APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

In the current global context, lithium has become a key strategic resource in the transition to cleaner and more sustainable energy sources. Its growing demand, driven primarily by its use in electric vehicle batteries and renewable energy storage systems, has raised concerns about the sustainability of existing extraction methods. This study compares traditional methods, such as brine evaporation and hard rock mining, with emerging technologies like Direct Lithium Extraction (DLE), geothermal recovery, and lithium extraction from clay and seawater. Traditional techniques present major disadvantages, including high water consumption, greenhouse gas emissions, and ecological disruption. Emerging technologies aim to address these challenges through more efficient and environmentally friendly processes. Using a multifactorial evaluation based on environmental, social, and economic criteria, the study identifies DLE as the most promising alternative. This method significantly reduces water use and emissions while achieving higher lithium recovery rates. However, it still faces challenges, such as high initial investment costs and limited large-scale implementation. The analysis also includes two case studies: the Salar de Uyuni in Bolivia and the Salar de Atacama in Chile—both rich in lithium but facing different geographic and social constraints. The study emphasizes the importance of adapting technologies to local conditions and promoting more sustainable and socially responsible practices. In conclusion, the work recommends hybrid approaches and increased investment in research and development to strike a balance between the rising global demand for lithium and the need to protect the environment, contributing to global sustainability goals.

This research project explores the properties resulting from the combination of nylon 5,6 with natural rubber. The results underline the challenges involved in obtaining a homogeneous blend, highlighting the complexities of interactions between the components. A satisfactory blend was achieved by obtaining a Brabender. To briefly describe the main methods employed, analysis by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) confirmed the semi-crystalline nature of nylon 5,6 and the amorphous nature of rubber. In addition, thermogravimetric analysis (TGA) identified degradation residues, suggesting the possible commercial origin of the polymer. Mechanical tests revealed that, although nylon alone resisted higher stress, the blend offered greater deformability. Polarized light microscopy revealed morphological changes, while the addition of natural rubber decreased the crystallization rate of nylon 5,6. Overall, this study makes a significant contribution to our understanding of polymer blends, offering innovative perspectives for a variety of industrial applications.

The main objective of this Final Degree Project is the study of the crystallization of a new m,n polyamide, different from conventional even, even polyamides (for example, nylon 6, 6). Specifically, it has focused on the study of polyamide 7,10, with an odd number of methylenes in the diamine and an even number of methylenes in the diacid. To carry out the project, the polymer has been crystallized from molten samples and its crystallization kinetics have been studied under different conditions, changing the temperature and the crystallization rate. To see the influence of molecular weight, the experiments have been carried out with three fractions of different molecular weight. The crystallinity and crystalline morphology of polymers are so important for their final properties. Using Differential Scanning Calorimetry, DSC, the polymer has been thermally characterized to determine the parameters necessary to be able to program the crystallization experiments, such as the melting temperature, the glass transition temperature and the optimum crystallization temperature range. The crystalline morphology has been studied by the polarized light optical microscopy, following the growth of the spherulites and measuring the evolution of their radius over time. The crystallization rate has been determined using the Lauritzen-Hoffman model.

Creación y diseño de un laboratorio farmacéutico para la producción de jarabe incluyendo la descripción de la información general de la compañía, diseño del sistema de gestión de calidad, del personal, de las instalaciones y equipos, gestión de la documentación, diseño del proceso de fabricación, control de calidad, gestión de la distribución, reclamaciones, defectos de calidad de productos y retiradas y autoinspecciones cumpliendo con los requisitos de la AEMPS para la preparación de una memoria técnica de un laboratorio farmacéutico.

