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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8MREEK| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Síntese e caracterização de hidrogéis superabsorventes obtidos a partir da copolimerização de acrilamida, n-isopropilacrilamida e metacrilato de sódio |
| Authors: | Priscilla Mol Queiroz |
| First Advisor: | Roberto Fernando de Souza Freitas |
| Abstract: | Neste trabalho, foram sintetizados hidrogéis para aplicação comosuperabsorventes - SAPs, obtidos a partir de reações de copolimerização em solução, via radicais livres, de três diferentes monômeros principais: acrilamida - AA, N-isopropilacrilamida - NIPAM e metacrilato de sódio - NMA, e N,N- metilenobisacrilamida - MBA como reticulante. Os géis obtidos foram caracterizados quanto à sua capacidade de expansão em água e quanto ao mecanismo de transferência de massa. Foi estudada a influência das concentrações desses reagentes na capacidade de expansão do gel. Para tanto, foi utilizado o planejamento fatorial como ferramenta, com matriz 2k, sendo k = 4, e ponto central. As variáveis estudadas tiveram seus níveis máximo e mínimo fixados, resultando em 19 sistemas (24 + 3), com concentrações de monômeros totais variando de 10 a 15%, reticulante em relação aos monômeros totais de 1 a 3%, e monômero iônico de 22 a 33%, também em relação aos monômeros totais. Os hidrogéis obtidos apresentaram capacidades de expansão, entre cerca de 70 e 200g H2O/g gel seco e a análise dos resultados mostrou a importância relativa dos diversos componentes no comportamento de expansão dos géis. Os parâmetros que apresentaram influência significativa sobre a capacidade de expansão, segundo análise estatística do sistema, foram concentração do reticulante MBA, concentração do monômero iônico NMA e concentração de NIPAM. A concentração de AA não foi estatisticamente significativa nesse estudo. As interações entre concentração de MBA e NMA, bem como de MBA e NIPAM também foram significativas sobre a capacidade de expansão dos SAP's. Todos os resultados foram discutidos fisicamente à luz da termodinâmica de géis. O metacrilato de sódio contribui significativamente para a expansão dos géis, favorecendo a componente iônica do termo de variação da energia livre de mistura. Já os monômeros totais tem um efeito mais significativo na contribuição elástica, face ao aumento das cadeias, resultando em maior entrelaçamento das mesmas, com o aumento da concentração de monômeros totais. O aumento da concentração de reticulante resulta em géis significativamente mais rígidos, portanto, com menor capacidade de expansão, sendo a contribuição mais relevante no termo elástico. Foi realizado um estudo da influência de variação da expansão dos hidrogéis com a temperatura, entre 20°C e 50°C. Todos os géis apresentaram um aumento da capacidade de expansão com o aumento da temperatura, chegando a valores de 350g H2O/g gel seco, a 50°C. O estudo da temperatura de síntese mostrou que géis sintetizados em temperaturas mais elevadas apresentam maiores capacidades de expansão. Em um dos sistemas estudados, a expansão aumentou em cerca de 80%, passando de aproximadamente 100g H2O/g gel seco, para gel sintetizado a 18°C, para 180g H2O/g gel seco, para o mesmo sistema, sintetizado a 55°C. Foi estudado, também, o mecanismo de transferência de massa nesses sistemas verificando-se que esses géis seguem o mecanismo descrito como Caso II, ou seja, o processo é controlado pela relaxação da rede polimérica |
| Abstract: | In this work, polymer hydrogels were synthesized, aiming at their use assuperabsorbent polymers SAP, obtained by solution free radical copolymerization reactions of three different main monomers: acrylamide - AA, Nisopropylacrylamide - NIPAM and sodium methacrylate - NMA, and N,N- methylenebisacrylamide - MBA as crosslinking agent. The obtained gels were characterized by their hydration capacity and by their mass transfer mechanism. The influence of the reactants concentration in the hydration capacity of the gels was studied. Factorial planning was used as a tool for the proposed study, with a 2k matrix, being k = 4, and central point. The studied variables had their maximum and minimum levels fixed, resulting in 19 systems (24 + 3), with total monomers concentrations varying from 10 to 15%, crosslinking agent from 1 to 3%, with respect to total monomers, and inonic monomer from 22 to 33%, also with respect to total monomers. The obtained hydrogels showed hydration capacity between 70 and 200g H2O/g dry gel and the results demonstrated the relative importance of the different components in the swelling behavior of the gels. The most important variables, according to statistical analysis of the system, were in order crosslinker concentration MBA, ionic monomer concentration NMA and NIPAM concentration. The AA concentration was not statistically significant in this study. The interactions between concentration of NMA and MBA, and MBA and NIPAM were also significant on superabsorbent polymers swelling capacity. All the results were discussed considering gels thermodynamics. Sodium methacrylate contributes significantly for gels swelling, favoring the ionic component of the mixing free energy variation term. The total monomers present a more significant effect on the elastic contribution, due to polymer chain increasing, resulting in greater entanglement of them, when total monomers concentration increases. The increase of crosslinking agent results in gels significantly more rigid, so with a lower swelling capacity, being the most important contribution to the elastic term. The influence of the gels swelling with temperature was also studied, with temperature varying from 20°C to 50°C. All the gels showed an increase in the degree of swelling, with hydration capacity reaching 350g H2O/g dry gel, at 50°C. Gels synthesized at higher temperatures presented higher swelling capacities. As an example, in one specific studied system, the swelling increased approximately 80%, from 100g H2O/g dry gel, for the gel synthesized at 18°C, to 180g H2O/g drygel, for the same system, synthesized at 55°C. The mass transfer mechanism in these systems was also studied, verifying that these gels follow the mechanism described as Case II, that is, the process is controlled by the polymer network relaxation |
| Subject: | Engenharia quimica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8MREEK |
| Issue Date: | 30-Jul-2011 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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