Enzymatic hydrophobic modification of jute fibers via grafting to reinforce composites

Horseradish peroxidase (HRP)/H2O2 system catalyzes the free-radical polymerization of aromatic compounds such as lignins and gallate esters. In this work, dodecyl gallate (DG) was grafted onto the surfaces of lignin-rich jute fabrics by HRP-mediated oxidative polymerization with an aim to enhance the hydrophobicity of the fibers. The DG-grafted jute fibers and reaction products of their model compounds were characterized by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-TOF MS), attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and differential scanning calorimetry (DSC). The results clearly indicated the grafting of DG to the jute fiber by HRP. Furthermore, the hydrophobicity of jute fabrics was determined by measuring the wetting time and static contact angle. Compared to the control sample, the wetting time and static contact angle of the grated fabrics changed from ~1 s to 1 h and from ~0° to 123.68°, respectively. This clearly proved that the hydrophobicity of jute fabrics improved considerably. Conditions of the HRP-catalyzed DG-grafting reactions were optimized in terms of the DG content of modified jute fabrics. Moreover, the results of breaking strength and elongation of DG-grafted jute/ polypropylene (PP) composites demonstrated improved reinforcement of the composite due to enzymatic hydrophobic modification of jute fibers.

Reacciones catalíticas para Química Fina

El proyecto está dirigido a proporcionar métodos catalíticos para la preparación de productos de Química Fina, ya sea como producto final o intermediarios, principalmente dentro del campo de la fabricación de esencias, saborizantes y productos farmacológicos. Todo este proyecto tiene por finalidad la obtención de datos que permitan en otro desarrollo, el escalado a mayor producción no solamente de proceso (productos) sino en el caso de obtenerse un catalizador sólido, deberá proveerse la técnica de preparación del mismo, para cumplir con requerimientos habituales de las industrias, especialmente Pymes. (...) Otro tipo de proceso está representado por la síntesis vía catálisis heterogénea de ésteres del tipo del acetato de amilo y similares de uso, según su calidad como saborizante y en la industria de la perfumería. En este caso la catálisis involucrada es de tipo ácido. El objetivo general de este proyecto consiste en el desarrollo y síntesis de catalizadores heterogéneos para ser utilizado en reacciones seleccionadas de química fina, estudio de dichas reacciones y escalado de las mismas. Este objetivo general puede ser desglosado en cuatro partes u objetivos específicos: a) Optimización del sistema de reacción para síntesis de catalizadores básicos como: * Arcillas aniónicas; * Óxidos metálicos simples y mixtos; * Metales alcalinos y soportados; * Asbestos, carbones y resinas aniónicas. b) Caracterización de los catalizadores utilizando FTIR, Área superficial, Volumen de poros, Distribución y Capacidad de adsorción de moléculas sonda. c) Empleo de los catalizadores desarrollados y caracterizados en procesos de Química Fina.

Interacciones Transitorias de Proteínas Solubles con Membranas Lipídicas. Transient interactions of soluble proteins with lipid membranes.

La transferencia de proteínas solubles a la interfase de la membrana lipídica es un paso clave en varios procesos celulares. Esta traslocación resulta en un importante cambio en el ambiente de la proteína con consecuencias sobre su conformación, estabilidad y actividad biológica. En este proyecto estudiamos las condiciones que determinan la unión a la membrana, particularmente el balance entre interacciones electrostáticas e hidrofóbicas, y los factores que determinan la conformación, estabilidad y dinámica de la proteína en interfaces. Particularmente, estudiaremos la interacción con membranas de la proteína transportadora de ácido cólico de hígado de ave L-BABP, la proteína beta-2 glicoproteína humana y la proteína asociada a microtúbulos SL21. Hemos encontrado que el estado de fase del lípido determina la conformación y estabilidad de L-BABP unida periféricamente. En este proyecto estudiaremos la naturaleza de las interacciones que determinan esta dependencia. beta-2 glicoproteína humana se une a membranas aniónicas e induce cambios estructurales en el lípido cuando ocurre la transición al estado desplegado de la proteína. El proyecto contempla estudiar comparativamente las interacciones del estado nativo y parcialmente desplegado de beta-2 glicoproteína con membranas. Estudiaremos los cambios conformacionales de proteínas y lípidos utilizando espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de emisión de fluorescencia y espectroscopia de dicroísmo circular (CD). Utilizaremos calorimetría diferencial de barrido (DSC) para estudios de estabilidad y espectroscopia de fosforescencia para estudiar dinámica rotacional de proteínas en la membrana.