L'objectiu del Projecte Final de Carrera és l'estudi de la cristal·lització isotèrmica dels nilons 8,9 i 12,9 així com l'anàlisi dels canvis estructurals que sofreixen al modificar la temperatura. Per fer-ho, s'han emprat les tècniques de la calorimetria diferencial d'escombrat (DSC), la microscòpia òptica de llum polaritzada, la difracció de raigs X i l'espectroscòpia IR. La tecnologia DSC ha permès tant la caracterització tèrmica dels polímers com el seu estudi de cristal·lització isotèrmic i, mitjançant les dades obtingudes, s'ha pogut estudiar la cinètica de cristal·lització aplicant el model d'Avrami i la teoria de Lauritzen-Hoffman. Per altra banda, la cinètica de les cristal·litzacions isotèrmiques també s'ha estudiat fent ús de la microscòpia òptica seguint el creixement d'esferulites al llarg del temps. Aquesta, a més a més, ha permès determinar si existien diferents morfologies i/o birefringències en les esferulites formades per a cada un dels polímers en diferents rangs de temperatura. Finalment, s'han fet servir la difracció de raigs X utilitzant la llum d'un sincrotró i l'espectroscòpia IR per estudiar els canvis estructurals que tenien els nilons al escalfar-los o refredar-los. Aquests nilons que deriven de l'àcid azelaic tenen un gran interès ja que el seu monòmer pot ser obtingut a partir de fonts naturals. Les propietats del material depenen de l'estructura i, per tant, és important avaluar les transformacions estructurals que tenen lloc al modificar la temperatura de processat.

En les últimes dècades, l'estudi en el desenvolupament de sutures absorbibles ha portat a la creació de fils de sutura amb característiques diverses i focalitzades a usos concrets. La incorporació de compostos actius en sutures proporciona noves propietats al fil, les quals poden minimitzar riscs postoperatoris. En el present Projecte Fi de Carrera, s'ha treballat amb una sutura quirúrgica monofilar bioabsorbible, comercialitzada amb el nom de Monosyn®, formada per un copolímer segmentat constituït per un segment rígid de poliglicolida i un segment flexible derivat de tres components: glicolida, carbonat de trimetilè i ε-caprolactona. S'ha estudiat el comportament de la sutura al incorporar-li clorhexidina (CHX), un antimicrobià d'ample espectre, i captopril, un inhibidor de l'enzim convertidor d'angiotensina que afavoreix la vasodilatació en els teixits perifèrics, donant una major irrigació i fent que una ferida es pugui cicatritzar més ràpidament. La càrrega d'ambdós fàrmacs s'ha realitzat en assajos independents, en banys de diferent concentració de fàrmac, i mitjançant dos mètodes: adsorció per immersió sobre el fil de sutura, i adsorció amb posterior immersió en un bany de recobriment: LA-co-TMC 35:65 3%. La síntesi del copolímer de recobriment segueix un procés de polimerització en massa per obertura d'anell. Després d'analitzar tèrmica (DSC) i estructuralment (FT-IR, RMN) el copolímer, s'ha optimitzat la metodologia emprada per a recobrir els fils de sutura, tenint en compte variables com el temps d'immersió i la concentració del bany de recobriment. La selecció de la metodologia òptima s'ha basat en la morfologia del copolímer dipositat sobre la superfície de la sutura, observada mitjançant SEM. L'alliberació dels fàrmacs en medis de diferent hidrofilicitat/hidrofobocitat, etanol absolut i una mescla de tampó fosfat salí PBS i etanol absolut 30:70 v/v, s'ha quantificat amb espectroscòpia UV-Vis. S'han efectuat estudis biològics per tal d'avaluar el poder antibacterià de la clorhexidina, realitzant assajos tant quantitatius d'inhibició i adhesió de dos bactèries, com qualitatius mitjançant plaques d'agar. La biocompatibilitat de clorhexidina s'ha analitzat avaluant la proliferació i l'adhesió de dos línies cel·lulars. Pel que fa al captopril, s'ha observat la seva biocompatibilitat i s'ha realitzat un estudi del seu caràcter cicatritzant. Finalment, s'ha elaborat un estudi de sostenibilitat ambiental, social i econòmic.

