Determinação da Concentração Micelar Crítica por condutividade e Análise Térmica do tensoativo de andiroba

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Produtos Naturais

Autores

Campelo, I.C. (UFERSA) ; Santos, D.F. (UFERSA) ; Souza, C.M. (UFERSA) ; Valentim, G. (UFERSA) ; Almeida, A.P.B. (UFERSA) ; Silva, A.S.B.S. (UFERSA) ; Lima, L.M.O. (UFERSA)

Resumo

Os tensoativos possuem afinidades por gorduras, assim como pela água, podendo pertencer aos dois meios, em consequência disso, modificam a tensão superficial em soluções aquosas e alteram as propriedades superficiais das substâncias. O óleo de andiroba foi usado como ácido graxo da solução. Foi determinada a concentração micelar crítica e para a caracterização do tensoativo foram realizadas as análises térmicas DTA/TGA e DSC/TGA com o intuito de observar suas características e estabilidade dessa substância. Os resultados das análises térmicas mostraram que o comportamento térmico em relação a perda de massa variou no intervalo de temperatura de 80°C a 325°C. Em relação a DSC/TGA pode-se constatar a variação da faixa de entalpia entre o intervalo de temperatura de 300 a 500°C.

Palavras chaves

Tensoativo; Andiroba; Análise Térmica

Introdução

Os tensoativos ou surfactantes são substâncias que possuem a capacidade de adsorção nas interfaces líquido-líquido, líquido-gás e sólido-líquido, reduzindo a tensão interfacial. Essas moléculas possuem afinidades por regiões com características apolares ligadas a uma outra porção com características polares, possuindo um comportamento anfifílico, onde é solúvel tanto em água como em gordura (CURBELO, 2006). Devido possuir essas características, podem ser utilizados como conciliadores dessas fases imiscíveis, formando emulsões, espumas, suspensões, microemulsões e a detergência de superfícies (DALTIN, 2011). A determinação da concentração micelar crítica (CMC) pode ser obtida por mudanças bruscas no comportamento de algumas de suas propriedades físicas dentro da solução, como o espalhamento da luz, condutividade elétrica, viscosidade, tensão superficial, capacidade de solubilização de solutos, entre outros fatores. (SANTOS et al., 2007). Além de determinar a CMC, esse estudo também analisou as análises térmicas da Termogravimetria (TGA), Análise térmica diferencial (DTA) e a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) do tensoativo, visto que são poucos os dados existentes na literatura. Estas técnicas permitem a obtenção de informações tais como: variação de massa, estabilidade térmica, pureza, ponto de fusão e ebulição, calores específicos, diagramas de fase, cinética da reação, entre outros (GIOLITO e IONASHIRO, 2004). A síntese do tensoativo foi realizada com base no óleo de andiroba, planta típica da Amazônia, a qual foi objeto de estudo para caracterização do seu produto e análises térmicas.

Material e métodos

Para a produção do sabão e realização das análises térmicas do tensoativo foi usado o óleo de andiroba. Inicialmente, em um balão volumétrico foi realizada uma mistura do ácido graxo, juntamente com o hidróxido de sódio dissolvido no etanol até a completa diluição e com isso foi feito o processo de titulação. Posteriormente, a mistura foi aquecida em uma chapa por cerca de 2 horas para a completa saponificação da amostra. Com a titulação do óleo de andiroba, a solução de saponificação foi levada à um Becker e, novamente, para a chapa de aquecimento até a obtenção de um efeito mais sólido, a amostra ficou aproximadamente 3h na chapa aquecedora. Após o aquecimento na chapa, o sabão passou pelo processo de secagem na estufa durante 24h, logo foi retirado e triturado no almofariz e pistilo e, em seguida, macerado, com o intuito de deixá-lo com a textura mais fina, facilitando a dissolução. O processo foi desde a elaboração do sabão até a maceração e estocagem, passando pelo refluxo e evaporação residual do álcool. A determinação da concentração micelar crítica foi elaborada através da condutividade elétrica, preparada em soluções com água destilada em diferentes tipos de concentrações e determinada através de medidas de condutividade elétrica por um condutivímetro de bancada, modelo CD203. O tensoativo foi caracterizado de acordo com as técnicas de Termogravimetria (TGA), Análise Térmica Diferencial (DTA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). As análises foram realizadas em um equipamento DSC-DTG-60 da TA Instruments, em atmosfera de nitrogênio e taxa de aquecimento de 10 graus Celsius por minuto (°C/min).

