Formulación y caracterización de ionogeles celulósicos reforzados con quitosano

Resumen

Actualmente, los biocomposites, materiales compuestos de al menos un material natural, son una alternativa interesante a otros composites menos respetuosos con el medioambiente. En este sentido, están emergiendo un amplio abanico de materiales que están adquiriendo gran interés en el área médico/farmacológica. Entre éstos se encuentran los ionogeles celulósicos. Un ionogel celulósico es un material tipo gel compuesto por un líquido iónico (LI) y celulosa. Los bionogeles, término acuñado en la presente tesis, son aquellos ionogeles en los que el LI utilizado para su formulación proviene de una base biológica. Para reforzar estos materiales y mejorar así sus propiedades mecánicas y biológicas, se ha propuesto utilizar el quitosano. Este polímero presenta propiedades biológicas de gran interés y,, como proviene de residuos de la industria de la alimentación, con dicho refuerzo se consigue una valorización del quitosano. La principal novedad de la tesis reside tanto en la formulación de ionogeles reforzados con quitosano, como en la formulación de bionogeles con y sin refuerzo de quitosano. La tesis doctoral se ha estructurado en cuatro bloques. En el primer bloque se estudiaron tres técnicas analíticas para la determinación del grado de desacetilación del quitosano (DD) y se seleccionó como la más adecuada la espectroscopía infrarroja debido a que la muestra no requería un tratamiento previo, las cantidades utilizadas en el ensayo fueron muy pequeñas y el tiempo invertido en la realización de dicho fue corto. El segundo bloque consistió en el desarrollo de un procedimiento para la elaboración de quitosanos con un cierto DD y la caracterización de éstos. Primero, se determinó una relación entre la concentración de NaOH del proceso de obtención del quitosano y el DD del mismo. Ulteriormente, se obtuvieron los quitosanos con un DD específico y, posteriormente, se caracterizaron. El quitosano con un DD del 54 por ciento presentó la mayor estabilidad térmica. Los pesos moleculares promedios viscosos determinados para los quitosanos obtenidos presentaron un orden de magnitud similar. En el tercer bloque se formularon ionogeles celulósicos con el LI cloruro de 1 butil-3-metilimidazolio, reforzados con quitosano con diferentes DD (54, 62, 69, 77 y 84 por ciento) en la misma carga. Los resultados reológicos obtenidos mostraron que las propiedades reológicas dependían del DD del quitosano. El ionogel celulósico reforzado con un quitosano con un DD del 84 por ciento fue el material que presentó mejores propiedades reológicas. Se determinó que el mecanismo de formación de los ionogeles reforzados es por interacciones físicas de tipo puente de hidrógeno entre la matriz y el refuerzo, siendo la cantidad de éstas mayor cuando se incrementa el DD del quitosano. Por ello, el DD del quitosano seleccionado fue de 84 por ciento. En el cuarto bloque se formularon bionogeles celulósicos con diferentes concentraciones de celulosa. Los resultados de la caracterización reológica mostraron una dependencia de las propiedades reológicas con la concentración de celulosa utilizada, siendo el bionogel BC2 (2 por ciento de celulosa) el ionogel con mejores propiedades. Así pues, se seleccionó el bionogel BC2 para conformar la matriz de los bionogeles celulósicos reforzados con quitosano. A continuación, se formularon dichos bionogeles reforzados con las cargas de 0,25 a 1 por ciento de quitosano. De forma general, al aumentar la carga de quitosano, las propiedades reológicas de los bionogeles reforzados aumentaron. Estas propiedades fueron mejores que las que presentó la matriz. El mecanismo de formación de estos materiales fue de tipo físico. Los bionogeles reforzados mostraron una buena capacidad antibacteriana. Por último, el bionogel con un 1 por ciento quitosano fue el bionogel reforzado seleccionado debido a que mostró las mejores propiedades reológicas, siendo prometedor para su uso en la industria médica/farmacéutica debido a sus propiedades.