Modificación química del polipropileno y su potencial uso como agente extractante de iónes metálicos.

Abstract

Es de interés en la presente tesis doctoral ampliar el campo de aplicación del polipropileno isotáctico homopolímero (PP) basándose en las propiedades mecánicas, químicas y el bajo costo de producción del polímero. Las excelentes propiedades mecánicas caracterizadas por una alta relación rigidez / impacto, alta resistencia química a una amplia gama de solventes y la probada habilidad que presenta el PP para sufrir modificaciones químicas hacen del PP un material potencial para aplicaciones en procesos de extracción de iones metálicos. Dichos procesos son de gran interés en técnicas analíticas, en hidrometalurgia, en procesos de extracción de minerales y en el tratamiento de aguas municipales, agrícolas e industriales. Teniendo esta última aplicación, una relación directa con la problemática medio ambiental originada por la incorporación creciente de iones metálicos tóxicos como lo son: el Hg(ll), Cd(ll), Zn(II), Pb(ll), Cr(lll) y Al(¡¡¡) a aguas de consumo humano. Los iones metálicos mencionados anteriormente constituyen los analitos de estudio en la presente tesis de doctorado. En la actualidad existen estudios en sistemas de extracción de iones metálicos que emplean a polímeros entrecruzados (resinas) y a polímeros con funcionalidades polares (polímeros solubles en agua) incorporando, ambos sistemas, átomos de nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo en la cadena principal o lateral. Los mismos son capaces de coordinar o realizar el proceso de intercambio jónico con los cationes metálicos. Se ha encontrado poca información sobre modificaciones químicas al PP y su aplicación en retención de iones metálicos; principalmente, la mayoría de la información encontrada se basa en modificaciones químicas superficiales a sustratos en base a polipropileno (membranas y fibras) a través de técnicas ionizantes. En función de lo anterior, se ha planteado como hipótesis utilizar al PP isotáctico modificado químicamente como agente extractante de iones metálicos gracias a la incorporación de grupos funcionales como: ácidos carboxílicos y ácidos sulfónicos. Para ello se tiene como objetivos generales: la activación de reactor tipo Batch de alta presión (30 Bar) para la síntesis de polipropileno isotáctico con morfología esférica, la modificación química del PP a través de reacciones vía radicales libres con iniciadores peróxidos en la presencia de monómero de ácido acrílico (M) en fundido, modificación superficial de polvo de PP así como mezclas de PP con polímeros polares en fundido. Posteriormente, se estudió la retención de iones metálicos, por parte del PP modificado químicamente, variando los parámetros intrínsecos y extrínsecos que influyen en la retención. El PP modificado químicamente se caracterizó por espectroscopia infrarroja (FT-IR ó modo ATR-IR), microscopía electrónica de barrido (SEM), calorimetría diferencial de barrido (DSC), cromatografía de permeación de geles (GPC), termogravimetría (TGA) y por tamaño y distribución de partículas. El polvo obtenido del sistema continuo de síntesis industrial de PP (proceso SPHERIPOL TM) fue sometido a modificaciones químicas. Se estudió las propiedades de retención de iones metálicos en solución PP modificado químicamente a través del método de Batch para hacer una determinación previa de las variables óptimas que influyen en la retención. El estudio se realizó para los siguientes iones metálicos: Hg(ll), Cd(ll), Zn(ll), Pb(ll), Cr(lll) y Al(¡¡¡) por su impacto en el medio ambiente y su interés analítico. La concentración de los iones metálicos en las soluciones filtradas se determinó a través de la técnica de espectroscopia de absorción atómica (EAA). Excelentes resultados se obtuvieron en términos del grado de modificación y la apreciable capacidad de adsorción de iones metálicos en solución por parte de las muestras de PP modificadas químicamente. Especialmente, los sistemas obtenidos por el proceso de mezclado presentaron una excelente habilidad de retención, cuando están debidamente compatibilizados teniendo una apropiada y homogénea distribución de micro fases en su superficie. Esta habilidad intrínseca constituye la base de un desarrollo tecnológico al ser susceptible a protección industrial tal y como lo es la presente tesis doctoral.