Hidrogéis compósitos de amido enxertado com poli(ácido acrílico)/pectina
ISBN 978-85-85905-23-1
Área
Materiais
Autores
Adriano, F.N.M. (UVA) ; Parente, J.A. (UVA) ; Rodrigues, F.H.A. (UVA)
Resumo
Hidrogéis compósitos do tipo semi-IPNs baseados em amido enxertado com poli(ácido acrílico) e pectina foram sintetizados por copolimerização em solução via radical livre com o interesse em avaliar a atividade desses sistemas como adsorventes alternativos. O efeito do percentual de pectina nos hidrogéis compósitos sobre a cinética de intumescimento e capacidade de absorção de água sob diferentes valores de pH(2–10) foram estudados. A incorporação de 2% m/m de PEC possibilitou a ocorrência de um patamar de estabilização sobre a capacidade de absorção de água. Além disso, os hidrogéis demonstraram ser sensíveis a variação do pH. Portanto, estes resultados indicam que os hidrogéis compósitos apresentam potencial de utilização como adsorventes alternativos de corantes iônicos ou íons metálicos.
Palavras chaves
Superabsorventes; Semi-IPN; Intumescimento
Introdução
Os hidrogéis superabsorventes podem ser definidos como materiais constituídos por redes poliméricas hidrofílicas química ou fisicamente reticuladas,capazes de absorver e reter grande quantidade de água e/ou fluídos biológicos sem perder sua forma tridimensional (3D) (GOMES et al, 2015). Os superabsorventes possuem aplicação potencial em vários campos, incluindo produtos de saúde, agricultura, tratamento de águas residuais, sistema de liberação controlada de fármacos, dentre outras aplicações. A maioria dos hidrogéis superabsorventes tradicionais são preparados a partir de polímeros derivados do petróleo, o que diminui seu número de aplicações e surgem as preocupações com as questões ambientais (KIATKAMJORNWONG et al, 2002). Atualmente, a incorporação de polímeros naturais na síntese de hidrogéis superabsorventes tem sido empregada de modo a melhorar sua aplicabilidade, biodegradabilidade e biocompatibilidade (RODRIGUES et al, 2012). Polissacarídeos são os principais constituintes de hidrogéis superabsorventes de base natural devido às suas propriedades excepcionais tais como biocompatibilidade, biodegradabilidade, atoxicidade e abundância (ALVES e MANO, 2008). Novos materiais, como os hidrogéis inteligentes, têm despertado grande interesse quanto ao uso como sistema de adsorção de íons metálicos e corantes iônicos, principalmente os hidrogéis obtidos a partir de polímeros naturais como a celulose, amido e quitosana, que estão sendo constantemente estudados para remoção de íons metálicos de águas residuais (CHAUHAN e MAHAJAN, 2002). Os hidrogéis podem ser obtidos por diversas rotas de síntese: por meio de interações iônicas entre as cadeias de polímeros carregados (formação de complexos polieletrolíticos); pela interação de cadeias com íons de baixa massa molar; através de ligações covalentes com moléculas bifuncionais; pela formação de redes interpenetradas (IPNs) ou semi-interpenetradas (semi-IPNs) e como resultado da reticulação de cadeias de um tipo de polímero com cadeias de outro polímero formando uma rede polimérica híbrida (HPN -hybrid polymer networks) (KABIRI et al, 2011; DRAGAN, 2014; TANG et al, 2014). O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da quantidade de pectina e do pH no intumescimento de hidrogéis superabsorventes do tipo semi-IPNs baseados em amido enxertado com poli(ácido acrílico) e pectina (St-g-PAA/PEC).
Material e métodos
Hidrólise dos hidrogéis compósitos de pectina e amido enxertado com poli(ácido acrílico) Uma série de hidrogéis compósitos tipo semi-IPNs de amido (St), ácido acrílico (AA) parcialmente neutralizado com NaOH e pectina (PEC) foram sintetizados de acordo com o procedimento: uma quantidade adequada de St foi solubilizada sob agitação magnética em 30 mL de água destilada. Inicialmente, a suspensão de St foi gelatinizadaa 85 °C durante 30min com fluxo de N2, em seguida, a temperatura foi arrefecida a 70 °C, e 1 % m/m KPS foi introduzido para gerar radicais na St. Dez minutos depois, quantidades específicas AA (parcialmente neutralizado com solução de NaOH), MBA e diferentes quantidade de PEC (1, 2, 3, 4 e 5% m/m) peviamente dissolvida em água a tempeatura ambiente. O banho de óleo foi mantido a 70°C durante 3h para completar a reação de polimerização. Foram obtidos hidrogéis compósitos com diferentes percentuais de PEC (St-g-PNaAc/1-5% PEC). O produto resultante foi resfriado à temperatura ambiente e, lavado com água destilada, para promover a retirados dos materiais que não reagiram, em seguida, o material foi seco em estufa a uma temperatura de 70 ºC e depois macerado até granulometria de 9-24 mesh (2,00-0,71 mm). Além disso, uma amostra sem PEC, foi preparada de acordo com os procedimentos descritos acima. Essa amostra foi rotulada como St-g-PNaAc. Cinética de intumescimento Os hidrogéis obtidos foram caracterizados quanto à capacidade de absorção de água, através de ensaios de intumescimento. Para isso, 20 mg dos géis foram colocadas em cadinhos filtrantes de 30 mL (porosidade nº 0) umedecido previamente e com parede externa seca. Este conjunto foi inserido em água de modo que o gel ficasse totalmente submerso. A partir da Equação (1), onde W é o ganho de massa de água por grama de gel, m é a massa do material intumescido e mo é a massa do material seco, foi possível acompanhar a cinética de intumescimento no meio estudado (n=3). [W = (m/ mo) – 1] (1). Efeito do pH sobre o intumescimento dos hidrogéis Os hidrogéis obtidos também foram caracterizados quanto à capacidade de absorção de água sob diferentes valores de pH (2 – 10). Os valores de pHo iniciais foram ajustados 2-10 através da adição de 0,1 mol/L de HCl ou NaOH. A absorção de água foi determinada de acordo com o método anteriormente descrito.
