Síntesis de materiales moleculares: polímeros conductores

En este trabajo se ha realizado la síntesis y caracterización de polímeros conductores como la polianilina, el poli(o-aminofenol) y además un copolímero compuesto por los dos anteriores, poli(anilina-co-o-aminofenol). Éstos pueden ser sintetizados de diversas formas, entre las cuales se ha elegido la oxidación química, ya que proporciona una mayor cantidad de producto. Para llevar a cabo las síntesis, se usa (NH4)2S2O8 como agente oxidante en proporción estequiométrica con el reactivo principal para sintetizar cada uno de los polímeros. Se realiza una medida del potencial de la disolución y una vez finalizada la reacción, se filtran y lavan los productos obtenidos con ácido clorhídrico y agua. En el caso de la polianilina, la mitad del producto obtenido, es lavado además con amoníaco, para obtener la polianilina emeraldina base. Una vez sintetizados todos los polímeros, se procede a la caracterización de cada uno de ellos mediante diferentes técnicas. Mediante análisis elemental, se obtienen los porcentajes másicos y se relacionan con las estructuras teóricas de cada polímero sintetizado. Con los espectros de IR obtenidos con FTIR, se comprueban cuáles son las bandas más importantes de las estructuras químicas. A través de la técnica de XPS se observan las energías de ligadura de cada uno de los átomos presentes en los polímeros, pudiendo así determinar porcentajes atómicos y másicos y el grado de dopaje de cada una de las muestras. Mediante la solubilidad, se comprueba que los polímeros conductores presentan una baja solubilidad, pero que utilizando el disolvente adecuado y modificando la polianilina, se puede aumentar ese valor de solubilidad. Por último, al medir la conductividad eléctrica, se observa que la polianilina sintetizada presenta una adecuada conductividad, y que el copolímero también la presenta pero con varios órdenes de magnitud menor.

Mejoramiento de insecticidas de banda verde por incorporación en ciclodextrinas, co-cristales y niosomas

La aplicación de agroquímicos para proteger granos y vegetales es una parte importante de los procedimientos corrientes en el manejo integrado de plagas ya que 20- 40% de la producción mundial potencial se pierde cada año por plagas, malezas y enfermedades. La necesidad de modificar la naturaleza química de los pesticidas para hacerlos más amigables con el ambiente llevó al desarrollo de un gran número de pesticidas clasificados como de banda verde, menos tóxicos, menos contaminantes y más selectivos que los tradicionales. Entre ellos se incluyen los insecticidas reguladores de crecimiento (IGR) seleccionados para este proyecto. Sin embargo, como compuestos orgánicos, tienen baja solubilidad acuosa lo que usualmente requiere de la formulación para su uso agrícola con otros vehículos como aceites o solventes que son contaminantes. Las regulaciones internacionales son cada vez mas estrictas en cuanto al uso de pesticidas por lo que es muy importante el desarrollo de tecnologías apropiadas para la utilización de compuestos de banda verde en los cultivos de la región. Nuestra propuesta se enfoca en generar formas alternativas (‘paquetes moleculares’ multi-componentes) de estos IGR que tengan mayor solubilidad acuosa que los compuestos no tratados, posibilitando su formulación en medio acuoso ambientalmente amigable. Las rutas elegidas comprenden la inclusión de los IGR dentro de sistemas nanoestructurados como la cavidad de ciclodextrinas (CDs), su incorporación en co-cristales y el encapsulado en niosomas. Las CDs son moléculas cíclicas biodegradables y no-tóxicas, formadas por unidades de glucosa. Los niosomas son vesículas microscópicas con un corazón acuoso encerrado por una membrana de surfactantes no iónicos que forman estructuras bicapa cerradas. Los co-cristales resultan de la interacción entre un compuesto y un co-formador con una estructura complementaria con el primero que permite la formación de enlaces puente H entre ambos. Los tres procesos involucran interacciones ‘suaves’ entre el IGR y la otra especie, dejando intacta la integridad biológica del insecticida. Se espera así obtener una diversidad de sistemas para diferentes opciones de formulación. Se eligieron IGR derivados de benzoilfenilurea (BPU), dibenzoilhidracinas (DBH) e isopreno, clasificados como clase U (unlikely to present acute hazard in normal use) por la OMS que tienen relativamente baja toxicidad para humanos y otros mamíferos, alta selectividad para insectos y muy poca solubilidad acuosa. Luego del aislamiento de las nuevas construcciones moleculares, se establecerán los efectos sobre las propiedades fisicoquímicas de los IGR. Se efectuarán estudios en estado sólido y en solución. Los complejos sólidos en CDs preparados por distintos métodos se examinarán por FTIR y RMN en estado sólido, microscopía FTIR, difracción de Rayos X de polvo y monocristales, TGA, DSC y microscopía ‘hot stage’. Por RMN, dicroísmo circular inducido y titulación calorimétrica isotérmica se estudiarán aspectos termodinámicos y estructurales de la inclusión en solución. El efecto sobre la solubilidad y estabilidad química de los IGR se investigará midiendo, respectivamente, las velocidades de disolución de los complejos y las velocidades de degradación de los IGR en presencia y ausencia de CDs. Para la obtención de co-cristales se usarán moléculas co-formadoras ‘GRAS’ (generally regarded as safe) elegidas en base a la complementariedad de sus grupos funcionales capaces de formar enlaces de H con los de los IGR. Las medidas de los puntos de fusión y velocidad de disolución son parámetros importantes para determinar su eventual utilidad. Los niosomas se prepararán en presencia de los IGR por distintas técnicas usando los surfactantes no iónicos y no tóxicos Tween 20 y 80, Span 20 y 80 y Brij-35. Se analizarán el tamaño y morfología de los agregados por microscopía de transmisión electrónica y se determinará la estabilidad en el tiempo de los niosomas por UV-vis.

