Stiffness of chitosan in solution through intrinsic viscosity measurements

ABSTRACT: Chitosan is the partially deacetylated derivative from chitin. It is very significant to understand the behavior of chitosan as a polyelectrolyte, since most of chitosan final applications are related with its aqueous solutions. In this research, hydrodynamic parameters are studied for samples of chitosan with different degree of acetylation (DA) and molecular weight, to gain insight into the behavior of this polymer at different concentrations and ionic strengths (I). To achieve this, chitosan with an initial molecular weight of 226 kD and 30% DA, was depolymerized and deacetylated to obtain different molecular weights and DA. Relative viscosities were measured by rotational rheometry to caculate the overlap concentration (C*) and the entanglement concentration (Ce). These two concentrations allowed us to establish the dilute and concentrated solution regimes. Intrinsic viscosity ([η]) was measured for each sample in acetic acid 0,3 M solution using four levels of I. These measurements were used to calculate the salt tolerance factor (S) and the stiffness parameter (B). [η] measurements were also used to estimate Mark-Howink-Kuhn-Sakurada a factor, and statistical parameters such as the persistence length, the Kuhn length and the radius of gyration. These results provide an approximation to the conformation and stiffness of chitosan chains. It was found that variations in DA do not cause conformational changes, but modifications of molecular weight can dramatically transform the stiffness of the chain. These results will be used for optimizing the preparation of biocompatible membranes.RESUMEN: El presente estudio se ha orientado hacia el desarrollo de un proceso de inmovilización de células de levaduras en residuos de materiales lignocelulosicos y a su evaluación en la producción de etanol mediante el uso de biorreactores de lecho empacado. Se evaluaron cuatro diferentes residuos de materiales lignocelulosicos: viruta de madera, bagazo de caña, tusa y capacho de maíz. La caracterización realizada permitió establecer las diferencias estructurales microscópicas que presentan los cuatro materiales, al igual que las diferencias en composición de lignina, celulosa, hemicelulosa y cenizas. Se desarrolló un protocolo para el acondicionamiento de los materiales y una metodología de cuantificación de biomasa inmovilizada. Se realizó un diseño experimental para determinar el efecto del tamaño de los materiales lignocelulósicos en la inmovilización celular y para establecer el efecto del caudal empleado en el proceso de inmovilización en los biorreactores de lecho empacado. Bajo las condiciones experimentales establecidas se determinó el tamaño y caudal que mejor estabilidad operacional proporcionaron a la fermentación en el biorreactor de lecho empacado. Como resultado del estudio se obtuvo que el material en el que se inmovilizó mayor cantidad de células de levadura fue el bagazo de caña, se obtuvo un valor de biomasa seca inmovilizada de 0,04657 gX/gS (gramos de biomasa por gramos de material lignocelulósico empleado). Esta cantidad de biomasa inmovilizada es significativa comparada con los valores reportados por otros autores. Como resultado del diseño experimental de la influencia del caudal y el tamaño del soporte en la inmovilización se pudo establecer que no existe diferencia estadística significativa en el rango de valores empleados en la experimentación (tamaño de 3,4, 6,7 y 10 mm y caudal de 0,36, 1,6 y 3,33 ml/s), así que las mejores condiciones para la inmovilización celular pudieron ser establecidas teniendo en cuenta las condiciones operacionales y estabilidad del sistema, el tamaño de soporte empleado fue de 3,4 mm y el caudal de 0,36 ml/s. En las fermentaciones realizadas en los biorreactores de lecho empacado con el biocatalizador (soporte + levaduras), se logró obtener un aumento en la cantidad de células inmovilizadas hasta un valor de 0,1444 ± 0,0061 gramos de biomasa inmovilizada después de 12 horas de fermentación. La producción de etanol empleando estos biocatalizadores alcanzó un valor de 20 g/L en 12 horas de fermentación por lote, es decir, una productividad volumétrica de 1,67 g/Lh. Los resultados obtenidos han permitido establecer el potencial de la implementación de la producción de etanol mediante fermentaciones en continuo con células inmovilizadas en residuos de materiales lignocelulosicos

Síntesis y funcionalización de nanotubos de carbono y silicato.