Resultado e discussão
A relação entre absorção de água e concentração de PEC presentes nos hidrogéis compósitos é mostrada na Figura 1 (a). Como pode ser observada, a incorporação de 2 % de PEC possibilita a ocorrência de um patamar de estabilização sobre a capacidade de absorção de água, representando um aumento de 83% (577 ± 11 g H2O/g gel) em relação ao St-g-PAA (315 ± 10 g H2O/g gel). No entanto, o aumento insignificante na taxa de absorção de água com o aumento adicional no teor de PEC, pode ser explicado devido à formação de uma rede polimérica mais densa, para concentrações superiores a 2%, ocorrendo a restrinção de penetração de moléculas de água no hidrogel e/ou devido ao aumento dos pontos de reticulação das cadeias poliméricas devido a novas interações físicas especificas, tais como ligações de hidrogênio entre os grupos laterais de St, PAA e PEC (RANA, 2007), o que reduz a elasticidade e provocando uma estabilização de Weq, porém os valores de Weq foram superiores a matriz polimérica na ausência de PEC.
A Figura 1 (b) mostra a cinética de intumescimento em água do hidrogel compósito tipo semi-IPN (St-g-PAA/2% PEC) do hidrogel sem a PEC (St-g-PAA). Os perfis das curvas da cinética de intumescimento são bastantes semelhantes. Verificou-se que o grau de intumescimento teve um rápido aumento durante os primeiros 30 min imersão representando cerca de 90% do valor de equilíbrio neste intervalo de tempo. Em seguida, o grau de intumescimento aumentou lentamente até alcançar o equilíbrio (Weq), que ocorre por volta de 60 min, cujo valor depende da constituição do hidrogel. Observou-se que os géis sintetizados apresentaram uma capacidade de absorção no equilíbrio (Weq) de 315 ± 11 e 577 ± 11 g H2O/g gel, respectivamente para St-g-PAA e St-g-PAA/2% PEC, mostrando assim que o hidrogel que possuem PEC apresenta maior capacidade de absorção de água.
O efeito do pH na cinética de intumescimento do hidrogel foi verificado com a utilização de solução tampão de pH entre 2-10, e os resultados são apresentados na Figura 2. É observado que valor de Weq aumenta em pH 2 a 6 e posterior estabilização. A variação na capacidade de intumescimento com a variação do pH pode ser atribuído a alterações na protonação dos grupos carboxilatos derivados da mistura PAA/PNaAc. Entre pHs 2-4 a [-COO-] < [-COOH], o que favorece a diminuição das forças de desestabilização oriundas da repulsão ânion–ânion e conduz a um mínimo de intumescimento do hidrogel. Entre pHs 6-10 a [-COO-] > [-COOH], o que provoca um aumento nas forças de desestabilização oriundas da repulsão ânion–ânion entre os grupos -COO- (BRANNON, 1991). Este fenômeno ocasiona uma expansão na rede polimérica, o que acarreta no aumento de Weq (CÂNDIDO, 2013).
a) Efeito da quantidade de PEC na capacidade de intumescimento dos hidrogéis compósitos, b) Intumescimento dos hidrogéis em água destilada.
Efeito do pH sobre o intumescimento do hidrogel compósito tipo semi-IPN de St-g-PAA/PEC em água destilada.
Conclusões
A incorporação de PEC na estrutura dos hidrogéis compósitos semi-IPN St-g-PAA melhorou as propriedades de absorção de água, proporcionando um aumento de 83% em relação ao St-g-PAA. Os hidrogéis compósitos apresentaram sensibilidade ao pH. Esse comportamento em diferentes pH torna esse sistema um forte candidato a ser utilizado como absorventes de íons metálicos dissolvido em soluções aquosas, com vistas a uma possível aplicação destes sistemas como sequestrantes para metais em águas residuárias.
Agradecimentos
Os autores agradecem à FUNCAP (BP3-0139-00257.01.00/18) e o CNPq pelo apoio financeiro.
Referências
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