Síntesis, caracterización y aplicaciones específicas de metalosilicatos cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de nanoestructuras. Synthesis, characterization and specific aplications of crystalline micro and mesoporous metallosilicates with nanostructures.

La síntesis de materiales cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de micro/nano partículas/clusters de especies formadas con entidades propias interaccionando con las redes, como óxidos de metales, cationes de neutralización, especies metálicas, etc., pueden potencialmente ser utilizados como "materiales hospedaje" en óptica, electrónica, sensores, como materiales magnéticos, en estrategias ambientales de control de la contaminación, catálisis en general y procesos de separación. Se sintetizaran y caracterizaran por diversas técnicas fisicoquímicas, zeolitas microporosas de poro medio (ZSM) y poro grande (Y), y materiales mesoporosos (MCM-41). La aplicación de los mismos se orientara, por una parte, a procesos catalíticos tecnológicamente innovadores relacionados con los siguientes campos: a)catálisis ambiental: transformación de desechos plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno o mezclas de los mismos) a hidrocarburos de mayor valor agregado (gasolinas, gasoil, gases licuados de petróleo, hidrocarburos aromáticos); b)química fina: oxidación parcial de hidrocarburos aromáticos hacia la obtención de commodities, fármacos, etc. Por otra parte, se evaluaran las propiedades magnéticas (ferromagnetismo, paramagnetismo, superparamagnetismo, diamagnetismo) que algunos de estos materiales presentan, en busca de su correlación con sus propiedades catalíticas, cuando sea factible. Se estudiaran las condiciones óptimas de síntesis de los materiales, aplicando técnicas hidrotermicas o sol gel, controlando variables como temperaturas y tiempos de síntesis, pH de geles iniciales-intermedios-finales, tipo de fuentes precursoras, etc. La modificación de las matrices con Co, Cr, Mn, H, o Zn, se realizara mediante diversos tratamientos químicos (intercambio, impregnación) a partir de las sales correspondientes, con el objeto de incorporar elementos activos al estado iónico, metálico, clusters, etc.; y la influencia de distintos tratamientos térmicos (oxidantes, inertes o reductores; atmósferas dinámicas o estáticas; temperaturas). La caracterización estructural de los materiales será por: AA (cuantificación elemental de bulk); XRD (determinacion de presencia de especies oxidos o metalicas de Zn, Co, Cr, o Mn; determinacion de cristalinidad y estructura); BET (determinacion de area superficial); DSC-TG-DTA (determinacion de estabilidad de las matrices sintetizadas); FTIR de piridina (determinacion de tipo-fuerza-cantidad de sitios activos); Raman y UV-reflectancia difusa (determinacion de especies ionicas interacturando o depositadas sobre las matrices); TPR (identificacion de especies reducibles); SEM-EDAX (determinacion de tamaño de particulas de especies activas y de las matrices y cuanfiticacion superficial); Magnetómetros SQUID y de muestra vibrante (medición de magnetización y susceptibilidad magnética a temperatura ambiente con variación de campo externo aplicado, y variación de temperaturas (4 a 300 K) con campo externo fijo). En síntesis, se plantean tres grandes áreas de trabajo: No1)Síntesis y caracterización de materiales micro y mesoporosos nanoestructurados; No2) Evaluación de las propiedades catalíticas; No3) Evaluación de las propiedades magnéticas. Estos lineamientos nos permitirán generar nuevos conocimientos científicos-tecnológicos, formando recursos humanos (dos becarios posdoctorales; un becario doctoral; tres becarios alumnos de investigación; aproximadamente 15 pasantes de grado al año) aptos para emprender tales desafíos. Los conocimientos originados son constantemente trabajados en las actividades docentes de grado y posgrado que los integrantes del proyecto poseen. Finalmente serán transmitidos y puestos a consideración de pares evaluadores en presentaciones a congresos nacionales e internacionales y revistas especializadas.

