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Desarrollo de un filamento para impresión 3d basado en el sistema híbrido polipropileno – arcilla saturada con carga iónica y nanopartículas para aplicaciones biomédicas

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dc.contributor.advisorMontaño Castañeda, Mary Ceciliaspa
dc.contributor.authorRomero Cárdenas, Lina Marcelaspa
dc.date.accessioned2023-02-11T11:59:26Z
dc.date.available2023-12-31
dc.date.available2023-02-11T11:59:26Z
dc.date.issued2023-02-11
dc.description.abstractLa infección por bacterias, hongos y virus relacionada con los dispositivos utilizados en la atención médica como catéteres, implantes, prótesis, ventiladores y demás, ha tenido un aumento significativo, empeorando la salud de los pacientes y aumentando los costos de los tratamientos. En cuanto a la fabricación de los dispositivos biomédicos, la impresión 3D ha tomado una alta participación en este campo, puesto que permite el diseño de piezas a la medida del paciente. De esta manera, considerando la alta tasa de infecciones intrahospitalarias por los dispositivos médicos, la impresión 3D como manufactura personalizada y de bajo costo, y el creciente desarrollo de compuestos como biomateriales, se abordó el desafío de mezclar un polímero con carga mineral saturada ¿de? iones y nanopartículas metálicas con efecto antimicrobiano. En esta línea, el objetivo del presente trabajo fue desarrollar un filamento para impresión 3D basado en polipropileno (PP) con arcilla saturada (Ar Sat) con carga iónica de plata/cobre (Ag+ , Cu2+) y nanopartículas (NPs) de óxido de cobre (CuO), con propiedades mecánicas óptimas, antimicrobianas y biocompatible para la conformación de dispositivos de uso médico. En virtud de ello, se preparó el aditivo arcilla-(Ag+ , Cu2+) y arcilla-(Ag+ , Cu2+)-NPs CuO. Se determinó la adsorción de los iones metálicos mediante espectroscopia de adsorción atómica, analizó la incorporación de los iones y NPs en la estructura de la arcilla mediante los análisis de difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja (FT-IR), microscopia electrónica de barrido (MEB) y microscopia electrónica de transmisión (MET). Posteriormente, se formuló un masterbatch (MB) con diferentes porcentajes del aditivo y PP. El MB pasó por un proceso de extrusión, peletizado y manufacturado por inyección. Se estudió el comportamiento mecánico, químico y microbiológico del polímero frente a diferentes porcentajes de aditivos mediante análisis de DRX, FT-IR, termogravimétrico (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC), MET, tracción (ASTM D638-14), absorción de agua (ISO 62), resistencia química (ASTM D543), pruebas microbiológicas. Finalmente, los MB se procedió bobinar para obtener los filamentos e imprimir piezas por la técnica fabricación de filamentos fundidos (FFF). A las piezas impresas se les realizó un ensayo de tracción y un ensayo de contracción. Los resultaron mostraron que la arcilla incorporó por intercambio iónico en su estructura los iones y nanopartículas metálicas, presentando efecto bactericida no al contacto, pero si con el tiempo. El sistema PP – arcilla no presentó un sistema intercalado, por lo que se obtuvo un microcompuesto. El 3 y 1% en peso de arcilla en la formulación mostró un incremento en sus propiedades mecánicas, térmicas y químicas comparado con el PP. Se obtuvieron filamentos bobinables, homogeneidad en color/textura con un diámetro promedio 1.5 mm. Se logró imprimir el PP, sin embargo, las piezas muestran un decaimiento de alrededor del 30% en relación con las piezas producidas por inyección; aunque muestran menor contracción en comparación con su matriz pura, presentando una menor tendencia a la distorsión y, por lo tanto, mayor estabilidad dimensional.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.degreenameQuímico(a)spa
dc.description.modalityTrabajos de Investigación y/o Extensiónspa
dc.description.tableofcontents1. Introducción............................................................................................................................. 1spa
dc.description.tableofcontents2. Hipótesis ................................................................................................................................. 4spa
dc.description.tableofcontents3. Objetivos ................................................................................................................................. 4spa
dc.description.tableofcontents3.1. Objetivos General ............................................................................................................. 4spa
dc.description.tableofcontents3.2. Objetivos Específicos ....................................................................................................... 4spa
dc.description.tableofcontents4. Estado de Arte ......................................................................................................................... 5spa
dc.description.tableofcontents4.1. Impresión 3D .................................................................................................................... 5spa
dc.description.tableofcontents4.2. Materiales Compuestos .................................................................................................. 11spa
