SINTESIS DE POLIURETANO CON PROPIEDADES ANTIFUNGICAS Y

ANTIBACTERIALES PARA SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA DEL

CALZADO

Anayansi Estrada Monje 1, Berenice Mata 2, J. Roberto Herrera Resendiz1

1CIATEC, Departamento de Materiales, Omega 201, Fracc. Industrial Delta, León, Gto. México 37545.

2 Universidad Autónoma de Guanajuato,E-mail: aestrada@ciatec.mx

Contenido• Introducción

– Polímeros– Poliuretano– Proceso RIM– Escala Nano

• Antecedentes• Objetivo• Metodología

Contenido

• Resultados y Discusión• Conclusiones• Agradecimientos y Referencias

Introducción

• Polímeros

H2C

CH2 n

CH2 CH2 polimerización

Introducción

• El Poliuretano (PU)– Polímero con grupo Uretano

• Material altamente atractivo debido:– Facilidad de procesamiento1

• Mediante el proceso de moldeo por inyección reactiva (RIM)

– Excelentes propiedades físico-mecánicas2.– Los PU se pueden formular para cubrir un intervalo de

dureza desde 30 Shore A hasta 85 Shore D– La escala D se utiliza para medir la dureza superior a 95

Shore A– El intervalo de resiliencia puede ir desde el 2% hasta el

75%– Incluso algunos PU’s pueden mantener esta propiedad

(sin cambiar la T) en un intervalo de 0 ºC a 150 ºC.

• Resistencia a la abrasión– Solventes– Aceites– Gasolina– Grasas

• Resistencia al desgarre.• Resistente al oxígeno,

ozono, a la luz del sol.

– Excelentes biocompatibilidad

• Dispositivos biomédicos

• Se estudio un poliéster-PU en un injerto arterial ymostró que promueve el crecimiento continuo deuna monocapa de células endoteliales.

• En las ultimas tres décadas se han realizadopruebas in vivo: corazones artificiales,marcapasos, injertos vasculares, endoprótesis ycatéters3.

RIM

ISOCIANATO POLIOL

CABEZA MEZCLADORA

MOLDE

PRODUCTO TERMINADO

El proceso RIM

Corriente A

Corriente B

Molde

• La escala nano• 1 nm = dividir un

milímetro en un millón departes

• La nanotecnología es laciencia que permite manipularla materia al nivel del átomo

• Los nanomateriales hanganado interés en la últimadécada debido a suspropiedades únicas4.

• El término nanocomposite es comúnmente utilizadopara los polímeros que contienen nanorellenosdispersos en la matriz polimérica 5.

– (tamaño promedio de partícula menor a 100 nm)

• Los nanomateriales han ganado interés en la últimadécada debido a sus propiedades únicas 6.

• Debido a las excelentespropiedades antibacteriales de lasnanopartículas de plata (NPAg) seplanteó la posibilidad de probar suspropiedades antifungicasincorporándola a una matriz de PU.

Antecedentes

Antecedentes

• Recientemente se ha observado unincremento en la resistencia de las bacteriasa los bactericidas y a los antibióticos 5.

• Se ha buscado la obtención de polímeroscon actividad bactericida, para ello se hanincorporado a la matriz polimérica diversosantibióticos 6.

• Con los nanomateriales se busca abrirnuevos caminos en la lucha y prevención deenfermedades

Antecedentes

• En este sentido se han investigado laspropiedades bactericidas de las NPAg 7-8 y seha encontrado que pueden utilizarse comoagentes biocidas muy efectivos.– Es un metal natural no tóxico que puede

destruir muchos microorganismos dañinospara el cuerpo humano.

Antecedentes

• Sang 9 reportó el uso de NPAg en una matrizde PP para aplicaciones sanitarias comomascarillas quirúrgicas, filtros, pañales, entreotros.

• Pruebas in vitro con NPAg en VIH-1. Despuésde 24 h, 100 % de las células habían muerto10.

Antecedentes

• Entre los hongos dañinos están tricophytonrubrum, epidermophyton y la tiña pedis, y entrelas bacterias dañinas está el microsporum 11-12.

• El efecto de las NPAg se evaluó también enbacterias Gram + y en bacterias Gram- dandoexcelentes resultados antibacteriales13.

Antecedentes

• Sondi 14, en 16 especies de bacteriasincluyendo la E. Coli, encontrando muy buenosresultados antibacteriales.

• Se reportó e uso de compuestos basados ensales de piridina como antibacteriales y

antifungicos en una platilla de PU.

Antecedentes

• En el presente proyecto se pretende combinar laspropiedades del PU y las propiedades de lasNPAg para sintetizar un material de altodesempeño que bloquee el crecimiento debacterias patógenas y hongos que puedenprovocar enfermedades en los pies.

Objetivo

• Desarrollar un nanocomposite de PU/Agcon propiedades antifungicas medianteel proceso de moldeo por inyecciónreactiva.– Estudiar las propiedades del material

compuesto.

