaci´on t´ermica, el´ectrica y mec´anica mostraron que dentro de las muestras con diferentes relaciones NFC/MFC, la relaci´on NFC/MFC de 75/25 fue la que present´o tanto buenas propiedades mec´anicas como buena conductividad t´ermica. As´ı mismo, el compuesto con una concentraci´on del 5 % en peso de fibras de carbono aumento´ la rigidez y la conductividad t´ermica de los compuestos. Por u´ltimo, el reprocesamiento no influy´o significativamente en las propiedades y en la dispersión de las fibras de carbono.

Maestría en tecnología de polímeros BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

El envejecimiento en las enfermedades neurológicas y psiquiátricas

MARISOL LOPEZ LOPEZ NANCY MONROY JARAMILLO ALBERTO ORTEGA VAZQUEZ ERNESTO SOTO REYES SOLIS (2023, [Libro])

Es un placer presentar el libro "El envejecimiento en las enfermedades neurológicas y psiquiátricas" escrito por un grupo de autores destacados y expertos en diversas áreas del conocimiento. Cada capítulo ha sido cuidadosamente elaborado para ofrecer una visión actualizada y rigurosa de los temas abordados, en los cuales se ha integrado una amplia gama de enfoques interdisciplinarios y de técnicas de investigación. Este libro se enfoca en el tema del envejecimiento desde varios vértices relacionados con las enfermedades neurológicas y psiquiátricas. A través de sus trece capítulos, los autores discutes detalladamente la relación del envejecimiento con la enfermedad del Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Huntington, la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la epilepsia y otras enfermedades neurológicas que impactan en la salud

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Desarrollo y caracterización de membranas poliméricas sulfonadas basadas en copolímeros de estireno-co-viniltetrazol N-alquilado para su aplicación en celdas de combustible

DAYANARY GONZALEZ VELAZQUEZ (2022, [Tesis de maestría])

Se sintetizaron copolímeros de estireno-co-acrilonitrilo (St/AN) en dos composiciones (80:20 y 90:10) mediante polimerización en masa vía radicales libres utilizando BPO como agente iniciador, para después realizar el cambio del grupo nitrilo a tetrazol (St/VTz) mediante una reacción de cicloadición 1,3-dipolar de Huisgen. Posteriormente se llevó a cabo la alquilación de los copolímeros St/VTz utilizando 1-bromobutano, 1-bromohexano y 1-bromooctano como agentes alquilantes, para injertar cadenas alifáticas laterales de 4, 6 y 8 átomos de carbono (St/VTz-nC). Por último, se llevó a cabo la sulfonación de los diferentes sistemas poliméricos (St/AN-S, St/VTz-S y St/VTz-nC:S) utilizando ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) y una concentración de agente sulfonante de 100% mol con respecto a los anillos aromáticos teóricamente presentes, durante 4 h. La formación de los copolímeros fue corroborada mediante FT-IR y 1H y 13C RMN, además fueron caracterizados térmicamente mediante TGA y DSC y se determinó su masa molecular por GPC. Se prepararon membranas a partir de los copolímeros sulfonados utilizando el método de casting y posteriormente fueron evaluadas mediante absorción de agua (WU), Capacidad de Intercambio Iónico (IEC), Grado de Sulfonación (DS), Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS), y mecánicamente por Análisis Termomecánico (TMA). Los copolímeros con y sin sulfonación exhibieron las bandas vibratorias y las señales correspondientes a los grupos funcionales asociados a los comonómeros involucrados, así como el grupo sulfónico. La masa molecular de los copolímeros fue superior a 100,000 g/mol para todos los sistemas evaluados y térmicamente estables por encima de 200 °C, indicando que la alquilación no tiene un efecto significativo sobre la estabilidad térmica, mientras la sulfonación sí la reduce.

