Síntese e caracterização de hidrogéis de poliacrilamida com potencial para purificação da água

Abstract

A crescente demanda por água potável e preocupação com a contaminação hídrica impulsionam a busca por novas tecnologias de purificação da água. Este trabalho apresenta um estudo investigativo sobre a preparação de hidrogéis de poliacrilamida com propriedades antimicrobianas, visando sua aplicação na purificação da água. Foram utilizadas duas técnicas distintas de polimerização: emulsão inversa e polimerização em solução. Os hidrogéis sintetizados a partir da polimerização em emulsão inversa foram submetidos a testes de volume de expansão para avaliar a sua capacidade de absorção de água e também foram realizados testes microbiológicos para avaliar a sua propriedade antimicrobiana. Além disso, foi analisada a influência da variação do agente reticulante e do monômero catiônico nas propriedades dos hidrogéis sintetizados. Os resultados obtidos indicam que a escolha dos métodos de polimerização e a variação dos componentes influenciam significativamente nas características e a eficiência dos hidrogéis. As análises termogravimétricas (TGA) em geral mostraram três faixas principais de perda de massa para o hidrogel: perda inicial devido à evaporação de água e solventes, degradação térmica da poliacrilamida, com rompimento dos grupos laterais e rompimento da cadeia principal da poliacrilamida. Constatou-se com os dados obtidos que o reticulante aumenta a estabilidade térmica da molécula, elevando a temperatura de perda de massa: quanto maior a quantidade de reticulante adicionada, maior será a temperatura de degradação do polímero. As análises de calorimetria diferencial de varredura (DSC) evidenciaram a influência da quantidade de CAETA e do reticulante sobre a temperatura de transição vítrea (Tg) de hidrogéis de poliacrilamida (PAM). Hidrogéis sem reticulante mostram que para maiores quantidades de CAETA em sua composição menores serão as Tg’s observadas. Para estruturas de poliacrilamida onde houve apenas a adição de reticulante, sem CAETA, foi constatado que a presença de agente reticulante aumenta a Tg da molécula. Também foi observado que nos hidrogéis com 10% de CAETA, o aumento do reticulante continua a elevar a Tg, mas a presença de CAETA resulta em Tg inferiores em comparação com amostras onde o reticulante foi adicionado sem CAETA. Com os espectros de RMN a se confirmou a estrutura esperada para os polímeros. Também foi observado que reações com CAETA, sem agente reticulante, apresentou sinais do monômero catiônico não polimerizado evidenciando uma possível polimerização incompleta.

The increasing demand for potable water and concerns over water contamination drive the search for new water purification technologies. This study investigates the preparation of antimicrobial polyacrylamide hydrogels for water purification applications. Two distinct polymerization techniques were employed: inverse emulsion and solution polymerization. Hydrogels synthesized via inverse emulsion polymerization were subjected to volume expansion tests to evaluate their water absorption capacity, and microbiological tests were conducted to assess their antimicrobial properties. Additionally, the impact of variations in the crosslinking agent and cationic monomer on the properties of the synthesized hydrogels was analyzed. The results indicate that the choice of polymerization methods and component variations significantly affect the characteristics and efficiency of the hydrogels. Thermogravimetric analyses (TGA) generally show three main mass loss ranges for the hydrogel: initial loss due to the evaporation of water and solvents, thermal degradation of polyacrylamide with the breakdown of side groups, and the breakdown of the polyacrylamide main chain. The obtained data indicate that the crosslinker increases the thermal stability of the molecule, raising the mass loss temperature: the higher the amount of crosslinker added, the higher the polymer degradation temperature. However, the cationic monomer can decompose at lower temperatures, releasing volatile products. Differential scanning calorimetry (DSC) analyses highlight the influence of CAETA and the crosslinker on the glass transition temperature (Tg) of polyacrylamide (PAM) hydrogels. Hydrogels without a crosslinker show that higher amounts of CAETA result in lower observed Tg values. For polyacrylamide structures with only a crosslinker added, without CAETA, it was found that the presence of the crosslinking agent increases the Tg of the molecule. It was also observed that in hydrogels with 10% CAETA, increasing the crosslinker continues to raise the Tg, but the presence of CAETA results in lower Tg values compared to samples where the crosslinker was added without CAETA. NMR spectra confirmed the expected structure for the polymers. It was also observed that reactions with CAETA, without a crosslinking agent, showed signals of non-polymerized cationic monomer, indicating possible incomplete polymerization.