Partículas multifuncionais de hidróxissais lamelares na estabilização de emulsões

Orientador: Prof. Dr. Rilton Alves de FreitasCoorientador: Prof. Dr. Fernando WypychDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 08/01/2019Inclui referências: p.51-57Resumo: Argilominerais lamelares são partículas submicrométricas que consistem de lamelas empilhadas e separadas por um espaço interlamelar, que pode ou não conter íons. Quando são dispersas em água, essas partículas possuem diversas características que poderiam torná-las bons emulsificantes de Pickering, como por exemplo o tamanho na escala coloidal, a viscosidade das dispersões aquosas e a possibilidade de serem passivas a reações de troca iônica. Apesar de todas essas características, até o momento poucos trabalhos contemplaram a aplicação e uma descrição minuciosa do papel que essas partículas têm na estabilização de emulsões. Além disso, especificamente uma classe chamada hidroxissais lamelares (LHS) nunca foi empregada com essa finalidade. Portanto, neste trabalho, partículas de dois LHS chamados de hidrocloreto de zinco (ZHC) e gordaíta de sódio (NaG) foram sintetizadas, caracterizadas por difração de raios X de pó (XRD) e espectroscopia vibracional na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e modificadas com os fotoprotetores ácido 2 - fenilbenzimidazol - 5 - sulfônico (PBSA), benzofenona-4 (BFN) e salicilato de 2-etilhexila (EHS), com a finalidade de que essas partículas modificadas possuíssem a capacidade de estabilizar emulsões de óleo mineral e água e ainda fossem capazes de abrigar fotoprotetores, gerando assim uma partícula multifuncional. Após a modificação, realizou-se espectroscopia de reflectância difusa na região do ultravioleta (DRUV-Vis). Notou-se por difração de raios X (XRD) que a BFN não se adsorveu no espaço interlamelar do ZHC, assim como os íons de amônio quaternário não foram inseridos na matriz de NaG. Observou-se que somente o PBSA foi inserido no ZHC com sucesso (ZHC-PBSA) e a absorção na região do ultravioleta passou a ocorrer na faixa de 340-200 nm, enquanto que para o PBSA puro a absorção era de 300-200 nm. Tornando o ZHC-PBSA um material fotoprotetor UVB e UVC. Então, as partículas de ZHC e ZHC-PBSA foram empregadas como estabilizantes de emulsões de óleo mineral e água. Primeiramente, não foi observado alteração da tensão interfacial com o aumento da concentração de partículas. Além disso, notou-se a formação de emulsões somente quando a concentração de partículas era igual ou superior a 0,1 % m/m. Para investigar o mecanismo de estabilização das emulsões, foi empregada a técnica de microscopia confocal laser de varredura (CLSM). Curiosamente, apesar da maior fração de óleo nas formulações, as emulsões em que havia 70 % m/m de óleo consistiam de emulsões óleo mineral em água, nas quais partículas recobriam parcialmente a interface da gotícula e criaram redes na fase contínua aquosa que dava sustentação às gotículas e impediam a coalescência por um período de até 2 meses. Palavras-chave: Argilominerais. Hidroxissais lamelares. Hidroxicloreto de zinco. Fotoprotetores. Emulsões de Pickering.Abstract: Layered clay minerals and layered double hydroxides are submicrometer particles consisted of continuous stacking layers separated by an interlamellar space. They may or may not contain ions inside the interlayer domain. In relation to their structures and properties, when dispersed in water, these particles possess several features that could regard them as good emulsifiers, such as: they are usually in the colloidal size range, they impart a controllable viscosity, and they may undergo grafting, surface adsorption and ionic exchange reactions to modulate the hydrophobicity. Despite all these features, currently only a very few number of works contemplate the application of these particles as emulsifiers and describe a thorough study of the role played by them in the formulations. Moreover, a close related class of particles (layered hydroxide salts-LHS), which can be regarded as synthetical analogues of layered clay minerals, have never been reported as emulsifiers. Therefore, this is an unexplored and promising field of research. We intent to explore the application of modified LHS particles in paraffin-water mixtures. In this work LHS particles of zinc hydroxide chloride (ZHC) and sodium gordaite (NaG) were synthesized, modified with 2-Phenyl-3H-benzimidazole-5-sulfonic acid (PBSA), 2- Ethylhexyl 2 - hydroxybenzoate (EHS) and Sodium 5-benzoyl-4-hydroxy-2- methoxybenzenesulfonate (BFN) by means of ionic exchange, surface adsorption and/or hydrophobic interactions. We evidenced the modification by X-ray diffraction (XRD), diffuse reflectance UV-Vis and Fourier transform infrared spectroscopy (DRUVVis and FTIR). Then, we intent to study macroscopically the emulsions stability and use confocal laser scanning (CLSM) and interface tension measurements to propose the emulsions' stabilization mechanism. We noticed that PBSA was successfully inserted in the ZHC matrix, whereas BFN did not and EHS could not be adsolubilized in NaG. Both ZHC and the product after being modified with PBSA (ZHC-PBSA) were employed as emulsifiers in the paraffin-water mixtures. It was observed emulsification only when the particle concentration was greater than or equal to 0.1 wt. %. The emulsions with 70 wt.% had 95 % of emulsified volume and consisted of oil-in-water emulsions. The mechanism of stabilization was proposed to be a partial cover of the droplets in addition to a formation of a network in the continuous phase that strutted the droplets without changing the interfacial tension of the mixture. It was noticed that emulsions were stale until 2 months. Ultimately, we were able to produce a suitable value-added material that can be insert in a pharmaceutical formulation that can act as both emulsifier and photoprotective ingredient, developing a multifunctional excipient for industrial applications. Keywords: Clay minerals. Layered hydroxide salts. Zinc hydroxide chloride. Sunscreen. Pickering emulsions