Multiwall carbon nanotubes have been synthesized by means of catalytical chemical deposition of ethylene by using different catalysts, in order to generate nanotubes with different diameters and structural regularities. The nanotubes were functionalized with the objective of introduce hydroxy groups in its surface. In this work we also synthesized silica nanotubes by sol-gel method, by using dl tartaric acid as template and TEOS as the silica source. The materials have been characterized by TGA, TEM, FTIR, adsorcion-desorption of nitrogen and XRD. The carbon nanotubes synthesized on mesoporous supports present a better structural regularity and lower average diameter that those materials synthesized on CaCO3.Nanotubos de carbono de múltiple pared han sido sintetizados mediante la deposición química catalítica de etileno usando diferentes catalizadores, para generar nanotubos con diferentes diámetros y regularidades estructurales. Los nanotubos fueron funcionarizados con el objetivo de introducir grupos hidroxil en su superficie. Es este trabajo fueron también sintetizados nanotubos de silicato vía sol-gel utilizando ácido tartárico como molde y tetraetilortosilicato como fuente de silicio. Los materiales han sidos caracterizados mediante TGA, TEM, FTIR, Adsorción desorción de nitrógeno y XRD. Los nanotubos de carbono sintetizados sobre soportes mesoporosos presentan una mejor regularidad estructural y menor diámetro promedio que los materiales sintetizados sobre CaCO3.

Inmovilizacion de lactasa en sílicas con porosidad controlada.

The industrial use of enzymes is feasible only when these are stable under the process conditions and they can be used several times. The immobilization in an appropriate support can help to achieve those goals. Inorganic porous materials such as sílica are good candidates as support since they present high mechanical and thermal resistance; high flow rates and they are biodegradable. We use silica with controlled mesoporosity for a efficient immobilization of lactase. This material is synthesized by using sodium silicate as a source of silica and cationic surfactant and ethyl acetate for modulating the pore size.El uso de enzimas a nivel industrial es económicamente viable si éstos son estables bajo las condiciones del proceso y pueden ser reutilizados, lo cual puede lograrse mediante inmovilización en un soporte apropiado. Materiales inorgánicos porosos como las sílicas son buenos candidatos como soporte ya que presentan alta resistencia mecánica y térmica, facilitan el flujo y son biodegradables. Se muestra la eficiencia de sílica con porosidad controlada como soporte para inmovilización de lactasa. Este material es sintetizado partiendo de fuente de sílica barata, en presencia de surfactante catiónico y acetato de etilo que permiten modular el tamaño de poro

Síntesis y caracterización de nanohíbridos poliestireno/sílica mesoporosa mcm-41.

In the present work we synthesize hybrid materials by in situ polymerization of styrene with nanoparticles of mesoporous silica MCM-41 as a filler varying its content between 0-15%. The synthesized nanohybrids showed good mechanical and thermal properties due to the high surface area and organized porous structure of the filler which can trap polymer chains inside its pores increasing their interaction. Mesoporous nanosilicas were characterized by nitrogen adsorption and scanning electron microscopy and the mechanical, thermal and structural properties of the nanohybrids were determined by Shore D hardness test, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry and gel permeation chromatography respectively.En el presente trabajo se sintetizaron materiales híbridos por polimerización in situ de estireno con nanopartículas de sílica mesoporosa MCM-41 como relleno variando su contenido entre 0-15%. Los nanohíbridos sintetizados presentaron buenas propiedades térmicas y mecánicas debido a la alta área superficial y estructura porosa organizada del relleno que puede atrapar cadenas de polímero dentro de sus poros aumentando su interacción. Las nanosílicas mesoporosas fueron caracterizadas por adsorción de nitrógeno y microscopía electrónica de barrido y las propiedades mecánicas, térmicas y estructurales de los nanohíbridos fueron determinadas por pruebas de dureza Shore D, análisis termogravimétrico, calorimetría diferencial de barrido y cromatografía de permeación en gel respectivamente

Síntesis y funcionalización de nanopartículas de sílica con morfología esférica.

Two different sizes silica nanoparticles with spherical morphology have been synthesized using the Stöber method. These nanoparticles have been functionalized with 3-aminopropyltrimethoxysilane (AMPS) for their further use as reinforcement agent for polyamides given the possible interactions between the polymeric matrix and the amino groups that are on the particle surface. Nanopaticles functionalization efficiency was determined by 29Si NMR, FTIR and TGA; its size and morphology by SEM and TEM; and its thermal stability by TGA.Nanopartículas de sílica de dos tamaños diferentes con geometría esférica se han sintetizado por el método Stöber en medio básico. Posteriormente las nanopartículas han sido funcionalizadas con 3-aminopropiltrimetoxisilano (AMPS) para su posterior uso como agente de refuerzo para poliamidas por las posibles interacciones entre la matriz polimérica y los grupos amino generados en la superficie de las partículas. Se determinó efectividad de la funcionalización de las nanopartículas por 29Si NMR, FTIR y TGA, su tamaño y morfología por SEM y TEM, su estabilidad por TGA

Caracterización de materiales sólidos porosos mediante termoporometria.