Sin embargo, los copolímeros continuaron siendo térmicamente estables por encima de los 150 °C. Se obtuvieron valores de Tg de ~110 °C para la serie St/AN, pero mayores para el sistema St/VTz, específicamente en el copolímero St/VTz-82, valores que disminuyen con el proceso de alquilación y que posteriormente incrementan nuevamente con la sulfonación, con valores por encima de los 100 °C, a excepción de los copolímeros St/VTz-82:6C:S y St/VTz-82:8C:S. Las propiedades mecánicas mostraron que la modificación del grupo nitrilo a tetrazol conlleva a un incremento en los valores de E*, mientras que la alquilación de los materiales disminuye los valores conforme la cadena alifática crece. Por otro lado, los copolímeros sulfonados con la composición 80:20 presentaron un incremento de E*, mientras que los 90:10 tuvieron un efecto contrario. Las membranas preparadas a partir de los copolímeros

sulfonados presentaron valores de WU de hasta 14 % y un IEC de hasta 3.58 mmol g-1. El grado de sulfonación (DS) de los copolímeros calculado por IEC llegó hasta 38% y por TGA solo a 26%. Los sistemas evaluados mediante EIS presentaron resistencias menores a 10 Ω por lo que los valores de conductividad protónica (σ) fueron hasta 6.86x10-3 y 8.02x10-3 Scm-1. Con los resultados obtenidos se concluyó que los copolímeros sulfonados basados en estireno-co-acrilonitrilo, estireno-co-viniltetrazol y estireno-co-viniltetrazol N- alquilado son materiales prometedores para su aplicación en celdas de combustible, con valores de conductividad protónica cercanos al Nafion, pero con valores superiores de IEC, destacando la membrana basada en el copolímero St/VTz-91:8C:S debido a los resultados obtenidos en cuanto a propiedades térmicas, mecánicas y de conductividad protónica.

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Preparación de nanomateriales termosensibles a base de MPEG/PEG-b-PNIPAM y ferritas de hafnio cargados con curcumina y evaluación de su potencial aplicación como agentes específicos de liberación controlada

Juan Carlos Romero Cabello (2022, [Tesis de maestría])

En esta tesis se sintetizaron copolímeros de bloques anfífilos compuestos por un bloque hidrófilo de poli(oxialquileno), como el polietilenglicol (PEG) o el metil polietilenglicol (MPEG) y un bloque termosensible de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM). La síntesis se llevó a cabo mediante la técnica de polimerización radicálica controlada denominada ATRP. Estos copolímeros están clasificados como materiales biocompatibles y biodegradables por lo que el propósito de este trabajo es utilizarlos como sistemas de liberación de fármacos. El homopolímero de bloque termosensible (PNIPAM) experimenta una temperatura de solución crítica baja (LSCT), cercana a la temperatura corporal (37oC), lo que permite su uso en aplicaciones biomédicas. El copolímero de bloque anfífilo MPEG/PEG-b-PNIPAM se funcionalizó al final de la cadena del polímero con azida de sodio (NaN3) para obtener MPEG/PEG-b-PNIPAM-N3 que luego se hizo reaccionar con 3- etinil piridina a través de una reacción de "química click” formando un grupo triazol terminal. Estos copolímeros se obtuvieron con rendimientos mayores al 90%. Las nanopartículas de ferritas de hafnio (Hf0.4Fe2.6O4) se prepararon por coprecipitación química inversa en NH4OH a partir de una solución acuosa de FeCl3-6H2O, FeCl2-4H2O y HfCl4. Posterior a ello se preparó un compósito de MPEG/PEG-b-PNIPAM-NPs mediante la mezcla física de las nanopartículas magnéticas de ferrita de hafnio (Hf0.4Fe2.6O4) y el el copolímero de bloque anfifílico MPEG/PEG-b-PNIPAM. Ambos materiales mostraron un comportamiento superparamagnético. Los copolímeros de MPEG/PEG-b-PNIPAM presentaron una temperatura de solución más baja (LCST) en el rango de 34-38 °C, que los hace ideales para su uso en aplicaciones biomédicas. Además, estos copolímeros mostraron que pueden cargar curcumina y liberarla después a una temperatura de 40 °C.

