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dc.contributor.advisor1Roberto Fernando de Souza Freitaspt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4307571478705226pt_BR
dc.contributor.referee1Alberto Claudio Habertpt_BR
dc.contributor.referee2Rodrigo Lambert Oréficept_BR
dc.contributor.referee3Ricardo Geraldo de Sousapt_BR
dc.contributor.referee4Maria Elisa Scarpelli Ribeiro e Silvapt_BR
dc.creatorRaquel de Resende Janot Pachecopt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8197225556711984pt_BR
dc.date.accessioned2023-05-03T18:35:40Z-
dc.date.available2023-05-03T18:35:40Z-
dc.date.issued2014-06-13-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/52762-
dc.description.abstractIn this work, a thermodynamic study of superabsorbent hydrogels was done, involving a broad review of theories and thermodynamic models concerning superabsorbent polymers, the development of a thermodynamic equation for these systems and the synthesis and characterization of gels based on acrylamide (AA) and sodium methacrylate (NMA) and, as crosslinkers, N,N’methylenebis(acrylamide) (MBA) and ethylene glycol dimethacrylate (EGMA). Ammonium Persulfate (APS) and N,N,N’,N’-Tetramethyl-ethylenediamine (TMEDA) were used for copolymerization reaction initiation and catalysis. The thermodynamic study pointed out to the importance of Flory-Rehner theory in order to understand the mixture term for hydrogels, complemented by Peppas theory, in the case of superabsorbent hydrogels, in which ionic term plays an important role on swelling equilibrium. It indicated also the importance of no elementary models for rubber elasticity, particularly the Phantom Network theory, for understanding the polymeric network thermodynamic response to swelling caused by polymer-solvent interaction. An equation was obtained to characterize hydrogels thermodynamic behavior at equilibrium, based on FloryRehner, Peppas and Phantom Network theories. Consistent hydrogels were obtained at the limit of sol/gel phase transition, with fixed concentrations of ionic monomer and crosslinker, of 30% and 1%, respectively (m/total monomer mass in %), for 6% of total monomer, in the case of MBA and 14%, for EGMA, demonstrating the different capacity of the crosslinkers used, on polymeric network formation. By varying the ionic monomer concentration, hydrogels with significant differences on swelling degree were obtained, for both crosslinkers, with a greater expansion for higher NMA concentration. However, this behavior presented fluctuations, with maximum peaks, fluctuations that were more pronounced for total monomer concentrations near phase transition. At this condition, near phase transition, swelling curves superposition showed the ionic monomer significant effect on hydrogels expansion. For total monomer concentrations near phase transition, hydrogels were obtained showing swelling degrees close to 400 g/g, for MBA, and 460 g/g, for EGMA, using 35% of ionic monomer concentration. By using light scattering technique, for hydrogels synthesized with any of the two crosslinkers, NMA concentration increase contributed to diminish hydrogels spatial inhomogeneities, as observed by the decrease of the hydrodynamic correlation length.pt_BR
dc.description.resumoNeste trabalho, foi feito um estudo termodinâmico de hidrogéis superabsorventes envolvendo uma ampla revisão sobre as teorias e modelos termodinâmicos de polímeros superabsorventes, o desenvolvimento de uma equação termodinâmica para esses sistemas e a síntese e caracterização de géis à base de acrilamida (AA) e metacrilato de sódio (NMA) e, como reticulantes, o dimetacrilato de 1,2-etilenoglicol (EGMA) e o N,N’-metileno bisacrilamida (MBA). Persulfato de amônio (APS) e N,N,N’,N’tetrametilenodiamina (TMEDA) foram utilizados para iniciação e catálise da reação de copolimerização. O estudo termodinâmico apontou para a importância da Teoria de Flory-Rehner no entendimento do termo de mistura para hidrogéis, complementada pela Teoria de Peppas, em se tratando de hidrogéis superabsorventes, nos quais o termo iônico tem um papel relevante no equilíbrio de expansão. Apontou, ainda, para a importância dos modelos não elementares da elasticidade da borracha, particularmente a Teoria da Rede Fantasma, para o entendimento da resposta termodinâmica da rede polimérica à expansão causada pela interação polímero-solvente. Foi obtida uma equação para caracterização do comportamento termodinâmico de hidrogéis no equilíbrio, alicerçada na Teorias de Flory-Rehner, Peppas e Rede Fantasma. Hidrogéis consistentes, no limite de transição de fases sol/gel, foram obtidos com concentrações fixas de monômero iônico e de reticulante, em 30% e 1%, respectivamente (m/massa total de monômeros em %), para 6% de monômeros totais, no caso do MBA, e para 14%, no caso do EGMA, demonstrando as diferentes capacidades dos reticulantes utilizados, na formação de rede polimérica. A variação da concentração de monômero iônico levou a hidrogéis com diferenças significativas nos graus de expansão, para ambos os reticulantes, com uma maior expansão para concentrações mais elevadas de NMA. Entretanto, este comportamento apresentou flutuações, com pontos de máximo, flutuações estas mais pronunciadas para concentrações de monômeros totais mais próximas da transição de fases. Nessa condição, próxima à transição de fases, a superposição das curvas de expansão para os dois sistemas evidenciou o efeito significativo do monômero iônico na expansão dos hidrogéis. Com concentração de monômeros totais próximas à transição de fases, os graus de expansão obtidos chegaram a cerca de 400g/g, para o MBA, e 460g/g, para o EGMA, utilizando-se cerca de 35% de monômero iônico. Para géis sintetizados com qualquer dos dois reticulantes, o aumento da concentração de NMA contribuiu para a diminuição das não-homogeneidades espaciais dos géis, conforme observado pela diminuição do comprimento de correlação hidrodinâmico, a partir da técnica de espalhamento de luz.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Químicapt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/*
dc.subjectTermodinâmico de hidrogéis superabsorventespt_BR
dc.subjectTeoria de Flory-Rehnerpt_BR
dc.subjectTeoria da rede fantasmapt_BR
dc.subject.otherEngenharia químicapt_BR
dc.subject.otherCopolímerospt_BR
dc.subject.otherAcrilamidapt_BR
dc.titleEstudo termodinâmico de hidrogéis superabsorventespt_BR
dc.typeTesept_BR
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