Síntesis y Caracterización de Materiales Nanoestructurados para el Almacenamiento de Hidrógeno. Hidrogen storage: Synthesis and characterization of nanostructured materials.

El hidrógeno tiene, actualmente, una atención considerable por su posible uso como combustible limpio y otros usos industriales y se ha demostrado que es posible hacer funcionar motores de combustión interna, por lo tanto es una alternativa viable respecto de fuentes de energía no renovables como el petróleo y tal vez sea en el futuro la tecnología más prometedora para reducir la contaminación, conservando el suministro de combustibles fósiles. Uno de los principales problemas para la utilización del hidrógeno como combustible es el del almacenamiento para que pueda ser seguro y transportable con todos los riesgos que esto supone. En este sentido el estudio de la adsorción de polímeros conductores (tal como polianilina, PANI o polipirrol PPy) y su posterior polimerización sobre hospedajes como aluminosilicatos meso y microporosos y carbones mesoporosos, es de suma importancia por sus propiedades para el almacenamiento de H2. El objetivo general de este proyecto es Investigar el almacenamiento de hidrógeno en nuevos composites nano/microestructurados. La síntesis de materiales micro/mesoporosos (MFI, MEL, BEA, L, MS41, SBA-15, SBA-1, SBA-3, SBA-16, CMK-3) para usos como hospedaje se realizan por sol-gel o síntesis hidrotérmica y se modificarán con TiO2, CeO2, ZrO2 y eventualmente con Ir, Ni, Zr. Muestras de estos hospedajes serán expuestos a vapores del monómero puro (anilina o pirrol). Luego se polimerizarán por polimerización oxidativa. Los nanocomposites sintetizados se caracterizarán por XRD, FTIR, DSC, TGA, SEM, TEM, EXFAS, XANES, UV-Vis. La adsorción de hidrógeno sobre los composites se llevará a cabo en un Reactor Parr, desde presiones atmosféricas y a altas presiones y varias temperaturas de adsorción . Los estudios de desorción de hidrogeno se llevarán a cabo en un equipo Chemisorb Micrometrics y se realizarán estudios termogravimétricos y de capacidad de retención de Hidrogeno por el nanocomposite. La importancia del estudio de este proceso tiene importantes implicancias económicas y sociales que serán preponderantes en el futuro debido a las cada vez más exigentes regulaciones ambientales. Además se contribuirá al avance del conocimiento científico, ya que es posible diseñar nuevos materiales, los que además permitirán generar reservorios de H2 con alta eficiencia. Por lo consiguiente: - Se desarrollarán nuevos materiales nanoestructurados, micro y mesoporosos y nanoclusters de especies activas en los hospedajes como así también la inclusión de polímeros (PANI, PPy) dentro de los canales de estos materiales. - Se caracterizarán estos materiales por métodos espectroscópicos (fisicoquímica de superficie). - Se estudiará la adsorción /absorcion de H2 en los nuevos materiales desarrollados. -Se aplicarán métodos de diseño de experimento (RDS), para optimizar el proceso de almacenamiento de H2, nivel de interacción de variables sinérgicas o colinérgicas.

