Thermodynamic study of zwitterionic surfactants self-assembly and its interaction with polymers by calorimetry titration

Orientador: Watson LohDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: As sulfobetaínas (SB) são uma classe de surfatantes zwitteriônicos. A presença de grupos carregados tanto positiva quanto negativamente na mesma molécula concede à sua cabeça polar uma hidrofilicidade intermediária entre surfatantes iônicos e não-iônicos. O estudo termodinâmico de associação da série homóloga de sulfobetaínas, bem como sua interação com polímeros iônicos e não-iônicos, foi feito utilizando a técnica de titulação calorimétrica isotérmica (ITC), em diferentes temperaturas. O aumento da temperatura leva a um valor mais negativo de energia livre de Gibbs de micelização DmicG, o que favorece a micelização. O termo entrópico TDmicS, embora sempre positivo, é o responsável pela micelização em baixas temperaturas. No entanto, com o aumento da temperatura este termo perde sua intensidade, enquanto o termo entálpico DmicHinverte seu sinal, de positivo para negativo, superando em intensidade o termo entrópico, sendo então o responsável pela micelização em temperaturas elevadas. No estudo de interação com polímeros não-iônicos, o poli (ácido acrílico), PAA, induziu a formação de agregados de unímeros de surfatantes em concentrações abaixo de sua cmc, enquanto o poli (óxido de propileno), PPO, foi incorporado às micelas. Em relação aos polímeros iônicos, o polímero catiônico cloreto de poli (dialildimetilamônio), PDADMAC, e o polímero aniônico poli (acrilato de sódio), PAA, não apresentaram interação alguma com a sulfobetaína. Apenas o polímero aniônico poli (4-estireno sulfonato de sódio), PSS, induziu a formação de agregados de unímeros de surfatante em concentrações muito abaixo da cmc. Esta indução deve-se à interação eletrostática entre o grupo sulfonato (-SO3) do PSS e o grupo amônio ( RNMe2X ) da SB, auxiliada pela presença do grupo hidrofóbico estireno do polímero, que é incorporado às micelasAbstract: Sulfobetaines (SB) are a class of zwitterionic surfactants. The presence of groups both positively and negatively charged in the same molecule renders an intermediate hydrophilicity between ionic and nonionic surfactants. The self-assembly thermodynamic study of a homologous series of sulfobetaines, as well as its interaction with ionic and nonionic polymers, was performed by isothermal titration calorimetry (ITC), in different temperatures. The increase in temperature leads to a more negative value of the Gibbs free energy of micellization DmicG, which favors micellization. The entropic term TDmicS, although always positive, is the responsible for the micellization in lower temperatures. However, with the increase in temperature this term loses its intensity, while the enthalpic term DmicH changes its sign, from positive to negative, overcoming the entropic term in intensity, and therefore being the responsible for the micellization in higer temperatures. In the study of interaction with nonionic polymers, poly (acrylic acid), PAA, induced the formation of aggregates of surfactant monomers in concentrations below its cmc, while poly (propylene oxide), PPO, was incorporated to the micelles. Regarding ionic polymers, the cationic poly(diallyldimethylammonium chloride), PDADMAC, and the anionic polymer poly (sodium acrylate), PAA, didn't show any interaction with the sulfobetaine. Only the anionic polymer poly(sodium 4-styrenesulfonate), PSS, induced the formation of aggregates of surfactant monomers in concentrations well below its cmc. This induction is due to the electrostatic interaction between the sulfonate group (-SO3) from the PSS and the ammonium group (RNMe2X) from the SB, aided by the presence of the hydrophobic group styrene in the polymer, which is incorporated into the micellesMestradoFísico-QuímicaMestre em Químic