Estudio de la interacción quitosano/alginato y quitosano

Estudio de la interacción quitosano/alginato y quitosano

Estudio de la interacción quitosano/alginato y quitosano/
carragenina y caracterización del complejo formado
La relación de mayor interacción entre polímeros, determinada mediante viscosimetría
capilar, es cuando la viscosidad del sobrenadante es cercana a uno lo que significa que
ambos polímeros reaccionan completamente formando un complejo insoluble. Estudios
preliminares51 demuestran que para el sistema quitosano-alginato esta razón
corresponde a un 40-50% p/p de quitosano en la mezcla. Esta razón es independiente
del grado de polimerización del alginato usado en la mezcla, al estudiar mezclas con
alginatos de alta y baja viscosidad. La formación de complejo entre ambos polímeros se
produce por atracción electrostática entre el grupo amino del quitosano y el grupo
carboxilo del alginato. Dado que hay un grupo por cada unidad de monosacárido y el
peso molecular de cada unidad de monosacárido es casi el mismo, luego la relación
óptima en peso entre los polímeros es cercana a 1:1.
La Figura 5 muestra el DSC de alginato (AL) y quitosano (CB). El DSC del alginato
mostró un pico endotérmico a 109,1ºC y un pico exotérmico a 244,2ºC. El primer pico
se relacionó a la pérdida de agua absorbida por el polímero y el segundo se relacionó
con la temperatura de descomposición del alginato. El DSC del quitosano mostró un
pico endotérmico a 83,9ºC que se relacionó a la pérdida de agua absorbida por el
polímero, el quitosano no se degradó en el rango de temperatura estudiado (40-250ºC).
La Figura 6 muestra el DSC del complejo polielectrolito (PEC) formado. El DSC del
complejo muestra dos picos endotérmicos, uno a 93,5ºC que se relaciona con la pérdida
de agua absorbida por el complejo y el otro a 213,5ºC que podría asignarse a la
formación de un par iónico entre el grupo carboxilo (-COO-) del alginato y el grupo
amino (-NH3+) del quitosano.
Figura 5. DSC de alginato (AL) y quitosano (CB)
Figura 6 .PEC Quitosano-Alginato (CB/ALV)
En un estudio por DSC de membranas de PEC quitosano-alginato52 se ha descrito un
pico endotérmico a 222,5ºC, que no está presente en los termogramas de quitosano,
alginato de sodio, o mezclas físicas de los polímeros. Los autores proponen que la
deshidratación de la membrana durante el DSC conduce a la formación de un enlace
amida. La existencia de este enlace amida se confirmó mediante FT-IR. Para ello la
membrana PEC quitosano-alginato se calentó a 215ºC por 2-3 minutos. Después de
enfriar, su espectro FT-IR mostró un pico a alrededor de 1650 cm-1, que junto con un
hombro a 1556 cm-1 es generalmente asignado a las bandas de absorción del grupo
amida. Este pico no fue obtenido con quitosano, alginato, o mezcla física de los dos
polímeros.
La Figura 7 muestra el cambio de la viscosidad del sobrenadante cuando se varía la
proporción quitosano-carragenina. La razón de mayor interacción se obtuvo cuando el
porcentaje de quitosano en la mezcla fue entre 30 y 40%. En la zona de la curva donde
hay un gran exceso de carragenina, la viscosidad del sobrenadante es determinada
principalmente por el grado de ionización de carragenina que no reaccionó con
quitosano. Puede observarse en la Figura 7 que el sobrenadante obtenido de la mezcla
con CSI no mostró ninguna diferencia en viscosidad entre pH 4 y pH 5. Por otro lado, el
sobrenadante obtenido de la mezcla con CAM mostró una viscosidad significativamente
mayor a pH 5 que a pH 4. Esto significa que el número de grupos ionizados en CAM es
más alto que en CSI dado que la viscosidad del sobrenadante es controlada por el
número de grupos ionizados presentes a un determinado pH.
Figura 7. Variación de la viscosidad relativa del sobrenadante de mezclas quitosanocarragenina en función de la concentración de quitosano. Cada punto representa la
media de tres experimentos.
El precipitado obtenido de la mezcla CB/CSI a 20/80 y 50/50 p/p fue analizado por FTIR y comparado con el espectro de CB y CSI. Como se observa en la Figura 8, el
espectro FT-IR de CSI muestra una banda de absorción ancha en 1446,4 cm-1 asignable
al grupo -SO4-2 . El espectro FT-IR de quitosano muestra una banda ancha e intensa en
1654,3 cm-1 asignable al grupo –NH. El espectro FT-IR del precipitado obtenido de la
mezcla CB/CSI (50/50) muestra una nueva banda de absorción en 1560,1 cm-1 asignable
al grupo –NH3+. Esta banda de absorción está ausente en el espectro de CB y CSI.
Además, la intensidad de la banda de absorción asignada al grupo -SO4-2, disminuye y
se desplaza en 27 cm-1 , desde 1446,4 cm-1 a 1419,4 cm-1 (ver Figura 9). El espectro FTIR del precipitado obtenido de la mezcla CB/CSI (20/80) también muestra una nueva
banda de absorción en 1562,4 cm-1 junto con una disminución en la intensidad y
desplazamiento de la banda de absorción asignada al grupo -SO4-2 a 1419,4 cm-1. La
aparición de una nueva banda de absorción en 1560-1562 cm-1 asignada al grupo –NH3+
y la fuerte reducción en intensidad y desplazamiento de la banda de absorción del grupo
-SO4-2 desde 1446,4 cm-1 a 1419,4 cm-1 da evidencia de la formación de complejos
polielectrolitos fuertes.
Figura 8. Espectro FT-IR de quitosano y carragenina
Figura 9. Espectro FT-IR del complejo quitosano-carragenina