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DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
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2.1 DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
2.1-1 Materiais e Equipamento
Materiais
Na elaboração deste trabalho foi utilizado quitosano
(Aldrich) de peso molecular médio (1,9x105-3,1x105 Da),
com um grau de desacetilação compreendido entre 75 e
85% e densidade 0,15-0,30 g⋅cm-3.
De modo a uniformizar a dimensão das partículas de
quitosano, previamente à sua utilização este foi sujeito a
um proceso de trituração seguido de secagem sob vácuo a
40 ºC.
A moagem do quitosano foi efectuada num triturador
Figura 2.1: Quitosano
(500 µm <φ < 800 µm).
de lâminas metálicas da MOULINEX, e a seriação das partículas com granulometria
compreendida entre 500 e 800 µm foi feita com dois crivos, um com uma malha de 500 µm
(construído em vidro acrílico com uma rede em polietileno de malha calibrada), e outro da
RETSCH com malha calibrada de 800 µm, em aço-inox.
Relativamente ao estudo da reacção de copolimerização de enxerto sobre o quitosano
foram utilizadas duas unidades enxertantes, ácido acrílico e metacrilato de 2-hidroxietilo
(HEMA).
As soluções de ácido acrílico foram preparadas a partir de ácido acrílico anidro p.a.
(estabilizado com 0,02% de éter metílico de hidroquinona), Fluka, M=72,06 g⋅mol-1, grau de
pureza superior a 99%, 1L=1,050 kg.
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
26
As soluções de HEMA foram preparadas a partir de metacrilato de 2-hidroxietilo p.a.
estabilizado, Merck/Acros Organic, M=130,14 g⋅mol-1, grau de pureza 98%, 1L=1,073 kg.
Para a realização da modificação química do quitosano recorreu-se ao uso de: anidrido
maleico, Carlo Erba, M=98,06 g⋅mol-1, pureza mínima 99,8%; fenilisocianato, Fluka,
M=119,12 g⋅mol-1, pureza mínima 99,8%, 1L=1,09 kg. No que diz respeito à polimerização química o iniciador utilizado foi nitrato de cério
(IV) - amónio, BDH, M=548,23 g⋅mol-1, pureza mínima 98%. Relativamente à foto-polimerização utilizou-se como foto-sensibilizador isopropil-
tioxantona, Aldrich, M=254,35 g⋅mol-1. No decorrer do trabalho e dependendo do procedimento experimental a desenvolver
foram ainda utilizados diversos solventes: dimetilsulfóxido p.a. (DMSO), LabScan,
M=78,12 g⋅mol-1, pureza mínima 99,5%, 1L=1,100 kg; ácido nítrico p.a., Merck, M=63,16
g⋅mol-1, pureza 65%, 1L=1,40 kg; acetona p.a., Riedel-deHaën, M=58,08 g⋅mol-1, pureza
mínima 99,5%, 1L=0,791 kg; metanol p.a., Panreac, M=32,04 g⋅mol-1, pureza mínima
99,8%, 1L=0,792 kg; ácido acético p.a., Riedel-deHaën, M=60,05 g⋅mol-1, pureza 99,8%,
1L=1,05 kg; ácido fórmico p.a., Panreac, M=46,03 g⋅mol-1, pureza 98%, 1L=0,22 kg; ácido
sulfúrico p.a., Merck, M=98,08 g⋅mol-1, pureza 95-97%,1L=1,84 kg; tetrahidrofurano p.a.,
Riedel-deHaën, M=72,11 g⋅mol-1, pureza 99,9%, 1L=0,88 kg.
Os solventes utilizados em lavagens e precipitações eram todos de uso técnico
fornecidos por José M. G. Santos Lda e por José M. Vaz Pereira Lda. Todas as substâncias anteriormente referidas foram usadas sem qualquer tipo de
manipulação prévia, incluindo as unidades a enxertar. Relativamente a estas últimas, a
opção por este procedimento teve como objectivo diminuir a possibilidade de
homopolimerização visto tratarem-se de substâncias muito reactivas. Nos ensaios microbiológicos, para preparação do meio de cultura sólido utilizou-se
Tryptic Soy Agar (TSA) da Oxoid.
Após reacção/irradiação o isolamento das amostras foi efectuado por filtração em
cadinhos de placa filtrante de porosidade G4.
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
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No caso das amostras irradiadas, para controlo da dose de radiação gama absorvida
foram utilizados diferentes tipos de dosímetros em poli(metacrilato de metilo), (dosímetros
de rotina), em função da dose de trabalho pretendida:
i) Red Perspex 4034: intervalo de leitura [5-50 kGy]; espessura nominal=3 mm;
λ(leitura)= 640 nm; incerteza= ±2% (1σ).
ii) Amber Perspex 3042: intervalo de leitura [1-30 kGy]; espessura nominal=3 mm;
λ(leitura)= 651 nm; incerteza= ±2,5% (1σ).
iii) Gammachrome YR: intervalo de leitura [0,1-3 kGy]; espessura nominal=1,7 mm;
λ(leitura)= 640 nm; incerteza= ±3% (1σ) [1].
Para desarejamento das soluções e selagem de amostras, foi utilizado azoto comprimido
puro da Alphagaz, com pureza superior a 99,999%.
Equipamento
Todas as pesagens de reagentes foram efectuadas em balanças analíticas de precisão 10-5
g, SARTORIUS R160P e METTLER AE100.
A secagem do quitosano e das amostras copoliméricas obtidas foi efectuada em estufa
de secagem por vácuo HERAUS VT5042 EX/N2, acoplada a uma bomba rotatória
ALCATEL 2004A (T=40 ºC, P=10-3 mbar).
Os ensaios de foto-polimerização foram realizados utilizando uma lâmpada de UV
arrefecida a água com um output de 80 W⋅cm-1.
A irradiação gama das amostras foi realizada na instalação semi-industrial de irradiação
contínua situada no Campus de Sacavém do Instituto Tecnológico e Nuclear, a Unidade de
Tecnologias de Radiação (UTR) (vd. Figura 2.2).
Esta instalação está equipada com uma fonte radioactiva de Cobalto 60 que, à data de
início de laboração, 30 de Novembro de 1988, tinha uma actividade de 10,95x1015 Bq
(295,65 kCi) [2, 3]. Após novo carregamento de Cobalto 60 em Novembro de 2003 a sua
actividade de operação passou a ser de 10,91x1015 Bq (294,92 kCi)a.
As amostras irradiadadas foram acondicionadas em tubos de pyrex com as seguintes
dimensões: φint=27 mm, φext=30 mm, e=1,5 mm, h=125 mm. Estes tubos foram colocados
a Para uma descrição mais detalhada da UTR e do seu modo de laboração, por favor ver Anexo I.
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
28
paralelamente ao irradiador em suportes de madeira (24 x 12 x 7 cm3)b, em locais fixos e
reprodutíveis previamente seleccionados de acordo com estudos dosimétricos realizados
preliminarmente e durante o desenvolvimento do trabalhoc.
Figura 2.2: Fotografia exterior e diagrama da Unidade de Tecnologias de Radiação:
1- Câmara de irradiação (no centro situa-se o irradiador, a vermelho); 2- Sala de comando;
3- Armazém de produtos a irradiar; 4- Armazém de produtos irradiados; 5- Recepção.
A leitura da absorção óptica dos dosímetros de rotina nos respectivos comprimentos de
onda de leitura foi feita recorrendo a um espectrofotómetro UV-Visível da marca
SHIMADZU, modelo UV-260; λ ∈ [190, 900 nm]; resolução: 0,1 nm; SN: 1231721.
b As estruturas suporte para irradiação das amostras são em madeira por forma a minimizar os efeitos secundários da radiação reflectida (efeito usual em estruturas metálicas - Efeito de backscattering). c Para uma descrição mais detalhada da dosimetria (de um dos locais de irradiação estudados) utilizando um dosímetro padrão de referência, por favor ver Anexo II.
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DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
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A espessura dos dosímetros foi medida com um micrómetro MITUTOYO, modelo
2046L; precisão: 0,01 mm; SN: 814286.
2.1-2 Modificação química do quitosano em meio heterogéneo
Uma das etapas iniciais do trabalho consistiu na modificação química do quitosano em
meio heterogéneo por forma a possibilitar a introdução de novas funcionalidades no
polímero.
Nesta fase, e em consonância com o mencionado no capítulo anterior (secção 1.1-2),
fez-se reagir o polissacarídeo em estudo com anidrido maleico e com fenilisocianato
(ensaios em separado).
Na derivatização do quitosano em meio heterogéneo adicionou-se 0,2 g de anidrido
maleico (10% m/mquitosano) a 2 g de quitosano em 50 cm3 de DMSO. A reacção ocorreu sob
refluxo e agitação magnética a 90 ºC durante 5h. Após este período a suspensão foi filtrada,
lavada com acetona e seca ao ar. Por fim, os grânulos obtidos foram analisados por FTIR.
Em termos experimentais, o procedimento da reacção do quitosano com o
fenilisocianato foi semelhante ao que se descreveu para a reacção com o anidrido maleico,
tendo-se adequado no entanto o solvente e a temperatura de reacção. Assim, adicionou-se 2
cm3 de fenilisocianato (10% V/mquitosano) a 2 g de quitosano em 50 cm3 de DMSO, seguido
de reacção sob refluxo e agitação magnética a 120 ºC. Após as 5h de reacção a suspensão
foi filtrada e colocada em acetona para averiguar a sua solubilidade. Os grânulos depois de
secos ao ar foram finalmente sujeitos a análise por FTIR.
2.1-3 Reacção de copolimerização de enxerto
Numa segunda fase do trabalho procedeu-se à modificação de quitosano, ainda em meio
heterogéneo, mas por reacção de copolimerização de enxerto induzida por radiação gama.
