Pinturas antimicrobianas formuladas con nanomateriales bioactivos obtenidos a partir del reciclado de pilas agotadas

• Autores: López, Guillermo Pablo
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Bellotti, Natalia; Peluso, Miguel Andrés
• Materia: Ciencias Exactas; Nanomateriales bioactivos; Pilas; Pinturas
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El desarrollo de pinturas funcionales que basan su actividad específica en la integración de uno o más aditivos con actividad antimicrobiana, conocidos como biocidas, es una de las estrategias para prevenir el biodeterioro de materiales y mejorar la calidad ambiental en interiores edilicios previniendo efectos perjudiciales en la salud humana. Por otro lado, las pilas alcalinas y Zn/C son usadas en diversos dispositivos electrónicos y optoelectrónicos que cuando se agotan son descartadas generando un impacto ambiental negativo. En este contexto, la recuperación de zinc (Zn) y manganeso (Mn) de las pilas alcalinas y Zn/C para la fabricación de aditivos antimicrobianos para recubrimientos representa una significativa e importante revalorización de los residuos, impactando positivamente en la economía y el ambiente. Este trabajo de tesis doctoral tiene como objetivo general desarrollar nuevos biocidas de base nanotecnológica, obtenidos por un proceso sustentable y aplicable en la formulación de recubrimientos protectores que prevengan el biodeterioro de materiales estructurales. En tal sentido, se evalúan compuestos de Zn, obtenidos de pilas agotadas mediante un proceso de biolixiviación con H2SO4 biogenerado (H2SO4b) utilizando como agentes precipitantes al Na2CO3 y H2C2O4. Además, por impregnación se dopan por vía húmeda con H2SO4b y una solución ácida de Mn2+ para obtener otras variantes con y sin calcinación (C y SC). En la evaluación de las potencialidades antimicrobianas frente a las cepas Aspergilus fumigatus (KU936230), Cheatomium globosum (KU936228), Penicillium commune (KU936231), Escherichia coli (ATCC 11229), Staphylococcus aureus (ATCC 6538) los compuestos de Zn obtenidos probaron tener un amplio espectro de bioactividad. En la caracterización fisicoquímica se corroboro que la fase cristalina zincita (ZnO) fue la predominante en general. Los espectros UV-Vis confirmaron la presencia de una banda de absorción en el rango característico de nanopartículas de ZnO en general. El valor del Egap obtenido (entre 3,05 y 3,17 eV) fue inferior al reportado en la literatura para nanopartículas de ZnO, salvo en la muestra SC-Zn (sin dopaje). Las imágenes de SEM revelaron partículas con tamaños inferiores a 10 µm en todos los sólidos estudiados. Excepto en SC-Zn, las muestras presentaron morfologías irregulares, predominando estructuras tipo plaqueta, nano-rosas y estrelladas, asociadas a la presencia de ZnO (zincita). El análisis elemental superficial mediante EDS confirmó la presencia de Zn, S y O en todas las muestras, así como de Mn en aquellas dopadas con este elemento y una obtenida a partir de la mezcla de pilas denominada barro (C-ZnMn). Finalmente, las observaciones por TEM revelaron la coexistencia de micro y nanopartículas en las muestras, con una mayor proporción de nanopartículas (<50 nm) en general. A partir de dichos compuestos se formularon y caracterizaron pinturas de base acrílica. Además, se sumó una pintura de uso comercial etiquetada como Pcomercial. En la evaluación de la eficiencia antimicrobiana para el caso de actividad antifúngica todas presentaron algún grado de inhibición en comparación al control, teniendo en cuenta todas las cepas utilizadas. La pintura que contenía el compuesto de Zn dopado con H2SO4b sin calcinar (PSC-Zn/S) se destacó por presentar los niveles más elevados de inhibición (~90 %). Se logró tal grado de bio-resistencia con una concentración de 3 g del aditivo / 100 g de pintura. En cuanto a la capacidad de prevenir el desarrollo bacteriano sobre las películas de pintura, en la mayoría de los casos se logró en un 100 % frente a las cepas E. coli y S. aureus, mientras que en el caso de la cepa más resistente B. cereus se destacó nuevamente PSC-Zn/S. En cuanto a la eficiencia antimicrobiana en la pintura líquida PSC-Zn/S también resultó eficiente con un 100 % de inhibición del crecimiento de las cepas P. aeruginosa y B. horneckiae igualando el comportamiento de la pintura comercial. En todos los ensayos realizados las pinturas estudiadas mostraron algún grado de actividad antimicrobiana en comparación con los controles. Teniendo en cuenta los resultados en general, PSC-Zn/S se destacó en los bioensayos realizados siendo la de mayor coherencia desde el punto de vista de la bioactividad en las condiciones estudiadas. Las pinturas experimentales lograron conservar las propiedades fisicoquímicas en línea con la pintura control y lo sugerido por las Normas. Sim embargo, presentaron menor grado de dispersión y mayor permeabilidad en relación con la pintura control, atribuible a la incorporación de los compuestos de Zn. Los espectros FTIR confirmaron la preservación de las bandas características asociadas a los grupos funcionales de los componentes de las pinturas. En cuanto a la evaluación de la fotoactividad, todas las películas de pintura mostraron cierto grado de fotodegradación del colorante de referencia rodamina-B, destacándose las pinturas que tenían en su composición los compuestos de Zn. Este comportamiento podría mostrar una eventual mejora de la actividad antimicrobiana ante la exposición a la radiación UV. En síntesis, los resultados observados muestran que los sólidos recuperados pueden ser reutilizados como agentes antimicrobianos y fotoactivos en pinturas. De este modo se cierra el ciclo de vida del residuo creando nuevos materiales de alto valor agregado enmarcándose en lo que se denomina economía circular.
Doctor en Ciencias Exactas, área Química
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas