Abstract

Conocer los valores de las relaciones de reactividad es de suma importancia ya que nos proporciona información acerca de la composición media y la distribución estadística de secuencias de monómeros en el sistema polimérico. Dependiendo de la reactividad de los monómeros, la composición en la alimentación y la conversión, se obtienen macromoléculas que difieren significativamente en composición y en ocasiones en compatibilidad, llegándose a formar en casos extremos mezclas poliméricas. Dependiendo de los valores de las relaciones de reactividad se obtienen diferentes distribuciones de los comonómeros en el copolímero. En la Tabla 4.1 se muestran los diferentes copolímeros obtenidos en función de los valores de r1 y r2. r1 r2 Copolímero 1 1 Al Azar 0 0 Alternante > 1 < 1 Enriquecido en M1 < 1 < 1 Azeotrópico

Tabla 4.1. Clasificación de copolímeros en función de los valores de relaciones de reactividad.

El comportamiento de la mayoría de los sistemas poliméricos se encuentra entre una copolimerización ideal (r1×r2 = 1) y una

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desde la unidad hasta cero, aumenta la tendencia a la copolimerización alternante. Una situación especial se da cuando uno de los monómeros posee una reactividad mucho mayor que el otro, es decir r1  1 y r2  1, en la

que ambas especies en propagación adicionan preferentemente el monómero M1, resultando un copolímero enriquecido en ese comonómero a bajas

conversiones. Otro caso especial se da cuando ambas relaciones de reactividad son inferiores a la unidad, y en el que la curva de composición en alimentación frente a la del copolímero atraviesa un punto en la línea obtenida cuando r1 = 1 y r2 = 1, denominado punto azeotrópico, donde la

composición del copolímero se hace independiente de la conversión.

En los últimos años, y como consecuencia de la búsqueda de alternativas de trabajo diferentes a los copolímeros de bloque, las investigaciones científicas se han centrado en el desarrollo de copolímeros de gradiente, cuya especial microestructura les aporta interesantes propiedades y aplicaciones. Los copolímeros de gradiente se consideran el punto intermedio entre los copolímeros al azar y los de bloque, y se describen en general como aquellos en los que su composición cambia gradualmente a lo largo de la cadena macromolecular (Esquema 4.2d).15,16

Los copolímeros de gradiente se diferencian con respecto a los copolímeros de bloque por la transición gradual entre los monómeros A y B, mientras que los de bloque tienen una transición brusca entre los monómeros existentes en la cadena polimérica (Esquema 4.2a).17

Capítulo 4. Copolímeros de gradiente 77 a) b) c) d)

Esquema 4.2. Representación de la secuencia de monómeros en un copolímero dibloque (a), al azar (b), alternante (c) y de gradiente (d).

Entre las aplicaciones de los copolímeros de gradiente, y derivadas de dicho cambio gradual de composición a lo largo de las cadenas poliméricas, destaca su uso como compatibilizantes de mezclas poliméricas18,19 _{y como}

materiales amortiguadores del sonido.20,21 _{Otras de sus aplicaciones}

importantes, y que hemos querido aprovechar en este trabajo, es que los copolímeros anfifílicos de gradiente pueden autoensamblarse en medio acuoso, proporcionando de este modo sistemas con numerosas aplicaciones en el campo de los biomateriales y como sistemas de liberación de fármacos.22-25

Los copolímeros de gradiente pueden ser preparados a través de

polimerizaciones controladas (CRP),26-31 _{como por ejemplo por}

polimerización radical de transferencia de átomo (ATRP),32-35

polimerización por adición-fragmentación y transferencia reversible (RAFT)36,37 _{o por polimerización mediada por nitróxidos (NMP),}38-40_{así como}

a través de polimerizaciones aniónicas41 _{o catiónicas, o por} polimerización

metatética de apertura de anillo (ROMP).43-45 _{Para preparar copolímeros de}

gradiente mediante técnicas CRP es fundamental que los monómeros empleados presenten diferente reactividad, como es el caso de la

Capítulo 4. Copolímeros de gradiente

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polimerización del acrilato de butilo con acrilonitrilo,46 _{con estireno}47,48 _{o con}

monómeros metacrílicos,49-51 _{sistemas ampliamente estudiados en los}

últimos años.

Sin embargo, además de obtener copolímeros de gradiente mediante las técnicas de polimerización radical controlada que se acaban de citar, también es posible la preparación de éstos mediante técnicas de polimerización convencional, siempre y cuando se cumpla el requisito de emplear monómeros con una gran diferencia de reactividad entre ellos. En este caso se obtienen como resultado cadenas poliméricas cuya composición instantánea es diferente al principio y al final de la reacción, ya que a baja conversión las cadenas estarán enriquecidas en el monómero más reactivo y es al final de la reacción cuando se incorpora el menos reactivo, obteniendo así el gradiente composicional a lo largo de la cadena macromolecular.

Teniendo en cuenta este concepto, nuestro grupo de investigación ha preparado recientemente mediante polimerización radical convencional, copolímeros de gradiente con aplicaciones en el área de los biomateriales y liberación de fármacos, siempre sobre la base de la utilización de monómeros con diferente reactividad química.52,53 _{Esta técnica, mucho más sencilla que}

las anteriormente citadas tipo CRP, nos permite obtener copolímeros de gradiente de peso molecular controlado y valores de polidispersidad próximos a los obtenidos mediante CRP, además de no presentar el inconveniente del uso de metales como el cobre que pueden interferir en la citotoxicidad y biocompatibilidad del material preparado.

Así, en este trabajo se plantea el objetivo de preparar mediante polimerización radical convencional copolímeros de gradiente para la liberación controlada de fármacos, concretamente de ibuprofeno, usando como monómero el derivado acrílico del ibuprofeno HEI. Dado que los monómeros acrílicos presentan una reactividad muy superior a la de

Capítulo 4. Copolímeros de gradiente

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determinados monómeros vinílicos,54-57 _{la elección de un comonómero de}

estas características nos permite obtener copolímeros de gradiente mediante polimerización radical convencional al cumplirse el requisito imprescindible en la preparación de dichos sistemas (uso de monómeros con distinta reactividad). Aunque de todos los monómeros vinílicos utilizados en el área de los biomateriales destaca el uso de la N-vinilpirrolidona (VP),53,58-60 _en

este trabajo se ha usado como monómero vinílico el 1-vinilimidazol VI, el cual presenta una serie de propiedades físico-químicas muy interesantes que pueden ofrecernos numerosas ventajas y posibilidades en el diseño de aplicaciones biológicas tal y como se expone a continuacion.