The present study reports the kinetics of both, isothermal and non-isothermal crystallization, of a biodegradable monofilar suture commercialized as MonosynTM. This polymer is constituted by hard blocks of polyglycolide and soft segments derived from glycolide, ε- caprolactone and trimethylene carbonate. Specifically, the segmented nature in copolymers improves their properties and allows their use in biomedical area as a surgical suture. First of all, the polymer was characterized by using different techniques as Gel Permeation Cromatography (GPC), Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR), Infrared Spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The crystallization analyses were followed by DSC and Optical Microscopy (OM) equipped with temperature control system. The sample was crystallized from melt and glass state giving rise to spherulites which included the non crystallizable soft segment and showed different morphology depending on the crystallization temperature. Avrami analysis indicated a heterogeneous nucleation and a three dimensional growth, despite it tended to be bidimensional when isothermal crystallizations were performed under a low supercooling. The Lauritzen and Hoffman treatment was applied to determine the crystallization regimes showing high secondary nucleation constants due to the significant role of hampering from soft segment. The particular morphology of spherulites, flower-like appearance or fibrillar texture, was analyzed in detail with Atomic Force (AF) and Transmission Electron (TE) Microscopies. The present study reports the kinetics of both, isothermal and non-isothermal crystallization, of a biodegradable monofilar suture commercialized as MonosynTM. This polymer is constituted by hard blocks of polyglycolide and soft segments derived from glycolide, ε- caprolactone and trimethylene carbonate. Specifically, the segmented nature in copolymers improves their properties and allows their use in biomedical area as a surgical suture. First of all, the polymer was characterized by using different techniques as Gel Permeation Cromatography (GPC), Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR), Infrared Spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The crystallization analyses were followed by DSC and Optical Microscopy (OM) equipped with temperature control system. The sample was crystallized from melt and glass state giving rise to spherulites which included the non crystallizable soft segment and showed different morphology depending on the crystallization temperature. Avrami analysis indicated a heterogeneous nucleation and a three dimensional growth, despite it tended to be bidimensional when isothermal crystallizations were performed under a low supercooling. The Lauritzen and Hoffman treatment was applied to determine the crystallization regimes showing high secondary nucleation constants due to the significant role of hampering from soft segment. The particular morphology of spherulites, flower-like appearance or fibrillar texture, was analyzed in detail with Atomic Force (AF) and Transmission Electron (TE) Microscopies. Flat-on crystals of spherulites were observed at high temperature in contrast to microcrystals with acicular form obtained at low temperatures. These observations were confirmed with electron diffraction patterns.

