ESTUDIO DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DEL QUITOSÁN EN DIFERENTES

SOLUCIONES ÁCIDAS

Sergio A. Salazar Branna, José F. Louvier Hernández, T.C. Flores-Floresa, Edgar Omar Castrejón Gonzáleza (a) Departamento de Ingeniería Química, Instituto Tecnológico Nacional Instituto Tecnológico de Celaya. A. García Cubas No. 600, Col. Alfredo V. Bonfil, C.P. 38010,

Celaya, Gto.

La solubilidad del quitosán se relaciona a su naturaleza como polielectrolito, cargado positivamente debido a la protonación de los grupos amino por debajo de un pH de 6.2 [2].

La protonación de los grupos amino se describe mediante la siguiente reacción de equilibrio [3]:

𝐶ℎ𝑖𝑡 − 𝑁𝐻2 + 𝐻3𝑂+ ↔ 𝐶ℎ𝑖𝑡 − 𝑁𝐻3+ + 𝐻2𝑂 1

Además de la Ecuación 1 ocurre otra reacción que debe de ser considerada, y es la que involucra la disociación del ácido débil, en este caso para el acético [4]:

𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂− + 𝐻3𝑂+ 2

La conductividad electrolítica es una herramienta que ayuda a estudiar el proceso de transporte de cargas en soluciones electrolíticas. Factores como la temperatura, salinidad, grado de desacetilación y el peso molecular promedio viscoso (Mv) tienen una importante influencia en la conductividad electrolítica del quitosán en solución [5].

En este trabajo se estudia el comportamiento de la conductividad que presenta el quitosán en diferentes soluciones de ácidos orgánicos, tomando como variables la concentración del ácido y la del quitosán. Es interesante conocer su conductividad para entender cómo se solubiliza el quitosán en estas soluciones; además de su efecto para la formación de nanofibras mediante la técnica de electrohilado.

METODOLOGÍA Para la preparación de las soluciones se emplearon los ácidos: acético, fórmico, cítrico y láctico a una concentración de 0.1 M, además de una solución 0.3 M Ácido acético/ 0.2 M Acetato de sodio [4] con la cual se estudió el efecto de la adición de la sal. Para el estudio del efecto del Mv en la conductividad, se utilizaron 3 lotes diferentes de quitosán cuyas características se pueden observar en la Tabla 1. Las muestras con los diferentes lotes de quitosán se prepararon empleando como solvente el ácido fórmico a una concentración 0.1 M.

Tabla 1. Propiedades de los diferentes lotes de quitosán

A las soluciones de diferentes ácidos se les agregaron 15 mg/mL de quitosán y se dejaron en agitación por un periodo mínimo de 36 horas. Posteriormente, partiendo de la solución madre (0.1 M y 15 mg/mL) se hicieron diluciones a las cuales se les midió la conductividad y pH.

En la Figura 2 se puede ver que para el ácido acético, fórmico y láctico

el comportamiento de la conductividad es muy similar entre ellos,

mostrando en primer lugar una disminución seguido de un aumento de

la conductividad. En cambio para en el ácido cítrico, la conductividad

sólo muestra una tendencia a disminuir en este rango de

concentraciones.

CONCLUSIONES De los experimentos realizados tomando en cuenta el efecto del Mv y DD del quitosán no se encontró que estas propiedades tengan un efecto significativo a bajas concentraciones del polímero.

El mecanismo de solubilidad del quitosán está gobernado por la reacción de protonación de los grupos amino, ya que de otra manera el pH no aumentaría, sino que llegaría un punto en el que permanecería constante, lo que indica que ya no se forman enlaces entre los grupos amino y los iones hidronio presentes en la solución.

Finalmente para obtener mayores valores de conductividad es necesario involucrar el uso de una sal.

REFERENCIAS 1. Brugnerotto, J., Desbrières, J., Heux, L., Mazeau, K., & Rinaudo, M. (2001). Overview on structural

characterization of chitosan molecules in relation with their behavior in solution. Macromolecular Symposia, 168,1-20.

2. Park, J., Choi, K., & Park, K. (1983). Acid-base equilibria and related properties of chitosan. Bulletin of Korean Chemistry Society, 68-72.

3. Rinaudo, M., Pavlov, G., & Desbrières, J. (1999). Influence of acetic acid concentration on the solubilization of chitosan, Polymer, 7029-7032.

4. Rinaudo, M., Milas, M., & Le Dung, P., (1993). Characterization of chitosan. Influence of ionic strength and degree of acetylation on chain expansión. International Journal of Biological Macromolecules, 15, 281-285

5. Qiao-xia, L., Bao-zhen, S., Zhen-qiu, Y., & Hong-lei, F. (2006). Electrolytic conductivity behaviors and solution conformations of chitosan in different acid solutions. Carbohydrate Polymers, 272-282.

Lote P.M (Da) %DD

PMB MKBH7256V 58,026 95.5

PMB MKBL7900V 68,968 94.3

PMM STBF3507V 123,681 75.0

INTRODUCCIÓN

Hoy en día, en el área de los biomateriales, dentro de los materiales más usados se encuentran la quitina y el quitosán debido a la infinidad de aplicaciones que tienen y especialmente por su impacto ambiental. El quitosán es un copolímero producido mediante la desacetilación de la quitina y está compuesto por unidades de glucosamina y N-acetilglucosamina. Para que el término “quitosán” pueda ser aplicado es necesario que el grado de desacetilación (DD) esté por arriba del 50% [1].

RESULTADOS

En la Figura 1 se hace el comparativo de los 3 lotes de quitosán.

Analizando el DD se observa que, el lote con el menor DD, en

este caso el de peso molecular medio (PMM), es el que presenta

menor conductividad con respecto a los otros dos de peso

molecular bajo (PMB).

En las muestras analizadas y tomando en cuenta solamente los

lotes de PMB, el que presenta mayor conductividad es aquel que

tiene mayor peso molecular y menor DD.

Figura 2. Cambio de conductividades en diferentes

soluciones ácidas.

Figura 3. Comportamiento de la conductividad en

solución 0.3M HAc/ 0.2M NaAc Finalmente usando el solvente 0.3

M ácido acético/ 0.2 M acetato de

sodio, en la Figura 3 se observa

que los resultados obtenidos de

conductividad son al menos 4

veces mayores que los que

presentan los ácidos sin la sal

agregada.

Lo que se cree que en realidad

está influenciando en mayor

medida los resultados es la

ionización del acetato de sodio.

Al haber mayores iones acetato libres, estos serán capaces de

transportar las cargas con mayor facilidad incrementando así los

valores de la conductividad.

Figura 1. Comparación de conductividades en tres lotes

de quitosán.