ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: Poli(ácido acrílico) como modificador de tensão superficial
AUTORES: DE QUEIROZ, R.P.* (UFRN) ; DOS SANTOS, Z.M. (UFRN) ; PEREIRA, M.R. (UFRN) ; FONSECA, J.L.C. (UFRN)
RESUMO: Polímeros constituem de moléculas de cadeias longas e desempenham um importante papel em aplicações industriais e biológicas. O estudo da hidrodinâmica de superfície de soluções de polímeros é relevante a várias aplicações envolvendo líquidos poliméricos. Foi obtido neste trabalho que o poli(ácido acrílico) pode se comportar como se fosse um surfactante possuindo assim a capacidade de diminuir a tensão superficial devido seu caráter anfifílico, quando em solução. Adicionalmente, foi realizado uma abordagem segundo o tratamento dado por Gibbs a respeito do excesso superficial de um soluto numa interface, no qual é considerado que os segmentos de PAA poderiam estar adsorvidos na interface líquido-ar. Posteriormente, todas as aproximações serão tratadas com maior complexidade.
PALAVRAS CHAVES: tensão superficial, poli(ácido acrílico), excesso superficial.
INTRODUÇÃO: Polímeros consistem em moléculas na forma de cadeias longas, as quais desempenham papéis importantíssimos em aplicações industriais e processos biológicos (Dittgen, Durrani & Lehmann, 1997; Moradiaraghi, 1993; Ramakrishna, Mayer, Wintermantel & Leong, 2001). Há vários trabalhos sobre as propriedades de soluções de polímeros, bem como géis, usando espalhamento de luz (Brown & Zhao, 1994). Avanços em técnicas de espalhamento de luz dinâmico têm facilitado estudos experimentais do comportamento viscoelástico de superfícies de líquidos (Kim, Esker, Runge & Yu, 2006). O estudo da hidrodinâmica de superfície de soluções de polímero também é relevante a várias aplicações envolvendo líquidos poliméricos, como no caso do mecanismo de dissipação de energia em lubrificantes poliméricos (Tadmor, Chen & Israelachvili, 2002). Soluções/dispersões de polieletrólitos são interessantíssimas, do ponto de vista de aplicações, visto que podem ser usadas em formulações à base d’água, as quais são vantajosas por razões econômicas e ecológicas (Nunes, de Vasconcelos, Dantas, Pereira & Fonseca, 2006). A adsorção de biopolímeros, como o DNA, em superfícies esféricas ou planares é um passo intermediário na tecnologia de manipulação de estruturas gênicas, sendo o estudo da adsorção destas moléculas na interface líquido-gás de grande interesse (Khomutov, 2004).
Um primeiro passo para a compreensão da adsorção de polieletrólitos complexos é o domínio, ou apropriada compreensão, da adsorção de polieletrólitos mais simples. Neste espírito, pretende-se analisar, neste trabalho, a adsorção de poli(ácido acrílico) na interface água-ar, utilizando medidas de tensão superficial.
MATERIAL E MÉTODOS: Reagentes
Poliácido acrílico (PAA), [(-CH2CH(CO2H)-]n (PA, Aldrich, Alemanha), hidróxido de sódio (NaOH) (PA, Vetec, Brasil), ácido oxálico (C2H2O4 . 2 H2O) (PA, Quimibrás), ácido acrílico (AA) (Fluka, Bélgica) e ácido Acético (C2H4O2) (PA, Cromato Produtos Químicos, Brasil) foram usados como recebidos. Água bidestilada foi usada em todos os experimentos.
Preparo da Solução de PAA
Um litro da solução mãe foi preparada pesando 1,4419 g de PAA e deixado sobre agitação por 24 horas usando um agitador mecânico (Modelo Yellow Line O S 10 basic, Ika Works) à 250 rpm.
Medida da Tensão Superficial
Foram preparadas diversas soluções a partir da solução mãe de PAA e, a tensão superficial destas foi medida utilizando o tensiômetro (modelo K100, Krüss, Alemanha). Todas as medidas foram feitas utilizando o método do anel e na temperatura ambiente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 ilustra o resultado da variação da concentração molar de segmentos do PAA sobre a tensão superficial. Pode-se notar que a tensão superficial cai, na medida em que a concentração de PAA aumenta, o que mostra a característica anfifílica das cadeias de PAA.