Síntese, caracterização e estudo da associação em meio aquoso de copolímeros responsivos de carboximetilcelulose-g-Jeffamine®

This thesis presents the synthesis, characterization and study of the associative behaviour in aqueous media of new responsive graft copolymers, based on carboxymethylcellulose as the water-soluble backbone and Jeffamine® M-2070 e Jeffamine® M-600 (commercial polyetheramines) as the thermoresponsive grafts with high cloud point temperatures in water. The synthesis was performed on aqueous medium, by using 1-ethyl-3- (3-(dimethylamino)-propyl)carbodiimide hydrochloride and N-hydroxysuccinimide as activators of the reaction between carboxylategroupsfrom carboxymethylcellulose and amino groups from polyetheramines. The grafting reaction was confirmed by infrared spectroscopy and the grafting percentage by 1H NMR. The molar mass of the polyetheramines was determined by 1H NMR, whereas the molar mass of CMC and graft copolymers was determined by static light scattering. The salt effect on the association behaviour of the copolymers was evaluated in different aqueous media (Milli-Q water, 0.5M NaCl, 0.5M K2CO3 and synthetic sea water), at different temperatures, through UV-vis, rheology and dynamic light scattering. None of the copolymers solutions, at 5 g/L, turned turbid in Milli-Q water when heated from 25 to 95 °C, probably because of the increase in hydrophibicity promoted by CMC backbone. However, they became turbid in the presence of salts, due to the salting out effect, where the lowest cloud point was observed in 0.5M K2CO3, which was attributed to the highest ionic strength in water, combined to the ability of CO3 2- to decrease polymer-solvents interactions. The hydrodynamic radius and apparent viscosity of the copolymers in aqueous medium changed as a function of salts dissolved in the medium, temperature and copolymer composition. Thermothickening behaviour was observed in 0.5M K2CO3 when the temperature was raised from 25 to 60°C. This performance can be attributed to intermolecular associations as a physical network, since the temperature is above the cloud point of the copolymers in this solvent.

Estudo morfológico da blenda polimérica poli(metacrilato de metila)/poli(tereftalato de etileno) reciclado (PMMA/PET)

Among the options for plastics modification more convenient, both from a technical-scientific and economic, is the development of polymer blends by processing in the molten state. This work was divide into two stages, with the aim to study the phase morphology of binary blend PMMA / PET blend and this compatibilized by the addition of the poly(methyl methacrylate-co-glycidyl methacrylate-co-ethyl acrylate) copolymer (MMA-GMA-EA). In the first stage is analyzed the morphology of the blend at a preliminary stage where we used the bottle-grade PET in a Haake torque rheometer and the effect of compatibilizer in this blend was evaluated. In the second stage the blend was processed using the recycled PET in a single screw extruder and subsequently injection molding in the shape of specimens for mechanical tests. In both stages we used a transmission electron microscopy (TEM) to observe the morphologies of the samples and an image analyzer to characterize them. In the second stage, as well as analysis by TEM, tensile test, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) was performed to correlate the morphology with the mechanical properties. The samples used in morphological analyzes were sliced by cryo-ultramicrotomy technique for the analysis by TEM and the analysis by SEM and AFM, we used the flat face of the block after cut cryogenic. It was found that the size of the dispersed phase decreased with the addition of MMA-GMA-EA in blends prepared in a Haake. In the tensile test, the values of maximum tensile strength and modulus of elasticity is maintained in a range between the value of pure PMMA the pure PET, while the elongation at break was influenced by the composition by weight of the PMMA mixture. The coupling agent corroborated the results presented in the blend PMMA / PETrec / MMA-GMA-EA (80/15/5 %w/w), obtained by TEM, AFM and SEM. It was concluded that the techniques used had a good morphologic correlation, and can be confirmed for final analysis of the morphological characteristics of the blends PMMA / PET

Design of functional hybrid coatings with anti-biofouling, self-cleaning and anti-reflecting applications

263 p.