dc.description.tableofcontents4.2.1. Matriz Polimérica: Termoplástico .......................................................................... 14spa
dc.description.tableofcontents4.2.2. Refuerzo: Partícula por Dispersión ......................................................................... 22spa
dc.description.tableofcontents4.2.3. Interfase................................................................................................................... 25spa
dc.description.tableofcontents4.3. Nanocompuesto Polimérico ........................................................................................... 26spa
dc.description.tableofcontents4.3.1. Preparación de los Nanocompuestos ...................................................................... 26spa
dc.description.tableofcontents4.3.1.1. Extrusión .......................................................................................................... 28spa
dc.description.tableofcontents4.3.2. Procesamiento de los Nanocompuestos .................................................................. 28spa
dc.description.tableofcontents4.3.2.1. Moldeo por Inyección ...................................................................................... 28spa
dc.description.tableofcontents4.3.3. Propiedades de los Nanocompuestos ...................................................................... 29spa
dc.description.tableofcontents4.3.3.1. Propiedades Mecánicas: Ensayo de Tracción .................................................. 29spa
dc.description.tableofcontents4.4. Propiedades Antimicrobianas de los Nanocompuestos .................................................. 29spa
dc.description.tableofcontents5. Metodología ........................................................................................................................... 32spa
dc.description.tableofcontents5.1. Reactivos ........................................................................................................................ 32spa
dc.description.tableofcontents5.2. Paso 1: Preparación del Aditivo Antimicrobiano ........................................................... 34spa
dc.description.tableofcontents5.2.1. Modificaciones y variaciones de parámetros .......................................................... 35spa
dc.description.tableofcontents5.2.2. Saturación de la arcilla natural con carga iónica y NPs CuO ................................. 37spa
dc.description.tableofcontents5.2.3. Escalamiento de los Aditivos .................................................................................. 39spa
dc.description.tableofcontents5.3. Paso 2: Formulación y Preparación de los nanocompuestos ......................................... 41spa
dc.description.tableofcontents5.3.1. Proceso de Extrusión – Peletizado .......................................................................... 42spa
dc.description.tableofcontents5.3.2. Proceso de Extrusión - Bobinado ............................................................................ 43spa
dc.description.tableofcontents5.4. Paso 3: Manufactura de los Nanocompuestos ................................................................ 44spa
dc.description.tableofcontents5.4.1. Moldeo por Inyección ............................................................................................. 44spa
dc.description.tableofcontents5.4.2. Impresión 3D .......................................................................................................... 46spa
dc.description.tableofcontents5.5. Paso 4: Ensayos Antimicrobianos y análisis de biocompatibilidad ............................... 48spa
dc.description.tableofcontents5.5.1. Ensayo Antimicrobiano para la arcilla .................................................................... 48spa
dc.description.tableofcontents5.5.1.1. Cepas bacterianas ............................................................................................ 48spa
dc.description.tableofcontents5.5.1.2. Concentración mínima inhibitoria (CMI) ........................................................ 49spa
dc.description.tableofcontents5.5.2. Ensayo Antimicrobiano para Nanocompuestos Inyectados .................................... 51spa
dc.description.tableofcontents5.5.2.1. Cepas bacterianas ............................................................................................ 51spa
dc.description.tableofcontents5.5.2.2. Cinética de muerte bacteriana .......................................................................... 51spa
dc.description.tableofcontents5.6. Técnicas de Caracterización ........................................................................................... 51spa
dc.description.tableofcontents5.6.1. Superficie especifica ............................................................................................... 51spa
dc.description.tableofcontents5.6.2. Espectroscopia de absorción atómica (EAA) ......................................................... 52spa
dc.description.tableofcontents5.6.3. Espectroscopia de Absorción Molecular (UV) ....................................................... 52spa
dc.description.tableofcontents5.6.4. Espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR) ........................ 52spa
dc.description.tableofcontents5.6.5. Difracción de rayos X (DRX) ................................................................................. 52spa
