Ingeniería y Ciencia de los Materiales
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Item Resistencia al desgaste de un elastómero de poliuretano elaborado a partir de un poliol de base biológica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-18) Tito Quilla, Owaldo; Rueda Sánchez, Juan CarlosSe elaboraron poliuretanos elastoméricos (PUE) a partir de un poliol de base biológica, el diol dimero de ácido graso (FADD), un poliol convencional (politetrametileno éter glicol-PTMEG) y el diisocianato de 4,4-difenilmetano. Se investigó la influencia del poliol FADD sobre la resistencia al desgaste y la separación de microfases de este material elastomérico. El poliuretano elastomérico fue elaborado mediante el método del prepolimero, ósea en dos etapas. En la primera etapa, se sintetizó un prepolímero de poliuretano usando diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI) y politetrametileno éter glicol (PTMEG). En las formulaciones de poliuretano, el FADD reemplazó gradualmente a este último hasta alcanzar el 100% en peso del total de polioles. En la segunda etapa, los prepolímeros, conteniendo grupos isocianato terminales, se unieron usando 1,4-butanodiol (BDO) como extensor de cadena para obtener poliuretanos elastoméricos (PUE) basados en poliol de tipo poli(éter-éster). La miscibilidad entre los polioles de base éster y éter (FADD y PTMEG, respectivamente) se estudió cualitativamente con microscopía óptica y mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), método que también se utilizó para investigar el grado de separación de fases (DPS) de los PUE obtenidos. Los espectros FTIR resultantes mostraron posibles interacciones de tipo puentes de hidrógeno entre el grupo éster de FADD y el grupo hidroxilo de PTMEG, lo que indicaría una miscibilidad parcial entre el poliol éster FADD y el poliol éter PTMEG. Esta miscibilidad parcial fue corroborada cualitativamente por microscopía óptica. Además, el DPS de los PUE obtenidos disminuyó al aumentar el contenido de FADD en la formulación de elastómero. Sin embargo, por encima del 25% en peso de FADD, no hubo mayor disminución de este parámetro. El rendimiento de desgaste de los PUE se determinó mediante pruebas de resistencia a la abrasión y erosión, donde las pruebas de erosión se llevaron a cabo en una máquina de erosión de fabricación propia basada en el método ASTM D-968. Los resultados mostraron que la resistencia al desgaste de los PUE aumenta al aumentar el contenido de FADD, hasta aproximadamente un 50% en peso de FADD. Esta investigación mostró que los PUEs de base biológica podrían ser adecuados para fabricar repuestos para la industria minera, donde los PUEs usados actualmente para este fin aún son elaborados con polioles a base de petróleo.Item Synthesis of silver nanoparticles in hydrogels(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-04-16) Schelestow, Kristina; Rueda Sánchez, Juan Carlos; Rädlein, EddaThe present work is concerned with the fabrication of a novel hydrogel-silver hybrid material, the characterization regarding its structural and antibacterial properties and the investigation of its interaction with glass surfaces. Hydrogels based on N-isopropylacrylamide, a functionalized macromonomer of 2-oxazolines and N,N'-methylene bisacrylamide as a cross-linker were synthesized via radical polymerization using ammonium persulfate and N,N,N,N'-tetramethylene diamine as initiator system. By complexion with silver cations from a silver nitrate solution and a subsequent reduction with sodium borohydre, silver nanoparticles inside the polymer network were formed. Bulk hydrogels of different composites were characterized concerning their structure and their water absortive capacity. The formation of silver nanoparticles as well as its influencing factors were analysed and could be confirmed quantitavely. The antibacterial activity of the developed composite material in this powder form was determinated via count test applying it to Staphylococcus aureus. The number of bacteria could be reduced to