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Síntesis y caracterización de copolímeros de estire no y maleimidas para la dispersión de nanopartículas metálicas

Karem Paola Rosado Lomán (2022, [Tesis de maestría])

En la presente época de pandemia, los requerimientos de materiales con propiedades antisépticas prolongadas son de alta prioridad, debido a que el personal médico de primer contacto se encuentra expuesto al atender pacientes contagiados con el virus de SARS-CoV- 2 y sus variantes. Además de que es prioridad que se conserven en condiciones antisépticas las áreas comunes de contacto entre pacientes de los hospitales.

Por lo anterior, es de vital importancia contar con equipo de protección personal adecuado con la finalidad de brindar las condiciones de higiene necesarias para que el personal médico se encuentre en real protección el mayor tiempo posible dentro de su jornada laboral, ayudando así a tener un aumento en el tiempo de inocuidad y calidad en sus pijamas quirúrgicas, cubrebocas, etc.

Los copolímeros de estireno (St) y comonómeros polares son materiales de bajo costo, que pueden funcionar como matrices poliméricas para el soporte o dispersión de partículas metálicas con actividad microbicida y antiviral, para diferentes aplicaciones.

La incorporación de maleimidas (MI) a una matriz polimérica de poliestireno (PS), aumenta el valor agregado de este commodity, ya que le confiere una mayor resistencia mecánica, así como también estabilidad de temperaturas de procesado, y la capacidad de dispersar nanopartículas metálicas con actividad anti-germicida contra virus y bacterias. Los copolímeros de St-MI son termoplásticos moldeables, los cuales al tener un agregado acrílico en su cadena principal pueden ser utilizados en la fabricación de telas no-tejidas, basadas en PS que resultan ser más accesibles en costo.

Es bien conocido, de acuerdo con lo reportado en la literatura, que las copolimerizaciones de estireno y diferentes tipos de MI dan lugar a la formación de copolímeros alternados (St-alt- MI), con composiciones molares (1:1), lo cual para la dispersión de nanopartículas no es una composición química favorable, debido a la alta concentración de grupos polares que tienden a aglomerar las cargas incorporadas. Una alternativa para la obtención de copolímeros de St- alt-MI con incorporaciones molares menores al 50 % de MI, son las copolimerizaciones radicálicas vivientes, como la polimerización radicálica controlada mediada por nitróxidos (NMP), con la cual es posible obtener bloques de tamaño pequeño de St-alt-MI en cadenas de PS, el cual sigue homopolimerizando cuando la MI se agota por lo que permite que se tengan relaciones molares diferentes a la equimolar, donde además es posible controlar la dispersidad del tamaño de las cadenas entre Ð = 1.1 - 1.3.

Un copolímero de estireno, funcionalizado con bajas concentraciones de MI (~ 10 % mol) mostrará características atractivas como plantilla polimérica para la dispersión y distribución de nanopartículas metálicas como el cobre (Cu), formando nanocompuestos poliméricos con propiedades antibacterianas potenciales. Las propiedades bactericidas del Cu fueron descubiertas desde la época de los persas, y en la actualidad se ha comprobado que, a escala nanométrica, tienen mayor eficacia y menor toxicidad al estar embebidas en una matriz polimérica.

En este trabajo se estudió la síntesis y caracterización de nuevos copolímeros de St-alt-MI, con bajas incorporaciones de diferentes maleimidas, mediante polimerizaciones radicálicas mediadas por nitróxidos (NMP). Los copolímeros de St-alt-MI y el terpolímero de St-r-MI- BuA, de peso molecular controlado, se utilizaron como soportes poliméricos para la dispersión de nanopartículas de Cu (NPsCu), obteniendo nanocompuestos poliméricos con potencial aplicación en la obtención de telas no-tejidas.

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Macromóleculas π-Conjugadas y sus mezclas con complejos de Tb para WOLEDs

Manuel Antonio López Castillo (2022, [Tesis de maestría])

En el presente trabajo se reporta la síntesis de macromoléculas conjugadas push-pull o bien del tipo donador-aceptor a base de BODIPY y Carbazol, y de complejos de coordinación con terbio con emisiones complementarias entre sí que permitieron la preparación de mezclas físicas que emitieron fluorescencia con luz blanca en películas, en vista de una futura aplicación en WOLED.

