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Un estudio experimental sobre la temperatura de transición de fase (ttf) de un polímero termosensible, el pegma, utilizando técnicas de turbidimetría y dispersión de luz dinámica (dls). Se describe el método experimental, el análisis de los resultados obtenidos y se discute la importancia de la ttf en el desarrollo de aplicaciones para polímeros termosensibles.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Introducción El campo de los materiales inteligentes es amplio y variado, no sólo respecto a la terminología empleada, sino también en referencia a sus aspectos técnicos y aplicaciones. No existe una ú nica definición de polímero inteligente, no obstante se puede afirmar que es aquel que ante un estímulo exterior sufre cambios en sus propiedades físicas y/o químicas 1. La temperatura puede causar fenómenos de disolución o separación de un polímero del medio acuoso. Este fenómeno encuentra aplicación en sistemas de liberación de fármacos. Con carácter general, los polímeros son solubles en disolventes en un determinado rango de temperaturas, es decir, la estabilidad de las disoluciones de polímeros está limitada tanto a altas como a bajas temperaturas. A bajas temperaturas, la máxima a la que hay que calentar para que el polímero se disuelva se denomina temperatura crítica superior (UCST). Por el contrario, en la región de altas temperaturas, la mínima a la que hay que calentar para que no precipite se denomina temperatura crítica inferior (LCST). El hecho de que los polímeros precipiten de sus disoluciones tanto al calentar como al enfriar es lo que ha dado origen a su empleo como dispositivos inteligentes. En polímeros solubles en agua, el fenómeno de su precipitación está causado por la competencia entre fuerzas opuestas que dependen de la temperatura^2. Para la aplicació n de pol ímeros termosensibles en una condició n particular, la temperatura de transició n de fase, o Ttf, es uno de los pará metros má s importantes de un polí mero termosensible en solució n. Ttf se refiere a la
temperatura a la que se produce la transici ó n de fase de una solució n de polí mero a una concentració n especí fica desde el estado soluble al estado de agregado colapsado, acompañada de turbidez en la soluci ó n. Es importante destacar que Ttf no es equivalente al LCST ya que el LCST es el valor de temperatura m ínimo del binodal. En otras palabras, el LCST es el valor má s bajo de Ttf en el diagrama de fase, por lo que se debe tener en cuenta que la curva del punto de nube en todo el diagrama de fase no coincide exactamente con la curva binodal^3. La turbidimetrí a es la té cnica frecuentemente má s utilizada para medir tanto el comportamiento de fase como la morfolog ía y conformació n de la cadena de polí mero en solució n. Para ello es requerido una fuente de luz y un dispositivo o celda dispuesta con ventanas donde se realiza la medici ó n y registro. Sin embargo, esta té cnica no ha sido utilizada para monitorear el tamaño de partí cula durante la formació n de dos fases en un sistema termodin á mico, de gran relevancia en el entendimiento de la estabilidad de la soluci ó n y la formació n de la partí cula precursora al proceso de formació n de materiales^2. Es por esto, que para tener má s informaci ó n de este fen ó meno, se suele complementar con otras té cnicas como la dispersió n de luz din á mica (DLS). La combinació n de turbidimetrí a y DLS se utiliza de manera considerable para caracterizar el comportamiento termosensible de los pol ímeros LCST y generalmente proporciona resultados de Ttf similares a los polí meros LCST cuando se utilizan condiciones que conducen a una transició n de fase aguda. En este trabajo se midi ó la LCST de una muestra de PEGMA utilizando un turbidí metro en conjunto con un aná lisis de la muestra por DLS y se analizaron los resultados obtenidos como se muestra a continuaci ó n.
x. La muestra se puso en la celda y se coloc ó en el equipo de DLS para llevar a cabo la medició n. Se estableció la temperatura a 35 ºC para ver el punto de cambio observado en la muestra en turbidimetrí a.
Análisis de resultados De primera instancia, se observ ó de manera organol é ptica el cambio de fase en la muestra por el aumento de la turbidez en la solució n con el aumento de la temperatura. En el diagrama de fase (fig. 1) se puede observar un cambio brusco con la disminució n en los valores de la transmitancia a partir de los 32 ºC atribuido a Tcp que es el 50% de la transmitancia. 24 26 28 30 32 34 36 0 20 40 60 80 100 120 Temperatura (ºC) Transmitancia (%) Figura 1. Diagrama de cambio de fase en relació n a la temperatura en una muestra de PEGMA. Recordando el fenó meno de transició n el cual ocurre en los lí mites de la curva binodal y espinodal, separando el comportamiento de fase en tres zonas: el estado homogé neo, metaestable e inestable. Podemos señalar entonces en la curva obtenida, el inicio de la curva como el comportamiento estable del pol ímero en solució n, es decir que se encuentra formando cuasi-esferas que se repelen debido a que la copenteració n es entró picamente desfavorable^2. Con el aumento de la temperatura, empezamos a observar la ca ída de la transmitancia, que se interpreta como la precipitació n del sistema debido a las altas condiciones de
cual el pol ímero tiene un cambio en sus propiedades, estructura o comportamiento en general para que sea nuestro punto de partida para comenzar a darle una aplicació n. El uso conjunto de t é cnicas resulta en la obtenci ó n de resultados má s precisos y con la informaci ó n adicional que cada té cnica nos pueda brindar, como fue realizado en el trabajo presente. Referencias (1) CIMTAN. Polímeros Inteligentes ; Informe de Vigilancia Tecnol ó gica; FEDEN: Madrid, España, 2008; pp 12-14. (2) Zhang, Q.; Weber, C.; Schubert, U.; Hoogenboom, R. Thermoresponsive Polymers With Lower Critical Solution Temperature: From Fundamental Aspects And Measuring Techniques To Recommended Turbidimetry Conditions. Materials Horizons 2017, 4 , 109-116. (3) Ortiz-Estrada, C.; Santoyo-Arreola, J.; Luna-Bá rcenas, G.; Sanchez, I.; Vá squez-Medrano, R. PHASE TRANSITION AND STABILITY OF POLYMERS SOLUTIONS IN SUPERCRITICAL CO2 BY TURBIDIMETRY. REVISTA MEXICANA DE INGENIERÍA QUÍMICA 2007, 6 , 347-357.