Materiales poliméricos dieléctricos

Los materiales dieléctricos juegan un papel importante en el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos. En este trabajo se presenta el estudio de las propiedades mecánicas (módulo elástico complejo: E*=E´+ iE´´) y dieléctricas (permitividad relativa compleja: εr*=εr´- iεr´´) de un copolímero, el polivinil butiral (PVB), con la finalidad de evaluar la capacidad bifuncional de este material. Reometría tradicional, análisis mecánico dinámico (DMA) y análisis dieléctrico dinámico (DDA) son las técnicas instrumentales para evaluar las propiedades del PVB. A partir de los datos experimentales se desarrolló un modelo empírico que establece una relación entre las propiedades mecánicas y dieléctricas (E´vs. εr´) del PVB; el incremento de εr’ produce un decaimiento exponencial de E’.

Efeito da adição do poli(etileno acrilato de metila) (ema) e da fibra de linter de algodão nas propriedades do poli(tereftalato de etileno) reciclado (petrec)

The development of new materials to fill the demand of technological advances is a challenge for many researchers around the world. Strategies such as making blends and composites are promising alternatives to produce materials with different properties from those found in conventional polymers. The objective of this study is to evaluate the effect of adding the copolymer poly(ethylene methyl acrylate) (EMA) and cotton linter fibers (LB) on the properties of recycled poly(ethylene terephthalate) (PETrec) by the development of PETrec/EMA blend and PETrec/EMA/LB blend composite. In order to improve the properties of these materials were added as compatibilizers: Ethylene - methyl acrylate - glycidyl methacrylate terpolymer (EMA-GMA) and maleic anhydride grafted polyethylene (PE-g-MA). The samples were produced using a single screw extruder and then injection molded. The obtained materials were characterized by thermogravimetry (TG), melt flow index (MFI) mensurements, torque rheometry, pycnometry to determinate the density, tensile testing and scanning electron microscopy (SEM). The rheological results showed that the addition of the EMA copolymer increased the viscosity of the blend and LB reduces the viscosity of the blend composite. SEM analysis of the binary blend showed poor interfacial adhesion between the PETrec matrix and the EMA dispersed phase, as well as the blend composite of PETrec/EMA/LB also observed low adhesion with the LB fiber. The tensile tests showed that the increase of EMA percentage decreased the tensile strength and the Young s modulus, also lower EMA percentage samples had increased the elongation at break. The blend composite showed an increase in the tensile strength and in the Young`s modulus, and a decrease in the elongation at break. The blend formulations with lower EMA percentages showed better mechanical properties that agree with the particle size analysis which showed that these formulations presented a smaller diameter of the dispersed phase. The blend composite mechanical tests showed that this material is stronger and stiffer than the blend PETrec/EMA, whose properties have been reduced due to the presence of EMA rubbery phase. The use of EMA-GMA was effective in reducing the particle size of the EMA dispersed phase in the PETrec/EMA blend and PE-g-MA showed evidences of reaction with LB and physical mixture with the EMA

Novos complexos micelares de metais de transição para aplicação na terapia dirigida contra o cancro

O cancro é a segunda causa de mortalidade a nível mundial. Um dos problemas nos tratamentos atuais de quimioterapia relaciona-se com os efeitos secundários causados pela falta de seletividade dos fármacos utilizados. Assim, um dos desafios atuais é o desenvolvimento de sistemas terapêuticos que permitam potenciar o efeito dos fármacos e diminuir os seus efeitos nocivos. Neste contexto, neste trabalho, foram sintetizados complexos de Fe, Co e Zn com fórmula geral [M(bipy-R)3]x+, a partir dos quais foi possível obter sistemas micelares formados in situ pela adição de um copolímero de PLA-b-PEG ou por introdução de macroligandos poliméricos anfifílicos. Os resultados mostram que as nanopartículas formadas apresentam tamanho e características adequadas para aplicações na terapia dirigida contra o cancro. Os resultados preliminares de citotoxicidade na linha tumoral humana da mama MDAMB231 indicam que todos os compostos estudados apresentam atividade citotóxica relevante, sendo os compostos micelares os mais promissores; Abstract: New micellar transition metals complexes for targeted therapy of cancer Cancer is the second leading cause of mortality worldwide. One problem in the current chemotherapy treatments is related to the severe side effects caused by the lack of selectivity of the drugs in clinical use. Thus, one of the current challenges is the development of new therapeutic systems that allow maximizing the effect of the drugs and reducing their harmful effects. In this context, several Fe, Co and Zn compounds of the general formula [M (bipy-R)3]x+ were synthesized in order to obtain micellar systems, either by in situ addition of a PLA-b-PEG copolymer or by introducing amphiphilic macroligands. The results show that the formed nanoparticles have size and characteristics suitable for applications in targeted therapy against cancer. Preliminary results of cytotoxicity in human breast cancer line MDAMB231 indicate that all the studied compounds show significant cytotoxic activity, being the micellar compounds the most promising agents.