À data de início da realização deste trabalho não existia na literatura informação
detalhada, em termos de procedimento experimental, com vista à obtenção de copolímeros
de base quitosano por esta técnica. Deste modo, tendo por base o trabalho de Ferreira [4]
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
30
com polietileno, optou-se por se realizar estudos preliminares para estabelecimento de um
protocolo e domínio da técnica laboratorial, utilizando taxas de dose bastante distintas (0,8 e
8 kGy⋅h-1). Os resultados obtidos embora não tenham sido objecto de publicação,
forneceram informações importantes referentes ao comportamento/manuseamento dos
sistemas reaccionais em estudo.
A pensar em aplicações que pudessem exigir diferentes requisitos estruturais, foram
estabelecidos dois sistemas reaccionais de base quitosano mas utilizando diferentes
unidades enxertantes: Quitosano/Ácido Acrílico e Quitosano/HEMA.
No que diz respeito ao sistema Quitosano/HEMA, este foi ainda sujeito a outros
métodos de copolimerização (iniciação química e foto-polimerização com UV), com vista à
avaliação do rendimento de enxerto conseguido pelos diferentes métodos. Assim, por forma
a garantir a realização das reacções em meio heterogéneo, mas assegurando
simultaneamente a não dissolução do quitosano e a completa homogeneização do
monómero e de outros aditivos quando necessário, recorreu-se a diferentes solventes.
O rendimento de enxerto dos copolímeros resultantes das diversas reacções foi
determinado pelo incremento percentual mássico relativamente ao polímero de partida
(quitosano), de acordo com a relação:
Rendimento de enxerto (%) 100)(
)()(∗
−=
inicial
inicilalfinal
polímerom
polímeromcopolímerom (2.1)
Na Tabela 2.1 é possível encontrar um resumo dos sistemas reaccionais estudados com
os respectivos métodos de copolimerização. O procedimento experimental adoptado para
cada um deles encontra-se descrito em detalhe nas secções que se seguem.
2.1-3.1 Preparação de copolímeros de enxerto de poli(ácido acrílico) em
quitosano
Para obtenção de copolímeros de enxerto de poli(ácido acrílico) em quitosano
(Quitosano-g-pAAc) via copolimerização de enxerto induzida por radiação gama, foram
adicionados 0,6 g de quitosano a 20 cm3 de soluções aquosas de ácido acrílico 0,1%, 0,3%
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
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Tabela 2.1: Sistemas reaccionais definidos e respectivos métodos de copolimerização.
BASE
POLIMÉRICA MONÓMERO SOLVENTE [MONÓMERO]
(V/V) MÉTODO
0,1%
0,3%
Ác. Acrílico
Água Millipored
0,5%
Irradiação γ
Acetona 10% Iniciação Química
Acetona/Água (1/1) 10% Foto-polimerização
(UV)
5%
10%
Quitosano
HEMA
Metanol
15%
Irradiação γ
ou 0,5% V/V (respectivamente 1,46x10-3M, 4,37x10-3M ou 7,29x10-3M)e. As suspensões
foram acondicionadas em tubos de pyrex fechados não hermeticamente, purgadas com azoto
e expostas à radiação gama (débito de dose, DD, de 0,9 kGy⋅h-1), por diferentes períodos de
tempo, à temperatura ambiente. Terminado o tempo de irradiação cada amostra foi mantida
em repouso durante 24h num local afastado da luz, de forma a possibilitar a estabilização
dos radicais formados durante a irradiação. Após o período de repouso as suspensões foram
transferidas para um excesso de água, lavadas e filtradas. Finalmente secaram-se os
produtos obtidos a 40 ºC sob vazio (10-3 mbar).
Para melhor compreensão do sistema efectuaram-se ainda ensaios sem adição de
monómero.
2.1-3.2 Preparação de copolímeros de enxerto de poli(metacrilato de
2-hidroxietilo) em quitosano
Tal como já anteriormente referido, o sistema reaccional constituido por quitosano e
HEMA foi sujeito a vários métodos de copolimerização. Estes métodos incluiram:
d A água Millipore utilizada apresenta um grau de purea equivalente a água tridestilada. e Optou-se pela utilização de soluções de ác. acrílico de tão baixas concentrações porque os primeiros ensaios realizados com solução de monómero a 5% conduziram à gelificação do meio (consequência da exposição à radiação), imposibilitando a determinação do grau de enxerto. Por este motivo, foi também utilizado um débito de dose relativamente baixo.
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
32
- Iniciação química, com nitrato de cério e amónio,
- Foto-polimerização induzida por radiação UV, utilizando isopropil tioxantona como
foto-iniciador,
- Polimerização induzida por radiação gama.
2.1-3.2.1 Copolimerização por via química
O procedimento experimental relativo à copolimerização por via química encontra-se
resumido de forma esquemática na Figura 2.3 e teve como base a realização experimental
descrita por Alves da Silva et al [5].
Figura 2.3: Esquema do procedimento experimental utilizado na preparação de copolímeros de
enxerto de poli(HEMA) em quitosano (Quitosano-g-pHEMA), por iniciação química.
A uma quantidade de quitosano rigorosamente conhecida (0,5 g; 500 µm <φ < 800 µm)
foi adicionada 30 cm3 de uma solução em acetona contendo metacrilato de 2-hidroxietilo
10% V/V (0,82 M), ácido nítrico 1% m/V (0,16 M) e diferentes concentrações de iniciador
químico (nitrato de cério amónio 0,05%, 0,25% ou 1% m/V, respectivamente 9,12x10-4 M,
4,56x10-3 M ou 1,80x10-2 M).
Cada um dos sistemas reaccionais atrás referidos foi colocado a 50 ºC, em presença de
ar (utilizaram-se rolhas de cortiça para este efeito), durante diferentes intervalos de tempo.
Filtrar/Lavar c/ Metanol
50º C 0,5 g Quitosano
+
30 cm3 solução em Acetona (NH4)2[Ce(NO3)6] HEMA 10% V/V HNO3 1% m/V
200 cm3
Metanol
(Deixar em repouso durante a noite)
Transferência após 5’, 10’, 15’,20’,25’, 30’, 1h, 2h, 3,5h, 5h e 8h
Secar a 40 ºC sob vazio (10-3 mbar) até peso constante
[Iniciador químico]: � 0,05% m/V � 0,25% m/V � 1% m/V
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
33
Finda a reacção, transferiram-se as suspensões para metanol (200 cm3) e, após repouso
durante a noite para dissolver eventual homopolímero, filtraram-se e lavaram-se os sólidos
em metanol abundante. Finalmente os produtos obtidos foram secos a 40 ºC sob vazio (10-3
mbar) até peso constante.
De salientar que para cada amostra, cada intervalo de tempo foi estudado em triplicado e
realizado um ensaio em branco (sem monómero). Foi ainda realizado um ensaio sem
quitosano (concentração de iniciador químico 1% m/V), para obtenção de poli(HEMA).
2.1-3.2.2 Copolimerização induzida por radiação UV
No caso da copolimerização induzida por radiação UV, o procedimento experimental
encontra-se esquematizado na Figura 2.4, tendo sido adaptado de Alves da Silva et al [6].
Figura 2.4: Esquema do procedimento experimental utilizado na preparação de copolímeros
Quitosano-g-pHEMA por foto-polimerização.
Utilizou-se como solvente uma solução de acetona/água (1:1), e como foto-activador a
isopropil tioxantona, ITX, (10% mfoto-iniciador/mquitosano). Para que a solução contendo o foto-
-activador permanecesse física e quimicamente estável até ser foto-excitada, foi necessário
dissolver previamente o foto-activador apenas em acetona, e em seguida adicionada a água.
O quitosano (0,5 g) foi então tratado com 100 cm3 de solução de composição 10% (V/V) em
HEMA numa solução de foto-activador.
0,5 g Quitosano + 100 cm3 solução em água/Acetona ITX 10% m/mquitosano
HEMA 10% V/V
Transferência após 5’, 10’, 15’,20’,25’, 30’, 1h, 2h, 3,5h, 5h e 8h
200 cm3
Metanol
(Deixar em repouso durante a noite)
Filtrar/Lavar c/ Metanol
Secar a 40 ºC sob vazio (10-3 mbar) até peso constante
l â m p a d a
UV
H2O
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
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Após vários tempos de irradiação em presença de ar, as suspensões foram transferidas
para metanol (200 cm3), onde permaneceram por algumas horas. Por fim os copolímeros
obtidos foram filtrados e lavados (com metanol), e secos a 40 ºC sob vazio (10-3 mbar).
2.1-3.2.3 Copolimerização induzida por radiação gama
Na copolimerização induzida por radiação gama, as amostras de quitosano (0,6 g) foram
tratadas com 20 cm3 de uma solução contendo metacrilato de 2-hidroxietilo em metanol
(5%, 10% ou 15% V/V, respectivamente 0,41M, 0,82M ou 1,23M) e acondicionadas em
tubos de pyrex, fechados não hermeticamente. Seguidamente cada sistema reacional atrás
referido foi purgado com azoto e exposto à radiação gama (débito de dose de 3,8 kGy⋅h-1 ou
7,4 kGy⋅h-1) por diferentes períodos de tempo, à temperatura ambiente.
Terminado o tempo de irradiação cada amostra foi mantida em repouso durante 24h num
local afastado da luz, de forma a possibilitar a estabilização dos radicais formados durante a
irradiação. Após o período de repouso, as suspensões foram transferidas para um excesso de
metanol. Para assegurar a remoção de homopolímero das amostras copoliméricas obtidas
procedeu-se ainda à extracção sólido-líquido em soxhlet, com metanol, durante 6 horas.
Finalmente secaram-se os produtos obtidos a 40 ºC sob vazio (10-3 mbar) até peso constante.
Cada intervalo de tempo foi estudado em triplicado.