Metodología

Metodología

• Se utilizó un sistema comercial (SimonQuímica) para la síntesis del PU.– Poliol SIPOL 230– Isocianato ACON 314– Catalizador PFS

• Nanopartículas de plata (Novacentrix)– Tamaño promedio de partícula de 25 nm

Metodología

• PU/Ag 0.025, 0.05, 0.1 y 1.5 por cientoen peso.

• Se evaluó la propiedad antifúngica de losmateriales compuestos frente aTrycophiton.

• Se evaluaron propiedades térmicas(TGA), la interacción entre NPAgmediante FT-IR.

RESULTADOS

Resultados

• Evaluación de la actividad antifungica frente aTricophyton (Tiña o pie de atleta)

PU/Ag 0.025

Resultados

PU/Ag 0.050

Resultados

PU/Ag 0.10

Resultados

• Se encontró que la concentración de 0.05% en peso de NPAg es la que mejorinhibe el crecimiento del hongo.

• Una de las propiedades importantes en eldesempeño de los materiales poliméricoses la estabilidad térmica.

• Análisis termogravimétrico (TGA)– Se basa en la variación de la masa de una

muestra cuando es sometida a un programade temperatura en una atmósfera controlada.

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PU

PU-Ag 0.025

PU-Ag 0.050

PU-Ag 1.50

• TGA

• La adición de una determinada cantidad deNPAg permite incrementar la temperatura dedescomposición del PU.

Conclusiones

• La adición de 0.050 % en peso de NPAginhibe completamente el crecimiento del hongotricophyton en el material compuesto.

• Una cantidad adecuada de nanopartículas deplata incrementa las propiedades mecánicasdel material compuesto.

Conclusiones

• La biocompatibilidad de los poliuretanosmodificados con plata y su actividadantifungica abren una nueva perspectiva parasu utilización en aplicaciones biomédicas entrelas que podemos incluir la fabricación deplantillas para el calzado.

Siguiente paso

• Evolución constante en el campo de lananotecnología

• Existen tecnologías emergentes que puedenaprovecharse para darle valor agregado al calzado.

• El reto principal es la innovación

• Incrementar la vinculación industria-centros dedesarrollo.

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Bibliografía1. Hand D. K. Park, K. Park K. D. Ahn K. D. and Kim Y. H. 2006 In vivo

biocompatibility of sulfonated PEO-grafted PU for polymer Heartvalve and cascular graft. Artif. Oragans, 30, 955-9.

2. Williams R. L. Krishna Y. Dixon S. Haridas A. Grierson I andSheridan C. 2005 PU as potential substrates for sub-retinal pigmentepithelial cell transportation J. Mater. Sci. 16, 1087-92.

3. Balaz A.C. Emirck T and Rusell T. P. 2006 Nanoparticle polymercomposites: where two small worlds meet. Science 314, 1107-10.

4. Gersappe D., 2002 Molecular mechanisms of failure in polymernanocomposites, Phys. Rev. Lett. 89, 058301.

5. Kyriacou S. V., Brownlow, W. J. and Xu X-H, N 2004, Biochemistry,43, 140-147.

6. Mal-Nam Kim, A. Hyon Lim, Jin-San Yoon, Journal of AppliedPolymer Science, 96, 3, 936-943, 2005.

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7. M. Fresta, G. Puglisi, G. Giammona, G. Cavallaro, N, Micali, P. M. Furneri, J. Pharm. Sci. 84, 895 (1995).

8. T. Hamouda, M. Hayes, Z. Cao, R. Tonda, K. Johnson, W. Craig, J. Brisker, J. Baker, J. Infect. Dis. 180, 1939 (1999).

9. Sang, Young Yeo; Hoon Joo Lee; Sung Hoon Jeong; Journal ofMaterials Science, 38, 2143-2147 (2003).

10. S.Y Yeo,H.J: Lee and S.H. Jeong. Preparation of nanocompositesfibers for permanent antibacterial effect. J. Mater. Sci. 38, 2143(2203)

11. S. H., Hong, R. Kim, and C. N. Choi, Fiber Technology and Industry(Korea), 2, 286 (1998).

12. W. Washino, “Functional Fibers: trends in Technology and ProductDevelopment in Japan” (Toray Research Center Inc. Japan,) 1993.

13. P. K. Stoimenov, R. L., Klinger, G.L., Marchin, K.J., Klabunde,Langmuir, 18, 6679 (2002).

14. Ivan Sondi and Salopek-Sondi Branka, Journal of Colloid andInterface Science, 275, 177-182 (2004).

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Agradecimientos

• Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología delEstado de Guanajuato

• A la Dra. Doralinda Guzmán del CINVESTAVIrapuato, por la realización de las pruebas conmicroorganismos.

• Al Dr. J. Roberto Herrera por su participación.• A Berenice Mata por su colaboración.