En este trabajo, las síntesis de las macromoléculas conjugadas se llevaron a cabo mediante las reacciones de acoplamiento de Suzuki y Sonogashira, las cules presentan la ventaja de llevarse a cabo bajo condiciones moderadas de reacción, y obteniendo buenos rendimientos para la molécula BDY-CBZ (≈ 87%). Para corroborar la estructura química de los diferentes compuestos y sus precursores, se realizaron estudios estructurales por medio de 1HRMN pata todas las moléculas, además de un estudio más detallado de 13CRMN, HSQC y HMBC para la macromolécula de interés (BDY-CBZ). Los estudios por medio de espectrometría de masas MALDI-TOF avalaron los resultados de resonancia al identificar como pico principal los pesos moleculares de los compuestos, siendo de 924 g/mol para el BDY-CBZ, de 1003 g/mol para el BDY-CBZ-mBr y de 1082 g/mol para el BDY-CBZ-dBr.

Los estudios fotofísicos revelaron propiedades importantes de los materiales para fines de la posible aplicación, como lo son: la absortividad molar (ε, M-1cm-1), siendo de 9.3x104 para la macromolécula BDY-CBZ, de 4.7x104 para el Tb(DAM)3-Phen, y de 3.5x104 para la Phen-mAc; las purezas de color obtenidas son de 99% para el BDY-CBZ, 11% para el Tb(DAM)3-Phen y, de 98% para la Phen-mAc, siendo colores complementarios para obtener una emisión blanca; además de un alto rendimiento cuántico de 62.8% de fluorescencia (ϕf) para el BDY-CBZ.

Los estudios electroquímicos revelaron los potenciales de oxidación y reducción de las macromoléculas BDY-CBZ y sus derivados halogenados, así como sus niveles HOMO y LUMO y la brecha energética (Eg, eV), siendo de 2.08 eV (en el rango de los semiconductores) para todos los casos.

Los cálculos teóricos de las excitaciones electrónicas mostraron resultados muy reproducibles con los datos experimentales de absorción y emisión de las moléculas con diferencias de tan solo 1-8 nm. También se hizo un estudio del desplazamiento químico, con lo que se pudieron asignar más fácilmente las señales de 1HRMN, teniendo diferencias menores a la unidad. El análisis y comparación entre los resultados teóricos y experimentales permitieron identificar un fenómeno de transferencia de carga intramolecular (ITC).

La fabricación de películas por medio de Spin-Coating, se llevó a cabo en condiciones estáticas y con 3 pasos (1ro: 600RPM/s; 2do: 1500RPM/s; 3ro: 2300RPM/s), incluyendo variables como velocidad, concentración de la disolución, disolvente, entre otras, como un factor a optimizar. A pesar de esto, es relevante mencionar que, para la mezcla ternaria de complejo de terbio, BDY- CBZ y fenantrolina, se logró obtener una película a simple vista homogénea, y con emisión blanca (coordinadas de color: (0.30, 0.31), lo cual sugiere la factibilidad de poder fabricar WLED una vez que esta mezcla se deposite como capa activa del dispositivo.

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Desarrollo de biocompositos epóxicos de nanofibras de celulosa utilizando un agente de curado biobasado derivado del Limoneno

Rebeca Sadai Sánchez Huerta (2022, [Tesis de maestría])