El estudio de la estabilidad y degradación térmica de los polímeros es un factor clave para determinar las condiciones de procesado y evaluar futuras aplicaciones. Por ello, poder modelizar el proceso de degradación y anticiparnos a él, permitiría diseñar dispositivos poliméricos con propiedades especiales en los que la secuencia de descomposición tuviera relevancia para conseguir dichas propiedades. En el presente proyecto se preparan distintas mezclas físicas de poli(carbonato de trimetileno) tanto con polilactida como poli(-caprolactona), con porcentajes de 20, 50 y 80% de la polilactona. Todos estos homopolímeros son polímeros biodegradables con importancia en el campo de la biomedicina, por ejemplo, en suturas quirúrgicas, andamios temporales, etc. Se realiza el análisis termogravimétrico, en atmósfera de nitrógeno seco, operando en régimen dinámico a las velocidades de 2, 5, 10, 20 y 40 ºC·min-1. Las curvas termogravimétricas muestran un comportamiento de degradación diferente según el tipo de homopolímero implicado en la mezcla. Existen degradaciones simples, que tienen lugar en un único paso, y degradaciones complejas, con dos o más pasos. En estas últimas se puede llegar a discernir la etapa mayoritaria de las correspondientes a los procesos minoritarios utilizando métodos matemáticos de deconvolución. Se elabora un protocolo para la evaluación y obtención de los parámetros cinéticos – energía de activación y factor preexponencial –. Dichos parámetros se determinan mediante los modelos teóricos de Kissinger, el método isoconversional integral KAS y el diferencial Friedman para cada una de las mezclas y sus homopolímeros. Para el paso mayoritario de cada proceso de degradación se determina el modelo más apropiado siguiendo la metodología de Coats-Redfern y el modelo invariante IKP (Invariant Kinetics Parameters). Los resultados obtenidos concluyen que a todas las muestras se le puede asociar un modelo cinético para un rango de conversiones amplio. El homopolímero de poli(carbonato de trimetileno) describe un modelo power que podría estar relacionado con la rotura aleatoria de la cadena. Al homopolímero de la polilactida, acorde con la literatura, se le asocia un modelo de nucleación, que para sus mezclas incrementa el orden en dichas reacciones de nucleación. Los modelos asociados a la poli(-caprolactona) son de autocatálisis o de nucleación, de orden similar al obtenido en estudios previos. A las respectivas mezclas con el poli(carbonato de trimetileno) se asignan modelos de nucleación de orden mayor a la polilactona y el modelo power; siendo nuevamente relevante los efectos de los dos homopolímeros en la mezcla para los modelos cinéticos atribuidos.

En este Proyecto de Final de Carrera se aborda el estudio de la síntesis y la cristalización de los poliésteres derivados del 1,9-nonanodiol y de los ácidos azelaicos y/o pimélicos. También se ha estudiado la policondensación de una poliesteramida formada a partir de L-Alanina, dicloruro del ácido azelaico y 1,9-nonanodiol. Los poliésteres se han preparado mediante policondensación térmica del diol con los ácidos correspondientes, obteniéndose un alto rendimiento y un peso molecular moderado. Los polímeros se han caracterizado fisicoquímicamente mediante las técnicas habituales de Resonancia Magnética Nuclear, Espectroscopia de Infrarrojos y Calorimetría Diferencial de Barrido. Las propiedades finales de los polímeros semicristalinos dependen en gran manera de su cristalinidad y morfología. Se han analizado los cambios morfológicos, la textura y la birrefringencia de las esferulitas, obtenidas por cristalización del fundido, mediante microscopia óptica de luz polarizada con control de temperatura. El estudio de la cinética de cristalización de los polímeros es clave para entender la relación entre las condiciones de procesado, estructura y propiedades. En este trabajo el estudio de la cinética de cristalización se ha realizado en condiciones isotérmicas mediante Calorimetría Diferencial de Barrido. También se ha seguido el crecimiento de las esferulitas a través de la técnica de Microscopia Óptica. Los parámetros cinéticos se han determinado mediante el análisis de Avrami, modelo que resulta adecuado para describir la cinética. La nucleación es heterogénea y tiene lugar atérmicamente por lo que pudo realizarse el análisis del régimen de cristalización tanto a partir de estudios calorimétricos como de microscopia óptica, aplicando la teoría de Lauritzen-Hoffman. Los resultados son compatibles con un único régimen y muestran diferencias significativas entre las constantes de nucleación secundaria.

