Síntesis y propiedades ópticas y coloidales de un sistema híbrido arcilla/colorante orgánico

Trabajo final del Máster Interuniversitario en Nanociencia y Nanotecnología Molecular, dirigido por Francisco Miguel Martínez Verdú.

Los nanopigmentos son materiales híbridos compuestos por un colorante orgánico catiónico y un sustrato inorgánico, actuando en calidad de adsorbato y anfitrión, respectivamente. En el presente trabajo de investigación se expone una metodología orientada a la síntesis y caracterización de este tipo de materiales con el objetivo de estimar los efectos principales y las interacciones de algunos factores de síntesis en las propiedades de estos materiales, como potenciales alternativas de coloración en cosméticos, tintas de impresión y pinturas. Usando un diseño factorial de experimentos, los factores considerados en el proceso de síntesis fueron la fuerza iónica en la solución, la concentración de arcilla y la relación arcilla/colorante. La variable respuesta considerada para obtener un modelo de regresión fue la distribución de tamaño de partícula obtenida mediante dispersión dinámica de luz. Como un enfoque innovador, se identificó la formación de agregados moleculares mediante espectroscopia de absorbancia VIS y se correlacionaron con las propiedades estructurales de la dispersión. Se demuestra que el aumento en la concentración de sal y la concentración de arcilla, como la disminución en la concentración de colorante, promueven la formación de agregados de arcilla más grandes. También se correlaciona la formación de algunas especies espectrales del colorante orgánico con el tamaño de los agregados de arcilla y el contenido de cationes inorgánicos.

Hybrid nanopigments are intercalation compounds formed by cationic organic dyes adsorbed on the surface of, mainly, smectite clay mineral hosts. In the present research project it is exposed a methodology oriented to the synthesis and characterization of this kind of materials with the aim to estimate the main effects and interactions of some synthesis factors on its colloidal and optical properties, as potential coloration alternatives in cosmetics, inks and paints. Using a factorial design for the experiments, the considered factors in the synthesis process were the ionic strength in the solution, the clay concentration and the clay/dye ratio. The response variable to obtain a regression model was the particle size distribution obtained by means of Dynamic Light Scattering. As an innovative approach, it was identified the formation of molecular dye aggregates by means of absorbance spectroscopy and it was correlated with the dispersion structural properties. It is demonstrated that the increase in the clay and salt concentration, as the decrease in the dye concentration, promotes the formation of larger clay aggregates. Besides, it is correlated the formation of some dye spectral species with the clay aggregates size and the inorganic cations content.