Planejamento aplicado a síntese da polianilina dopada com Ácido Azeláico (Nonadióico)

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Oliveira, E.L. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Araujo, O.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)

Resumo

Alguns dos principais fatores que interferem nas propriedades da polianilina são: razão molar ácido dopante/anilina, temperatura de síntese e concentração inicial de anilina. Nesse contexto utilizou-se o planejamento fatorial 2³, a fim de definir as melhores condições de síntese, não encontrada na literatura. Os resultados permitem definir como principais fatores a temperatura de síntese no nível de 5 °C e a maior concentração inicial de anilina. A quantidade de ácido também influenciou na resposta, porém em menor escala, sendo que a razão molar ácido/anilina igual a 1 foi o suficiente para obtenção do produto. A condutividade obtida foi na ordem de 10^-3 S∙cm^-1 e rendimento nominal superior a 100%, explicado devido a presença de ácido na forma livre.

Palavras chaves

Polianilina; ácido azeláico; planejamento fatorial

Introdução

O estudo de polímeros intrinsecamente condutores, tem ganhado considerável atenção principalmente devido as suas vantagens em termos de aplicabilidade, estabilidade e baixo custo de preparação (BENIGHT et al., 2013). Entre os polímeros condutores mais estudados destaca-se a polianilina (PAni), devido ao seu potencial de aplicação tecnológica, tais como aplicação em sensores químicos e biológicos, e eletrocrômicos, fotodegração, etc. (KHUSPE et al, 2014). As propriedades elétricas da PAni podem ser modificadas alterando as condições durante a reação de polimerização, tais como: tempo de reação, velocidade de agitação, temperatura da reação, tipo de solvente, ácido dopante e concentração dos reagentes (OH e KIM, 2012; KHUSPE et al, 2014). O dopante incorporado em polímeros condutores no momento da síntese é conhecido por ter um efeito pronunciado sobre as propriedades químicas e físicas (MASDAROLOMOOR et al, 2008). O Ácido Azeláico (AA) é um ácido dicarboxilico de cadeia linear com nove carbonos, de ocorrência natural e não apresenta efeitos toxicológicos, e devido a sua atividade no interior de células é apresentado com propriedades antitumorais (BREATHNACH, 1997). Apresenta também potencial antibacteriano e antiácne, sendo utilizado na área dermatológica (MUTHULAKSHMI e SARAVANAN, 2013). O presente trabalho visa avaliar as melhores condições da síntese química oxidativa da PAni dopada com o AA, PAni(AA), a fim de obter um material eletricamente condutor e com bom rendimento. Para avaliação das melhores condições de síntese, um planejamento fatorial 2³ será utilizado, tendo como fatores a temperatura do sistema reacional, a concentração do monômero e a razão molar AA/Anilina. Como respostas serão avaliados a condutividade elétrica e o rendimento nominal.

Material e métodos

Para avaliar a influência de variáveis no processo de síntese da PAni(AA) foram realizados ensaios em triplicata de acordo com o planejamento fatorial 2³, que consistem em variar cada fator, de um total de 3, em dois níveis, a fim de avaliar qual fator exerce mais influência nos valores das respostas, neste caso a condutividade elétrica e o rendimento nominal. Os fatores avaliados foram concentração do monômero anilina (C) utilizando como nível superior 0,20 mol∙L^-1 e inferior 0,04 mol∙L^-1, razão molar AA/Anilina (R) em 1,5 e 1,0 e temperatura do sistema reacional (T) em 25 e 5 °C, totalizando 24 ensaios. A temperatura foi controlada utilizando termômetro e banho de gelo. Utilizou-se como solvente solução de 1,0 L de etanol/água 35% v/v, devido a baixa solubilidade do ácido em água pura. Adicionados os reagentes, adicionou-se lentamente o agente oxidante persulfato de amônio ((NH₄) ₂S₂O₈), e manteve-se o sistema por agitação durante 6 horas, com o auxílio de um agitador mecânico.Após este período, o sistema reacional foi deixado em repouso por 12 horas. Em seguida a suspensão foi filtrada e lavada com 1,2 L da solução usada como solvente. O sólido foi seco em estufa a vácuo até massa constante. A condutividade elétrica foi determinada pelo método de quatro pontas, usando uma sonda de 4 pontas colineares Cascade Microtech acoplada a um eletrômetro Kiethley (colocar modelo) e a um nanovoltímetro Agilent.

