ANÁLISIS DE LA SÍNTESIS DE BIOPOLÍMEROS POR ENTRECRUZAMIENTO DE AISLADOS DE PROTEÍNA DE SOJA CON GLUTARALDEHÍDO

SUAREZ, NATALIA; MEYER, CAMILO; REGENHARDT, SILVINA; DUARTE, HERNÁN A.; INALBON, C.; ZANUTTINI, MIGUEL; MARCHI, ALBERTO

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, SAM 2022; 2022

INTEMA

En la actualidad existe una gran variedad de materiales compuestos basados en madera como ser la madera terciada, los tableros de partículas, el MDF, entre otros, donde se utilizan resinas de fenol-formaldehído o urea-formaldehído como adhesivos de las fibras lignocelulósicas. Ambos adhesivos son de origen sintético, derivados del petróleo. Esto implica no solo el uso de un recurso natural no renovable, sino que también se contribuye a la profundización de la contaminación ambiental generada durante la disposición final de estos materiales debido a su muy baja biodegradabilidad. Además, hoy en día se propone evitar el uso de formaldehído, por considerarlo un compuesto de alta toxicidad y con propiedades cancerígenas.De esta manera, se comenzó a darle más importancia a polímeros biobasados, entre los que se destaca la proteína de soja por ser biodegradable, fácilmente procesable y mostrar una elevada fuerza de adherencia. Sin embargo, sus propiedades mecánicas y resistencia al agua deben ser mejoradas a través del entrecruzamiento de las cadenas de proteína. Entre los entrecruzantes más utilizados se halla el glutaraldehído (GTA), el cual es muy efectivo para reaccionar con los grupos amino terminales presentes en la proteína en los residuos de lisina. Sin embargo, todavía no hay un total acuerdo en cómo ocurre este mecanismo de entrecruzamiento. El principal motivo de esto es la diversidad de especies presentes en el equilibrio del GTA, las que varían en función del pH, la concentración y la temperatura. Por lo que los mecanismos de entrecruzamiento con proteínas dependen de las especies de GTA presentes en el equilibrio. En este trabajo se presenta un estudio de la síntesis de adhesivos biobasados, en particular, aislado de proteína de soja (soy protein isolate - SPI) modificado a través de reacciones de entrecruzamiento con GTA. El SPI se extrajo a partir de harina de soja (HS) mediante precipitación isoeléctrica. Se partió de una suspensión de HS en agua a 60°C a la cual se le ajustó el pH a 9 con NaOH. Posteriormente, se adicionó HCl(dis) hasta alcanzar el punto isoeléctrico de las mismas a pH=4,5. A continuación, y mediante sucesivas etapas de concentración a baja temperatura, se obtuvo el SPI. Este último se combinó con una solución acuosa al 50% m/v de GTA de manera de variar la relación GTA/SPI entre 0 y 1 g GTA/ g SPI. Luego, se procedió al curado en estufa empleando el siguiente programa de temperatura: 24 h a 100°C, 18 h a 120°C y 24 h a 100°C. La caracterización fisicoquímica de las muestras de biopolímeros se realizó por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Las especies en equilibrio del GTA a pH= 4,5 y temperatura ambiente se determinaron mediante resonancia magnética nuclear (NMR).En los espectros de FTIR se observaron las tres señales características de las proteínas: amida I (tensión C=O, 1647 cm-1), amida II (flexión N-H, 1631 cm-1) y amida III (tensión C-N, 1234 cm-1). Los espectros de NMR corroboraron la presencia de varios compuestos del GTA en equilibrio en medio ácido capaces de participar en el entrecruzamiento de las cadenas de proteína, en acuerdo con los cambios observados en los espectros FTIR de las muestras de SPI con entrecruzante. La especie predominante identificada por NMR es la cíclica oligomérica, seguida por la cíclica monomérica, cuyos grupos OH reaccionan con los grupos amino primarios de la lisina para dar lugar a la formación de aminas secundarias, lo que conduce a un aumento de la señal de tensión de N-H (3410 cm-1, no mostrado en este trabajo). Esta reacción, además, produce la inserción de grupos éter, C-O-C, en la red del polímero entrecruzado, lo cual está de acuerdo con el incremento de la intensidad observado en la señal a 1053 cm-1. Por otro lado, los grupos carbonilo del GTA en su forma libre reaccionan con los grupos NH2 de las proteínas para dar lugar a un enlace imina, C=N. Si bien esta señal se superpone con la de amida I, su presencia se confirmó debido al aumento de la relación amida I/amida II. Al aumentar la relación GTA/SPI, se observa un hombro en la señal amida I, aproximadamente a 1720 cm-1, el cual se asignó a la presencia de GTA libre sin reaccionar. Mediante análisis por TGA se determinaron cuatro etapas de pérdida de masa para las muestras entrecruzadas con GTA, en los siguientes rangos: 25-130°C, 130-240°C, 240-370 °C y 370-530°C que corresponden a la pérdida de humedad, evaporación de GTA sin reaccionar, descomposición de las cadenas de proteína y degradación de especies formadas luego del entrecruzamiento, más estables que el esqueleto de la proteína, respectivamente.Estos resultados permiten concluir que las reacciones de entrecruzamiento que ocurren en medio ácido dependen del tipo de interacción entre los grupos amino del SPI y las distintas especies del GTA presentes en el equilibrio. Se destaca además que la resistencia térmica del SPI aumenta con el entrecruzamiento con GTA.