Caracterización de la dinámica molecular de materiales compuestos basados en carragenina y quitina

Abstract

[ES] El presente trabajo aborda el análisis de la dinámica molecular de un material compuesto basado en carragenina y quitina. Este análisis se realiza mediante el uso de la técnica de espectroscopia de relajación dieléctrica (DRS), técnica que se basa en la aplicación de un campo eléctrico alterno sobre la muestra de material, registrando las respuestas del mismo ante dicho campo. Esta respuesta, macroscópica, está directamente relacionada con la microestructura del material analizado. Esta técnica representa una herramienta muy útil para el estudio de la dinámica molecular de los materiales, posibilitando establecer relaciones entre la estructura (propiedades microscópicas) y las propiedades macroscópicas de los mismos. Una de las ventajas de esta técnica frente a otras empleadas para el estudio de la dinámica molecular es el amplio intervalo de frecuencias y temperaturas experimentales disponible. Este tipo de correspondencia entre estructura y propiedades es de gran utilidad para el diseño de materiales a la carta para un amplio abanico de aplicaciones. En este sentido, esta técnica proporciona evidencias de cómo será el material a escala macroscópica, qué aplicaciones puede desempeñar y qué limitaciones pueda presentar. Así en este TFG se ha realizado un análisis de la dinámica molecular de la carragenina obtenida a partir de recursos naturales (algas rojas), de la carragenina con glicerol y de la carragenina con glicerol con un 5%, 10% y 15% en peso de quitina. El glicerol adicionado tiene un efecto plastificante, haciendo el material más manejable. Por otra parte, la quitina tiene por objeto mejorar las propiedades mecánicas del material. Un aspecto importante de este análisis es que ambos constituyentes son obtenidos de recursos naturales, son biodegradables y biocompatibles, y presentan una directa aplicación en la industria alimentaria y farmacéutica, siendo en estos sectores materiales con gran potencial. A través del estudio realizado por DRS se han obtenido parámetros característicos de los materiales analizados, tales como temperatura de transición vítrea, índice de fragilidad, coeficientes de dilatación térmica, etc. Estos parámetros son determinantes para el procesado y uso de los materiales compuestos diseñados.

[CA] El present treball abasta l’anàlisi de la dinàmica molecular d’un material compost basat en carragenina i quitina. Aquest anàlisi es realitza mitjançant l’ús de la tècnica d’espectroscopia de relaxació dielèctrica (DRS), tècnica que es basa en l’aplicació d’un camp elèctric altern a la mostra de material, registrant la resposta d’aquest davant dit camp. Aquesta resposta, macroscòpica, està directament relacionada amb la microestructura del material analitzat. Aquesta tècnica representa una eina molt útil per a l’estudi de la dinàmica molecular dels materials, permetent establir relacions entre l’estructura (propietats microscòpiques) i les propietats macroscòpiques d’aquests. Un dels avantatges d’aquesta tècnica davant d’altres utilitzades per a l’estudi de la dinàmica molecular és l’ampli interval de freqüències i temperatures experimentals disponible. Aquest tipus de relació entre estructura i propietats és de gran utilitat per al desenvolupament de materials a la carta per a un ampli camp d’aplicacions. En aquest sentit, aquesta tècnica proporciona evidencies de com serà el material a escala macroscòpica, les aplicacions que pot desenvolupar i quines limitacions pot presentar. Així, en aquest TFG s’ha realitzat un anàlisi de la dinàmica molecular de la carragenina obtinguda a partir de recursos naturals (algues roges), de la carragenina amb glicerol i de la carragenina amb glicerol amb un 5%, 10% i 15% en pes de quitina. El glicerol afegit té un efecte plastificant, fent el material més manejable. Per altra part, la quitina té l’objectiu de millorar les propietats mecàniques del material. Un aspecte important d’aquest anàlisi és que els dos constituents són obtinguts de recursos naturals, són biodegradables i biocompatibles, i presenten una directa aplicació en la industria alimentaria i farmacèutica, sent en aquests sectors materials amb gran potencial. A través de l’estudi realitzat per DRS s’han obtingut paràmetres característics dels materials analitzats, tals com temperatura de transició vítria, índex de fragilitat, coeficients de dilatació tèrmica, etc. Aquests paràmetres són determinants pel processat i ús dels materials compostos dissenyats.

[EN] The present elaboration approaches the molecular dynamics analysis of composites based on carrageenan and chitin. This analysis is developed by means of the dielectric relaxation spectroscopy (DRS), technique consisting on the application of an alternating electric camp on the material sample, recording the material reaction to this camp. This reaction, macroscopic, is directly related to the analysed material microstructure. This technique represents a very useful tool for the study of the molecular dynamics of materials. It provides the opportunity to establish relations between the microscopic and the macroscopic properties of the materials. One of the advantages of this technique compared to others used for the study of molecular dynamics is the wide range of frequencies and experimental temperatures available. This kind of relation between structure and properties is very useful for the personalized material development for a wide range of applications. This way, this technique provides evidences of how the material will be at macromolecular scale, which applications this material can develop and at which limitations it will be submitted. Thus, in this FGW (final grade work), a molecular dynamics analysis of carrageenan obtained by natural resources (red algae), carrageenan with glicerol and carragenan with glicerol and 5%, 10% and 15% in chitin weight, has been done. Glycerol added has a plasticizing effect, making the material more handle. Other way, the chitin has the objective of improving the material mechanical properties. An important aspect of this analysis is that due constituents are obtained from natural resources, both are biodegradable and biocompatible, and they have a direct application in the food and pharmacist sectors, being in this sectors materials with high potential. By means of the study done with DRS the characteristic parameters of analysed materials were obtained, for example, the vitreous transition temperature, fragility index, thermal expansion coefficient, etc. These parameters are crucial for the processing and use of developed composed materials.