Desenvolupament d'hidrogels superficials que contenen motius d'adhesió cel·lular

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Departament d’Enginyeria Química del Massachusetts Institute of Technology entre abril i octubre del 2006. S’ha dissenyat i sintetitzat uns nous films polimèrics, amb aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, utilitzant la tècnica anomenada iCVD (initiated Chemical Vapor Deposition), prèviament desenvolupada pel grup receptor. Es tracta d’uns hidrogels superficials de gruix controlable, que incorporen un monòmer fluorat, el qual s’havia estudiat extensament en el grup d’origen. Aquest monòmer es caracteritza per reaccionar molt fàcilment amb pèptids, de manera que aquests queden units covalentment a la superfície. Diferents estratègies pel desenvolupament d’aquests copolímers han estat avaluades, tant des del punt de vista purament sintètic com de la pròpia aplicació. Les condicions de polimerització han estat optimitzades i els hidrogels s’han caracteritzat químicament per tècniques espectroscòpiques (FTIR, XPS), i físicament per angle de contacte i el·lipsometria. D’aquesta manera, s’ha estudiat la capacitat dels hidrogels d’absorbir aigua i alhora augmentar el seu gruix, depenent de la quantitat d’agent reticulant introduït i de la incorporació del nou monòmer. A continuació, s’han optimitzat les condicions de reacció d’aquestes superfícies amb pèptids que incorporen una molècula fluorescent, la qual permet detectar fàcilment per microscòpia de fluorescència si la reacció ha tingut lloc. Una vegada la plataforma ha estat posada a punt, s’han iniciat assajos cel·lulars tant amb fibroblasts embriònics de ratolí com amb cèl·lules humanes umbilicals. Els resultats preliminars suggereixen una morfologia diferent de les cèl·lules segons si es cultiven sobre films modificats amb pèptids que promouen l’adhesió cel·lular o sobre les seves seqüències permutades no actives. Però, el més interessant és que també s’han observat certes diferències depenent si els films contenen el component hidrogel o no, fet que suggeriria un paper actiu d’aquests noves superfícies en el comportament cel·lular.

The application of chemometrics on Infrared and Raman spectra as a tool for the forensic analysis of paints

The aim of this work is to evaluate the capabilities and limitations of chemometric methods and other mathematical treatments applied on spectroscopic data and more specifically on paint samples. The uniqueness of the spectroscopic data comes from the fact that they are multivariate - a few thousands variables - and highly correlated. Statistical methods are used to study and discriminate samples. A collection of 34 red paint samples was measured by Infrared and Raman spectroscopy. Data pretreatment and variable selection demonstrated that the use of Standard Normal Variate (SNV), together with removal of the noisy variables by a selection of the wavelengths from 650 to 1830 cm−1 and 2730-3600 cm−1, provided the optimal results for infrared analysis. Principal component analysis (PCA) and hierarchical clusters analysis (HCA) were then used as exploratory techniques to provide evidence of structure in the data, cluster, or detect outliers. With the FTIR spectra, the Principal Components (PCs) correspond to binder types and the presence/absence of calcium carbonate. 83% of the total variance is explained by the four first PCs. As for the Raman spectra, we observe six different clusters corresponding to the different pigment compositions when plotting the first two PCs, which account for 37% and 20% respectively of the total variance. In conclusion, the use of chemometrics for the forensic analysis of paints provides a valuable tool for objective decision-making, a reduction of the possible classification errors, and a better efficiency, having robust results with time saving data treatments.

Posada a punt i validació de l'anàlisi d'urea en llet crua mitjançant IR per transformada de Fourier

L’objectiu principal d’aquest projecte és posar a punt el mètode d’anàlisi d’urea en llet crua de vaca mitjançant la tècnica d’Infraroig per Transformada de Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR). S’haurà de portar a terme la validació del mètode per FTIR (seguint els criteris de la ISO 17025) mitjançant la comparació amb el mètode de referència utilitzat actualment al laboratori.

Evidence of growth and sector zoning in hydrothermal quartz from Alpine veins

Several quartz crystals from three different Alpine vein localities and of known petrologic setting and evolution have been examined for possible elemental sector zoning in order to help to constrain the mechanisms of such trace element incorporation. Using different in situ techniques (EMPA, LA-ICPMS, SIMS, FTIR-spectroscopy), it was established that Al and Li concentrations can exceed several hundreds of ppma for distinct growth zones within crystals formed at temperatures of about 300 degrees C or less and that also display patterns of cyclic growth when examined with cathodoluminescence. In contrast, crystals formed at temperatures closer to 400 degrees C and without visible cyclic growth have low concentrations of Al and Li as well as other trace elements. Al and Li contents are correlated along profiles measured within the crystals and in general their proportion does not change along the profiles. No relationships were found between Al, Na, and K, and germanium has a qualitative relationship with Al. FTIR spectra also show OH(-) absorption bands within the quartz, with higher amplitudes in zones rich in Al and Li. Sector zoning is present. It is most pronounced between prismatic and rhombohedral faces of the same growth zone, but also between the rhombohedral faces of r and z, which contain different amounts of trace elements. The sector zoning is also expressed by changes in the Li/Al ratio, with higher ratios in 17 compared to r faces. It is concluded that the incorporation of trace elements into hydrothermal quartz from Alpine veins is influenced by growth mechanisms and surface-structures of the growing quartz crystals, the influence of which may change as a function of temperature, pH, as well as the chemical composition of the fluid.

