1.3. Método sol-gel
1.3.5. Funcionalización con 3 aminopropiltrietoxisilano (APS)
La modificación de la superficie de materiales como la sílice o las zeolitas179,
mediante enlaces covalentes es de especial importancia para la obtención de materiales híbridos con múltiples aplicaciones tecnológicas. La inmovilización de macromoléculas en la superficie de la sílice o del vidrio, junto con el 3- aminopropiltrietoxisilano y glutaraldehído, han sido ampliamente utilizadas en el campo de la enzimología, así como en la preparación de columnas de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)180,181. Asimismo, se han encontrado aplicaciones
178 Brinker, C.J., Scherer, G.W., Sol-Gel Science. The Physics and Chemistry of Sol-Gel
Processing.Academic Press, Inc., Estados Unidos, 1990.
179
José Vega-Baudrit, María Sibaja-Ballestero, José Miguel Martín-Martínez, Patricia Vázquez, , Revista Iberoamericana de Polímeros Volumen 8(2), 8(2), 138-162, 2007
180Kollist-Siigur, K., Nielsen, T., Grøn, C., Hansen, P., Helweg, C., Jonassen, K., Jørgensen, O., Kirso, U.
“Sorption of polycyclic aromatic compounds to humic and fulvic acid HPLC column materials”, J. Environmental Quality, 30, 526 (2001)
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en el campo de la medicina182,183 y en el diseño de materiales híbridosavanzados184. Diversos grupos de investigación185,186,187 han funcionalizado sílices
mesoporosas con organosilanos por síntesis directa; mostrando que se formaba una monocapa unida covalentemente a la superficie de la sílice. Desde que Stöber et al. en 1968 188 desarrollaron un método simple que permite la obtención de
nanopartículas de sílica a través de la policondensación del TEOS en un medio alcohólico y catalizado por amoniaco,
se han incrementado estudios sobre la cinética y elucidación de mecanismos que expliquen la morfología y la incidencia de ciertos parámetros como la temperatura189, la concentración de TEOS, amoniaco190 o el tipo de solvente191 en el
tamaño de partícula. Todo este interés es debido a sus propiedades tales como su alta área superficial y a la posibilidad de modificación de los grupos Si-OH de su
181
Chong, A.S.M., Zhao, X.S. “Functionalization of SBA-15 with APTES and characterization of functionalized materials”, J. Phys. Chem., B, 107, 12650 (2003)
182 Shioji, S., Hanada, M., Hayashi, Y., Tokami, K., Yamamoto, H. “Continuous surface modification of
silica particles for enzyme immobilization”, Advanced Powder Technology, 14 (2), 231 (2003)
183
Ginalska, G., Osinska, M., Uryniak, A. “A covalent method of gentamicina bonding to silica supports”, J. Biomaterials Applications, 18, 279 (2004)
184 Brunel, D., Blanc, A., Galarneau, A., Fajula, F. “New trends in the design of supported catalysts on
mesoporous silicas and their applications in fine chemicals”, Catalysis Today, 73, 139 (2002)
185
Musante, L., Turallas, A.C., Romanelli, G., Vázquez, P. “Síntesis y caracterización de sílices modificadas para su uso como aditivos en sistemas poliméricos”, IX Simposio Latinoamericano de Polímeros, VII Congreso Iberoamericano de Polímeros–SLAP 2004, c-2-25 (2004)
186
Chong, A.S.M., Zhao, X.S., Kustedjo, A.T., Qiao, S.Z. “Functionalization of large-pore mesoporous silicas with organosilanes by direct synthesis”, Microporous & Mesoporous Materials, 72, 33 (2004)
187
Cauvel, A., Brunel, D., Direnzo, F. Garrone, E., Fubini, B. “Hydrophobic and hydrophilic behavior of micelle-templated mesoporous silica”, Langmuir, 13 (10), 2773 (1997).
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189
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190
I.A. Rahman, P. Vejayakumaran, C. Sipaut, J. Ismail, M. Bakar, R. Adnan, C. Chee, "An optimized sol– gel synthesis of stable primary equivalent silica particles," Colloids Surf. A, vol. 294, pp. 102-110, Aug. 2007.
191 D.Green, J. Lin, Y. Lam, M. Hu, D. Schaefer, M. Harris, "Size, volume fraction, and nucleation of Stober
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superficie192,193, éstas características las hacen adecuadas para un sin número deaplicaciones en diferentes áreas tales como el reforzamiento de polímeros y recubrimientos. La modulación y caracterización de la morfología y tamaño de las nanopartículas y la modificación de la superficie con 3-aminopropiltrimetoxisilano (APS) para injertar grupos amino generando un sistema químicamente afín con matrices poliméricas tipo poliamidas o sistemas de intercambio iónico. En la Figura 1.17 se representa este injerto o funcionalización en un sólido como la sílice que posee grupos OH.
a) b)
Figura 1.17. Esquema de la superficie de un sólido funcionalizado: a) Hidrofóbico; b) Hidrofílico
Sutra y colaboradores194 mediante espectroscopia NMR-13C, han demostrado la
presencia de grupos alcoxi residuales en sílices modificadas con 3- aminopropiltrietoxisilano. Los dos mecanismos propuestos para explicar el proceso de funcionalización de las sílices son el procedimiento sol-gel y la sustitución núcleo fila. Para que se produzca el mecanismo sol-gel es necesario que 3 grupos silanol se condensen durante el injerto por lo cual la reacción de funcionalización no dejaría zonas hidrófilas en la superficie de la sílice (Figura 1.18b)195. En el
192 L.T. Zhuravlev, "The surface chemistry of amorphous silica. Zhuravlev model," Colloids and Surfaces
A: Physicochem. Eng. Aspects, vol. 173, pp. 1–38, Feb. 2000.
193
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194
Sutra, P., Fajula, F., Brunel, D., Lentz, P., Daelen, G, Nagy, J. “9Si and 13C MAS-NMR characterization of surface modification of micelle-templated silicas during the grafting of organic moieties and end- capping”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 158(1-2), 21 (1999)
195 Sutra, P., Fajula, F., Brunel, D., Lentz, P., Daelen, G, Nagy, J. “9Si and 13C MAS-NMR characterization
of surface modification of micelle-templated silicas during the grafting of organic moieties and end- capping”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 158(1-2), 21 (1999)
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mecanismo de sustitución núcleofila (Figura 1.18b), el grupo Si-O-Si en la superficie, induce una interacción entre los grupos silanoles con el compuesto funcionalizante y conlleva la formación de dos grupos etoxi residuales. Asimismo, la funcionalización no elimina los grupos silanol superficiales completamente, lo que confiere un cierto grado de hidrofília a la sílice, el cual se explica por el efecto estérico del agente funcionalizante, el cual actuaría como una sombrilla, protegiendo a los grupos silanol superficiales del ataque de las moléculas del disolvente polar y por lo tanto disminuye la mojabilidad de la sílice.Figura 1.18. Diferentes mecanismos del proceso de injerto del 3-cloropropil-trietoxisilano en la superficie de una sílice: a) procedimiento sol-gel, y b) sustitución núcleofila.
En el contexto de este trabajo de Tesis se desarrollan nuevos materiales por el método sol-gel cuya capa activa está formada por óxidos de silicio empleando diferentes catalizadores para la obtención de los sólidos, con adición de Ag y Zn reciclado de pilas, para su impregnación en telas mediante el método pad-dry-cure y sol-gel, estudiando específicamente su actividad antifúngica y antibacteriana.