approximately 0.1% compared to the reference value without silver nanoparticles. Thus, the hydrogel-sliver hybrid can be appraised as suitable for biomedical applications. Finally, different hydrogel layers were produced on fotosensitive glass FS21 and evaluated regarding their applicability for microsystems technology.Item Síntesis de nuevos copolímeros en bloque a partir de Polietilenglicol y 2-oxazolinas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-01-19) Sedano Rojas, Jenny Marisol; Rueda Sánchez, Juan CarlosFueron obtenidos nuevos copolímeros en bloque (tipo AB), a partir de la polimerización catiónica por apertura de anillo de los monómeros 2-ciclopropil- y 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina, utilizando el polietilenglicol tosilado como iniciador. En los copolímeros en bloque, el grado de polimerización del segmento de polietilenglicol (PEG) fue siempre de 45 unidades y el de las poli(2-oxazolinas) fue variable, entre 33 y 242 unidades. Los copolímeros en bloque que contenían 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina, fueron sometidos a una hidrólisis de sus grupos éster para obtener cuantitativamente grupos ácido carboxílicos. Los copolímeros fueron caracterizados estructuralmente mediante resonancia magnética nuclear y también mostraron una transición conformacional (LCST) entre 24 y 48°C, que fue función de la estructura del polímero, de su contenido de ciclopropiloxazolina y de los grupos ácido carboxílicos.Item Elaboración y caracterización de un jarabe de polimetil metacrilato para la fabricación de materiales compuestos con trihidróxido de aluminio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-11-17) Lucas Lizano, Kelly; Rueda Sánchez, Juan CarlosEl objetivo principal del presente trabajo fue elaborar y caracterizar un jarabe polimérico de polimetilmetacrilato (PMMA), el cual se elaboró mediante una polimerización parcial en masa del metilmetacrilato (MMA) vía radicales libres. El jarabe obtenido fue usado para la elaboración de materiales compuestos poliméricos. La primera etapa consistió en la caracterización de un producto comercial, el cual fue un material compuesto de PMMA y ATH, conocido como Krion®, de la empresa Porcelanosa™. La segunda etapa fue el estudio de la polimerización parcial vía radicales libres del MMA para obtener el denominado “jarabe”. Para polimerizar parcialmente el metilmetacrilato, se estudió el control de la temperatura de polimerización de 75 a 85°C usando peróxido de benzoilo (PBO) al 0.1%. Posteriormente se estudió la influencia del etilenglicol dimercaptoacetato (EGDM), en cantidades 0,1, 0,2 y 0,3% en peso, en la reacción. Los resultados obtenidos muestran que la adición de una pequeña cantidad de iniciador y un adecuado control de la temperatura son necesarios para polimerizar y evitar el efecto Trommsdorff. A su vez, la autoaceleración es postergada también por efecto del agente de transferencia de cadena, el cual reduce significativamente la viscosidad del medio. Como resultado de este trabajo de investigación se determinó que los parámetros adecuados para la elaboración del jarabe, constituido por polimetilmetacrilato disuelto en metilmetacrilato, son: 0,1% en peso de PBO, 0,2% en peso de EGDM, 85°C de temperatura y aproximadamente 130 minutos de tiempo de polimerización, con una conversión de monómero entre 20 a 30% y 55000 g/mol de peso molecular del PMMA. La última etapa correspondió a un ejemplo de aplicación del jarabe para la elaboración de un material constituido por 40% de jarabe y 60% de ATH en peso, el cual fue caracterizado mediante ensayos de control tales: ensayo de flexión, dureza, resistencia al fuego y análisis termogravimétrico.Item Síntesis de hidrogeles ph- y termosensibles a partir del ácido acrílico/acrilato de sodio y macromonómeros de 2-ciclopropil-2-oxazolina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-20) Suarez Gavidia, Carlos Ruben; Rueda Sánchez, Juan CarlosEn la presente tesis se estudió la síntesis de macromonómeros de poli(2-ciclopropil-2-oxazolina) y