Studiul copolimerizării grefei acrilatului de butil pe amidon folosind sistemul
Studiul copolimerizării grefei acrilatului de butil pe amidon utilizând sistemul inițiator redox
Studiul copolimerizării grefei acrilatului de butil pe amidon utilizând un sistem inițiator redox
Alfredo Carlos Martinez-Arellano; Jose Luis Rivera-Armenta *; Ana Maria Mendoza-Martínez; Nancy Patricia Díaz-Zavala; Jose Guillermo Sandoval Robles; Ernestina Elizabeth Banda-Cruz
Divizia de studii postuniversitare și cercetare, Institutul tehnologic din Ciudad Madero, Juventino Rosas și Jesús Urueta s/n Col. Los Mangos, Cd. Madero, Tams., Mexic, C.P. 89440
Amestecul de materiale sintetice și naturale produce un material cu proprietăți fizico-chimice îmbunătățite. O modalitate de a obține acest tip de material este prin copolimerizarea grefei. Unele materiale naturale au fost utilizate în copolimerizarea grefei cu monomeri sintetici. În această lucrare, s-a efectuat copolimerizarea grefată a acrilatului de butil (BA) pe amidon folosind un sistem inițiator redox. Randamentul grefei a fost evaluat pentru diferite condiții de reacție. Copolimerul altoit a fost caracterizat prin spectroscopie în infraroșu, analiză termică și microscopie electronică cu scanare (SEM).
Cuvinte cheie: copolimerizarea grefei; redox; acrilat de butil.
INTRODUCERE
Interesul pentru obținerea materialelor armate a crescut datorită poluării mediului în continuă creștere. O modalitate de a rezolva această problemă este de a folosi materiale din surse regenerabile precum celuloză, chitosan, fibre naturale, mătase și amidon, pentru a fabrica materiale care au proprietăți mecanice și chimice bune atunci când sunt combinate cu materiale sintetice.
Copolimerizarea grefei este o metodă obișnuită de modificare a proprietăților polimerului, precum și a polimerului natural atunci când se utilizează monomeri vinilici sau acrilici, care se realizează printr-o reacție care îmbunătățește proprietățile fizice sau chimice în funcție de natura monomerului. Metodele de copolimerizare a grefei de radicali liberi sunt cele mai utilizate. Din acest motiv, au fost studiate diverse sisteme, deoarece sunt relativ simple. Au fost raportate anterior alte metode de sintetizare a copolimerilor altoiți cu structuri bine definite. 1
Amidonul este un polimer natural care se obține din plante precum porumb, orez, grâu, precum și cartofi și tapioca. Amidonul 2 este ieftin, provenit din surse regenerabile, biodegradabil și disponibil din abundență.
Modificarea chimică a amidonului prin oxidare, hidroliză, eterificare, esterificare, altoire și dextrinizare a fost studiată pe larg în trecut. 3,4 Astfel de modificări constituie un mijloc eficient de continuare și creștere a utilizărilor amidonului pentru a oferi proprietăți de îngroșare, gelifiere, adeziv și formare de film. Dintre modificările menționate mai sus, copolimerizarea grefei este de interes și o provocare din punctul de vedere al îmbunătățirii proprietăților substratului. Mai mult, copolimerii altoiți de amidon devin importanți datorită potențialelor aplicații în sectoarele agricol, medical și alimentar. 5 copolimeri grefați de amidon pot fi preparați generând radicali liberi în coloana vertebrală a amidonului și permițând acestor macro-radicali să reacționeze cu monomerul. O serie de metode interesante au fost folosite pentru prepararea copolimerilor de altoire a amidonului și acestea pot fi clasificate în trei grupe: (i) inițierea prin metode chimice (folosind sisteme redox de azotat de amoniu ceriu sau ion-peroxid feros), (ii) inițierea prin radiații (folosind cobalt 60) și (iii) inițierea prin mestecare. 6
Cel mai comun sistem inițiator pentru copolimerizarea grefei de amidon este sistemul redox. Diferite sisteme inițiator redox au fost utilizate anterior: azotat de ceriu, dicromat de potasiu 7,8, 9 tiocarbonat de potasiu bromurat, 10 și persulfat de potasiu. 11 Aceste sisteme diferite foloseau monomeri precum acidul acrilic, acrilamida, stirenul, acrilonitrilul, metacrilatul de metil și acrilatul de etil.
