IPQA   26111
INSTITUTO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO EN INGENIERIA DE PROCESOS Y QUIMICA APLICADA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE SOLUCIONES DE POLÍMEROS HIDROFÓBICAMENTE MODIFICADOS MEDIANTE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR A CAMPO BAJO
Autor/es:
JUÁREZ DATA, ROGER MARTÍN NOÉ; MILANESIO JUAN; LEONEL GARRO LINK; MIRIAM STRUMIA; MANUEL VELAZCO; RODOLFO ACOSTA
Lugar:
Buenos Aires
Reunión:
Congreso; XIII Simposio Argentino de Polímeros (SAP 2019); 2019
Institución organizadora:
CENTRO DE INVESTIGACIONES EN HIDRATOS DE CARBONO CIHIDECAR CONICET
Resumen:
Los polímeros solubles en agua base de acrilamida (AAm) y sus análogos hidrofóbicamente modificados son de interés debido a sus propiedades reológicas y su aplicación como agentes espesantes en pinturas, cosméticos y recuperación mejorada de petróleo, etc. (Lauber, 2017). Una pequeña cantidad de grupos hidrofóbicos en la cadena polimérica puede llevar a cambios importantes en el comportamiento asociativo en solución, y la incorporación de grupos iónicos como el ácido acrílico (AAc) puede dar como resultado una solubilidad mejorada del polímero y una mayor respuesta de las propiedades de la solución al pH. En general, se establece que, por encima de la concentración de superposición de polímeros (C*), el aumento dramático de la viscosidad se debe a la naturaleza asociativa de los grupos hidrofóbicos que forman un retículo polimérico autoensamblado en solución y por ende una viscosidad de solución elevada. (Li, 2004). Desde los años 50 la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) se considera una técnica muy eficiente para el estudio de la dinámica molecular de soluciones poliméricas. A través de mediciones de tiempos de relajación característicos T1 (tiempo de relajación longitudinal o spin-red) y T2 (tiempo de relajación transversal o spin-spin) se puede obtener información de las interacciones entre las cadenas del polímero con las moléculas del solvente. Además, se puede obtener información de la dinámica de las moléculas en la solución estudiada. El estudio de estos tiempos característicos da evidencia del confinamiento del líquido producto de las estructuraciones de las cadenas poliméricas de la solución.Parte experimentalSe realizó la sínesis de copolímeros AAc:AAm y terpolímeros utilizando n-butilmetacrilato (BMA) como monómero hidofóbico, AAc:AAm-BMA, mediante la metodología de polimerización en solución por prcipitación. Para ello se mezclaron los monómeros AAc, AAm y/o BMA según el polímero deseado, se utilizó el iniciador radicalario 1,1'-azobis (ciclohexanocarbonitrilo), acetato de etilo como solvente y la mezcla se purgó con N2 por 15 minutos. La polimerización se llevó a cabo a 80°C durante 12h. La estuctura de los polímeros se confirmó mediante FT-IR y 1H-RMN. El rendimiento de reacción, peso molecular y % de AAc incorporado se determinaron mediante cálculo de masa inicial y final, GPC, titulación acido base respectivamente. Se prepararon soluciones poliméricas en buffer pH 4, 7 y 10 y se estudío la viscosidad aparente mediante reometría rotacional a concentraciones 0,15; 0,5 y 1,0% p/p a 10 s-1 y 20°C.Se realizaron mediciones de RMN a campo bajo (0.5 T). Empleando la secuencia Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG), se determinaron los tiempos de relajación transversal T2 de protones y con el uso de la secuencia Saturación-Recuperación se obtuvieron los valores de los tiempos de relajación longitudinal T1 de las tres soluciones poliméricas sintetizadas. En la caracterización estructural de los productos por FTIR se observaron las señales de los monómeros que conforman cada polímero: en el rango de 3100?3500 cm-1 (estiramiento O?H y N?H), y las señales de carbonilo del ácido y la amida a 1708 y 1654 cm-1 respectivamente. Como las señales del éster correspondientes a BMA no pudieron ser identificadas IR, se corroboró la incorporación de éste monómero mediante 1H-RMN en D2O con las señales de los grupos metilos a 0,87 y 1,12 ppm. Se determinaron propiedades como rendimiento (entre 83 a 98%), la incorporación de equivalentes ácidos acorde a lo cargado en la alimentación y pesos moleculares en el orden de 105 g.mol-1. Los estudios de viscosidad de las soluciones poliméricas a concentración fija (1,0% p/p), mostraron un aumento para todos los polímeros en la medida que se incrementaba el pH (Figura 1(a)). Como todos los polímeros contienen entre 75 a 92% de grupos ácidos, el incremento se relaciona con el efecto de repulsión electrostática de los grupos carboxilo al pH dado. En particular, la solución del polímero 100:00-BMA a pH 10 y 1% p/p mostró un aumento en la viscosidad de aproximadamente el triple de las soluciones de los otros 2 polímeros. El alto grado de ionización (a pH 10) podría interrumpir las asociaciones hidrofóbicas intramoleculares causando un reordenamiento de la red con una preferencia para asociaciones intermoleculares. (Li, 2004). Se muestra el cambio de la viscosidad con la concentración de polímero a pH 10. Allí se observa un cambio drástico de viscosidad de 100:00-BMA, donde se puede estar atravesando la C* con asociaciones hidrofóbicas intermoleculares. Lo que significa a su vez que 75:25-BMA no alcanzó aún C* mostrando resultados similares a 75:25.Al analizar la variación de los tiempos de relajación largos respecto a la adición del monómero hidrofóbico se observó que el valor T2 disminuye. Este hecho se asocia a la estructuración de las cadenas poliméricas en la solución, confinando las moléculas del solvente.La viscosidad de las soluciones se ve afectada por el pH y la concentración debido, principalmente, a los grupos carboxílicos y la presencia de BMA. Los dos mecanismos, la asociación interpolímero, y la expansión de los ovillos por la ionización de los grupos carboxílicos parecen ser los responsables del aumento marcado en la viscosidad. Por RMN se pudo evidenciar que las moléculas de agua se encuentran en diferentes entornos asignables a moléculas en la solución y a aquellas con fuertes interacción con las cadenas poliméricas. Con las variaciones en los tiempos de relajación T1 y T2 en las distintas muestras se pudo realizar un cálculo de la viscosidad dinámica con buena correlación con los valores obtenidos por otras técnicas.