dc.description.tableofcontents5.6.6. Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) ........................................................... 53spa
dc.description.tableofcontents5.6.7. Microscopia Electrónica de Transmisión (MET) ................................................... 53spa
dc.description.tableofcontents5.6.8. Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) ............................................................ 53spa
dc.description.tableofcontents5.6.9. Análisis Termogravimétrico (TGA) ....................................................................... 53spa
dc.description.tableofcontents5.7. Propiedades de los compuestos ...................................................................................... 54spa
dc.description.tableofcontents5.7.1. Ensayo esfuerzo – deformación .............................................................................. 54spa
dc.description.tableofcontents5.7.2. Ensayo de contracción ............................................................................................ 55spa
dc.description.tableofcontents5.7.3. Resistencia química ................................................................................................ 55spa
dc.description.tableofcontents5.7.4. Absorción de agua................................................................................................... 57spa
dc.description.tableofcontents6. Resultados y Discusión .......................................................................................................... 59spa
dc.description.tableofcontents6.1. Aditivo Antimicrobiano ................................................................................................. 59spa
dc.description.tableofcontents6.1.1. Adsorción de cobre y plata en la arcilla .................................................................. 59spa
dc.description.tableofcontents6.1.2. Saturación de la arcilla con carga iónica y NPs ...................................................... 69spa
dc.description.tableofcontents6.2. Nanocompuestos PP – Arcilla ........................................................................................ 76spa
dc.description.tableofcontents6.2.1. Caracterización de los nanocompuestos ................................................................. 77spa
dc.description.tableofcontents6.2.2. Propiedades Térmicas ............................................................................................. 81spa
dc.description.tableofcontents6.2.3. Propiedades Mecánicas ........................................................................................... 84spa
dc.description.tableofcontents6.2.4. Propiedades de Barrera ........................................................................................... 88spa
dc.description.tableofcontents6.2.4.1. Absorción de agua ........................................................................................... 88spa
dc.description.tableofcontents6.2.4.2. Resistencia química ......................................................................................... 89spa
dc.description.tableofcontents6.3. Propiedades Antimicrobianas ......................................................................................... 90spa
dc.description.tableofcontents6.3.1. Concentración Mínima Inhibitoria (CMI) .............................................................. 90spa
dc.description.tableofcontents6.3.2. Cinética de muerte bacteriana de los compuestos inyectados ................................ 92spa
dc.description.tableofcontents6.4. Impresión 3D de los nanocompuestos ............................................................................ 93spa
dc.description.tableofcontents7. Conclusiones .......................................................................................................................... 97spa
dc.description.tableofcontentsReferencias ................................................................................................................................... 99spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.urihttps://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/7083
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias Básicasspa
dc.publisher.placeMontería, Córdoba, Colombiaspa
dc.publisher.programQuímicaspa
dc.rightsCopyright Universidad de Córdoba, 2023spa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessspa
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)spa
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/spa
dc.subject.keywordsAntimicrobialeng
dc.subject.keywordsBiocompatibleeng
dc.subject.keywordsComposite materialseng
dc.subject.keywordsFused deposition modelingeng
dc.subject.proposalAntimicrobianospa
dc.subject.proposalBiocompatiblespa
dc.subject.proposalMateriales compuestosspa
dc.subject.proposalModelado por deposición fundidaspa
dc.titleDesarrollo de un filamento para impresión 3d basado en el sistema híbrido polipropileno – arcilla saturada con carga iónica y nanopartículas para aplicaciones biomédicasspa
dc.typeTrabajo de grado - Pregradospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fspa
dc.type.contentTextspa
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dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/submittedVersionspa
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