Unii monomeri acrilici și vinilici au fost altoiți pe amidon, care este unul dintre cele mai studiate materiale naturale în copolimerizarea grefelor, cu toate acestea există puține raportări despre copolimeri grefați cu butil acrilat. 8,12,13 Unele studii au fost efectuate pentru a evalua aplicațiile copolimerilor altoi amidon-stiren, metacrilat de metil și acrilat de butil, utilizând sistemul redox de ioni de peroxid feros. 12 În lucrarea de față, copolimerizarea grefei acrilatului de butil pe amidon modifică concentrațiile de monomer și inițiator și temperatura de reacție în trei niveluri, precum și efectul acestor variabile asupra procentului de altoire.
PARTEA EXPERIMENTALĂ
Au fost utilizați următorii reactivi și materiale: amidon de cartofi marca Aldrich, acrilat de n-butil (BA) marca Aldrich 99%, azotat de ceriu amoniacal marca J.T. Baker (CAN), J.T. Baker, etanol și butanol de calitate ACS marca Fermont și toate au fost utilizate fără purificare prealabilă.
Copolimerizarea grefei
Inițiatorul a fost preparat la temperatura camerei prin dizolvarea CAN într-o soluție de HNO3 1 N. Au fost studiate trei concentrații diferite de CAN: 0,1, 0,15 și 0,2 mol/L. Concentrația monomerului a fost, de asemenea, studiată la 3 niveluri: 0,05, 0,1 și 0,15 mol/L de BA și 70 și 80 ° C au fost temperaturile studiate pentru a evalua procentul de altoire. Tabelul I prezintă designul experimental utilizat în lucrarea de față.
Amidonul uscat (5 g) a fost dispersat în 200 ml de apă distilată și soluția a fost plasată într-un reactor de sticlă cu trei gâturi. A fost menținut la o temperatură constantă sub o atmosferă de azot pentru a menține mediul inert, menținând agitarea magnetică constantă. S-a adăugat cantitatea necesară de CAN, s-a lăsat să se agite timp de 10 minute și apoi s-a adăugat BA, efectuând reacția timp de 3 ore. La sfârșitul timpului de reacție, produsul de reacție a fost precipitat cu etanol și spălat de mai multe ori cu o soluție 1: 1 etanol-apă. Ulterior, homopolimerul format a fost îndepărtat cu ajutorul unei extracții Soxhlet cu butanol timp de 24 de ore, fiecare reacție a fost efectuată în duplicat.
Ulterior, produsul a fost uscat timp de 24 de ore și procentul grefei a fost determinat folosind următoarea formulă: 9
unde: w2 amidon altoit și w1 greutate inițială a amidonului
Caracterizare
Pentru a stabili dovezile altoirii s-a efectuat caracterizarea copolimerilor obținuți. În primul rând, s-a efectuat o analiză cu spectroscopie în infraroșu (IR) folosind un spectrofotometru cu spectru infraroșu model Perkin Elmer, folosind un accesoriu ATR cu vârf de selenură de zinc, cu o gamă de 4000 până la 600 cm -1, 12 scanări și o rezoluție de 4 cm -1. De asemenea, a fost efectuată o analiză termogravimetrică (TGA) pentru a evalua stabilitatea termică a amidonului nemodificat și altoit. În acest scop, a fost utilizat un echipament TA Instruments model STD 2960, care a analizat proba de la temperatura camerei la 600 ° C cu o rampă de încălzire de 5 ° C/min, sub atmosferă de azot la 10 mL/min debit. Microscopia electronică de scanare (SEM) a fost efectuată pe un echipament Jeol model JSM-6060 folosind o tensiune de accelerație de 20 kV în vid.