En esta investigación se realizó la síntesis de un agente de curado derivado del limoneno, con el objetivo de preparar polímeros entrecruzados del tipo polieter-politioeter, mediante el método de fotopolimerización epoxi/tiol-ene (FETE). En este estudio se preparó también un material biocompuesto usando como refuerzo nanofibras de celulosa bacteriana (NFCB) en la matriz entrecruzada de tipo polieter-politioeter. La síntesis del agente de curado requirió dos pasos. En primer lugar, se preparó un compuesto intermediario de tipo diamina primaria, la 2-((2-(3-((2-aminoetil) tio)-4-metilciclohexil) propil) tio) etanamina (LC), mediante una reacción de acoplamiento tiol-ene entre el limoneno (L) y el clorhidrato de cisteamina (CC). En segundo lugar, el compuesto LC se sometió a una reacción de alilación donde los grupos amina primaria de este compuesto, se alquilaron con bromuro de alilo, obteniendo un compuesto final, el N-alil-N-(2-((2-(3-((2-(dialilamino)etil)tio)-4-metil ciclohexil)propil) tio) etil) prop-2-en-1-amina (LCA). Este compuesto se purificó y caracterizó mediante espectroscopías de Infrarrojo de Transformadas de Fourier (FTIR) y de resonancia magnética nuclear (RMN) así como por cromatografía de masas con detector de masas (GC-MS). Las NFCB se funcionalizaron con grupos tiol usando el (3- mercaptopropil)-trimetoxisilano (MPTS) con el propósito de introducir un enlace covalente entre las NFCB y la matriz polimérica para lograr un mejor acoplamiento de las fases del biocompuesto. También se analizó la reactividad de las formulaciones fotocurables integradas por la resina epoxica biobasada y un sistema Tiol-Ene (STE) el cual incluye el LCA, un tiol tetrafuncional, ambos en proporción equimolecular, y un fotoiniciador a una concentración de 1% molar. Se prepararon dos formulaciones a las que se añadió el STE a la resina epoxica biobasada, en concentraciones molares de 30 y 40 mol %. La cinética de las fotopolimerizaciones se determinó mediante espectroscopía FTIR en tiempo real (RT-FTIR), que demostró una alta reactividad de las formulaciones al observar velocidades de fotopolimerización en el intervalo de 1.50–2.25 s−1 para los grupos epóxido, dobles enlaces y tiol.

Las mismas formulaciones se utilizaron para obtener probetas las cuales se analizaron mediante técnicas térmicas y termomecánicas encontrando temperaturas de transición vítrea (Tg) de 60 °C y 52 °C para los polímeros derivados de las formulaciones con 30 mol % y 40 mol % de TES, respectivamente. Posteriormente, se procedió a preparar los materiales biocompuestos reforzados con las películas de las NFCB funcionalizadas y se determinaron las propiedades mecánicas y térmicas mediante DMA, flexión de tres puntos, y se analizó la morfología y la interface matriz-refuerzo de estos biocompuestos mediante microscopía digital.

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Estudio de las propiedades químicas, térmicas, grado de cristalinidad y susceptibilidad a la degradación hidrolítica de copolímeros de ε-caprolactona-ε-decalactona, L-lactida- ε-decalactona y brasilato de etileno-ε-decalactona obtenidos vía ROP utilizando sistemas catalíticos orgánicos.

Felipe Robles González (2022, [Tesis de maestría])

El presente trabajo de investigación consiste en la implementación de la polimerización por apertura de anillo (ROP) organocatalítica para la síntesis de poliésteres alifáticos biodegradables a partir de ésteres cíclicos sustituidos y no sustituidos. En primera instancia, se sintetizaron los homopolímeros poli(L-lactida) (PLLA), poli(brasilato de etileno), poli(ε-caprolactona) (PCL) y poli(ε-decalactona) (PDL) mediante la ROP en solución, catalizada por la base orgánica 1,5,7-triazabiciclo-[4.0.0]dec-5-eno (TBD). Paralelamente, se optimizaron las condiciones de reacción para alcanzar conversiones de monómero mayores al 90%. Con la finalidad de modificar las propiedades térmicas y grados de cristalinidad de estos poliésteres, la implementación del éster cíclico sustituido ε-decalactona (ε-DL) como comonómero condujo a la síntesis de los copolímeros L-LA- co-ε-DL, EB-co-ε-DL y ε-CL-co-ε-DL, con porcentajes molares teóricos del 15, 35 y 50% de ε-DL en su composición química. Una vez obtenidos, estos poliésteres fueron sometidos a condiciones de degradación hidrolítica por un periodo de 8 meses durante los cuales se estudió su susceptibilidad a la hidrólisis en función de su composición química, peso molecular en número (Mn), grado de cristalinidad y tiempo. En este ensayo de degradación se estudió principalmente la evolución en sus Mn, temperaturas de fusión (Tm) y entalpías de fusión (ΔHm), correlacionando los cambios en dichas propiedades térmicas con sus cristalinidades.

