Preparation and colloidal properties of latex dispersions stabilized using hydrophobically modified inulin polymeric surfactant

Resumen

El presente trabajo de investigación se ha basado en el estudio del efecto de un tensioactivo polimérico de injerto, INUTEC SP1, en la síntesis y las propiedades coloidales de dispersiones de partículas poliméricas con una temperatura de transición vítrea por debajo de 30ºC. Este tensioactivo consiste en una cadena de inulina (un derivado de la polifructuosa) en la que se le han enlazado aleatoriamente varias cadenas alquílicas. Para llevar a cabo esta investigación, se estudiaron las propiedades en solución de INUTEC SP1, así como el efecto de este tensioactivo y su comparación con otros tensioactivos convencionales en la síntesis de dispersiones poliméricas de baja temperatura de transición vítrea (polimerización del acrilato de butilo y la copolimerización del acrilato de butilo con metacrilato de metilo). Así mismo, se estudió la estabilidad de dichas dispersiones en presencia de electrolito o a una temperatura superior a la temperatura ambiente (50ºC). Finalmente se determinaron las fuerzas de interacción entre capas de INUTEC SP1 adsorbidas en la superfície de las partículas. Los resultados del estudio de las propiedades en solución aquosa de INUTEC SP1 demostraron que dicho tensioactivo forma agregados esféricos en solución acuosa a concentraciones de hasta el 1%p/p. Estos agregados están formados por un nucleo lipofílico de radio 1.8 nm aproximadamente y por una corteza hidrofílica de alrededor de 3.1 nm de grosor. Por otro lado, se sintetizaron dispersiones de partículas po liméricas de poliacrilato de butilo en un reactor discontínuo. Los resultados mostraron que las reacciones en presencia de INUTEC SP1 eran más lentas que en ausencia de dicho tensioactivo, lo que podría ser debido a una fuerte a dsorción de INUTEC SP1 en la interfase monómero/agua, formando una barrera estérica que reduciría posiblemente la difusión del monómero desde las gotas a las partículas de polímero. Posteriormente se empleó INUTEC SP1 en la síntesis dispersiones de partículas copoliméricas de polimetacrilato de metilo y poliacrilato de butilo en un reactor en semicontinuo. Estos estudios demostraron la posibilidad de preparar làtexs estables, con elevada conversión (99,4%p/p) y con una baja polidispersidad (1.05 mediante TEM) usando una relación de INUTEC SP1 respecto monómeros muy baja (0.005). Se observó también que la adición de comonómeros basados en ácidos acrílicos disminuía la estabilidad de los látex durante su síntesis. Se sintetizaron también làtexs de P(MMA/BuA) utilizando mezclas de tensioactivo aniónico (SLS) con INUTEC SP1. Estas dispersiones mostraron una distribución de tamaño de partícula más ancha que la de los làtexs sintetizados únicamente con INUTEC SP1. Este hecho se podría atribuir a la formación de nucleaciones secundarias debido a la presencia de micelas de tensioactivo aniónico. Se realizaron también medidas de fuerzas de interacción en función de la concentración de electrolito de los làtexs de P(MMA/BuA) mediante microscopia de fuerzas atómicas. Los resultados mostraron que la capa de INUTEC SP1 adsorbida en la superfície de las partículas se comprimía en presencia de electrolito dando un ligero aumento del módulo de Young y una reducción de la a dhesion del tip con las partículas. Finalmente se llevaron a cabo estudios de estabilidad a 50ºC en presencia de electrolitos de los làtexs de P(MMA/BuA). Los resultados de la estabilidad de las dispersiones a 50ºC mostraron que los làtexs estabilizados con INUTEC SP1 eran estables a dicha temperatura al menos durante 12 semanas ya que sólo mostran un pequeño incremento del tamaño de partícula. Se comparó también la estabilidad a 50ºC de dos làtexs sintetizados usando mezclas de SLS y un tensioactivo no iónico (INUTEC SP1 o Brij58). Se obserbó que el látex estabilizado con INUTEC SP1 presentaba una mayor estabilidad (menor incremento del tamaño de partícula) que cuando se usaba Brij58 como tensioactivo no iónico. La estabilidad de los làtexs de P(MMA/BuA) en presencia de electrolitos demostró que los làtexs estabilizados con mezclas de tensioactivo aniónico (SLS) y no iónico (INUTEC SP1) presentaba una estabilidad mucho mayor que en presencia de INUTEC SP1 solamente debido a la presencia de dos tipos de estabilización, electrostàtica y estérica. La simulación teórica de potenciales de interacción entre dos partículas de látex en presencia de electrolito demostró que la adición de electrolito apantallaba las cargas que rodeaban la superfície de las partículas, convirtiendo la capa de INUTEC SP1 adsorbida como la principal aportación a la estabilidad de las partículas.