Relativamente a estas irradiações, optou-se por se desprezar o gradiente de dose entre a
parte da frente da amostra, voltada directamente para o irradiador, e a parte de trás, mais
afastada do irradiador.
Este procedimento teve como base o facto de a reacção decorrer em metanol (bom
solvente do monómero utlizado, HEMA, o que possibilita uma boa mobilidade dos radicais
livres formados através de toda a massa do polímero base, quitosano), e de terem sido
utilizados tempos de exposição relativamente baixos (12 horas no máximo)f.
Para avaliar o comportamento do quitosano face à radiação γ nas condições acima
descritas e para o débito de dose mais elevado (situação mais desfavorável uma vez que o
quitosano é um polímero do tipo degradativo), para cada intervalo de tempo de exposição à
f Ensaios preliminares com 30 e 40h de irradiação, evidenciaram um ligeiro aumento da viscosidade das soluções e, consequentemente, a necessidade de rodar as amostras a metade do tempo total de exposição à radiação por forma a assegurar uma distribuição de dose mais uniforme por toda a amostra.
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
35
radiação realizado com monómero, foi realizado um ensaio em branco (sem adição de
HEMA) em triplicado. Após irradiação cada amostra foi simplesmente filtrada e seca
a 40 ºC sob vazio (10-3 mbar).
2.1-4 Espectroscopia de infravermelho
A espectroscopia de infravermelho é uma técnica que pode ser utilizada para identificar
um composto ou investigar a composição de uma amostra de uma forma relativamente fácil
e rápida, e que se baseia no facto de que as ligações químicas das substâncias possuirem
frequências de vibração específicas [7]. Deste modo, amostras dos sistemas poliméricos em
estudo, desde o polímero base, passando pelo quitosano modificado e até mesmo por
soluções de lavagem, foram analisadas por Espectroscopia de Infravermelho com
Transformada de Fourier (FTIR).
Os referidos espectros foram obtidos num espectrofotómetro da PERKIN ELMER Série
1600, em discos de KBr. Todos os espectros representam a acumulação de 16 varrimentos à
temperatura ambiente e com uma resolução de 4 cm-1.
2.1-5 Análise térmica
2.1-5.1 Calorimetria diferencial de varrimento
Os ensaios de Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), para estudo do
comportamento térmico dos sistemas poliméricos em estudo, foram realizados num
equipamento da TA INSTRUMENTS (910 DSC). As amostras, de peso compreendido entre
3 e 4 mg, foram sujeitas a um regime de aquecimento de 10 ºC⋅min-1 em atmosfera de azoto
(50 cm3⋅min-1), para determinação da temperatura de fusão e respectiva entalpia específica.
2.1-5.2 Termogravimetria
As propriedades térmicas dos sistemas poliméricos em estudo foram ainda avaliadas por
Análise Termogravimétrica (TGA). Estes ensaios foram realizados numa balança
termogravimétrica, a 951 TGA da TA INSTRUMENTS, em atmosfera de azoto
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
36
(50 cm3⋅min-1) sob um regime de aquecimento de 10 ºC⋅min-1 na região de temperaturas de
30 até 500 ºC.
2.1-6 Testes de solubilidade
Relativamente ao sistema reaccional Quitosano/HEMA foram efectuados testes de
solubilidade, tendo sido analisadas amostras de quitosano, de poli(HEMA) e de algumas
amostras copoliméricas com diferentes rendimentos de enxerto (4,6%, 57,6% e 178,8%). A
totalidade das amostras copoliméricas em estudo nesta secção, foram obtidas a partir de uma
concentração inicial de HEMA de 10 % V/V e de débito de dose de 3,8 kGy⋅h-1.
Os testes de solubilidade realizados envolveram alguns dos solventes mais comuns em
manipulações envolvendo quitosano e envolvendo HEMA. Assim, foram utilizados
solventes como ácido acético, ácido sulfúrico e ácido fórmico, e algumas misturas de
metanol/ácido acético. Para a realização destes testes, pequenas quantidades das amostras
(0,01 g) foram colocadas em 10 cm3 de cada um dos solventes, tendo sido continuamente
agitadas à temperatura ambiente por um período de 7 dias.
2.1-7 Ensaios microbiológicos
Com o objectivo de verificar se as propriedades antimicrobiológicas associadas ao
quitosano se mantinham após este ser submetido a diferentes métodos de copolimerização,
amostras de polímero base (quitosano, 500 µm <φ < 800 µm) e de copolímeros de enxerto
Quitosano-g-poli(HEMA) foram incorporadas em meio sólido de cultura microbiológica,
TSA (Tryptic Soy Agar).
As amostras copoliméricas foram obtidas por polimerização química (concentração de
iniciador de 1% m/V) e por polimerização induzida por radiação gama (débito de dose de
3,8 kGy⋅h-1). Ambos os conjuntos de amostras de Quitosano-g-poli(HEMA) foram obtidos a
partir de uma concentração inicial de monómero de 10 % V/V.
O procedimento microbiológico realizado pretendeu assegurar que os grânulos
constituintes das amostras ficassem completamente submersos e rodeados de meio em toda
a sua extensão. Assim, prepararam-se placas de Petri com um reduzido volume de TSA
esterilizado no estado líquido, o qual foi deixado solidificar. De seguida, a cada placa foi
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
37
adicionada uma quantidade da amostra seleccionada e, por fim, completou-se o volume
adicionando mais meio líquido. Depois de o meio se encontrar completamente solidificado,
as placas com as amostras foram incubadas a 30 ºC durante 5 dias em atmosfera aeróbia.
2.1-8 Outras técnicas
A Ressonância Magnética Nuclear de protão (1H RMN) tem sido referida como um bom
método para a caracterização de polímeros [8].
No presente caso pretendia-se caracterizar o líquido sobrenadante das reacções de
copolimerização de modo a quantificar a presença de HEMA sob a forma de homopolímero
após exposição à radiação γ. Para isso isolou-se por filtração o líquido sobrenadante das
amostras irradiadas e evaporou-se a 60 ºC para remover o solvente. A amostra residual foi
dissolvida em metanol deuterado.
Para completar a caracterização das amostras copoliméricas sob a forma de grânulos
tentou-se ainda determinar o peso molecular das cadeias enxertadas no sistema
Quitosano/HEMA. Para isso tentou-se à espectrometria de massa tendo-se recorrido à
técnica de MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization) para ionização da
amostra.
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
39
2.2 RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
2.2-1 Modificação química do quitosano em meio heterogéneo
As modificações químicas realizadas tiveram por objectivo a introdução de novos
grupos funcionais na estrutura do quitosano por forma a permitir eventuais alterações na sua
solubilidade e, consequentemente, facilitar a sua manipulação. No entanro, ambos os
procedimentos realizados, reacção com anidrido maleico e reacção com fenilisocianato
(descritos anteriormente na secção 2.1-2), revelaram-se inconclusivos quanto a este
objectivo.
A modificação do quitosano por reacção com anidrido maleico conduziu à obtenção de
grânulos que, depois de secos, mantiveram a ligeira coloração amarela adquirida durante a
reacção. Contudo, devido à dificuldade em se obter espectros com boas características de
resolução, a análise por FTIR das partículas mostrou-se inconclusiva relativamente à
introdução de ligações duplas na estrutra do quitosano (os grânulos obtidos revelaram-se
extremamente rígidos o que terá dificultado uma adequada homogeneização com o KBr).
Relativamente à reacção com fenilisocianato, a adição de todos os reagentes deu origem
a uma mistura heterógenea incolor que com o decorrer da reacção passou a apresentar uma
coloração alaranjada. Terminado o tempo de reacção os grânulos obtidos foram filtrados,
tendo-se verificado ainda a sua insolubilidade em acetona.
Tal como aconteceu no processo de derivatização, a utilização da técnica de FTIR para
caracterizar os grânulos resultantes da reacção com fenilisocianato, através da presença de
picos característicos do grupo vinílico e de picos característicos do anel benzénico
proveniente do fenilisocianato, mostrou-se inconclusiva.
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
40
Em consequência dos resultados pouco esclarecedores obtidos com o quitosano em meio
heterogéneo, quer no que diz respeito ao comportamento do polímero em reacções
características de grupos funcionais específicos supostamente introduzidos na sua estrutura,
quer no que diz respeito à sua análise por espectroscopia de FTIR, optou-se por abandonar a
modificação química em tais condições e explorar outras vias de trabalho.
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
41
2.2-2 Copolimerização de enxerto de ácido acrílico em quitosano
Um dos procedimentos efectuados no decurso deste trabalho foi a modificação de
quitosano em meio heterogéneo com ácido acrílico (AAc), por copolimerização de enxerto
induzida por radiação gama.
Na tentativa de melhor compreender o sistema em estudo e, consequentemente,
identificar as condições experimentais de copolimerização que melhor adequam as amostras
ao fim pretendido, começou-se por estudar a influência da concentração de monómero e da
dose de radiação absorvida nas propriedades fisico-químicas dos materiais obtidos.
2.2-2.1 Efeito da concentração de monómero e da dose de radiação γγγγ
No caso particular do sistema reaccional Quitosano/AAc em meio heterogéneo, as
condições experimentais, em termos de concentração inicial da solução de ácido acrílico e
em termos de dose total recebida, revelaram-se de particular importância.
Os resultados obtidos mostram que para soluções de concentração em AAc superiores a
0,5% V/V e para doses absorvidas superiores a 5 kGy, ocorre gelificação da solução de
monómero. Este facto, que impossibilita a determinação do rendimento de enxerto
(impossibilita a difusão do monómero através da solução e promove o aprisionamento dos
grânulos) impede, consequentemente, a obtenção de curvas “rendimento de enxerto vs
tempo” com um perfil cinético bem definido.