El objetivo de este Proyecto Final Carrera es el estudio de la cristalización isotérmica y no isotérmica del Nylon 5,6 desde el estado fundido y el análisis de las transiciones estructurales que experimenta el polímero en el proceso de calentamiento y enfriamiento, a nivel supramolecular y a nivel de celdilla unitaria. Mediante difracción de rayos X de alto ángulo (WAXD) con radiación sincrotrón se han estudiado los cambios estructurales que se producen a nivel de celdilla unitaria en el calentamiento y enfriamiento y la cristalinidad del polímero en la cristalización no isotérmica en caliente. Mediante difracción de rayos X de bajo ángulo (SAXS) y utilizando radiación sincrotrón se han estudiado los cambios morfológicos a nivel de lamela que ocurren en la cristalización no isotérmica en caliente. Se ha estudiado la cinética de cristalización (crecimiento esferulítico) isotérmica y no isotérmica y los cambios morfológicos (textura y birrefringencia) mediante microscopía óptica de luz polarizada con control de temperatura. Mediante Calorimetría Diferencial de Barrido, DSC, se ha caracterizado térmicamente el polímero, se ha estudiado la cinética de cristalización primaria en condiciones isotérmicas y se ha analizado el proceso de fusión de las muestras cristalizadas. A nivel de celdilla unitaria, los resultados obtenidos indican que el Nylon 5,6 procedente de síntesis tiene una estructura cristalina con dos direcciones de puentes de hidrógeno que experimenta la transición de Brill en el calentamiento hacia una estructura definida por un empaquetamiento pseudohexagonal y una estructura peculiar de índole monoclínica. Muy posiblemente la transición corresponde a un mayor movimiento de los segmentos polimetilénicos, manteniéndose en la estructura los puentes de hidrógeno ya formados. A temperaturas muy cercanas a la de fusión, las reflexiones son muy definidas por lo que disminuye el desorden molecular e incluso pueden aumentar las dimensiones de los dominios cristalinos. En la cristalización desde el fundido se forma la estructura ordenada que se había observado al final del proceso de calentamiento. Paralelamente, se forma la estructura propia de la muestra de síntesis aumentando gradualmente su proporción durante el enfriamiento y no se observa una reversión de la transición de Brill a diferencia de los nylons convencionales. A nivel supramolecular, el Nylon 5,6 cristaliza formando esferulitas que presentan cambios morfológicos dependiendo de la temperatura a la que cristalizan y cambios en su birrefringencia que indican un comportamiento distinto al de los nylons convencionales. Durante la cristalización disminuye el espesor lamelar y se ha interpretado como consecuencia de un proceso de inserción lamelar.

En el presente Proyecto Final de Carrera se realiza la síntesis de las sales de sodio, potasio y cesio del ácido N-cloroacetil-6-aminohexanoico y se estudia su reactividad mediante espectroscopia de infrarrojo de reflexión total atenuada. También se sintetiza la sal de potasio del ácido 4-clorobutírico carboximetil éster. Estos monómeros permiten la obtención de nuevos poliésteres y poliesteramidas biodegradables caracterizados por una disposición regular de unidades de ácido glicólico en su cadena principal. El interés que presentan estos polímeros biodegradables alifáticos está centrado principalmente en el área de la biomedicina, donde pueden utilizarse en múltiples aplicaciones, desde suturas bioabsorbibles hasta sistemas liberadores de fármacos. Mediante policondensación de la sal de cesio del ácido N-cloroacetil-6-aminohexanoico se obtiene la poliesteramida poli[(ácido glicólico)-alt-(ácido aminohexanoico)]. El desarrollo de esta reacción de polimerización se ha estudiado en detalle mediante espectroscopia de infrarrojo y ensayos calorimétricos (DSC) que han permitido determinar la influencia del tiempo y de la temperatura de reacción. Se aplica la teoría de Hoffman-Weeks para determinar la temperatura de fusión en el equilibrio que presenta esta poliesteramida. El poli[(ácido 4-hidroxibutírico)-alt-(ácido glicólico)] es un poliéster que también se estudia en este trabajo y que en concreto se prepara mediante la polimerización térmica de la sal de potasio del ácido 4-clorobutírico carboximetil éster. Para estos dos polímeros se estudia la cinética de cristalización isotérmica mediante espectroscopia de infrarrojo ATR, contrastando los resultados con los obtenidos previamente en este grupo de investigación, donde se utilizaron técnicas calorimétricas. El modelo cinético de Avrami resulta adecuado para el estudio de estas cinéticas de cristalización, determinándose así el tipo de nucleación presente en la cristalización de ambos polímeros. Finalmente, se realiza la síntesis de copolímeros a partir de los dos tipos de monómeros anteriormente citados. De esta forma, pueden obtenerse nuevos materiales con una proporción variable de grupos éster y amida. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) resulta una técnica idónea para efectuar un análisis de su microestructura.

