Química (Lic.)
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Item Desarrollo de materiales para construcción aditiva a base de tierra estabilizada con polímeros disueltos en agua(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-10) Ñañez Azaña, Robert Erick; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLa industria de la construcción con cemento satisface las principales necesidades de la sociedad: vivienda, salud, transporte, educación, etc. Sin embargo, la producción industrial de cemento es altamente contaminante, representa cerca del 5% de las emisiones globales anuales de CO2. Por otro lado, la construcción con tierra ha sido empleada por las antiguas civilizaciones y actualmente se muestra como una alternativa sostenible y ecoamigable, ya que es un material económico, de fácil disponibilidad, que requiere poco procesamiento, es buen aislante térmico y permite controlar la humedad. A pesar de ello, la construcción con tierra suele tener poca resistencia mecánica y poca durabilidad frente a la erosión por agua. Para contrarrestar estos problemas, se pueden usar aditivos estabilizantes, como soluciones de biopolímeros como la quitosana o el alginato, y fibras naturales como las de sisal. La quitosana es un biopolímero derivado de la quitina, un polisacárido estructural que principalmente se extrae del caparazón de crustáceos. La quitosana es un copolímero compuesto de unidades de N-acetil-β-D-glucosamina y β-D-glucosamina, cuya proporción define el grado de desacetilación. El alginato, que se extrae de las algas pardas, es otro copolímero lineal, compuesto de unidades de β-D-manuronato y α-L-guluronato. Las fibras de sisal se extraen de la especie Agave sisalana. La solución acuosa de quitosana, la solución acuosa de alginato, y las fibras de sisal se emplearon como estabilizantes de las matrices de tierra en esta investigación. En este trabajo se desarrollaron matrices a base de suelo, solución de polímero y fibras de sisal que extruyan por un sistema de impresión 3D en estado fresco y que posean buena resistencia mecánica y durabilidad en estado endurecido. Se caracterizaron el suelo, la quitosana, el alginato y las fibras de sisal. Luego, se desarrollaron las dosificaciones óptimas de las matrices por extrusión con manga de repostería evaluando la calidad de los filamentos y el grado de contracción lineal durante el secado. Las matrices optimizadas fueron SF24, SQF29 (2%), SQF29 (3%) y SAF24 (2%). Se evaluó la resistencia mecánica y la durabilidad de estos filamentos en estado endurecido. Las matrices SQF29 (3%) y SAF24 (2%) mostraron una buena resistencia mecánica de 3,44 MPa y 2,95 MPa, respectivamente; mientras que las matrices SQF29 (2%) y SQF29 (3%) mostraron una buena durabilidad frente al agua en los ensayos de inmersión, permeabilidad y erosión acelerada. Finalmente, las matrices desarrolladas se validaron mediante el sistema de impresión 3D a escala mediana lográndose imprimir columnas pequeñas con diseños de flor con la matriz SF24 y torres cuadradas pequeñas con la matriz SQF29 (3%).Item Elaboración y caracterización de esponjas de Alginato con uncaria tomentosa como aditivo para su Aplicación como apósito de heridas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-13) Donayre Serpa, Reynaldo Alonso; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLas heridas en la piel son una problemática con efectos cada vez más perjudiciales para las personas que las padecen. Esta afirmación es principalmente cierta para las heridas crónicas —heridas que no terminan del curar completamente y muestran procesos de inflamación permanentes—. Esto exige el diseño de apósitos de heridas que muestren respuestas más completas, que no solo contemplen la protección contra la infección, sino otros factores como la absorción efectiva de exudado y la capacidad antioxidante. En este trabajo se estudia el diseño de un apósito de heridas basado en una esponja de alginato que tenga incorporado los beneficios medicinales de un extracto de uña de gato. Como parte de este objetivo, se evalúan las mejores condiciones que permitan la obtención de una esponja con integridad, un buen volumen y una buena capacidad absorbente. Esta última característica fue medida mediante pruebas de hinchamiento a pH 5,5 y 7,5 (simulación de fluido de herida). También se estudia el procedimiento para la obtención del extracto de uña de gato, el cual se caracteriza en base a su contenido total de compuestos fenólicos —por medio de la prueba de Folin-Ciocalteu— y a su capacidad antioxidante equivalente al trolox (TEAC) por el método de ABTS. Por último, se evalúa la capacidad antioxidante por medio de ABTS de la esponja cargada con el extracto, lo que resulta en