Síntesis, caracterización y evaluación de propiedades de polímeros de base biológica de ácido acrílico-Schizochytrium sp.

Abstract

Se estudiaron dos polímeros a base de ácido acrílico. El primero fue un poli(ácido acrílico-co-ácido itacónico)/NaOH, un hidrogel sintético, sintetizado con el propósito de conocer su capacidad de hinchamiento y su capacidad para eliminar óxido de hierro y cobre de superficies metálicas. Se demostró que la formación del copolímero y la neutralización de los grupos carboxílico mejoraron la capacidad de eliminación de óxido y su capacidad de hinchamiento. La remoción máxima de óxido de hierro fue de 269 mg g−1 de hidrogel, valor cuatro veces mayor que el reportado en la literatura. El segundo hidrogel fue un polímero innovador de base biológica de ácido acrílico y Schizochytrium sp. realizado por primera vez. La célula completa de Schizochytrium sp. (SCZ) y su fracción celular insoluble (FIP) se utilizaron como precursores para la polimerización. Se realizaron espectroscopía infrarroja (FTIR), termogravimetría (TGA) y microscopía electrónica de barrido (SEM) para determinar la formación del copolímero, las propiedades térmicas y su morfología. Las propiedades térmicas y mecánicas de los nuevos hidrogeles híbridos dependieron del tipo y concentración de la biomasa de microalgas. La temperatura de transición vítrea (Tg) de los biopolímeros disminuyó al aumentar el porcentaje de Schizochytrium sp., mientras que ocurrió lo contrario para el polímero con FIP. La resistencia mecánica máxima de los biopolímeros fue del 715% de elongación y se encontró a 50 ºC. El alargamiento del polímero de base biológica aumentó de 2 a 7 veces al aumentar la concentración de biomasa de microalgas. La flexibilidad aumentó de 3 a 4 veces cuando se utilizó su pared celular insoluble en lugar de la célula completa. Una evaluación hidrolítica reveló la capacidad máxima de hinchamiento (30000%) cuando se expone a condiciones fisiológicas (pH 7,4). En términos de sus propiedades, estos polímeros de base biológica pueden ser adecuados para aplicaciones biológicas y ambientales.

Two polymers based on acrylic acid were studied. The first one was a poly(acrylic acid-co-itaconic acid)/NaOH, a synthetic hydrogel, synthetized with the purpose to discover its swelling capacity and its ability to remove iron and copper rust from metallic surfaces. It was proven that copolymer formation and neutralization of carboxylic acid groups highly improved the rust removal capabilities and its swelling ability. The maximum iron rust removal was 269 mg g−1 of hydrogel, a value which is four times greater than that reported in literature. The second hydrogel was an innovative bio-based polymer of acrylic acid and Schizochytrium sp. performed for the first time. The whole cell of Schizochytrium sp. (SCZ) and its insoluble cell fraction (FIP) were used as precursors for the polymerization. Infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TGA), and scanning electron microscopy (SEM) were performed to determine the copolymer formation, the thermal properties, and its morphology. The new hybrid hydrogels’ thermal and mechanical properties were dependent on the microalgae biomass type and concentration. The temperature of glass transition (Tg) of the biopolymers decreased when increasing Schizochytrium sp. percentage, while the opposite occurred for polymer with FIP. The maximum mechanical strength of the biopolymers was 750 % of elongation and was found at 50 ºC. The elongation of the bio-based polymer raised 2–7 times upon increasing the microalgal biomass concentration. Flexibility increased 3–4 fold when using its insoluble cell wall instead of whole cell. A hydrolytic assessment revealed the maximum swelling capacity (30000 %) when exposed to physiological conditions (pH 7.4). In terms of their properties, these bio-based polymers can be suitable for biological and environmental applications.