El objetivo principal de este Proyecto Final de Carrera es el estudio de las transiciones cristalinas que experimenta el nylon 65 en los procesos de calentamiento y enfriamiento, se insiste también en el estudio de su cristalización desde el estado fundido. La caracterización térmica y el estudio de la cinética de la cristalización del nylon 65 se han realizado mediante Calorimetría Diferencial de Barrido, DSC, operando tanto de forma isotérmica como no isotérmica. Aplicando la teoría de Lauritzen-Hoffman y el modelo de Avrami se han estudiado los regímenes de cristalización y la cinética de la cristalización primaria, respectivamente. La cinética de cristalización isotérmica y no isotérmica, así como los cambios morfológicos se han estudiado mediante microscopía óptica con control de temperatura, siguiendo el crecimiento de las esferulitas con el tiempo a diferentes temperaturas de cristalización o efectuando el seguimiento a distintas velocidades de enfriamiento. El estudio de las transiciones cristalinas se realizó mediante dos métodos, la difracción de rayos X utilizando luz sincrotón, y la espectrografía infrarroja (IR), en ambos casos en condiciones no isotérmicas. Los datos de rayos X se recogieron simultáneamente a bajo y alto ángulo (SAXS y WAXD). Los resultados obtenidos indican que las muestras de nylon 65 obtenidas directamente de la síntesis, cristalizan en una forma peculiar (forma I), al calentar, esta estructura se convierte en otra menos compacta (forma II). La transición de Brill tiene lugar unos grados por debajo de la fusión, dando lugar a un empaquetamiento pseudohexagonal. También se observó que la morfología y la birrefringencia de las esferulitas obtenidas durante la cristalización en caliente dependen de las condiciones de cristalización.

El objetivo principal de este Proyecto Final de Carrera es el estudio de la cinética de cristalización del poliéster secuencial poli[ácido 4-hidroxibutírico)-alt-(ácido glicólico)]. El polímero estudiado es un nuevo material que presenta interés como material biodegradable para aplicaciones en biomedicina, como por ejemplo su utilización como sistema liberador de fármacos. Mediante calorimetría se determinan los parámetros térmicos importantes como son la temperatura fusión, temperatura cristalización y temperatura de transición vítrea. La cinética de cristalización isotérmica se estudia en caliente (hot crystallization), a partir de muestras fundidas, y en frío (cold-crystallization) a partir de muestras en estado vítreo. En ambos casos el modelo de Avrami resulta adecuado para describir la cinética, indicando una nucleación heterogénea con un crecimiento esferulítico en tres dimensiones. Se aplica la teoría de Hoffman-Weeks para determinar la temperatura de fusión en el equilibrio. Mediante la teoría de Lauritzen-Hoffman se estudian los regímenes de cristalización, observándose dos regímenes. La cinética de cristalización isotérmica en caliente también se estudia por microscopía óptica con control de temperatura, siguiendo el crecimiento de las esferulitas, observándose cambios morfológicos, que concuerdan con la existencia de los dos regímenes de cristalización. La cinética de cristalización no isotérmica también se estudia en caliente y en frío, realizando experimentos a diferentes velocidades de enfriamiento o de calentamiento, respectivamente. En ambos casos, para describir la cinética de cristalización primaria se emplean los modelos de Avrami, Ozawa y Cazé, resultándose ser este último el que describe correctamente el comportamiento no isotérmico. Por último se evalúa la energía de activación global para el proceso no isotérmico mediante los métodos de Kissinger y de Ozawa y la energía de activación efectiva, utilizando la metodología de Friedman.