2.2 Analyse av eksterne omgivelser
2.2.3 Analyse av kunder og markedssegment
As nanopartículas de quitosana foram obtidas pelas interações eletrostáticas dos NH3+ presentes na cadeia de quitosana com as cargas negativas do ânion sulfato, SO4-2. Essa interação pode ser afetada por suaves variações nas condições de temperatura e pH. O tamanho da nanopartícula pode ser controlado pela variação da massa molar da quitosana, da razão sal/quitosana, e do pH. 57
A molécula de quitosana apresenta ampla variação na sua massa molar que vai de 50 kD a 2000 KD, e sabe-se que moléculas com alta massa molar, produzem nanopartículas maiores, quando comparadas com as de baixa massa molar. Alguns estudos tem demonstrado que qualquer influência no meio que altere o tamanho da massa molar da quitosana irá alterar o tamanho da nanopartícula. 58
Tsai et al (2011) observaram que fatores como ultrasonicação, alto tempo de radiação e aumento na temperatura da solução, levaram a uma diminuição na massa molar da quitosana acarretando formação de nanopartículas menores. Eles observaram também que quando a solução de quitosana era mais concentrada, as nanopartículas obtidas tinham tamanhos maiores, quando comparadas a soluções mais diluídas. 58
O tamanho que um polímero assume em solução diluída é denominado volume hidrodinâmico e os principais parâmetros que o definem são a distância entre os extremos da cadeia para polímeros lineares e o raio de giração, Rg. Para a análise do tamanho de partícula variou-se a razão sal/quitosana e o pH da solução. Através do espalhamento de luz, o volume hidrodinâmico das nanopartículas que foi convertido em raio de giração. O raio de giração corresponde à distância entre o centro de gravidade e a superfície da esfera em que se encontra o novelo, como mostra Figura 11.
Figura 11- Raio de Giração representado por RG 59
Fonte: Característica de Polímeros
Com relação à variação da concentração de sulfato de sódio, Na2SO4, os resultados demonstraram que nas duas soluções de quitosana, a medida que rsa aumenta, o tamanho das nanopartículas diminui. Essa diminuição no tamanho da partícula se deve ao fato de que com o aumento da razão do sal, aumenta-se a quantidade de ânion sulfato na solução, o qual reage com a carga positiva da quitosana neutralizando-a. Essa neutralização impede a repulsão entre as cargas positivas da quitosana, diminuindo o volume hidrodinâmico da nanopartícula.
Os dados do espalhamento de luz de algumas amostras se encontram na Figura 12 que mostra a relação entre a intensidade de espalhamento I(q) e o módulo do vetor de espalhamento, q. É observado que com o aumento de rsa, o espalhamento se torna mais intenso, evidenciando a importância da reticulação iônica no processo de formação das nanopartículas.
Figura 12- Espalhamento da função de I(q) em função do espalhamento do vetor q. a) pH = 1: quadrado,
sa
r = 2,0; círculos , rsa = 1,8; triângulo para cima rsaa = 1,6; triângulo para baixo, rsa = 0,08. b) pH =
3: quadrado, rsa = 1,0; círculos, rsa = 0,8; triângulo para cima, rsa = 0,6; triângulo para baixo, rsa= 0,01.
Fonte: Própria
De fato, o aumento de I(q) é mais pronunciado quando q → 0 e o melhor parâmetro
que expressa as dimensões das nanopartículas é o raio de giração, que pode ser calculado dos dados da região de Guinier (qRG << 1) usando a equação de Guinier, que foi mostrada pela Equação 11 da Página 35.
Os resultados da equação estão exibidos na Figura 13. As curvas em ambos os casos podem ser descritas por duas regiões:
Região de baixa rsa: nessa região, as dimensões das nanopartículas decrescem com o aumento da razão sulfato/amino, rsa, em consequência do aumento da blindagem eletrostática
Região de alta rsa: nessa região, as nanopartículas atingem sua dimensão mínima que colapsam. Partículas secundárias são formadas e por terem dimensões maiores, o raio de giração aumenta drasticamente.