Tras la optimización del sistema de ROP organocatalítica empleado, las conversiones alcanzadas en estas polimerizaciones fueron mayores al 90% para todos los monómeros. Los Mn de los poliésteres sintetizados fueron de hasta 14 kDa con dispersidades (Ð) de 1.58 – 2.75. Las composiciones químicas reales de los copolímeros L-LA-co-ε-DL, EB-co-ε-DL y ε-CL-co-ε-DL difirieron significativamente de los porcentajes molares teóricos de cada comonómero, asociándose con la baja reactividad de la ε-DL. Su estabilidad y transiciones térmicas, así como sus entalpías de cristalización y de fusión, y sus grados de cristalinidad se vieron afectados ante la inclusión de ε-DL en su composición química. Fue posible identificar un efecto negativo sobre el grado de cristalinidad ante el incremento del porcentaje molar de ε-DL en los copolímeros como resultado del carácter amorfo de los segmentos PDL. Consecuentemente, aquellos copolímeros con mayor contenido de ε-DL mostraron una mayor susceptibilidad a la hidrólisis, mismo que se vio reflejado principalmente en sus Tm y ΔHm, al igual que en sus Mn, en menor medida.

De acuerdo a los resultados obtenidos en este trabajo de investigación, la ROP organocatalítica de ésteres cíclicos, en conjunto con la variación del contenido de ε-DL en los copolímeros comprendidos, ofrece la posibilidad de obtener materiales biodegradables con propiedades químicas, térmicas específicas, así como susceptibilidad a hidrólisis ajustable, volviéndolos candidatos para aplicaciones potenciales dentro del campo de la medicina, el sector agrícola, la industria de embalaje, entre otros.

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Funcionalización covalente de nanoestructuras de carbono (CN) mediante el uso de nitrenos, para la obtención de nanocompuestos Nylon 6-CN y su procesamiento mediante moldeo por inyección ultrasónica (UIM)

JUAN JOSE MENDOZA VILLAFAÑA (2022, [Tesis de doctorado])

El uso de nanoestructuras de carbono (CN) en su combinación con materiales poliméricos requiere generalmente la modificación de su superficie con grupos químicos que tengan afinidad con la matriz. En este sentido, en la investigación realizada y aquí expuesta se presenta inicialmente, la obtención de dos azidocompuestos útiles en el proceso de funcionalización covalente de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), mediante reacciones de cicloadición [2+1] vía nitrenos siguiendo un método convencional. Los nanotubos funcionalizados f-SWCNT fueron caracterizados, y la presencia de los compuestos orgánicos unidos a las CN fue detectada por TGA y por FTIR. La relación ID/IG que se observó por Raman para los f-SWCNT contrario a lo esperado, no indicó un incremento comparado con la relación ID/IG de los p-SWCNT, lo cual fue atribuido a la particular forma de unión del radical nitreno evitando la pérdida de la hibridación sp2, y por lo tanto a la falta de nuevos centros de dispersión sp3 que exciten la banda D. La integridad de la estructura de los f-SWCNT fue corroborada por microscopia TEM y por la poca afectación en la conductividad eléctrica de las muestras. El proceso de funcionalización covalente de SWCNT con 4-azidometil ácido benzoico (4-AMAB) también fue estudiado mediante las reacciones de cicloadición [2+1] asistidas por energía de microondas, el proceso resultó ser efectivo y versátil, la unión C-N del anillo aziridino formado fue corroborado por FTIR y XPS. La versatilidad del procedimiento obtenido fue evaluada con la funcionalización exitosa de otras nanoestructuras de carbono como las nanoláminas de grafeno (GNP) y nanofibras de carbono (CNF) en un procedimiento análogo.