Analisando a adsorção dos segmentos de PAA, pode-se usar o tratamento dado por Gibbs (Hiemenz, 1986). Supondo haver duas fases, alfa e beta, em equilíbrio, como uma superfície delimitando as mesmas, tem-se que:Eq1
onde denota a energia livre do sistema, as energias livre nas fases alfa e beta e a energia livre na superfície que as separam. Da aplicação dos princípios da termodinâmica clássica à Equação (1) resulta que:Eq2
onde gama é a tensão superficial da solução resultante, gama maiúsculo é o excesso superficial do soluto na interface líquido-ar e miu é o potencial químico. O potencial químico é dado por:Eq3
onde miu2 é o potencial químico do soluto puro, a2 é a atividade do soluto, R é a constante universal dos gases e T é a temperatura. Como primeira aproximação, suporemos que os segmentos de PAA formam uma solução ideal, de forma de a2 é aproximadamente x2, a fração molar de soluto. A substituição de (3) em (2), resulta, assim:Eq4
Para concentrações baixas, a fração molar de soluto é proporcional à sua concentração molar, C, de forma que:Eq5
De forma a determinar-se os valores resultantes da Equação(5), a equação abaixo foi ajustada aos dados mostrados na Figura 1:Eq6
de forma que: Eq7
Os dados resultantes deste ajuste encontram-se mostrados na Figura 2.
Futuras análises complementares serão adicionadas ao trabalho:
• O grau de dissociação do poliácido será levado em conta;
• As atividades dos contraíons presentes;
• O par poliácido-água será analisado como solução não-ideal (Flory, 1953)
CONCLUSÕES: Conforme os dados obtidos, pode-se afirmar que a concetração micelar crítica (CMC) para o sistema não foi atingida. Para a Fig 1, uma tensão superficial de equilíbrio deveria ser alcançada, mostrando que a interface líquido-ar estaria saturada de polieletrólito. Esta saturação deveria aparecer na forma de um valor assintótico de gama maiúsculo na Fig 2.
Foi mostrado que o PAA comporta-se como surfactante, diminuindo a tensão interfacial. A partir destes dados foi obtido uma isoterma de adsorção de PAA na interface água-ar, havendo, entretanto, a necessidade de um tratamento mais complexo.
AGRADECIMENTOS: Ao MCT, CAPES, CNPq, Programa PET e ao curso de Química da UFRN pelo incentivo a pesquisa científica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Brown, W., & Zhao, J. X. (1994). Interactions between Sodium Dodecyl-Sulfate and Styrene-Butadiene Copolymer Latex-Particles with Carboxyl Groups Studied Using Dynamic Light-Scattering and Electrophoretic Mobility Measurements. Langmuir, 10(10), 3395-3401.
Dittgen, M., Durrani, M., & Lehmann, K. (1997). Acrylic polymers - A review of pharmaceutical applications. Stp Pharma Sciences, 7(6), 403-437.
Flory, P. J. (1953). Principles of polymer chemistry. Ithaca,: Cornell University Press.
Hiemenz, P. C. (1986). Principles of colloid and surface chemistry. New York: M. Dekker.
Khomutov, G. B. (2004). Interfacially formed organized planar inorganic, polymeric and composite nanostructures. Advances in Colloid and Interface Science, 111(1-2), 79-116.
Kim, C., Esker, A. R., Runge, F. E., & Yu, H. (2006). Surface rheology of monolayers of poly(1-alkylene-co-maleic acid) at the air/water interface: Surface light scattering studies. Macromolecules, 39(14), 4889-4893.
Moradiaraghi, A. (1993). A Review of Water-Soluble Polymers Used in High-Temperature Oil-Recovery Applications. Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 205, 107-PMSE.
Nunes, J. S., de Vasconcelos, C. L., Dantas, T. N. C., Pereira, M. R., & Fonseca, J. L. C. (2006). Electrokinetic behavior of a poly(butyl acrylate-co-methacrylic acid) latex.
Colloids and Surfaces a-Physicochemical and Engineering Aspects, 275(1-3), 148-152.
Ramakrishna, S., Mayer, J., Wintermantel, E., & Leong, K. W. (2001). Biomedical applications of polymer-composite materials: a review. Composites Science and Technology, 61(9), 1189-1224.
Tadmor, R., Chen, N. H., & Israelachvili, J. N. (2002). Thin film rheology and lubricity of hyaluronic acid solutions at a normal physiological concentration. Journal of Biomedical Materials Research, 61(4), 514-523.