Study of chemical modification of alkaline lignin by the glyoxalation reaction

In this study, glyoxalated alkaline lignins with a non-volatile and non-toxic aldehyde, which can be obtained from several natural resources, namely glyoxal, were prepared and characterized for its use in wood adhesives. The preparation method consisted of the reaction of lignin with glyoxal under an alkaline medium. The influence of reaction conditions such as the molar ratio of sodium hydroxide-to-lignin and reaction time were studied relative to the properties of the prepared adducts. The analytical techniques used were FTIR and 1H-NMR spectroscopies, gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetric analysis (TGA). Results from both the FTIR and 1H-NMR spectroscopies showed that the amount of introduced aliphatic hydroxyl groups onto the lignin molecule increased with increasing reaction time and reached a maximum value at 10 h, and after they began to decrease. The molecular weights remained unchanged until 10 h of reaction time, and then started to increase, possibly due to the repolymerization reactions. DSC analysis showed that the glass transition temperature (Tg) decreased with the introduction of glyoxal onto the lignin molecule due to the increase in free volume of the lignin molecules. TGA analysis showed that the thermal stability of glyoxalated lignin is not influenced and remained suitable for wood adhesives. Compared to the original lignin, the improved lignin is reactive and a suitable raw material for adhesive formula

Synthesis and characterization of kraft lignin-based epoxy resins

Epoxidization is an interesting way to develop a new application of lignin and therefore to improve its application potential. In this work, kraft lignin-based epoxy resins were obtained by the epoxidization reaction, using the kraft lignin recovered directly from pulping liquor and modified by a methylolation reaction. The methylolated lignins were obtained by the reaction of original kraft lignin with formaldehyde and glyoxal, which is a less volatile and less toxic aldehyde. 1H-NMR spectroscopy showed that methylolated kraft lignin has more hydroxymethyl groups than glyoxalated kraft lignin. For the epoxidization reaction we studied the influence of the lignin:NaOH (w/w) ratio, temperature, and time of the reaction on the properties of the prepared epoxidized lignins. The structures of lignin-based epoxy resins were followed by epoxy index test and FTIR spectroscopy. Optimal conditions were obtained for lignin-based epoxy resin produced at lignin/NaOH = 1/3 at 70 ºC for 3h. Thermogravimetry analysis (TGA) revealed that the epoxidization enhances the thermal stability of lignins and may allow a wider temperature range for applications with lignin epoxy-PF blends

Characterization of alkaline lignins for use in penol-formaldehyde and epoxy resins

Besides polyurethanes and polyesters, phenolic and epoxy resins are the most prominent applications for technical lignins in thermosetting materials. To evaluate the potential application of lignin raw materials in phenol formaldehyde and epoxy resins, three types of alkaline lignins were characterized in terms of their structures and thermal properties. The lignin samples analyzed were kraft lignin (LIG-1), soda–rice straw lignin (LIG-2), and soda-wheat straw lignin (LIG-3). FTIR and 1H-NMR methods were used to determine their structure. Gel permeation chromatography (GPC) was used to determine the molecular weight distribution (MWD). Differential scanning calorimetry (DSC) was used to measure the glass transition temperature (Tg), and thermogravimetric analysis (TGA) to determine the thermal stability of lignin samples. Results showed that kraft lignin (LIG-1) has moderate hydroxyl-group content, is rich in G-type units, and has good thermal stability. These properties make it more suitable for direct use in phenol formaldehyde resins, and it is therefore a good raw material for this purpose. The alkaline soda-rice straw lignin (LIG-2) with a high hydroxyl-group content and excellent thermal stability is most suited to preparing lignin-based epoxy resin

Preparation and properties of starch-based biopolymers modified with difunctional isocyanates

The present work reports on the preparation of thermoplastic starch (TPS) modified in situ with a diisocyanate derivative. Evidence of the condensation reaction between the hydroxyl groups of starch and glycerol with the isocyanate function (NCO) was confirmed by FTIR analysis. The evolution of the properties of the ensuing TPS, in term of mechanical properties, microstructure, and water sensitivity, was investigated using tensile mechanical, dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), X-ray diffraction (XRD), and water uptake. The results showed that the addition of isocyanate did not affect the crystallinity of the TPS and slightly reduced the water uptake of the material. The evolution of the mechanical properties with ageing became less pronounced by the addition of the isocyanate as their amount exceeded 4 to 6wt%.