Se obtuvieron nanocompuestos de Nylon 6-f-SWCNT mediante una estrategia “injerto desde” que involucró el uso de los f-SWCNT, la unión covalente del monómero -caprolactama y finalmente siguiendo una polimerización aniónica por apertura de anillo (AROP) se obtuvieron los nanocompuestos con distinto contenido de f-SWCNT (0.1, 0.5 y 1 %p/p). Las propiedades químicas, térmicas y eléctricas se compararon con los nanocompuestos Ny6-p-SWCNT obtenidos a partir de una polimerización in situ. Mediante el estudio de las propiedades térmicas de los nanocompuestos se pudo establecer que la presencia de los nanotubos de carbono generó un incremento en la temperatura de cristalización Tc respecto al polímero, empleando cualquiera de las estrategias, además de la presencia de dos picos de fusión Tm1 y Tm2. También independiente de la estrategia seguida, los análisis por TGA indicaron una mejora en la estabilidad térmica en los nanocompuestos; sin embargo, este comportamiento análogo entre estrategias solo fue observado cuando se emplearon nanotubos de carbono en bajas concentraciones (0.1 y 0.5%). Con el incremento de la concentración (a 1%) de las nanoestructuras de carbono, los nanocompuestos obtenidos vía in situ no mostraron mejoría en las propiedades, mientras que aquellos obtenidos por la estrategia “injerto desde” mejoraron con el aumento de la concentración de f-SWCNT. La caracterización completa de los nanocompuestos obtenidos mediante ambas estrategias de polimerización, mediante “injerto desde” o polimerización in situ, se realizó utilizando las técnicas de FTIR, DSC, TGA, DRX, GPC y mediante la medición de sus propiedades eléctricas. Finalmente, la estrategia “injerto desde” fue validada mediante la identificación del polímero injertado a los f-SWCNT, obteniéndose un material capaz de conducir la corriente eléctrica (118 S m-1).

En la última parte del trabajo presentado en esta investigación, se prepararon nanocompuestos Ny6- GNP mediante una metodología de polimerización aniónica por apertura de anillo in situ (AROP in situ) con distinto contenido de GNP (0.1, 1, 2 y 4 %p/p). El Ny6, los nanocompuestos Ny6-GNP y una muestra comercial de Nylon 6 (Zytel) se procesaron por medio de la técnica de moldeo por inyección ultrasónica (UIM) utilizando la inyectora Sonorus 1G. Se establecieron las condiciones óptimas para el procesamiento durante una primera etapa experimental donde se ajustaron las variables amplitud (%A), tiempo de ultrasonido (tUS) y fuerza de inyección (Fi). Se logró obtener probetas con un peso promedio de 87.5 mg sin problemas de llenado, homogéneas y sin detalles visuales de degradación. Las condiciones preestablecidas del proceso UIM utilizadas para Nylon 6 Zytel, permitieron la obtención de probetas de Ny6 y nanocompuestos Ny6-GNP que cumplieron con los criterios visuales y de dimensiones. La caracterización de las probetas se realizó en dos zonas, zona A (ZA) al inicio de la inyección y zona C (ZC) en el extremo más alejado. Las muestras de los nanocompuestos Ny6-GNP presentaron propiedades más estables a lo largo de la probeta cuando se compararon con las muestras de Nylon 6 Zytel y Ny6. Estas propiedades incluyeron una baja afectación por efecto del proceso UIM en el peso molecular, un ligero incremento en la cristalinidad con cristales  como fase dominante sobre la  y sin diferencias en la estabilidad térmica entre zonas A y C de las muestras procesadas. El comportamiento de los ensayos de tensión indicó reproducibilidad en las probetas analizadas, y se observó el incremento en el módulo de Young y la tensión a la cedencia con la presencia de las GNP, aún a bajas concentraciones. Los resultados observados demostraron la factibilidad del uso de la técnica UIM en el procesamiento de nanocompuestos Ny6-GNP, como una alternativa viable en la obtención de microcomponentes.

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