Porous materials have a great impact on technological applications that involve mass transfer, such as absorption, catalysis and immobilization of substances, due to its inter - and intraparticle porous characteristics. These characteristics can be determined by means of techniques such as nitrogen adsorption and mercury intrusion, which are used for the micro-meso- and macroporous regions, respectively. Thermoporometry has the advantage of being useful in a wide range of pore sizes. In this work, thermoporometry is proposed as a simple and quick alternative technique for the routine analysis of mesoporous silica in order to determine pore diameter and organization.Los materiales porosos tienen gran impacto en aplicaciones tecnológicas que involucran transferencia de masa tales como adsorción, catálisis, inmovilización de sustancias, debido a sus características porosas inter- e intrapartícula. Estas características pueden determinarse mediante técnicas como adsorción de nitrógeno e intrusión de mercurio, las cuales son utilizadas para la región micromeso y macroporosa respectivamente. La termoporometría tiene la ventaja de ser útil en un amplio rango de tamaño de poro. En este trabajo se propone la termoporometría como una técnica alternativa simple y rápida para análisis rutinarios de sílicas mesoporosas con el fin de determinar diámetro de poro y organización

Adsorción de metil metacrilato en sílices mesoporosas tipo sba-15 y sba-16 y preparación del híbrido pmma/sba-16

En este trabajo se reporta la síntesis del material híbrido polimetilmetacrilato (PMMA)/sílice mesoporosa SBA16. El monómero metacrílico es adsorbido por la sílice y posteriormente polimerizado mediante tratamiento térmico, empleando como iniciador peróxido de benzoilo. El porcentaje en peso adsorbido es determinado empleando espectroscopia ultravioleta y su conversión a PMMA es seguida mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier. La disminución en el área superficial y en los diámetros de poro, además de la ausencia de una temperatura de transición vítrea, confirman que las macromoléculas se encuentran ocluidas en los canales del sólido. La inserción del polímero al interior de la estructura mesoporosa, origina una red orgánicainorgánica interpenetrada, convirtiendo a este compuesto molecular en un potencial agente reforzante para matrices poliméricas basadas en metacrilatos

Adsorción de metil metacrilato en sílices mesoporosas tipo SBA15 Y SBA16 preparación del híbrido PMMA/SBA16

This work reports the synthesis of the polymethylmethacrylate (PMMA)/SBA16 mesoporous silica hybrid material. The methacrylic monomer is adsorbed by the silica and subsequently polymerized by means of thermal treatment using benzoyl peroxide as initiator. The adsorbed weight percentage is determined using ultraviolet spectroscopy and its conversion to PMMA is followed by Fourier transform infrared spectroscopy. The decreasing in the surface area and the pore diameters, besides the absence of a glasstransition temperature, confirm that macromolecules are occluded into the channels ofthesilica.The insertion of the polymer inside the mesoporous structure, creates an interpenetrate organicinorganic network, turning this molecular compound into a potential strengtheningfor polymeric matrices based on methacrylatesEn este trabajo se reporta la síntesis del material híbrido polimetilmetacrilato (PMMA)/sílice mesoporosa SBA16. El monómero metacrílico es adsorbido por la sílice y posteriormente polimerizado mediante tratamiento térmico, empleando como iniciador peróxido de benzoilo. El porcentaje en peso adsorbido es determinado empleando espectroscopia ultravioleta y su conversión a PMMA es seguida mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier. La disminución en el área superficial yen los diámetros de poro, además de la ausencia de una temperatura de transición vítrea, confirman quelas macromoléculas se encuentran ocluidas en los canales del sólido. La inserción del polímero al interior de la estructura mesoporosa, origina una red orgánica inorgánica interpenetrada, convirtiendo a este compuesto molecular en un potencial agente reforzante para matrices poliméricas basadas en metacrilatos

Estudio por resonancia magnética nuclear de sólidos del reforzamiento del caucho estireno - butadieno con sílices mesoporosas

RESUMEN: En los cauchos reforzados con una carga como negro de humo o sílice, el conocimiento de las interacciones caucho/carga es importante para entender las propiedades físicas que determinan su reforzamiento. Este artículo presenta un estudio comparativo de las interacciones entre el caucho estireno butadieno (CEB) y la sílice, para una sílice precipitada tipo Ultrasil y sílices mesoporosas tipo MCM-41 preparadas por diferentes procedimientos, basado en resonancia magnética nuclear de sólidos: 1H MAS NMR, 13C MAS NMR, 13C CP/MAS, 29Si MAS y 29Si CP/MAS NMR. Una sílice mesoporosa, sintetizada bajo ciertas condiciones específicas mostró interacciones más fuertes con el caucho que la sílice Ultrasil VN3 comúnmente utilizada como carga reforzante del caucho. Pruebas mecánicas para el CEB vulcanizado con esta sílice indican un aumento importante en el valor del alargamiento y en la resistencia al rasgado, a expensas de un aumento en el tiempo de vulcanización, cuando se compara con el CEB vulcanizado con Ultrasil