Síntesis y caracterización de hidrogeles nanoestructurados inteligentes activados térmicamente p-nipam-co-poss

RESUMEN La poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) es un polímero termosensible soluble en agua que tiene la propiedad de formar hidrogeles. Los hidrogeles de PNIPAM tienen una baja temperatura de transición crítica (LCST de 32°C aproximadamente). Tal como los hidrogeles termosensibles típicos, los hidrogeles de PNIPAM exhiben un drástico cambio en volumen al alcanzar su LCST debido a la polaridad de sus moléculas. En otras palabras, los geles termosensibles forman una sola fase con el agua hinchándose por debajo de su LCST, mientras que arriba de esta temperatura colapsan (deshinchan) para formar fases separadas. Debido a que la temperatura de transición crítica de la PNIPAM es muy similar a la temperatura del cuerpo humano, este polímero es un buen candidato para su uso en aplicaciones en el área de la biotecnología y la medicina. Por otra parte, los reactivos, monómeros y polímeros del silsesquioxano poliédrico oligomérico (POSS) han surgido como una nueva clase de materiales útiles para la preparación de nanocompuestos orgánico-inorgánico (híbridos). Una molécula típica de POSS tiene estructura de caja octogonal representada por la fórmula (R8Si8O12) con un núcleo inorgánico formado por átomos de silicio y oxígeno (Si8O12) rodeada por ocho grupos orgánicos en sus esquinas, de los cuales uno o más es reactivo o polimerizable. Sin embargo, la influencia del POSS en el comportamiento de los hidrogeles permanece aún sin investigar. En este proyecto de investigación, se copolimerizó el PSS-(1-propilmetacrilato)- heptaisobutilo sustituido con la NIPAM vía síntesis por radical libre para producir nuevos nanocompuestos híbridos, reportándose el procedimiento de síntesis, las propiedades térmicas y reológicas, así como la caracterización realizada a través de FTIR, NMR, DSC, TGA y SEM. Los resultados mostraron que el nanocompuesto p(NIPAM-co-POSS) es soluble en agua sólo a bajas concentraciones de POSS, es decir, que la presencia de nanocajas de POSS podría actuar como microdominios hidrófobos. Estos microdominios podrían ser favorables para mejorar significativamente las propiedades mecánicas del hidrogel resultante.

ABSTRACT Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) is a water soluble and temperatureresponsive polymer, which have the ability to yield hydrogels. PNIPAM hydrogels exhibit a lower critical solution temperature (LCST, approximately 32°C). As a typical thermo-sensitive hydrogels, the hydrogels of PNIPAM show a dramatic change in volume at LCST, the result of the polarity of this molecule. In other words, the thermo-sensitive hydrogels form a single phase with water and swell below its LCST, and collapse (deswelling) to form a separate phase above the critical temperature. Because the LCST of PNIPAM is very similar to human body temperature, this polymer is a good candidate for applications in the area of biotechnology and medicine. Polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) reagents, monomers, and polymers are emerging as a new class of materials for preparing organic– inorganic (hybrid) nanocomposites. A typical POSS molecule has the structure of octameric cage framework represented by the formula (R8Si8O12) with an inorganic silica-like core (Si8O12) surrounded by eight organic corner groups, one or more of which is reactive or polymerizable. Nonetheless, the influence of POSS on the behavior of hydrogels remains largely unexplored. In this research, PSS-(1-Propylmethacrylate)-Hepsaisobutyl substituted has been copolymerized with PNIPAM via free radical to yield novel hybrid nanocomposites. The synthesis procedure and the thermal and rheological properties are reported, as well as the characterization by FTIR, NMR, DSC, TGA and SEM. The results showed that POSS-NIPAM is water soluble only at low concentrations of POSS. That is, the presence of POSS nanocages could act as nanosized hydrophobic microdomains. The hydrophobic microdomains could be favorable to significantly improve the mechanical properties of the resulting hydrogel.