A sistematização dos resultados referentes à variação do rendimento de enxerto em
função da concentração de monómero (AAc) e em função da dose absorvida, conduziu à
representação gráfica apresentada na Figura 2.5.
Apesar das dificuldades encontradas verifica-se que, dentro dos intervalos de valores
atrás referidos (concentração de AAc e dose absorvida), para a mesma concentração inicial
de monómero, o rendimento de enxerto aumenta com a dose de radiação γ absorvida. No
entanto, a diferença entre os valores de rendimento de enxerto registados para as diferentes
doses absorvidas, diminui com o aumento da concentração inicial de AAc (4,99; 2,06 e 0,01
respectivamente para concentrações iniciais de 0,1; 0,3 e 0,5%V/V). Estes resultados
sugerem que, quando em presença de uma maior quantidade inicial de AAc, i.e., em
presença de uma maior quantidade inicial de monómero disponível para reacção, a dose de
radiação γ absorvida promoverá não só a polimerização/reticulação do sistema reaccional,
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
42
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
[Ác. Acrílico] (% V/V )
Ren
dim
ento
de
en
xert
o (
%)
1kGy 5kGy
Figura 2.5: Influência da dose de radiação absorvida e da concentração de monómero no
rendimento de enxerto do sistema reaccional Quitosano/AAc (DD= 0,9 kGy⋅h-1
).
como também um eventual aprisionamento de algumas unidades monoméricas na malha
copolimérica em formação.
Paralelamente, e no que diz respeito à influência da concentração inicial de AAc,
observa-se que para o mesmo valor de dose absorvida, um aumento da concentração de
monómero se traduz por um aumento do rendimento de enxerto da amostra.
Relativamente aos valores observados para os ensaios em branco (sem adição de
monómero), embora não correspondam a uma reacção de enxerto, traduzem o
comportamento degradativo predominante do polissacarídeo quando exposto à radiação
ionizante. Os valores apresentados resultaram do tratamento de dados obtidos em condições
experimentais idênticas às de obtenção das amostras copoliméricas, com a excepção de a
solução aquosa de ácido acrílico ter sido substituida apenas por àgua, de acordo com relação
análoga à da determinação do rendimento de enxerto:
Rendimento da reacção (%) = 100)(
)()(∗
−
inicial
inicilalfinal
polímerom
polímerompolímerom (2.2)
O comportamento degradativo atrás referido, que no presente caso se traduziu pela
diminiução da massa de quitosano após exposição à radiação, resulta da diminuição do peso
molecular do polímero e da formação de pequenos fragmentos causada pela predominância
de processos de cisão das cadeias poliméricas [9-11]. Verifica-se contudo que,
[Ác. Acrílico]i (% V/V)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
DD=0,9 kGy⋅h-1
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
43
contrariamente ao que se poderia pensar, no caso da amostra exposta à maior dose de
radiação em estudo, 5 kGy, o decréscimo de massa não é tão acentuado como o observado
para a amostra exposta apenas a 1 kGy. Este facto será devido, provavelmente, à ocorrência
simultanêa de um maior número de processos de reticulação entre algumas das cadeias
fragmentadas, apesar de se manter a predominância da clivagem da cadeia principal.
2.2-2.2 Análise térmica - Calorimetria diferencial de varrimento
A análise térmica por calorimetria diferencial de varrimento (DSC) conduziu à obtenção
de termogramas com pico endotérmico coadunável com a temperatura de fusão das várias
amostras estudadas como ilustrado, por exemplo, nas Figura 2.6 e Figura 2.7.
A análise dos termogramas obtidos permitiu determinar não só a temperatura de fusão
(Tf) da amostra em estudo, como também a entalpia associada à modificação ocorrida,
designada por entalpia de fusão (∆Hf), por determinação da área de cada pico após
subtracção de uma linha de base adequada. Esta entalpia está relacionada com a energia
necessária para quebrar as ligações intermoleculares e, deste modo, pode ser usada como
uma medida da cristalinidade do material. Assim, cadeias poliméricas mais ordenadas
possuem ligações intermoleculares mais fortes e, consequentemente, maiores entalpias de
fusão.
Figura 2.6: Termograma de DSC de quitosano não modificado (500 µm <φ < 800 µm).
Temperatura (ºC)
400 300 100 0 500 200 -2,0
-1,0
0,0
1,5
1,0
Flu
xo d
e c
alo
r (W
/g)
0,5
-0,5
199,91 ºC
179,69 ºC
73,00 J/g
Endotérmico
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
44
Figura 2.7: Termograma de DSC da amostra copolimérica Quitosano-g-pAAc com 0,3% de
enxerto ([AAc]i=0,1% V/V; Dabs=1 kGy; DD=0,9 kGy⋅h-1
).
Para uma melhor interpretação dos dados obtidos, procedeu-se à representação gráfica
dos valores de Tf e ∆Hf em função da concentração inicial de monómero e em função da
dose de radiação absorvida. Os resultados encontram-se sistematizados na Figura 2.8 e na
Figura 2.9, respectivamente.
Da observação da Figura 2.8 verifica-se que, para o mesmo valor de dose absorvida
(neste caso 1 kGy), a introdução de uma pequena quantidade de AAc no sistema reaccional
começa por provocar uma diminuição da Tf e um aumento da ∆Hf do copolímero obtido,
relativamente à temperatura e entalpia de fusão da matriz polimérica. Posteriormente, o
aumento da concentração de AAc, a que corresponde um aumento do rendimento de
enxerto, conduz a um aumento da Tf, até um valor ligeiramente acima do observado para o
quitosano, surgindo associado a uma redução da ∆Hf.
Assim, os resultados obtidos sugerem que o enxerto de uma pequena quantidade de
poli(AAc) na matriz polimérica de quitosano origina o aparecimento de algumas zonas mais
ordenadas, que se manifesta pelo aumento da ∆Hf em relação ao observado apenas para
quitosano irradiado em condições idênticas. No entanto, com o aumento da concentração de
AAc disponível no início da reacção, a absorção de radiação γ acaba por conduzir a maiores
rendimentos de enxerto com possibilidade de um maior número de reticulações, o que se
traduz por um aumento da Tf dos copolímeros obtidos até um valor ligeiramente
acima (185,5 ºC) do observado para o polímero base mesmo não irradiado (179,7 ºC).
Temperatura (ºC)
400 300 100 0 500 200
130,37 ºC
94,87 ºC
159,60 J/g
Endotérmico -2,0
-1,0
0,0
2,0
1,0 F
luxo d
e c
alo
r (W
/g)
Endotérmico 130,37 ºC
94,87 ºC
159,60 J/g
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
45
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
[Ác. Acrílico] (% V/V )
Tf (
ºC
)
0
25
50
75
100
125
150
175
200
∆
∆
∆
∆ H
f (
J.g
-1 )
Figura 2.8: Variação da temperatura de fusão (Tf - ����) e da entalpia de fusão (∆Hf - ����) com a
concentração de ácido acrílico em amostras granulosas de copolímero Quitosano-g-pAAc.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 1 2 3 4 5 6
Dose absorvida (kGy)
Tf (
ºC
)
0
25
50
75
100
125
150
175
200
∆
∆
∆
∆ H
f (
J.g
-1)
Figura 2.9: Variação da temperatura de fusão (Tf - ����) e da entalpia de fusão (∆Hf - ����) com a
dose de radiação γ em amostras granulosas de Quitosano-g-pAAc preparadas a partir de
[AAc]i=0,1% V/V (DD= 0,9 kGy⋅h-1
).
Paralelamente, o aumento do rendimento de enxerto sobre o quitosano conduz a
estruturas mais desordenadas que a estrutura inicial do quitosano motivo pelo qual se
observa uma diminuição das entalpias de fusão destes copolímeros com o aumento da
concentração inicial de monómero.
1 kGy
0,1% AAc
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
46
Relativamente à variação da temperatura de fusão e respectiva entalpia em função da
dose absorvida (Figura 2.9), verifica-se que os sistemas estudados apresentam um
comportamento análogo ao descrito anteriormente. Ou seja, um aumento da dose de
radiação γ absorvida pelo sistema reaccional Quitosano/AAc conduz a um aumento do
rendimento de enxerto devido ao maior número de radicais livres formados e consequente
polimerização do AAc. Deste modo, apesar do comportamento degradativo do quitosano
quando exposto isoladamente à radiação ionizante, o enxerto crescente sobre a matriz passa
a funcionar como um escudo protector da mesma, de que resulta um aumento da
temperatura de fusão acompanhado pela diminuição da entalpia específica do novo material,
devido à perda de organização molecular.
2.2-2.3 Espectroscopia de infravermelho
Alguns dos resultados obtidos pela técnica de infravermelho com transformada de
Fourier (FTIR) encontram-se resumidos na Figura 2.10. A figura mostra os espectros de
FTIR de amostras de quitosano antes e após a reacção de copolimerização de enxetro por
irradiação gama com ácido acrílico, nas condições experimentais em que se observou um
maior rendimento de enxerto ([AAc]i=0,5% V/V; Dabs=5 kGy).
Figura 2.10: Espectro de FTIR de quitosano não irradiado e da amostra copolimérica
Quitosano-g-pAAc com 6,1% de enxerto ([AAc]i=0,5% V/V; Dabs=5 kGy).
Quitosano
Quitosano-g-pAAc
Comprimento de onda (cm-1
)
4000 3000 2000 1000
T (%)
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
47
Ambos os espectros apresentam bandas idênticas que correspondem às frequências de
vibração características dos grupos atómicos constituintes do quitosano. O aparecimento ou
desaparecimento de novas bandas indica a ocorrência de modificações estruturais
resultantes da introdução de novos grupos devido à reacção de enxerto.