Estabilitat i diagènesis dels fitòlits de silici en els jaciments arqueològics

Estudi realitzat a partir d’una estada al Kimmel Center for Archaeological Research, Israel, entre 2010 i 2012. Els fitòlits són un dels components principals dels sediments arqueològics. Són relativament estables i menys propensos a la degradació biològica que altres restes vegetals, però també poden ser afectats per la diagènesis. Per entendre com la diagènesis afecta als fitòlits hem desenvolupat una aproximació experimental utilitzant solucions alcalines per determinar l’estabilitat individual de fitòlits fòssils i moderns. L’experimentació ha estat completada amb un estudi de camp a Izbet Sartah. Els resultats mostren com la diagènesis canvia la composició dels conjunts de fitòlits, i per tant afecta la interpretació arqueològica. Conseqüentment, hem desenvolupat un mètode per determinar l’estat de preservació dels fitòlits en els jaciments arqueològics. L’experimentació mostra com els fitòlits moderns són més solubles que els fitòlits fòssils. Tant els fitòlits fòssils com els moderns són menys estables si són cremats. No totes les morfologies es preserven igual, indicant així que hi ha unes morfologies més estables que unes altres. Els fitòlits amb decoracions delicades, especialment aquells formats a la inflorescència de gramínies, són més propensos a la dissolució que els de les fulles. L’avaluació de l’estat de preservació dels fitòlits en jaciments arqueològics es pot realitzar utilitzant un conjunt de tècniques com ara: l’Index de Variació de Fitòlits, el mètode de dissolució ràpida, la identificació de morfologies delicades i la utilització del FTIR. Proposem que la diagènesis dels fitòlits depèn directament de la quantitat inicial de fitòlits en els sediments, la velocitat de sedimentació, i la presència o absència de fitòlits i plantes modernes en l’àrea estudiada. Els resultats d’aquesta investigació han estat publicats en dos articles afegits al final de l’informe (Cabanes et al., 2011 i Cabanes et al., in press), presentats en congressos internacionals i utilitzats indirectament en altres investigacions.

Transmission Fourier transform infrared microspectroscopy allows simultaneous assessment of cutin and cell-wall polysaccharides of Arabidopsis petals.

A procedure for the simultaneous analysis of cell-wall polysaccharides, amides and aliphatic polyesters by transmission Fourier transform infrared microspectroscopy (FTIR) has been established for Arabidopsis petals. The combination of FTIR imaging with spectra derivatization revealed that petals, in contrast to other organs, have a characteristic chemical zoning with high amount of aliphatic compounds and esters in the lamina and of polysaccharides in the stalk of the petal. The hinge region of petals was particular rich in amides as well as in vibrations potentially associated with hemicellulose. In addition, a number of other distribution patterns have been identified. Analyses of mutants in cutin deposition confirmed that vibrations of aliphatic compounds and esters present in the lamina were largely associated with the cuticular polyester. Calculation of spectrotypes, including the standard deviation of intensities, allowed detailed comparison of the spectral features of various mutants. The spectrotypes not only revealed differences in the amount of polyesters in cutin mutants, but also changes in other compound classes. For example, in addition to the expected strong deficiencies in polyester content, the long-chain acyl CoA synthase 2 mutant showed increased intensities of vibrations in a wavelength range that is typical for polysaccharides. Identical spectral features were observed in quasimodo2, a cell-wall mutant of Arabidopsis with a defect in pectin formation that exhibits increased cellulose synthase activity. FTIR thus proved to be a convenient method for the identification and characterization of mutants affected in the deposition of cutin in petals.