un apósito que presenta un capacidad alta y prolongada, con un porcentaje de inhibición máximo de aproximadamente 27,5%. Este porcentaje si se compara con el 12,5% de inhibición presentado por la esponja sin extracto, evidencia que se ha podido incorporar las propiedades antioxidantes del extracto a la esponja de alginato. El estudio tiene el valor agregado de trabajar con recursos naturales abundantes en nuestro país, lo que, con proyección a futuro, generaría un mayor impacto.Item Estudio del avance de la reacción de geopolimerización del residuo de catalizador de craqueo catalítico de petróleo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-12) Castañeda Estremadoyro, Álvaro Alejandro; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLos geopolímeros son materiales de construcción preparados a partir de residuos industriales ricos en aluminio y silicio mediante su activación con una solución compuesta de silicato sódico e hidróxido de sodio. Estos materiales tienen un gran potencial debido a que pueden cumplir las mismas funciones que el cemento Portland ordinario (OPC por sus siglas en inglés), pero emitiendo menor cantidad de gases de efecto invernadero durante su producción. Se ha estudiado bastante la reacción de geopolimerización y las propiedades mecánicas de geopolímeros sintetizados a partir de fly ash, sin embargo, no se ha expandido esta investigación a otra clase de residuos ricos en silicio y aluminio, tal como el producido durante la refinación del petróleo: el residuo de catalizador de craqueo catalítico (SFCC por sus siglas en inglés). En el presente trabajo se estudiaron los geopolímeros preparados a partir de este material, se desarrolló un método para detener la reacción de geopolimerización, mediante la liofilización de geopolímeros, se desarrolló un estándar interno para facilitar el seguimiento de la reacción de geopolimerización utilizando espectroscopía ATR-IR y, además, se estudió el efecto de la cantidad de agua y silicato soluble en la reacción de geopolimerización mediante difracción de rayos X y espectroscopía infrarroja de reflectancia total atenuada. Durante este estudio se observó que una mayor cantidad de agua apoya las etapas iniciales de la reacción, pero ralentiza las etapas finales. La cantidad de Si en el medio también juega un rol fundamental: en este trabajo se observó que cantidades muy altas y muy bajas del mismo pueden afectar negativamente la reacción de formación de geopolímero.Item Obtención de quitosanas con peso molecular y grado de acetilación controlados(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-23) Sánchez Zárate, Luis Felipe Alberto; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLa quitina es un polisacárido estructural que se encuentra en algunos crustáceos, insectos, hongos y levaduras. La desacetilación de la quitina produce quitosana, la cual ha sido estudiada por su alto potencial en aplicaciones como el transporte de fármacos, la absorción de iones metálicos, membranas e ingeniería de tejidos. La quitosana es un copolímero lineal conformado por unidades N-acetil-D-glucosamina y D-glucosamina. Las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de la quitosana están determinadas principalmente por tres parámetros: el grado de acetilación (DA) y el peso molecular (Mw). La gran mayoría de estudios reportados se han realizado con quitosanas extraídas de distintas fuentes y por diferentes métodos, por ello es de espera que cada una de estas quitosanas tengan diferentes DA y Mw, y con ello diferentes propiedades. Además, varios estudios no reportan todos los parámetros antes mencionados. Así, en algunos casos, se reportan diferencias en las propiedades con, por ejemplo, solubilidad, viscosidad y ángulo de contacto. Esto genera incongruencia en las propiedades reportadas sobre la quitosana. Por lo mencionado, es importante contar con muestras de quitosana a medida; es decir, con características estructurales conocidas y que se hayan determinado rigurosamente. En este trabajo se evaluaron métodos que permiten obtener estas quitosanas a medida, con Mw y DA específicos, este se realizó a partir de una quitosana de un DA igual a 10,6% y su posterior reacetilación con anhidrido acético en medio acuoso ácido y con cloruro de acetilo en un líquido iónico en los que se obtuvo valores de DA entre 28 y 89%. Además, se evaluaron formas para reducir el Mw de manera controlada con la aplicación de ultrasonido y la hidrolisis en medio ácido, en los que se obtuvo valores de Mw entre 131 y 1300 kDa. Estos dos parámetros mencionados se determinaron por espectroscopía de resonancia magnética nuclear, espectroscopía infrarroja, cromatografía de permeación en gel y viscosimetría capilar.