Resultado e discussão

Os resultados estão expressos nas Tabelas 1 e 2. Em valores numéricos observa-se que os maiores valores de condutividade elétrica estão associados aos produtos dos ensaios correspondentes ao nível superior de C associado a um aumento de 51,39% no rendimento e de 1,25 10^-3 S cm^-1 na condutividade elétrica. Uma concentração muito baixa do monômero desfavorece as interações entre o monômero e o oxidante, o que causa um decréscimo tanto no rendimento, quanto na condutividade elétrica, em função da formação de moléculas poliméricas menores (MOHAMMADIZADEH et al, 2014). Valores de R, no nível superior, influenciou no aumento do rendimento nominal e um decréscimo na condutividade elétrica. O aumento no rendimento nominal pode ser explicado pelo excesso de AA livre, permeando o espaçamento intermolecular. Este excesso de ácido livre aumenta a distância entre as moléculas poliméricas, diminuindo o componente de condutividade elétrica intercadeia. Portanto o nível inferior utilizado é o suficiente para se obter um polímero com boas propriedades. Os melhores valores de resposta estão associados ao nível inferior de T, aumentando tanto o rendimento quanto a condutividade. Stejskal e colaboradores (1998) associam tal efeito ao fato de que uma temperatura por volta de 0 °C favorece um produto com maior massa molar e maior cristalinidade da PAni e, consequentemente, maior condutividade elétrica. A condutividade elétrica nos melhores resultados apresentou valores compatíveis com os dados encontrados na literatura, na ordem de 10^-3 S∙cm^-1 (GOMES e OLIVEIRA, 2012).

Dados de rendimento e condutividade do planejamento da síntese da PAni/AA.


Valores dos efeitos principais e das interações entre os fatores sobre as respostas com base em NETO, SCARMINIO e BRUNS, 1995.

Conclusões

Pode-se concluir que dentre os níveis estudados para os fatores, a maior valor de C e menor valor de T estão associados a um produto de polimerização com maior rendimento nominal e condutividade elétrica, condizentes com a literatura. A razão molar AA/anilina influenciou no rendimento nominal em função da presença de excesso de ácido na forma livre, o que provoca também diminuição da condutividade elétrica. Assim, dentre os fatores e níveis estudados, foi possível determinar a combinação que resulta e melhor rendimento e maior condutividade elétrica para PAni(AA).

Agradecimentos

Universidade Estadual de Goiás, CAPES.

Referências

BENIGHT, S. J., WANG, C., TOK, J. B. H., BAO, Z. Stretchable and self-healing polymers and devicesfor electronic skin. Progress in Polymer Science, v. 38, p. 1961– 1977, 2013.
BREATHNACH, A. S. Azelaic acid: potential as a general antitumoural agente. Medical Hypotheses, v. 52(3), p. 221–226, 1999.
GOMES, E. C., OLIVEIRA, M. A. S. Chemical Polymerization of Aniline in Hydrochloric Acid (HCl) and Formic Acid (HCOOH) Media. Differences Between the Two Synthesized Polyanilines. American Journal of Polymer Science. v. 2, p. 5-13, 2012.
KHUSPE, G. D., CHOUGULE, M. A., NAVALE, S. T., PAWAR, S. A., PATIL, V. B. Camphor sulfonic acid doped polyaniline-tin oxide hybrid nanocomposites: Synthesis, structural, morphological, optical and electrical transport properties. Ceramics International. v. 40, p. 4267–4276, 2014.
MASDAROLOMOOR, F., INNIS, P. C., WALLACE, G. G. Electrochemical synthesis and characterisation of polyaniline/ poly(2-methoxyaniline-5-sulfonic acid) composites. Electrochimica Acta , v. 53, p. 4146–4155, 2008.
MOHAMMADIZADEH, M., POURABBAS, B., MAHMOODIAN, M., FOROUTANI, K., FALLAHIAN, M. Facile and rapid production of conductive flexible films by deposition of polythiophene nanoparticles on transparente poly(ethyleneterephthalate): Electrical and morphological properties. Materials Science in Semiconductor Processing, v. 20, p. 74-83, 2014.
MUTHULAKSHMI, S.; SARAVANAN, R. Efficacy of azelaic acid on hepatic key enzymes of carbohydrate metabolism in high fat diet induced type 2 diabetic mice. Biochimie, v. 95, p. 1239-1244, 2013.
NETO, B. B.; SCARMINIO, I. S.; BRUNS, R. E. Planejamento e otimização de experimentos. Campinas-SP, Editora da UNICAMP, 1995, 278 p.
OH, M., KIM, S. Synthesis and electrochemical analysis of polyaniline/TiO2 composites prepared with various molar ratios between aniline monomer and para-toluenesulfonic acid. Electrochimica Acta. V. 78, p. 279– 285, 2012.
STEJSKAL, J., RIEDE, A., HLAVATÁ, D., PROKEŠ, J., HELMSTEDT, M., HOLLER, P. The effect of polymerization temperature on molecular weight, crystallinity, and electrical conductivity of polyaniline. Synthetic Metals, v. 96, p. 55-61, 1998.