No espectro de quitosano pode-se observar uma forte banda de absorção a 3422 cm-1
devido à deformação axial dos grupos O–H e N–H e ao elongamento das ligações
intermoleculares de hidrogénio. Exibe ainda uma banda característica na região dos
1150-980 cm-1 devido ao elongamento C–O–C da ligação glicosídica.
Comparativamente, o espectro de Quitosano-g-pAAc na região dos 3500-2940 cm-1
apresenta uma banda bastante larga característica dos poli(ácidos acrílicos) que poderá ser
devida ao elongamento do hidrogénio intermolecular ligado ao grupo carboxílico. O
espectro da amostra copolimérica regista ainda picos a 1600-1540 cm-1 e perto dos
1400 cm-1, indicadores da presença do grupo não protonado –COO- (modos de estiramento
anti-simétrico e simétrico) [7]. Estes resultados permitem confirmar a ocorrência de enxerto
de poli(ácido acrílico) sobre o quitosano, sugerindo ainda que o grupo carboxílico poderá
estar parcialmente dissociado sob a forma do anião –COO-.
No que diz respeito ao sistema reaccional Quitosano/Ácido Acrílico, as dificuldades
sentidas na obtenção de amostras copoliméricas por irradiação gama (devido à gelificação
do AAc para doses e concentrações relativamente baixas), constituem não só um entrave à
melhor compreensão dos mecanismos envolvidos, como também impossibilitam que se
possa falar em condições experimentais óptimas relativas ao processo (heterogéneo) de
copolimerização. Estas dificuldades levaram a que se optasse por outro sistema reaccional
de base quitosano, que se passa a apresentar na secção seguinte.
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
48
2.2-3 Copolimerização de enxerto de metacrilato de 2-hidroxietilo em
quitosano
O trabalho experimental desenvolvido com o sistema reaccional Quitosano/HEMA em
meio heterogéneo, permitiu a obtenção de amostras copoliméricas sob a forma de grânulos
por aplicação de diferentes métodos.
Os resultados obtidos, tanto em termos de rendimento de enxerto como em termos de
caracterização físico-química das amostras atrás referidas, encontram-se sistematizados ao
longo da presente secção.
É de salientar ainda que, por forma a averiguar e a assegurar a reprodutibilidade desses
mesmos resultados, nas representações relativas ao rendimento de enxerto, cada valor
representado graficamente traduz a média de três ensaios efectuados independentemente.
Notar também que a barra de erro associada a cada ponto corresponde ao desvio padrão
obtido para cada tempo de reacção. A única excepção diz respeito à foto-polimerização,
onde apenas foi realizado um ensaio para cada tempo de reacção.
2.2-3.1 Efeito do método de copolimerização
As cinéticas de copolimerização de enxerto relativas ao sistema reaccional
Quitosano/HEMA (com [HEMA]i=10% V/V) obtidas pelos diferentes métodos já descritos,
encontram-se representadas na Figura 2.11. Os dados dizem respeito a uma concentração de
iniciador químico de 1% m/V na copolimerização química, uma concentração de foto-
-activador de 10% m/m na reacção foto-induzida e a um débito de dose de 7,4 kGy⋅h-1 para a
polimerização induzida por radiação gama.
Da observação da referida figura verifica-se que o sistema modificado por exposição à
radiação gama, apresenta valores de enxerto significativamente superiores aos obtidos por
exposição à radiação UV e por via química (para as mesmas condições de concentração de
HEMA e tempo de reacção). De salientar no entanto que, apesar da grande diferença
observada entre o rendimento de enxerto obtido com a polimerização química e o obtido
com a polimerização induzida por radiação γ, os valores da concentração de iniciador
químico e do débito de dose aqui representados, foram seleccionados de modo a minimizar
essa diferença (i.e., foi escolhida a concentração de iniciador químico que conduziu a
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
49
melhores rendimentos de enxerto na polimerização química, e o débito de dose que
conduziu a rendimentos de enxerto mais baixos na polimerização induzida por radiação γ).
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8Tempo de reacção (h)
Ren
dim
ento
de
En
xert
o
(%)
Polim. Química Rad. UV Rad. Gama
Figura 2.11: Variação do rendimento de enxerto com o tempo de reacção para diferentes
métodos de polimerização (iniciador químico (1% m/V), foto-iniciador (10% m/m) com UV e
radiação γ (DD=7,4 kGy⋅h-1
)); [HEMA]i=10% V/V.
Observa-se ainda que, para os vários métodos analisados, o rendimento de enxerto
aumenta com o tempo de reacção até um valor máximo a partir do qual se atinge um
patamar. No caso da polimerização química este foi atingido após 2 horas de reacção, na
polimerização foto-induzida após 4 horas e na polimerização induzida por radiação gama, o
patamar foi atingido após 3 horas de reacção.
Como já anteriormente mencionado, todos os três métodos de copolimerização
utilizados, são métodos de polimerização radicalar. Estes métodos envolvem a formação de
radicais e centros activos na matriz polimérica, que se tornam os pontos de iniciação das
cadeias laterais de monómero [6, 12, 13].
No entanto, quando se utiliza a radiação gama como fonte de iniciação do processo de
copolimerização de enxerto, a energia depositada por unidade de tempo é muito superior à
dos restantes métodos mencionados. Para além disso, e devido à natureza da própria
radiação gama, o seu poder de penetração é também muito superior. Deste modo consegue-
-se obter uma activação uniforme do sistema, que se traduz por maiores rendimentos de
Tempo de reacção (h)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
[HEMA]i=10% V/V
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
50
enxerto mesmo a temperaturas mais baixas, constituindo assim uma vantagem relativamente
aos outros métodos.
A partir dos resultados obtidos na Figura 2.11, determinou-se a variação da velocidade
média da reacção de copolimerização de enxerto de HEMA sobre o quitosano, por
polimerização por via química e por polimerização induzida por radiação gama. Para isso,
em vez de se utilizar o rendimento de enxerto traduzido em percentagem, considerou-se o
rendimento de enxerto traduzido em número de moles de monómero enxertado por unidade
de volume do sistema reaccional, de acordo com a expressão:
Rendimento de enxerto (mol HEMAenxertado⋅dm-3
) = 1000∗+ xV
HEMAmol
monómerodesolução
enxertado (2.3)
onde x é o volume de quitosano utilizado em cada ensaio (calculado a partir da massa
utilizada e da densidade do quitosano determinada experimentalmente, 0,225 g⋅cm-3). Esta
aproximação supõe contudo que os volumes de quitosano, solvente e HEMA podem ser
tratados aditivamente [14].
A velocidade média da reacção no intervalo de tempo [a, b], foi então calculada de
acordo com a relação 2.4, encontrando-se os resultados obtidos apresentados na Figura 2.12.
[ ]ab
aenxertobenxertoreacçãodamédiaVelocidade ba
−
−=
)()(, (2.4)
y = 0,0769x-1,2894
R2 = 0,9415
y = 0,0046x-0,8796
R2 = 0,9467
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0 1 2 3 4 5 6
Tempo de reacção (h)
Vel
oci
dad
e m
édia
(m
ol.d
m-3
.h-1
)
Polim. quím. Rad. Gama
Figura 2.12: Variação da velocidade média da copolimerização de enxerto de HEMA em
quitosano induzida por radiação γ, e por polimerização química (DD=7,4 kGy⋅h-1
, iniciador
químico 1% m/V; [HEMA]i=10% V/V).
Tempo de reacção (h)
Vel
oci
dad
e m
édia
(m
ol ⋅⋅ ⋅⋅ d
m-3
⋅⋅ ⋅⋅ h-1
)
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
51
A figura anterior evidencia a grande diferença existente entre as velocidades iniciais da
reacção de copolimerização do sistema reaccional Quitosano/HEMA induzida por iniciador
químico e as da reacção induzida por radiação gama.
É igualmente visível um período de indução inicial para a reacção induzida por radiação
(com velocidades baixas) após o qual ocorre um súbito aumento seguido de um rápido
decréscimo que atinge valores muito baixos a partir de 1-2 horas de reacção. Se se desprezar
os pontos iniciais correpondentes ao período de indução (também observado na Figura 2.11
e relacionado com o tempo que as espécies demoram a ser activadas e sua acessibilidade),
os pontos experimentais são facilmente ajustados através de uma função do tipo bxay ∗=
(r2=0,94; 289,10769,0 −∗= reacçãodetempomédiavelocidade ). Esta ordem de magnitude
é consistente com o tempo necessário para se atingir o patamar (vd. Figura 2.11). Já o
aparecimento de um valor de velocidade negativa tem a ver com a forma como a mesma foi
calculada ( ) ( )( )1212 ttEnxertoEnxerto −− .
Nas secções seguintes analisar-se-á em maior detalhe os resultados obtidos pelos vários
métodos de copolimerização.
2.2-3.2 Copolimerização por via química - Efeito da concentração do
iniciador químico
Para avaliar o efeito da concentração de iniciador químico no rendimento de enxerto da
reacção de copolimerização, foram utlizadas três concentrações de nitrato de cério e amónio
(IV): 0,05%, 0,25% e 1% m/V, para uma concentração inicial de HEMA de 10% V/V.
Os resultados obtidos (vd. Figura 2.13) mostram que não existe grande diferença no
comportamento das cinéticas de rendimento de enxerto com a concentração de iniciador.
Verifica-se ainda que o valor máximo de enxerto varia entre 16 e 20%. Assim, para a gama
de valores analisada não se encontra uma relação clara entre o rendimento de enxerto e a
concentração de iniciador químico.