su copolimerización con ácido acrílico o acrilato de sodio y acrilamida en presencia de bisacrilamida, como agente entrecruzante, para la obtención de hidrogeles sensibles al pH y a la temperatura. Se sintetizó un macromonómero de poli(2-ciclopropil-2-oxazolina) mediante una polimerización catiónica “viva” por apertura de anillo del monómero 2-ciclopropil-2-oxazolina, la cual fué iniciada por el clorometilestireno en presencia de yoduro de sodio a 78 °C en acetonitrilo. Mediante este método, que fue desarrollado por el Prof. Juan Rueda, se consiguió obtener un macromonómero de poli(2-ciclopropil-2-oxazolina) con un grupo vinilo en un extremo de la cadena polimérica y un grado de polimerización de 25 unidades monoméricas. El macromonómero se caracterizó mediante resonancia magnética nuclear. Con el macromonómero de poli(2-ciclopropil-2-oxazolina) anteriormente mencionado se logró obtener hidrogeles a partir de su copolimerización radicalaria con acrilato de sodio o ácido acrílico, acrilamida y bisacrilamida, utilizando como sistema iniciador al peroxodisulfato de sodio/tetrametiletilendiamina. El macromonómero y el ácido acrílico/ acrilato de sodio le otorgaron al hidrogel sensibilidad a la temperatura y a los cambios de pH, respectivamente. Los hidrogeles fueron caracterizados por su rendimiento, absorción de agua, sensibilidad a la temperatura y al pH. Así como, por resonancia magnética nuclear, espectrometría infrarroja y por análisis mecánico dinámico de compresión. La tesis se realizó en el Laboratorio de Polímeros de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y en el Instituto Leibniz de Investigaciones en Polímeros de Dresden (IPF), Alemania, gracias a que la presente tesis formó parte de un proyecto de investigación conjunta entre la PUCP y el IPF, respaldado por el Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD) y el Fondo Nacional de Desarrollo Científico Tecnológico y de Innovación Tecnológica (FONDECYT).Item Elaboración de copolímeros injertados a partir de macromonómeros de 2-ciclopropil-2-oxazolina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-20) Arenas Pancca, Elias; Rueda Sánchez, Juan CarlosLa síntesis de polímeros sensibles a estímulos es una de la más investigadas en el campo de la química de polímeros por su aplicación potencial en el campo de los biomateriales. Los polímeros sensibles a la temperatura presentan una temperatura de transición de fase (LSCT), son solubles en agua por debajo de su LCST y precipitan o se dispersan por encima de ella. La poli (2-ciclopropil-2-oxazolina) presenta un LCST alrededor de 30°C, cerca de la temperatura corporal humana, tiene un mecanismo de polimerización de carácter “vivo” y polimeriza más rápido que el resto de polioxazolinas, lo cual, la convierte en una excelente alternativa para la síntesis de nuevos polímeros sensibles a estímulos. En esta investigación se sintetizaron nuevos macromonómeros a partir de la 2-ciclopropil-2-oxazolina (cPrOx) mediante polimerización catiónica por apertura de anillo. La polimerización fue iniciada por el clorometilestireno (CMS) y finalizada con una solución de KOH en metanol. Se obtuvieron dos macromonómeros de cPrOx. Los grados de polimerización, calculados mediante espectroscopia por resonancia magnética nuclear (RMN), fueron de 13 y 25, adicionalmente los macromonómeros fueron caracterizados por espectrometría infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) y su LCST fue determinada por turbidimetría. La LCST de los macromonómeros aumentó con el incremento del grado de polimerización (DP), 11.6°C y 18.0°C para DP de 13 y 25 respectivamente. Los macromonómeros sintetizados fueron utilizados posteriormente para sintetizar copolímeros injertados mediante polimerización por radicales libres de los mismos, conjuntamente con los monómeros: acrilato de sodio y acrilamida. Los copolímeros fueron caracterizados estructuralmente por RMN y FTIR y mediante ensayos turbidimetrícos. Los copolímeros presentaron sensibilidad a la temperatura y al pH, la sensibilidad