Caracterización de matrices organicas porosas en el estado Hinchado por RMN

M.I. VELASCO; E.V. SILLETTA; C.G. GOMEZ; R. H. ACOSTA; G.A. MONTI; M. C. STRUMIA

Mar del Plata

Congreso; XIX Simposio Nacional de Química Orgánica; 2013

En la actualidad, matrices poliméricas con tamaños y estructura de poros definidos encuentran amplia utilización en diversas áreas de la química tales como catálisis, inmovilización de enzimas, HPLC, adsorbentes o en la liberación de principios activos. Estos polímeros presentan poros en su estructura, tanto en el estado seco como en el hinchado, pero la mayoría de las técnicas empleadas para conocer propiedades fisicoquímicas de estas matrices se aplican exclusivamente en el estado seco. Si bien se conoce que las estructuras y propiedades difieren mucho entre la matriz seca e hinchada, pocos métodos aportan información sobre el estado hinchado; aun cuando en la mayoría de las aplicaciones involucran a estas matrices en dicho estado. La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es una herramienta idónea para el estudio de la dinámica molecular de diferentes líquidos confinados, espacialmente en materiales macro, meso y nanoporosos por medio de cambios en sus tiempos de relajación. En los experimentos de relajación transversal por RMN, tanto la difusión dentro del poro como la relajación inducida por la reducción de movilidad del líquido próximo a la pared de la matriz son fuentes adicionales de relajación, que son extremadamente útiles para determinar no solo propiedades estructurales sino también funcionales presentes en la superficie del material de sistemas porosos. En particular el uso de la secuencia1H-CPMG permite la determinación de los valores de tiempo de relajación transversal (T2) que presentan las moléculas de líquidos, y este puede relacionarse con el tamaño del poro al cual se lo ha confinado. Por ende, a partir de los datos de relaxometría es posible, no solo realizar la caracterización del material en el estado hinchado, sino también observar el comportamiento de la matriz durante la evaporación. Para este trabajo se sintetizaron polímeros de metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) entrecruzado con di-metacrilato de etilenglicol (EGDMA) variando la proporción de entrecruzante entre 6 y 33%. La cantidad de entrecruzante presenta un marcado efecto sobre las propiedades finales del material. En primera instancia se procedió al estudio de los materiales en estado seco e hinchado. Dada las características polares de las matrices, a fin de caracterizar el estado seco, se utilizó heptano como líquido de estudio, ya que las moléculas de éste penetran en los poros del sólido, pero no solvatan las cadenas poliméricas por lo que no se altera la morfología de la red. De modo opuesto, cuando se utilizóutilizando agua para el estudio, las propiedades de la matriz cambian drásticamente por efecto de la solvatación de las cadenas, alcanzando el polímero su equilibrio en estado hinchado. Mediante el análisis de las distribuciones de T2 se pudo determinar parámetros útiles para la caracterización del material, tales como diámetro de poro, porosidad y la contribución de cada población de poros al valor de porosidad total. La información obtenida es congruente con el de los datos determinados otras técnicas analíticas. Asimismo, esta técnica permite observar la variación de la distribución de poblaciones de poros a medida que se evapora el solvente. Se observaron diferencias marcadas en el comportamiento de las poblaciones de poros entre el empleo de heptano o agua como solvente. Esto permite inferir, a partir de la cinética de evaporación, propiedades específicas de cada una de las matrices orgánicas estudiadas. Puede destacarse entonces, que la relaxometría por RMN proporciona información de la estructura de poros de diferentes matrices poliméricas. Estos parámetros son muy útiles para la caracterización de los materiales porosos y, a diferencia mayoría de las técnicas convencionales, esta información puede obtenerse midiendo directamente tanto en el estado seco como el hinchado. El estudio en el estado hinchado también proporciona información de la estructura de la maya de la red. Esta técnica constituye una metodología directa, simple, rápida y no destructiva para la determinación de la arquitectura porosa de los materiales.