O ião cérico (Ce4+) é um iniciador redox forte capaz oxidar o quitosano, com a
consequente formação de um radical livre no anel de piranose [12]. Assim, seria de esperar
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
52
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5
Tempo de reacção(h)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
0,05% m/V 0,25% m/V 1% m/V
Figura 2.13: Variação do rendimento de enxerto com o tempo de reacção para diferentes
concentrações de iniciador químico ([HEMA]i=10% V/V; n=3).
que um aumento da concentração de iões Ce4+ criasse mais centros activos no sistema em
estudo. Contudo, uma maior quantidade de Ce4+ pode também promover o aumento da
reacção de homopolimerização. Deste modo, para melhor compreender o comportamento da
reacção de enxerto de HEMA na base polimérica de quitosano recorrendo à iniciação
química e determinar uma eventual concentração óptima de Ce 4+, seria necessário mais
estudos. No entanto, como o método de copolimerização por via química não foi o que
apresentou melhores rendimentos de enxerto, optou-se por não dar seguimento à realização
de estudos complementares para este método, tendo sido dada então particular atenção à
copolimerização induzida por radiação gama.
2.2-3.3 Copolimerização induzida por radiação γ - Efeito da concentração
inicial de monómero
O efeito da concentração de monómero no rendimento de enxerto foi avaliado para a
reacção de copolimerização de HEMA em quitosano induzida por radiação γ, com as três
concentrações de monómero já anteriormente mencionadas (5, 10 e 15% V/V). Este estudo
foi realizado de forma independente para dois débitos de dose (3,8 kGy⋅h-1 e 7,4 kGy⋅h-1) e
Tempo de reacção (h)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
[HEMA]i=10% V/V
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
53
os resultados obtidos encontram-se representados graficamente na Figura 2.14 e na Figura
2.15.
0
40
80
120
160
0 1 2 3 4 5 6
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
((%
)
Figura 2.14: Efeito da concentração inicial de monómero na reacção de enxerto de HEMA
em quitosano induzida por radiação γ. As duas escalas (tempo e dose) são apresentadas por
forma a mostrar a equivalência entre as duas grandezas quando o débito de dose é mantido
constante (DD=7,4 kGy⋅h-1
; número de ensaios, n=3).
0
50
100
150
200
250
0 2 4 6 8 10 12
Tempo de reacção (h)
Ren
dim
ento
En
xert
o /
%
HEMA 5% V/V HEMA 10% V/V HEMA 15% V/V
Figura 2.15: Efeito da concentração inicial de monómero na reacção de enxerto de HEMA
em quitosano induzida por radiação γ (DD= 3,8 kGy⋅h-1
; n=3).
Dose absorvida (kGy)
Tempo de reacção (h)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
0 10 20 30 40 50
HEMA 5% V/V HEMA 10% V/V HEMA 15% V/V
Dose absorvida (kGy)
Tempo de irradiação (h)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
0 10 20 30 40 50
HEMA 5% V/V HEMA 10% V/V HEMA 15% V/V
DD= 3,8 kGy⋅h-1
DD= 7,4 kGy⋅h-1
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
54
Os resultados apresentados mostram que de forma geral, para um valor de débito de
dose constante, o rendimento de enxerto aumenta com a concentração inicial de monómero.
Porém, para a gama de valores analisados, os resultados referentes ao débito de dose mais
elevado, 7,4 kGy⋅h-1, são os que evidenciam um comportamento mais acentuado nesse
sentido. Relativamente à diferença de percentagens de enxerto observada entre os dois
débitos de dose, esta será oportunamente discutida na secção 2.2-3.4.
Uma forma de avaliar esta situação pode ser através da análise dos valores da eficiência
de enxerto das reacções de copolimerização, que está relacionada com a concentração inicial
de monómero de acordo com a relação:
100)(
)((%) ∗=
inicial
enxertado
monómerom
monómeromenxertodeEficiência (2.5)
No caso particular do sistema reaccional Quitosano/HEMA em estudo, os valores de
eficiência de enxerto quando sujeito a diferentes débitos de dose, encontram-se resumidos
na Tabela 2.2. Os valores apresentados correspondem ao valor médio dos três últimos
pontos do estado estacionário observado para cada concentração e débito de dose.
Tabela 2.2: Eficiência de enxerto do sistema reaccional Quitosano/HEMA quando sujeito a
diferentes débitos de dose, partindo de diferentes valores de concentração de monómero.
Eficiência de enxerto Débito de dose
[HEMA]i =5% (V/V) [HEMA]i =10% (V/V) [HEMA]i =15% (V/V)
3,8 kGy⋅h-1 47% 45% 30%
7,4 kGy⋅h-1 38% 23% 21%
Os valores obtidos mostram que a eficiência de enxerto diminui com o aumento da
concentração de monómero, e com o aumento do débito de dose. Estes resultados sugerem
assim a formação de uma maior quantidade de homopolímero e/ou maior quantidade de
monómero por reagir em tais condições. No entanto, embora não se tenha quantificado
nenhuma destas espécies remanescentes em solução, foi possível determinar
qualitativamente a maior ou menor formação de homopolímero através de duas técnicas:
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
55
i) por FTIR – a Figura 2.16 mostra dois espectros de FTIR de soluções sobrenadantes
após irradiação do sistema reaccional Quitosano/HEMA, nos quais é visível o aparecimento
e contínuo aumento de um pico perto de 1740 cm-1 (devido ao elongamento da ligação
C=O), característico dos ésteres e polímeros acrílicos, com o aumento da concentração
inicial de monómero e de débito de dose;
ii) por adição de água a uma pequena quantidade da “solução sobrenadante” após
irradiação – a adição de água fria a soluções de poli(HEMA) em metanol provoca a rápida
precipitação deste homopolímero insolúvel em água, facilmente identificável devido ao
aparecimento de turbidez branca mais ou menos intensa, consoante a maior ou menor
quantidade de poli(HEMA) em solução.
A informação obtida em ambas as técnicas mostrou que a presença de homopolímero foi
sobretudo maior no sistema com maior concentração de monómero, e que aumentou com a
dose absorvida e com o débito de dose. Mais, estes dados encontram-se de acordo com os
resultados obtidos e com a informação disponível na literatura [14].
4400,0 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400,0cm-1
%T
Figura 2.16: Espectro de FTIR do solvente metanol, do homopolímero (pHEMA) e de duas
soluções sobrenadantes obtidas após irradiação do sistema Quitosano/HEMA em diferentes
condições experimentais ([HEMA]i=5% V/V ⇒ 0,8 kGy⋅h-1
; [HEMA]i=15% V/V ⇒ 8 kGy⋅h-1
).
Ainda na Figura 2.14 e Figura 2.15, a observação de um patamar a partir de determinado
tempo de irradiação para as três concentrações de HEMA pode também ser explicado em
Metanol
poli(HEMA)
[HEMA]i=5% V/V
[HEMA]i=15% V/V
4000 2800 1800
1000 400
Comprimento de onda (cm-1
)
T (%)
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
56
termos de difusão, i.e., o poli(HEMA) formado sobre o quitosano pode, a partir de certo
rendimento, impedir a difusão do próprio monómero evitando assim que a reacção de
copolimerização de enxerto prossiga. Uma outra explicação para a ocorrência de um
patamar poderá estar relacionada com o esgotamento de monómero disponível para enxerto,
por se encontrar na sua totalidade já enxertado ou então sob a forma de homopolímero. Para
confirmação destas possibilidades teria sido necessário quantificar rigorosamente
monómero e homopolímero em cada reacção.
Também nestas figuras, para a concentração de HEMA mais elevada ([HEMA]i=15%
V/V), a partir das 6 horas de reacção para o débito de 7,4 kGy⋅h-1 e a partir das 8 horas de
reacção para o débito de 3,8 kGy⋅h-1, é possível observar um aumento relativamente
acentuado do rendimento de enxerto, em fases onde tal já não seria esperado. Estas
observações parecem estar de acordo com as registadas sob o efeito de Trommsdorff-
-Norrish que se caracteriza por elevados rendimentos de enxerto, os quais são resultantes da
enxertia de longos radicais homopoliméricos devido ao aumento da viscosidade da mistura
reacional (com consequente diminuição da mobilidade dos radicais de cadeia longa) [15,
16]. Para confirmação deste efeito seria necessário submeter o sistema reaccional
Quitosano/HEMA a doses ainda mais elevadas. No entanto, como os resultados mostraram
que a concentração [HEMA]i=15% V/V é a mais desfavorável em termos de eficiência de
enxerto, optou-se por não dar continuidade aos trabalhos com esta concentração inicial de
monómero.
2.2-3.4 Copolimerização induzida por radiação γ - Efeito do débito de dose
Relativamente ao sistema reaccional Quitosano/HEMA em meio heterogéneo, para as
três concentrações iniciais de monómero em estudo (5%, 10% e 15% V/V), foi possível
avaliar o seu comportamento quando exposto a diferentes débitos de dose de radiação gama
(3,8 e 7,4 kGy⋅h-1). A Figura 2.17 evidencia a diferença observada em termos de massa,
quando amostras idênticas são preparadas e irradiadas em igual período de tempo sob
diferentes débitos de dose. A diferença de massa visível a olho nu
após irradiação, traduz a maior ou menor quantidade de enxerto ocorrida.
Figura 2.17: Amostras idênticas (igual massa de quitosano e [HEMA]i=15%
V/V) irradiadas por igual período de tempo sob diferentes débitos de dose:
(A) 3,8 kGy⋅h-1
; (B) 7,4 kGy⋅h-1
.
(A) (B)
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
57
Nas figuras seguintes encontra-se representada graficamente a variação do rendimento
de enxerto em função da dose absorvida, e verifica-se que todas as composições em
Quitosano/HEMA apresentam um comportamento idêntico com a variação do débito de
dose, embora menos pronunciado para a concentração inicial de HEMA mais elevada.
0
40
80
120
160
200
0 10 20 30 40 50
Dose absorvida (kGy)
Ren
dim
ento
En
xert
o (
%)
DD= 3,8 kGy/h DD= 7,4 kGy/h
Figura 2. 18: Variação do rendimento de enxerto para diferentes débitos de dose: (A) com a
dose de radiação γ absorvida; (B) com o tempo de exposição à radiação γ. Em ambos os
casos [HEMA]i=10% V/V (n=3).
