A utilização de goma arábica como agente estabilizante de nanocompósitos de poli(anilina)

Orientador : Prof. Dr. Marcio VidottiCo-orientadora : Profª Drª Izabel C. Riegel-VidottiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 24/02/2015Inclui referências : f. 111-131Área de concentração : Físico-QuímicaResumo: Um dos focos principais de interesse da química e o estudo das propriedades dos materiais formados por misturas de varias substancias. Este interesse se deve muitas vezes ao fato de que unindo dois ou mais compostos é possível conseguir um material com propriedades diferentes ou melhores que os materiais individualmente separados. Os compósitos desempenham exatamente essa possibilidade. Diante disso o desenvolvimento de compósitos poliméricos e largamente investigado. O sinergismo entre os polímeros condutores e os naturais podem gerar diferentes aplicações, desde o desenvolvimento de nervos e músculos artificiais, sensores e biossensores, tintas para a prevenção a corrosão, além de dispositivos de liberação controlada. O polímero condutor mais estudado e a polianilina. Este polímero e insolúvel em meio aquoso e infusível devido a rigidez de sua cadeia, isto e um problema quando o objetivo e a aplicação em larga escala. No entanto, diversas pesquisas vem sendo realizadas no sentido de superar essa dificuldade, sendo uma das alternativas a obtenção de dispersões coloidais. Diversos polímeros podem ser usados para a estabilizacao, no entanto a vantagem de se usar um polímero natural reside no fato de que se pode obter um material que mantenha a alta atividade eletroquímica do polímero condutor e ao mesmo tempo apresente boa processabilidade, biodegradabilidade, alta solubilidade em agua e, especialmente baixa toxicidade. Diante disso esta tese tem como objetivo a obtenção de um material compósito utilizando a polianilina estabiliza com goma arábica (GA). A (GA) e um hidrocoloide com capacidade emulsificante, possui sítios hidrofílicos (polissacarídeo) e hidrofóbicos (parte proteica), os sítios hidrofóbicos servem como ancoragem para a formação da polianilina e posterior estabilização evitando a precipitação da polianilina. A síntese destes compósitos foi realizada por método químico. O material resultante foi dialisado precipitado por centrifuga e seco. Os resultados das sinteses e estudos cinéticos com diferentes proporções de GA/anilina demonstram que a sintese e autocatalizada formando um material nanocompósito solúvel em agua com morfologias diferentes demostradas por microscopia de transmissão. Analises por UV-Vis mostram as principais bandas características da polianilina, e a presenca de elétrons desemparelhados (polarons) também foi confirmada por EPR. Analises realizadas por Infravermelho sugeriram a presença nos compósitos tanto de GA quanto de polianilina interagindo por meio de ligações de hidrogênio. Espectros Raman evidenciaram principalmente polianilina condutora. Todos os compósitos obtidos apresentaram eletroatividade com destaque para a amostra com maior quantidade de anilina na síntese. Utilizando os materiais redispersos em meio aquoso, foram modificados eletrodos de ITO por casting, layer by layer e eletroforese, sendo que as ultimas duas técnicas produziram os melhores resultados eletroquímicos e eletrocrômicos. Verificamos que mudando a proporção GA/anilina no inicio da síntese podem-se obter diferentes morfologias com compósitos solúveis e eletroativos. Palavras chave: Nanocompositos, poli(anilina), goma arábica.Abstract: A major focus of interest of chemistry is the study of materials properties formed by mixtures of various substances. This concern is often due to the fact that by joining two or more compounds can achieve a material with different properties or better than the materials individually separated.Composites make exactly this possibility. Therefore the development of polymer composites is widely investigated. Synergism between conductive polymers and natural polymers can generate different applications, since the development of artificial nerves and muscles, sensors and biosensors, paints for corrosion prevention, and controlled release devices. The most studied conductive polymer is polyaniline. This polymer is insoluble and infusible in aqueous medium due to the rigidity of the chain, this is a problem when the objective is the large-scale application. However, several studies have been performed to overcome this difficulty, an alternative is to obtain colloidal dispersions. Many polymers can be used for stabilization, but the advantage of using a natural polymer lies in the fact that one can obtain a material that maintains high electrochemical activity of the conductive polymer and at the same time presenting good processability, biodegradability, high water solubility and especially low toxicity. Therefore, this thesis aims to obtain a composite using poly(aniline) stabilized with gum arabic (GA). The (GA) is a hydrocolloid with emulsifying capacity, has hydrophilic sites (polysaccharide) and hydrophobic sites (protein part), hydrophobic sites serve as anchoring for the formation of polyaniline and subsequent stabilization, preventing the poly(aniline) precipitation. The synthesis of these composites was conducted by chemical methods. The resulting material was dialyzed, precipitated by centrifugation and dried. The results of the synthesis and kinetics studies show that the synthesis is self-catalyzed with different proportions of GA/aniline forming a nanocomposite water-soluble material with different morphologies noted by transmission microscopy. UV-Vis analyzes show the main characteristic bands of polyaniline and the presence of unpaired electrons (polarons) was also confirmed by EPR. FTIR suggest the presence in the composites, both the GA as polyaniline interacting by hydrogen bonds. Raman spectra showed mainly conductive polyaniline. All composites obtained exhibited electroactivity highlighting the obtained sample with the highest amount of aniline in the synthesis. Using the redispersed materials in an aqueous medium, ITO electrodes were modified by casting, layer by layer and electrophoresis, the last two techniques produced the best electrochemical and electrochromic results. We found that changing the GA/aniline ratio in the beginning of the synthesis can be obtained different morphologies and soluble electroactive composites. Keywords: nanocomposites, poly(aniline), gum arabic