al pH se debió a la presencia de acrilato de sodio en su composición y la sensibilidad a la temperatura se debió al macromonómero de CPrOx.Item Elaboración de nanopartículas de oro en hidrogeles termosensitivos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-06) Gutarra Yarmas, Jesús Tito; Rueda Sánchez, Juan CarlosEste trabajo de investigación muestra la factibilidad de sintetizar nanopartículas de oro dentro de hidrogeles (HG) termosensitivos de N-isopropilacrilamida (NiPAAm) y 2-oxazolinas obteniendose de esta forma un nuevo compósito Hidrogelnanopartículas de oro (HG-NPAu). Los hidrogeles termosensitivos se elaboraron a partir de la copolimerización radicalar de (NiPAAm) y un macromonómero (MM) hidrolizado de 2-éster-2-oxazolina en presencia de Bisacrilamida. También se sintetizaron hidrogeles mediante la polimerización de NiPAAm y un telequélico, el cual fue elaborado a partir de los monómeros de Metiloxazolina (MeOXA) y 2-éster-2-oxazolina (EsterOXA). La polimerización fue iniciada por el Clorometilestireno (CMS) y finalizada con un terminador derivado de Piperazina. Los grupos ácidos carboxílicos contenidos en el macromonómero y en el telequélico permitieron mediante una reacción con cisteamina la incorporación de grupos tioles en la estructura de los hidrogeles. Los hidrogeles así modificados fueron acomplejados con iones aúricos y luego éstos fueron reducidos con citrato de sodio a baja temperatura. De esta forma se obtuvo nanopartículas de oro (NPAu) in situ dentro del hidrogel. Los ensayos de absorción de agua y sensibilidad a la temperatura realizados a los hidrogeles muestran que la capacidad de absorción de agua del HG se incrementa con el contenido de macromonómero en su estructura y éstos son sensibles a la temperatura, manifestándose esta sensibilidad a mayores temperaturas conforme aumento el contenido de macromonómero. Los HG que contienen nanopartículas de oro (NPAu) también mostraron sensibilidad a la temperatura. La caracterización por UV-Visible de los HG con NP-Au muestra un pico en aproximadamente 520 nm, el cual es característico del plasmón de las nanopartículas de oro (NPAu). Esto es evidencia de la formación de NPAu dentro de los hidrogeles. Junto con ello, la microfotografía electrónica de transmisión (REM) también evidencia la presencia de nanopartículas de oro dentro de los hidrogeles. Los compósitos de Hidrogel-NPAu, tienen potenciales aplicaciones en el campo de la biotecnología, óptica y electrónica debido a su propiedad de contracción y/o expansión de su volumen, con el consiguiente cambio de las propiedades ópticas y electrónicas de las nanopartículas de oro.Item Síntesis de nuevos hidrogeles a partir de n-isopropilacrilamida, macromonómeros de 2-oxazolinas y laponita(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-04-02) Malásquez Anchante, María del Carmen; Rueda Sánchez, Juan CarlosFueron elaborados nuevos hidrogeles mediante la copolimerización radicalar de la N-isopropilacrilamida (NiPAAm) y macromonómeros de 2-oxazolinas, en medio acuoso, en presencia de la arcilla Laponita XLS (Hectorita). Los macromonómeros utilizados fueron polímeros de 2-oxazolinas (éster- y metil-oxazolina), con un contenido de 25 y 50% molar de éster oxazolina con un grado de polimerización de 20 unidades y tuvieron un grupo vinilo en el extremo de la cadena polimérica. La síntesis de los hidrogeles fue realizada en agua utilizando el sistema de iniciación persulfato de amonio y TEMED. La gelación fue bastante rápida ocurriendo en apenas 5 minutos. En el sistema de polimerización, la Laponita XLS actuó como un elemento entrecruzador de las cadenas de PoliNiPAAm y macromonómeros que se generaron. De esta forma se obtuvieron hidrogeles con buena consistencia mecánica, transparencia y sensibilidad térmica y al pH. Posteriormente, los grupos éster contenidos en los hidrogeles fueron hidrolizados generándose así los grupos ácido carboxílico dentro de la estructura del hidrogel. Los hidrogeles fueron caracterizados por su rendimiento, su absorción de agua, estabilidad