De acordo com os dados apresentados na secção anterior, o sistema reaccional com
concentração inicial de HEMA de 10% V/V é o que apresenta uma melhor relação em
termos de rendimento e eficiência de enxerto. Assim, apenas para esse caso é apresentada
paralelamente a variação do rendimento de enxerto em função da dose de radiação γ
0
40
80
120
160
200
0 2 4 6 8 10 12 14
Tempo de irradiação (h)
Ren
dim
ento
En
xert
o (
%)
3,8 kGy/h 7,4 kGy/h
[HEMA]i=10% V/V
(A)
(B)
Dose absorvida (kGy)
Tempo de irradiação (h)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
) R
end
imen
to d
e en
xert
o
(%)
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
58
absorvida e em função do tempo de reacção (Figura 2. 18 (A) e (B), respectivamente), para
os dois débitos de dose estudados.
0
25
50
75
100
0 10 20 30 40 50
Dose absorvida (kGy)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
3,8 kGy/h 7,4 kGy/h
Figura 2.19: Variação do rendimento de enxerto para diferentes débitos de dose com a dose
de radiação γ absorvida; [HEMA]i=5% V/V (n=3).
0
40
80
120
160
200
0 10 20 30 40 50
Dose absorvida (kGy)
Rendim
ento
de e
nxert
o (%
)
3,8 kGy/h 7,4 kGy/h
Figura 2.20: Variação do rendimento de enxerto para diferentes débitos de dose com a dose
de radiação γ absorvida; [HEMA]i=15% V/V (n=3).
Os resultados mostram que, para o mesmo valor de dose absorvida o sistema reaccional
Quitosano/HEMA exposto ao maior débito de dose (7,4 kGy⋅h-1), i.e., exposto a um campo
de radiação γ mais intenso (absorvendo assim maior quantidade de energia por unidade de
Dose absorvida (kGy)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
Dose absorvida (kGy)
Ren
dim
ento
de
enxe
rto
(%
)
[HEMA]i=5% V/V
[HEMA]i=15% V/V
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
59
tempo), é o que apresenta o menor valor de enxerto. Este comportamento é igualmente
observado quando a variação do rendimento de enxerto é representada em função do tempo
de exposição à radiação, embora seja menos acentuado para tempos até 1 hora de irradiação.
O comportamento observado para o débito de dose mais alto (7,4 kGy⋅h-1), pode ser
justificado se se atender não só à maior densidade de radicais formados que favorece a
recombinação e consequente terminação em vez da reacção de enxerto [17], como também
às propriedades físico-químicas do quitosano (e do HEMA) quando sujeitos à acção de
radiação ionizante, nomeadamente radiação gama.
Enquanto que o quitosano é um polímero do tipo degradativo, i.e., é um polímero que
quando exposto à radiação ionizante sofre preferencialmente cisão das suas cadeias
poliméricas (por quebra da ligação glicosídica entre o C1 e C4 [18]), em detrimento do
estabelecimento de ligações para
formar uma malha reticulada [11], o
HEMA é um monómero muito reactivo
que forma com facilidade poli(HEMA)
quando irradiado.
No sistema estudado o suporte
polimérico, quitosano, foi irradiado na
presença do monómero HEMA.
Figura 2.21: Estrutura de quitosano
desacetilado.
degradação do quitosano poderá ser menor e que paralelamente, o HEMA e/ou o
poli(HEMA) formado sobre o quitosano poderá funcionar como escudo protector da matriz
polimérica, conduzindo a rendimentos de enxerto mais elevados.
De acordo com Kiatkamjornwong et al e Dessouki et al [15, 17], o débito de dose
afectará não só o rendimento da reaccção de copolimerização mas também o comprimento
das cadeias enxertadas (visto tratar-se de um parâmetro determinante na velocidade de
iniciação da polimerização), no entanto, os resultados obtidos não permitiram tirar qualquer
tipo de conclusões nesse sentido.
Para além dos dados já apresentados, os resultados experimentais obtidos nos ensaios
em branco (vd. Figura 2.22) parecem estar de acordo com Ulanski e Rosiak [11].
O comportamento verificado
sugere assim que, para débitos de
dose mais baixos, a extensão de
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
60
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10
Tempo de irradiação (h)
Rendim
ento
de e
nxert
o (%
)
3,8 kGy/h 7,4 kGy/h
Figura 2.22: Variação da perda de massa de quitosano em função do tempo de exposição à
radiação γ, para diferentes débitos de dose (n=3).
Os resultados evidenciam o carácter degradativo do quitosano quando exposto à
radiação γ, verificando-se uma redução de massa de quitosano mais ou menos contínua com
o tempo de irradiação (ou dose absorvida). Esta redução de massa foi mais acentuada para o
débito de dose mais elevado, tendo-se verificado um máximo de perda de massa de
aproximadamente 2% e 5% para os débitos de dose de 3,8 kGy⋅h-1 e 7,4 kGy⋅h-1,
respectivamente, após 4 horas de irradiação. De referir ainda que, apesar da variabilidade
entre tempos ser elevada, para cada tempo de irradiação a barra de erro é pequena.
2.2-3.5 Testes de solubilidade
A solubilidade do quitosano, poli(HEMA) e alguns copolímeros com rendimentos de
enxerto determinados foi avaliada em vários solventes. Na Figura 2.23 é possível observar o
aspecto das amostras em ácido acético 1%, encontrando-se o resumo dos dados obtidos na
Tabela 2.3.
Tempo de irradiação (h)
Per
da
de
mas
sa
(%)
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
61
Tabela 2.3: Solubilidade do quitosano, do poli(HEMA) e de algumas amostras copoliméricas
com diferentes rendimentos de enxerto.
AMOSTRA
Copolímeros (% enxerto)
SOLVENTE Quitosano poli(HEMA)
4,6% 57,6% 178,7%
Ác. Acético 1% � � � � �
Ác. Acético 1%/Metanol (3:1)
___ ___ � � �
Ác. Acético 1%/Metanol (1:1)
___ ___ � � �
Ác. Acético 1%/Metanol (1:3)
___ ___ � � �
Tetra hidrofurano � ___ � � �
Ác. Fórmico (98%) � ___ ___ ___ �
Ác. Sulfúrico 70% � ___ ___ ___ �
Legenda: � - Dissolve � - Não dissolve
Devido à presença de grupos hidróxilo pendentes nas moléculas de quitosano, estas
formam entre si fortes ligações de hidrogénio pelo que este polissacarídeo é insolúvel em
água e na maioria dos solventes. A acrescentar a esta particularidade e devido ao efeito do
grupo amina, o quitosano é ainda insolúvel em soluções alcalinas. Dissolve-se contudo em
soluções acídicas e ácidos tais como ácido acético e ácido fórmico por protonação do grupo
–NH2 [19]. No entanto, os resultados apresentados indicam que a solubilidade do quitosano
fica significantemente reduzida após enxerto com HEMA. Como exemplo, pode-se
apresentar a não solubilização em ácido acético dos copolímeros com 57,6% e 178,7% de
enxerto, ao contrário do que acontece com o quitosano e com o copolímero com um baixo
rendimento de enxerto (4,6%). No entanto, para a mistura ácido acético 1%/metanol (3:1),
4,6 % 57,6 % 178,7 %
Figura 2.23: Aspecto de amostras
copoliméricas de Quitosano-g-pHEMA com
diferentes percentagens de enxerto, em
ácido acético 1%.
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
62
não se observou a solubilização de nenhum dos copolímeros estudados, enquanto que para a
mesma mistura mas na proporção 1:1, apenas o copolímero com 57,6% de enxerto não
solubilizou. Estes factos dever-se-ão, provavelmente, à formação de ligações inter e
intramolecular de hidrogénio entre o quitosano e o HEMA. Porém, analisando os resultados
obtidos, não é possível encontrar um padrão que permita extrapolar conclusões mais
consistentes.
2.2-3.6 Análise térmica - Termogravimetria
Para avaliar as propriedades térmicas dos polímeros em estudo, as amostras foram
caracterizadas por termogravimetria (TGA).
As curvas de perda de massa do quitosano, poli(HEMA) e de dois copolímeros com
diferentes percentagens de enxerto obtidos por irradiação gama, encontram-se representadas
na Figura 2.24.
�
� � � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
� � � � �
�
�
�
�
��
�
�
�
� � � � �
�
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�
�
�
�
��
�
��
� ��
�
�
�
�
�
��
�
�
�� � � �
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
� � � � �
�
�
�
�
�
�
�
0
20
40
60
80
100
Weig
ht (%
)
0 100 200 300 400 500
Temperature (°C)
�–––––– T-PHEMA.001� – – – T-CHITOS.001�–––––– T-3-10-24.002�–– – – T-PQ-1B.001�–– ––– T-3-10-4.001�–––– – T-3-10-1.001
Universal V3.5B TA Instruments
Figura 2.24: Termogramas de TGA de quitosano, poli(HEMA) e de copolímeros com diferentes
percentagem de enxerto ([HEMA]i=10% V/V, DD=3,8 kGy⋅h-1
).
Da observação da figura anterior verifica-se que a decomposição térmica do quitosano
tem início a 255 ºC enquanto que a do poli(HEMA) começa a 195 ºC. É possível observar
Temperatura (ºC)
Massa (
%)
500 400 300 200 200 100 0
0
20
40
60
80
100
� Quitosano
� 17,6% (polim. quím.)
