Preparación y caracterización de materiales compósitos biocídas basados en polipropileno con nanopartículas de cobre

Abstract

La necesidad de polímeros biocidas ha tomado importancia en el último tiempo dado que con ellos es posible resolver problemas tecnológicos relevantes como las enfermedades asociadas a la higiene, ya sea en contagios intrahospitalarios, o en empaque de alimentos. Actualmente existe una variedad de métodos y materiales para preparar polímeros biocidas, habiendo dos categorías principales, una primera que corresponde a los materiales en que el agente biocida se agrega a la matriz y la segunda, a los materiales en que el biocida es inherente al polímero. Se destaca dentro de la primera categoría los compósitos con nanopartículas metálicas, por ejemplo los de plata, con una efectividad ampliamente comprobada. A pesar que desde hace siglos es conocida la capacidad biocida del cobre, su estudio en nanocompósitos poliméricos no ha sido estudiado en detalle, lo que permitiría preparar polímeros basados en este metal con propiedades bactericidas.

El objetivo del trabajo de título es preparar compósitos de polipropileno con nanopartículas de cobre, mediante el método de mezcla en fundido y con porcentajes de carga entre 1 y 20% vol-vol, para estudiar sus propiedades, con énfasis las biocidas.

Para este propósito, se probaron tres metodologías: a) medir el efecto del compósito sobre un cultivo diluido en fase lag (~102 [CFU/ml]) en contacto con la superficie del compósito; b) medir el efecto por inmersión en un cultivo concentrado (~107 [CFU/ml]); c) medir el efecto en un cultivo concentrado en fase exponencial (~107 [CFU/ml]) en contacto con la superficie del material; con el tercer método los resultados permitieron cuantificar las principales características biocidas de las nanopartículas de cobre.

Se encontró un efecto bactericida importante en las muestras preparadas. En particular, para los compósitos al 1% y 5% (vol-vol), se determinó una eficacia bactericida del 40% y 90% respectivamente, luego de 4hr en contacto. Más interesantes son los resultados para un 9% y 19% (vol-vol), encontrándose un 100% de efectividad luego de 4hr en contacto.

Además se caracterizó los compósitos estudiando la cantidad de iones Cu+ que se liberan del material a una solución, resultando que, luego de 3hr es posible encontrar una concentración de 4 [µg/ml] de cobre en solución para 2cm2 de material. También sus propiedades eléctricas fueron analizadas, encontrándose cambios poco significativos en la conductividad (1,3x10-3 – 2,7x10-3[S/m]).

Basados en los resultados de este proyecto de tesis, fue posible encontrar una metodología que permitió cuantificar el efecto biocida de un compósito. Finalmente se concluye que, nanopartículas de cobre dentro de una matriz de polipropileno producen un efecto bactericida sobre un cultivo de E. coli, el cual depende fuertemente del porcentaje de relleno. De esta manera, estos nanocompósitos abren nuevas aplicaciones al cobre.