Resultado e discussão

A determinação da concentração micelar crítica (CMC) do tensoativo foi analisada através das medidas de condutividade elétrica e seus resultados foram plotados no Gráfico 1. Segundo Santos (2014) a determinação da CMC possibilita a obtenção de parâmetros físico-químicos, garantindo o comportamento dos tensoativos em suas interações interfaciais. O valor da CMC foi determinado através da intersecção das duas retas como mostrado no Gráfico 1, o que demonstra consonância com os resultados obtidos por Santos (2014) que obteve a CMC de tensoativos. É importante frizar que o comportamento da curva muda justamente quando o tensoativo atinge sua CMC e, de acordo, com as equações plotadas o resultado foi de 2265,74 ppm. Como pode-se observar no Gráfico 2, quando se analisa o comportamento térmico, a primeira perda de massa inicia-se, aproximadamente, na temperatura de 80 °C. Isto pode ser explicado pois o etanol em misturas orgânicas, tem sua parte apolar da cadeia interagindo com a cadeia carbônica do óleo, o que faz sua temperatura de ebulição aumentar, dificultando sua perda de massa (SANTOS, 2014). O segundo pico de perda de massa, acontece aproximadamente na temperatura de 325 °C. Este fato está relacionado, de forma mais significativa, à perda de massa da matéria orgânica que compõe a estrutura química do óleo de andiroba. No Gráfico 3, é possível observar que a maior liberação de energia vai acontecer aonde se concentra o início da maior perda de massa, entre os intervalos de temperatura de 300 a 500°C, isso ocorre devido a decomposição da matéria orgânica e o alcance da entalpia necessária para o tensoativo se decompor. Nas temperaturas de 425 e 100°C evidenciam o consumo de energia devido a evaporação do etanol nessas faixas de temperaturas.

Determinação da concentração micelar crítica


Curva DTA/TGA do tensoativo


Curva DSC/TGA do tensoativo

Conclusões

Os resultados obtidos mostraram que a CMC foi satisfatória, visto que, possibilitou analisar os parâmetros-físicos-químicos do óleo. A análise térmica TGA em relação a DTA, mostrou o resultado de perda de massa nas faixas de temperaturas de 80°C e 325 °C, visto que o tensoativo possui estabilidade térmica e se ultrapassar uma certa faixa de temperatura ocorrerá em uma degradação do mesmo. A análise térmica DSC, mostrou que o tensoativo é uma substância estável, que tende a se decompor numa temperatura superior a 200°C, e seu limite de decomposição foi de 900°C.

Agradecimentos

Referências

CURBELO, Fabiola Dias da Silva. Recuperação avançada de petróleo utilizando tensoativos. 2006. 190 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.

DALTIN, Decio. Tensoativos: química, propriedades e aplicações. São Paulo: Blucher, 2011. 321 p.

GIOLITO, Ivo; IONASHIRO, Massao. Princípios básicos da termogravimetria e análise térmica diferencial/ calorimetria exploratória diferencial. Araraquara: Giz Editorial, 2004. 98 p.

SANTOS, Damilson Ferreira dos. Síntese e Caracterização De Tensoativos e estudo de Equilíbrio De Fase dos Sistemas CnH2n+2/H2O/ CnH2n+1/COONa/But-OH. 2014. 128 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.

SANTOS, Francisco Klebson G; ALVES, Juan Vinicius A et al. Determinação da concentração micelar crítica de tensoativos obtidos a partir de óleos vegetais para uso na recuperação avançada de petróleo. 4º PDPETRO, Campinas – SP, Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal Rural do Rio Grande do Norte, 2007.