Estudo da cristalinidade e mecanismos de sorção de água em biopolímeros

Uma investigação da cristalinidade e mecanismos de sorção de água em bipolimeros estruturais: colágeno e celulose, foi realizada por métodos de difração de raios X e levantamento de isotermas de sorção de água. Foi desenvolvido um método computacional para medida do índice de cristalinidade e tamanho de cristalito em polímeros. Esse método foi aplicado para fibras de celulose nativa. Medidas de orientação média dos cristalitos e do ângulo espiral, característico do algodão nativo, foram realizadas, verificando-se uma correlação entre os valores obtidos. Foi observado que a resistência intrínseca das fibras cresce com a orientação, quando é controlada a maturidade da fibra. O índice de cristalinidade decresce e o tamanho de cristalito cresce com o maior grau de hidratação a que é submetida a amostra. A fração de água fortemente ligada à celulose, obtida pelo ajuste das isotermas experimentais à equação de Guggenheim, relaciona-se diretamente com o tamanho de cristalito, e a acessibilidade às moléculas de água aumenta com a crescente fração de substância amorfa. Amostras de pó de colágeno nativo foram submetidas a repelidos ciclos de hidratação e secagem gradual. Os efeitos de histerese, conhecidos em isotermas de sorção de água dessa proteína, foram observados pela variação. Com a umidade relativa, da intensidade integrada das reflexões de raios X a alto ângulo, que constituem as principais características do padrão de difração. Uma perda gradual de estrutura foi observada em cada processo de secagem e reidratação. Pelos dados de difração foi observado também um aumento das regiões amorfas das fibrilas. A secagem parcial da amostra, até um teor de umidade não inferior a 0.13 g H2O per g proteína, não produz a curva de histerese nos gráficos dos parâmetros estudados. Ciclos de secagem-hidratação numa única etapa parecem não afetar irreversivelmente a ordem, pois as amostras recuperam sua estrutura original. A diferença entre esse resultado e os do processo de hidratação gradual pode ser atribuída à cinética da hidratação de biopolímerosX-ray diffraction and water sorption isotherms were used in this study of crystallinity and sorption mechanisms in the structural biopolymers: collagen and cellulose. A computational method was developed in order to determine the crystallinity index and crystallite size in polymers. This method was employed in native cellulose fibers (cotton). Measurements of the mean crystallite orientation and spiral angle, characteristic of native cotton. were carried out and correlations between the obtained values were verified. It has been observed that the tensile strength of the fibers increases with increasing orientation, if the maturity of the fiber is controlled. The Crystallinity index is reduced and crystallite size increases with hydration. The fraction of water strongly bound to cellulose, which was obtained by fitting the measured sorption isotherms to Guggenheim?s equation, is directly related to the crystallite size; accessibility to water molecules increases with the fraction of amorphous substance. Powdered native collagen samples were submitted to repeated cycles of gradual drying and hydration. Hysteresis effects, known to exist in water sorption isotherms of this fibrous protein were observed in the plots of relative humidity versus integrated intensity of the wide angle X-ray reflections which constitute the main features of the diffraction pattern. A gradual reduction of structured material was observed after each drying and rehydration process. An increase in the amorphous regions of the fibrils could also be inferred from the diffraction data. Partially drying the samples down to a moisture content not smaller than 0.13 g H20 per g protein did not produce a hysteresis loop in the plots of the parameters studied. One step drying-rehydration cycles did not, seem to affect, irreversibly the order of the samples which seemed to recover their original structure. The difference between this result, and those of the gradual hydration process may be attributed to the kinetic properties of biopolymers hydratio