Determinación y modelado de la relación entre viscosidad y composición de polímeros pH y termosensibles

FERNANDEZ BORDÍN, S.P.; ROMERO M.R.; GALVÁN JOSA, V.M.

Santa Rosa

Congreso; 10° Congreso argentino de química analítica; 2019

Asociación argentina de química analítica

Poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPA) es un polímero conocido por presentar en solución acuosa una temperatura crítica inferior (LCST) alrededor de los 32°C que es producido por un cambio de comportamiento hidrofílico-hidrofóbico. En este polímero, el incremento de la temperatura por arriba de LCST induce una ruptura del enlace H agua-polímero y la formación de enlaces H intra- e inter- cadenas, induciendo así un cambio en la conformación macromolecular.La copolimerización de PNIPA mediante la introducción de un segundo monómero hidrofílico en la síntesis produce cambios en las propiedades del producto final asociados principalmente a una variación en LCST. El monómero utilizado en este estudio es ácido acrílico (AAc) que forma un polímero hidrofílico caracterizado por ser pH sensible. Este polímero se colapsa y expande a pH mayores y menores al valor del pKa (alrededor de 4.6) del monómero.1La síntesis del copolímero Poli(N-isopropIlacrIlamida-co-Ácido acrílico) P(NIPA-co-AAc) se traduce en un polímero pH y termo sensible. Las proporciones de cada monómero en las cadenas de copolímero determinan la sensibilidad de respuesta frente a los estímulos externos.2En este trabajo se sintetizaron distintos copolímeros de P(NIPA-co-AAc) a partir de diferentes proporciones iniciales de NIPA y AAc respectivamente. Los productos se purificaron mediante diálisis y luego se prepararon soluciones acuosas de cada uno de ellos variando la fracción molar de soluto. Posteriormente, se realizaron estudios reológicos rotacionales de las soluciones de P(NIPA-co-AAc) para determinar la viscosidad de las muestras a diferentes velocidades de corte. Se determinaron los regímenes diluido y concentrado de las soluciones analizando las respuestas a variaciones de pH y temperatura. Para determinar la relación entre la viscosidad y la composición, se elaboró un modelo matemático en donde la viscosidad se expresa como el resultado de la sumatoria de funciones independientes de las variables del sistema. Las principales variables analizadas son concentración, fracción molar (NIPA/AAc), pH y temperatura. Se encontró que la viscosidad responde de manera polinómica, exponencial o logarítmica frente a las variables analizadas. Para construir el modelo se realizó una exploración inicial mediante el análisis de los homopolímeros. Se trabajó analizando cada variable de forma independiente manteniendo el resto constante. Para cada variable se realizó una búsqueda de posibles expresiones matemáticas que reproducen la respuesta viscoelástica .En una segunda instancia se refinó el modelo analizando las propiedades de los copolímeros seleccionando las expresiones que presentan una mejor bondad en el ajuste.Los resultados indican que el modelo propuesto presenta un adecuado ajuste de los parámetros experimentales. Los resultados obtenidos confirman que el modelo propuesto se puede utilizar para predecir el comportamiento viscoelástico de soluciones poliméricas de PNIPA, PAA y sus copolímeros.1Zhan Y, et. al Journal of Materials Chemistry B,20 (2015).2JZhang J, Chu LY, Li YK, Lee YM, Polymer 48 (2007).