mecánica y su sensibilidad a la temperatura y al pH. Asimismo, fueron caracterizados estructuralmente vía resonancia magnética nuclear (RMN). Estos últimos análisis fueron realizados en el Instituto Leibniz de Investigaciones en Polímeros de Dresden, Alemania. En la presente tesis se utilizó la estrategia de elaborar primero el hidrogel conteniendo grupos protectores ésteres y después hidrolizar estos, in situ, en el hidrogel ya formado, para obtener los grupos ácido carboxílico dentro de su estructura y evitar así al máximo la formación de complejos entre los grupos ácido y la Laponita. Los hidrogeles mostraron sensibilidad a la temperatura debido a su contenido de segmentos de poli(N-isopropilacrilamida) y exhibieron sensibilidad al pH por su contenido de grupos ácido carboxílico. Asimismo, se indica que esta investigación fue presentada en The European Polymer Congress, llevado a cabo en Dresden, Alemania, del 21 al 26 de Junio de 2015. Título: "Synthesis of New Bi-sensitive Composite Laponite XLS-Hydrogel", Autores: J.C. Rueda, L. Lagos, M. Malasquez, H. Komber, S. Zschoche,B. Voit (Código del trabajo SOFT-L-27, página 236 del libro del congreso).Item Síntesis de copolímeros termoconmutables a partir de 2-isopropil-2-oxazolina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-12-09) López Juárez, Elizabeth Sonia; Rueda Sánchez, Juan CarlosLa presente tesis tiene como objetivo la síntesis y caracterización de copolímeros del tipo estadísticos y tribloque a partir de monómeros de 2- oxazolinas. Los copolímeros estadísticos fueron elaborados a partir de los monómeros 2-isopropil-2-oxazolina (ISOXA) y 2-carboxietil-2-oxazolina (ESTEROXA) dispuestos en posiciones aleatorias en la cadena polimérica. Los copolímeros tribloque contuvieron en su estructura bloques de poli(2-isopropil-2-oxazolina) y de poli(2-carboxietil-2- oxazolina). En algunos de estos copolímeros estadísticos y tribloque fue utilizado el monómero 2-undecil-2-oxazolina (UndOXA) para variar la temperatura de transición conformacional (LCST). La síntesis de todos los copolímeros estadísticos y tribloque fue realizada mediante la polimerización catiónica por apertura de anillo de los monómeros de 2- oxazolina iniciada por el 1,4-dibromo-buteno (DBB). Los copolímeros tribloque fueron obtenidos por el método de adición secuencial de monómeros, en el cual uno de los monómeros es polimerizado primero y después el segundo monómero es adicionado al sistema de reacción. Posteriormente los copolímeros estadísticos y tribloque fueron sometidos a hidrólisis en condiciones moderadas de tal forma que solo se hidrolicen los grupos éster, de la poli(2-carboxietil-2-oxazolina), mas no los grupos amida. Se realizaron mediciones de porcentaje de transmitancia vs. Temperatura de soluciones acuosas de estos polímeros hidrolizados con el fin de determinar su temperatura de transición conformacional (LCST) a diferentes grados de pH. Se obtuvo como resultado que los copolímeros estadísticos y tribloque mostraron doble sensibilidad, al pH y a la temperatura. A pH bajos, los copolímeros sufren transición conformacional a temperaturas bajas y a pH intermedios o altos la transición ocurre a temperaturas más elevadas. Las temperaturas de transición conformacional obtenidas para los diferentes copolímeros fue función de la relación molar ISOXA/ESTEROXA existente en estos. Se pudo determinar también que los copolímeros que contuvieron al monómero UndOXA en su estructura experimentaron una disminución de su LCST debido a la hidrofobicidad de este monómero. Los polímeros fueron caracterizados estructuralmente por resonancia magnética nuclear (RMN) y mediante la cromatografía de permeación el gel (GPC) se pudo determinar sus pesos moleculares y polidispersión. Los copolímeros estadísticos y tribloque sintetizados en la presente tesis podrían encontrar aplicaciones como sensores térmicos y de pH, como modificadores de superficies y para aplicaciones en medicina como, por ejemplo, en el transporte y liberación controlada de fármacos, entre otros.