� 17,8% (rad. γ)
� 48,2% (rad. γ)
� 138,8 % (rad. γ)
� poli(HEMA)
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
63
ainda que enquanto o poli(HEMA) apresenta uma perda de massa quase completa a 500 ºC,
o quitosano perdeu apenas cerca de 50% da sua massa inicial. A degradação do quitosano
tal como a de outros polissacarídeos, é um mecanismo complexo (inclui desidratação,
desacetilação e clivagem das cadeias). No entanto, a perda de massa observada corresponde
à observada por outros autores [12, 19].
Relativamente aos copolímeros obtidos por irradiação gama, todos apresentam um ínicio
de decomposição térmica muito próximo do do quitosano. Estes resultados evidenciam, que
mesmo após a reacção de copolimerização, e mesmo com elevados valores de enxerto, os
copolímeros mantêm a estabilidade térmica característica da matriz polimérica (o
quitosano). Contudo, o perfil das curvas copoliméricas apresenta uma crescente
similiaridade com a curva do poli(HEMA) com o aumento do valor de enxerto. Estes
resultados sugerem assim que o comprimento das cadeias enxertadas cresce com o
rendimento de enxerto da reacção de copolimerização.
No que diz respeito ao copolímero obtido por iniciação química, verifica-se que
contrariamente ao que acontece com os restantes copolímeros estudados, este apresenta uma
temperatura de início de fusão mais próxima da do poli(HEMA). Este resultado contudo não
estará relacionado com a quantidade de HEMA/pHEMA enxertada sobre o quitosano, mas
antes poderá estar relacionado com o método de copolimerização em si, visto que o mesmo
decorreu a uma temperatura superior (50 ºC) o que poderá ter condicionado a estabilidade
térmica do copolímero obtido por efeito cumulativo sobre a matriz de quitosano.
2.2-3.7 Espectroscopia de infravermelho
A análise por espectroscopia de infravermelho foi baseada na identificação das bandas
de absorção relativas às vibrações dos grupos funcionais presentes nas moléculas. Os
espectros de FTIR do quitosano, poli(HEMA) e de dois copolímeros com diferentes
rendimentos de enxerto obtidos por irradiação gama, encontram-se representadas na Figura
2.25.
O aparecimento e contínuo aumento de um pico perto de 750 cm-1, característico dos
polímeros metacrílicos que exibem aqui um pico forte devido à rotação do grupo CH2, e o
aparecimento e contínuo aumento de um pico perto de 1740 cm-1 (devido ao elongamento
da ligação C=O), característico também dos polímeros metacrílicos, pode ser observado nos
espectros dos copolímeros com o aumento do enxerto. Estes resultados parecem assim
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
64
confirmar que o comprimento das cadeias de poli(HEMA) enxertadas, cresce com o
aumento do enxerto.
O maior número de picos observados no espectro do copolímero obtido por
copolimerização por via química está directamente relacionado com um maior número de
grupos funcionais devido aos reagentes utilizados na sua síntese. Estes serão ainda
responsáveis pelo ligeiro desvio do pico característico da rotação do grupo CH2 observado.
Figura 2.25: Espectros de FTIR de quitosano, poli(HEMA) e de copolímeros com diferentes
percentagem de enxerto ([HEMA]i=10% V/V, DD=3,8 kGy⋅h-1
).
2.2-3.8 Estudos microbiológicos
Os estudos microbiológicos realizados mostraram que, em alguns casos, dependendo das
condições de copolimerização, o enxerto de HEMA em quitosano reduz as propriedades
antimicrobiológicas naturais características do quitosano. Os resultados obtidos encontram-
-se resumidos na Tabela 2.4.
Comprimento de onda (cm-1
)
4000 3000 2000 1000
T (%) Quitosano
17,6% enxerto (Polim. Quim.)
48,2% enxerto (rad. γ)
138,8 % enxerto (rad. γ)
poli(HEMA)
RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO
65
Para uma melhor compreensão dos parâmetros avaliados neste estudo (presença ou
ausência de crescimento microbiológico), apresenta-se também imagens ilustrativas dos
mesmos (vd. Figura 2.26).
Os resultados obtidos mostram que, logo a partir do primeiro dia de incubação, a
amostra copolimérica obtida por via química evidencia crescimento microbiológico. Este
facto pode ser justificado se se tiver em consideração que a reacção de copolimerização
decorreu em ambiente não estéril e que, como o iniciador químico utilizado é um composto
azotado, pode servir como suplemento nutricional para alguns microorganismos.
Tabela 2.4: Resultados da incubação de amostras copoliméricas (obtidas por diferentes
métodos de copolimerização) e de quitosano, em meio de TSA a 30 ºC.
Período de incubação (dias)
Amostra
1 2 3 5
Quitosano � � � �
17,6% enxerto (1h Pol. quím.) � � � �
17,8% enxerto (0,4h rad. γ) � � � �
48,2% enxerto (0,6h rad. γ) � � � �
138,8% enxerto (6h rad. γ) � � � �
Legenda: � - Crescimento microbiológico; �- Crescimento microbiológico reduzido; � - Sem crescimento microbiológico
(A) (B)
Figura 2.26: Aspecto das placas de TSA (após incubação das amostras), com e sem
crescimento microbiológico. O aspecto translúcido das placas indica ausência de crescimento
microbiológico, enquanto que o aparecimento de centros opacos em torno dos grânulos,
evidência o crescimento de colónias de microorganismos.
� - Com crescimento microbiológico
� - Sem crescimento microbiológico
CAPÍTULO 2 - AMOSTRAS GRANULOSAS
66
Já as amostras obtidas por copolimerização induzida por irradiação gama, apesar de
também terem sido preparadas em ambiente não estéril, foram sujeitas a um agente
esterilizante - a radiação γ - que, dependendo do débito de dose e tempo de exposição, pode
provocar a inactivação ou a morte de microorganismos. Assim sendo, não é de estranhar que
com o aumento de enxerto, a que corresponde um maior tempo de exposição à radiação, se
observe uma “crescente” ausência de crescimento microbiológico em meio e condições
favoráveis ao seu desenvolvimento.
Resumindo, os resultados microbiológicos obtidos permitem destacar o método de
copolimerização de enxerto (de HEMA em quitosano) induzido por radição γ como o mais
vantajoso.
2.2-3.9 Outras técnicas
A Ressonância Magnética Nuclear de protão (1H RMN) tem sido referida como um bom
método para a caracterização de polímeros [8], tendo sido utilizada para caracterizar o
líquido sobrenadante das reacções de copolimerização de modo a quantificar a quantidade
de HEMA sob a forma de homopolímero.
Os dados obtidos não se mostraram conclusivos mas sugerem que, para as irradiações do
sistema reaccional Quitosano/HEMA para o débito de dose mais elevado e com
[HEMA]i=15% V/V, há formação de homopolímero logo a partir dos primeiros tempos de
irradiação.
Tentou-se ainda utilizar a técnica de espectroscopia de massa com ionização assistida
com laser (MALDI) para quantificar o número de unidades estruturais de monómero
presentes nos copolímeros obtidos. Embora não se tenha conseguido obter resultados
conclusivos, estes parecem indicar um número relativamente baixo (até 8-10 unidades de
HEMA).
CONCLUSÕES
67
2.3 CONCLUSÕES
O trabalho desenvolvido mostrou que, apesar das dificuldades inerentes à modificação
química do quitosano em meio heterogéneo, é possível preparar novos sistemas poliméricos
de base quitosano através da técnica de copolimerização de enxerto.
Dos três métodos de copolimerização estudados (copolimerização por via química,
copolimerização induzida por radiação UV e copolimerização induzida por radiação γ),
aquele em se se utilizou radiação gama proveniente de uma fonte cobalto-60, destaca-se por
ser o que conduz a melhores rendimentos de enxerto.
Já no que diz respeito aos monómeros a enxertar, os resultados mostram a importância
de uma escolha adequada dos mesmos por forma a evitar o favorecimento da reacção de
homopolimerização, e consequente gelificação do meio reaccional (como o verificado no
sistema reaccional Quitosano/AAc).
Relativamente ao sistema reaccional heterogéneo Quitosano/AAc, os resultados
mostram um aumento do rendimento de enxerto com a concentração inicial de monómero e
com a dose absorvida. Sugerem também que as modificações introduzidas pela reacção de
enxerto promovem uma diminuição da “cristalinidade” da matriz polimérica, i.e.,
promovem o aumento de regiões mais desordenadas na estrutura molecular de quitosano.
No que diz respeito ao sistema reaccional Quitosano/HEMA, os resultados obtidos
mostram que a copolimerização de enxerto induzida por radiação gama é o método que
conduz a rendimentos de enxerto mais elevados e a amostras copoliméricas com boas
propriedades antimicrobiológicas. Mostram ainda que o sistema é sensível ao débito de dose
e à concentração de monómero e que a melhor relação entre rendimento de enxerto e
eficiência da reacção de copolimerização, é conseguida para o intervalo devalores estudado,
com o menor débito de dose de irradiação e com a concentração de monómero intermédia
(DD=3,8 kGy⋅h-1; [HEMA]i=10 % V/V).
As curvas termogravimétricas das amostras copoliméricas obtidas não indicam perda da
estabilidade térmica por copolimerização induzida por radiação γ e, juntamente com os
espectros de FTIR, sugerem que o comprimento das cadeias enxertadas cresce com o
aumento do rendimento de enxerto.
BIBLIOGRAFIA
69
2.4 BIBLIOGRAFIA
[1] McLaughlin, W.L., Boyd, A.W., Chadwick, K.H., McDonald, J.C. and Miller, A.:
Dosimetry for radiation processing. Taylor and Francis, London 1989.
[2] Cavaco, M.C., Almeida, J.C., Andrade, M.E. and Kovács, A. (1991) Dosimetry
commissioning for an industrial cobalt-60 gamma-radiation facility. Appl. Radiat. Isot. 42:
1185-1188.
[3] Mendes, C.M., Almeida, J.C., Botelho, M.L., Cavaco, M.C., Almeida-Vara, E. And
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