CARACTERIZACIÓN DE AEROGELES DE CELULOSA OBTENIDOS POR SECADO CON CO2 SUPERCRÍTICO

MACHADO, NOELIA D.; CHIAVASSA, JOSEFINA; PIGINO, VALENTINA; GOÑI, MARÍA L.; GAÑAN, NICOLÁS A.

Mar del Plata

Congreso; XV Simposio Argentino de Polímeros (SAP 2023); 2023

INTEMA-CONICET-UNMdP

Los aerogeles son materiales sólidos de baja densidad, alta porosidad y con grandes áreas superficiales, por lo que poseen una gran variedad de aplicaciones como sistemas de adsorción/desorción de diferentes sustancias y/o como carriers de principios activos de interés en la industria farmacéutica. La química de los aerogeles es muy flexible, ya que su tamaño de poro, área superficial y propiedades físico-químicas y mecánicas pueden ser modificados mediante la selección del polímero, la metodología de obtención de los geles, y la tecnología de secado [1]. En particular, la preparación de aerogeles a partir de celulosa ha ganado gran interés gracias a su biocompatibilidad, biodegradabilidad y abundancia natural [2].La obtención de aerogeles consiste, en general, en la formación de un hidrogel y su posterior secado para remover el solvente sin alterar la estructura tridimensional. En este trabajo se propone la obtención y caracterización de aerogeles de celulosa microcristalina (CMC) preparados mediante la tecnología de secado con CO2 supercrítico (scCO2). Para ello, la CMC fue disuelta en soluciones frías (T=0°C) de NaOH/Urea 12/7 %p/p y de NaOH/Urea/Tiourea 8/8/6,5 %p/p hasta alcanzar una concentración de 7 %p/v. Luego de una gelación térmica, se obtuvieron hidrogeles de distinta composición final, CMC-NaOH/Urea (CU) y CMC-NaOH/Urea/Tiourea (CUT). Para poder realizar el secado de estos hidrogeles utilizando scCO2, fue necesario el intercambio progresivo del solvente acuoso por etanol. Los alcogeles así obtenidos fueron secados con scCO2 a 120 bar, 40°C durante 2 horas. Los aerogeles finales fueron caracterizados desde el punto de vista de su densidad, porosidad, área superficial (isotermas de adsorción/desorción de N2), cristalinidad (difracción de rayos X), composición (espectroscopía IR), morfología (microscopía electrónica de barrido), y también se evaluó su capacidad de hinchamiento en soluciones representativas de fluidos fisiológicos. Todos los aerogeles obtenidos mantuvieron su forma luego del secado, presentando baja densidad (CU: 0,09 +/- 0,00 g cm-3; CUT: 0,32 +/- 0,09 g cm-3), alta porosidad (CU: 80,0 +/- 6,0 %; CUT: 94,3 +/- 0,1 %), y gran área superficial, siendo ésta un orden de magnitud mayor para los CU (128 m2 g-1) que para los CUT (13 m2 g-1). Los espectros IR confirmaron la presencia de urea y tiourea en los aerogeles. Las interacciones intermoleculares producidas entre estos componentes y la CMC pueden ser las responsables de los resultados observados. La mayor capacidad de la urea de producir interacciones de tipo puente hidrógeno con la CMC produce una red más rígida con un módulo elástico 16 veces mayor al de los alcogeles con tiourea, lo cual se midió en un reómetro rotacional de platos paralelos, indicando una mayor estabilidad mecánica, y por ende, conduciendo a una mayor porosidad y área superficial en los aerogeles finales. Por otro lado, los aerogeles obtenidos demostraron una alta capacidad de absorción en medios fisiológicos simulados con valores entre 70-600 % que dependieron del pH del medio (1,2 a 7,4) y de la composición de los aerogeles, siendo los que contenían tiourea los que presentaron mayores hinchamientos. En conclusión, si bien los aerogeles obtenidos presentaron distintas propiedades según el solvente utilizado en la preparación de los hidrogeles, ambos presentaron alta porosidad, bajas densidades y una gran capacidad de absorción de medios acuosos. Así, estos materiales resultan potencialmente útiles en el área biomédica/farmacéutica como plataformas para el transporte y la liberación de compuestos activos, así como también en el área ambiental en la remoción de contaminantes.