Figura 13- Raio de giração em função de rsa: a) pH = 1 e b) pH = 3
Fonte: Própria
A variação do pH de 1 para 3, também levou a diminuição do tamanho das nanopartículas ainda que de forma pouco significativa. Também observaram esse comportamento quando submeteram uma solução de quitosana a diferentes valores de pH. Esse fenômeno é devido as propriedades catiônicas da quitosana. Em baixos valores de pH, a molécula de quitosana se torna mais expandida devido a alta protonação da cadeia levando a um aumento no volume hidrodinâmico nas nanopartículas. O contrário acontece quando o valor do pH aumenta, a molécula de quitosana encolhe devido a baixa protonação ou forma mais interações intramoleculares, diminuindo assim o volume hidrodinâmico na nanopartícula. 58
Em ambas as soluções de quitosana, observou-se uma turvação em alguns valores de
sa
r em que o RG apresentou uma estranha descontinuidade, indicando colapso das nanopartículas nesses valores. Essa turvação aconteceu para valores diferentes de acordo com pH, podendo ser visualizada de acordo com a Figura 14.
Figura 14- Frasco da esquerda nanopartículas precipitaram e da direita estão em solução
Fonte: Própria
A explicação para que a turvação das soluções ocorra em razões diferentes, é dada tendo em mente o equilíbrio que ocorre nos grupamentos aminos da cadeia de quitosana:
3 2
ChitNH ChitNH H Eq. 12
neste caso, a constante de equilíbrio (assumindo comportamento de solução ideal) será, como mostra a Equação 13:
2
3 (1 ) A Chit NH H H K Chit NH , Eq. 13onde é a fração de grupamentos amino que estão protonados. Rearranjando a Equação 13, tem-se a Equação 14:
A H K H . Eq. 14
Como já citado, os pHs utilizados foram 1 e 3. O pKa da quitosana está em torno de 6- 6,5, então KA << [H+], portanto α ≈ 1 e independente do pH. Como consequência, a diferença em termos de formação de nanopartículas para os dois casos não pode ser explicada pela diferença em termos de componente entálpico, que seria explicado pela alta possibilidade de interações eletrostáticas para o componente mais protonado. Além disso, o comportamento similar para os dois sistemas em termos de potencial zeta confirma esse ponto de vista.
A explicação para o colapso das nanopartículas serem em razões diferentes é, portanto, a variação do componente entrópico. A alta quantidade de contra-íons é a chave para interpretar essa variação: o sistema com mais baixo pH é também o que contém maior quantidade de contra-íons, que minimizam o aumento da entropia devido ao espalhamento de contra-íons na fase aquosa, como consequência do colapso das nanopartículas. Em virtude disso, o colapso no sistema de pH 1 ocorre em altos valores de rsa.
A Figura 15 resume o comportamento do raio de giração das nanopartículas. A medida que vai aumentando a concentração de NaaSO4 em solução, o raio de giração diminui indicando que o efeito polieletrolítico está aproximando as cadeias e diminuindo o volume hidrodinâmico da cadeia de quitosana. Com o aumento da quantidade de ânions em solução, as nanopartículas colapsam formando agregados com dimensões maiores que podem ser observados tanto na turvação da solução quanto no tamanho do raio de giração.
Figura 15- Comportamento do raio de giração com o aumento da concentração de Na2SO4
7 CONCLUSÃO
O processo de obtenção de nanopartículas pelo método de coacervação/precipitação foi caracterizado pela análise da carga superficial e do tamanho das nanopartículas formadas, variando o pH e a concentração do agente reticulante. Os valores da carga superficial e do tamanho de partícula foram dependentes da concentração do agente, entretanto apenas o tamanho dependeu do pH. Esse processo foi dividido em duas etapas: a) uma vez o íon polivalente adicionado, ocorreu a contração da cadeia de quitosana devido ao efeito polieletrolítico e b) a contração das cadeias atingiu uma dimensão mínima e à medida que foi adicionado o íon polivalente, resultou em colapso dos complexos solubilizados. Esse colapso foi comprovado pela descontinuidade do Rg determinado pelo SAXS e pelo desenvolvimento de turbidez. Todos os processos de coacervação foram favorecidos pela entropia do sistema.
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