Estudio de la arquitectura molecular durante la síntesis del poliglicerol sebacato y optimización de su proceso de producción

Abstract

[ES] El poliglicerol sebacato (PGS) es un biomaterial elastomérico, que se obtiene a partir de glicerol y ácido sebácico mediante una reacción de polimerización por condensación, liberándose moléculas de agua como producto de la reacción. Este material presenta una gran biocompatibilidad y biodegradación, por lo que el estudio de su arquitectura molecular resulta muy interesante en el contexto de la biomedicina. La síntesis del poliglicerol sebacato consta de tres etapas: la etapa de prepolimerización, donde las cadenas crecen inicialmente de manera más o menos ramificada hasta que el material gelifica por la formación de una red polimérica debido a la trifuncionalidad del glicerol, la reacción prosigue en estado sólido en la etapa de curado y, finaliza con una etapa de lavado. Sin embargo, los estudios realizados hasta el momento se han centrado en la influencia de los parámetros de síntesis del PGS durante la etapa de curado sobre las propiedades finales del material. Por ello, en este trabajo se plantea realizar el estudio de las condiciones de síntesis durante la primera etapa de prepolimerización puesto que podría permitir complementar la información existente, pudiéndose predecir así las propiedades del material final. Se propone, por tanto, estudiar la arquitectura molecular del poliglicerol sebacato durante la primera etapa de prepolimerización mediante diferentes técnicas analíticas que, en conjunto, permitan predecir cómo evoluciona la estructura molecular del PGS a lo largo de su primera etapa de síntesis. Para ello, se determinará la evolución de los grupos funcionales formados mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), la cinética de la reacción por valoración de grupos carboxilo, así como la distribución de pesos moleculares mediante cromatografía de permeación en gel (GPC). En paralelo, se ha estudiado la reactividad de los grupos hidroxilo del glicerol analizando el comportamiento reológico de dos monómeros homólogos bifuncionales del glicerol, estos son, el propilenglicol y el 1,3-propanodiol, ya que al tener un grupo -OH menos que el glicerol, estos monómeros no podrán dar lugar a entrecruzamientos en la red. Por otro lado, la mayoría de los estudios realizados sobre el proceso de síntesis de PGS han determinado que durante éste se produce una pérdida significativa de glicerol por evaporación, y, como consecuencia, la proporción molar de monómeros varía considerablemente durante la síntesis. Por ello, se pretende disminuir este efecto llevando a cabo la reacción mediante un suministro paulatino del glicerol. Además, se ha determinado la pérdida de masa que se produce durante la prepolimerización de PGS mediante análisis termogravimétrico (TGA), lo que permitirá determinar la cantidad mínima de glicerol que se pierde por evaporación durante la síntesis convencional de PGS.

[EN] Poly(glycerol sebacate) (PGS) is an elastomeric biomaterial, which is obtained from glycerol and sebacic acid through a condensation polymerization reaction, delivering water molecules as a reaction product. This material offers a great biocompatibility and biodegradation, so the study of its molecular architecture is very interesting in the context of biomedicine. Synthesis of poly(glycerol sebacate) consists of three stages: the prepolymerization stage, where the chains initially grow more or less branched until the materials gels due to the formation of a polymeric network due to the glycerol trifunctionality, the reaction proceeds in a state solid in the curing stage and ends with a washing stage. However, studies conducted so far have focused on the influence of PGS synthesis parameters during the curing stage on the final properties of the material. Therefore, in this project it is proposed to carry out the study of the synthesis conditions during the first stage of prepolymerization since it could allow complementing the existing information, thus being able to predict the properties of the final material. It is proposed, therefore, to study the molecular architecture of polyglycerol sebacate during the first stage of prepolymerization through of different analytical techniques that, together, allow to predict how the molecular structure of the PGS progress throughout its first stage of synthesis. So, will be determined the evolution of the functional groups formed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), the kinetics of the reaction by titration of carboxyl groups, as well as the distribution of molecular weights by gel permeation chromatography (GPC). In parallel, the reactivity of glycerol hydroxyl groups has been studied by analyzing the rheological behavior of two bifunctional homologous monomers of glycerol, these are, propylene glycol and 1,3-propanediol, since having a group -OH less than glycerol, these monomers will not be able to give rise to crosslinks in the network. On the other hand, most studies on the PGS synthesis process have determined that during this is produced a significant loss of glycerol by evaporation, and, consequently, the molar ratio of monomers varies considerably during the synthesis. Therefore, it is intended to reduce this effect by carrying out the reaction by a gradual supply of glycerol. In addition, the mass loss that occurs during the prepolymerization of PGS has been determined by thermogravimetric analysis (TGA), which will allow to determine the minimum amount of glycerol that is lost by evaporation during conventional PGS synthesis.