Interações do surfactante aniônico dodecil sulfato de sódio (SDS) com etil (hidroxietil) celulose (EHEC): efeitos dos contra-íons e temperatura

Abstract

Surfactantes são compostos anfifílicos divididos em zwiteriônicos, não iônicos, catiônicos e aniônicos, suas interações com o meio apresentam efeitos distintos. São amplamente utilizados na indústria, por isso é essencial conhecer alguns parâmetros relacionados, como concentração micelar crítica (CMC) compreendida pela concentração na qual começam formar-se micelas em solução, e ponto Krafft, marcado pela temperatura na qual a solubilidade do surfactante aumenta de forma expressiva. O dodecil sulfato de sódio (SDS) é o surfactante aniônico da classe dos sulfatos com maior aplicação industrial, e foi o surfactante selecionado para a presente pesquisa. Produtos compostos por polímeros, surfactantes naturais e enzimas têm apresentado um melhor desempenho se comparados aos surfactantes isolados, além de serem menos tóxicos e biodegradáveis, colaborando com o meio ambiente. A etil (hidroxietil) celulose (EHEC) é um polímero modificado derivado da celulose, com tal modificação devido o interesse em aumentar a solubilidade desse composto em meio aquoso. Por meio das interações polímero-surfactante foi possível determinar os valores de concentração de agregação crítica (CAC) que marca o início da interação, e o valor de ponto de saturação do polímero (PSP) que ocorre quando todo o surfactante encontra-se saturado de micelas e passam a haver micelas livres em solução. Foi verificada uma diminuição da CAC em função do aumento da temperatura, e uma leve elevação do PSP para os sistemas com maior concentração de EHEC, corroborando com o comportamento observado em outros estudos. A consequência da adição de sais ao sistema provocou uma diminuição nos pontos de CMC, CAC e PSP em comparação com o sistema em água, sendo mais pronunciada na presença de NaCl devido menor raio de hidratação do íon. Com base nos valores de CMC, CAC e PSP foi possível calcular os parâmetros termodinâmicos do sistema, entalpia (ΔH), entropia (ΔS) e energia livre de Gibbs (ΔG). Independentemente do meio, todas as reações apresentaram espontaneidade, com energia livre negativa. Mas o sistema que apresentou maior energia livre na presença de EHEC, consistia em uma solução de cloreto de lítio com EHEC 1,0 mg mL-1 a 35°C, cuja energia livre nos pontos de CAC e PSP foram de 3,38 kJ mol-1 e -4,12 kJ mol-1 respectivamente. Complementarmente, foi empregada a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) para um estudo preliminar acerca da evolução da interação polímero-surfactante nas condições estudadas. Com a espectroscopia dielétrica no domínio da frequência foi possível obter informações importantes sobre a evolução da interação e formação do complexo SDS-EHEC.

Surfactants are amphiphilic compounds apportion in Zwitterionics, nonionics, cationics and anionics, the interactions with the medium present distinctive effects. Are largest used in industry, therefore it is essential to understand some parameters associated, like critical micellar concentration (CMC) understood as the concentration where the micelles starting to form in solution; and Krafft point that represents the temperature at which surfactant solubility increases substantially. Sodium dodecyl sulfate (SDS) is an anionic surfactant of the sulfate class mostly applied in the industry, and it is the target surfactant of this research. Products made up of polymers, natural surfactants and enzymes have shown better performance compared to isolated surfactants, as well as being less toxic and biodegradable, helping the environment Ethyl hydroxyethyl cellulose (EHEC) is a modified polymer from cellulose, the modifications have the interest to increase the solubility of this molecule in aqueous medium. By the polymer-surfactant interactions was possible to ascertain the critical aggregation concentration (CAC) that indicate the beginning of the interaction, and the polymer saturation point (PSP) value, which occurs when all surfactant is micelle saturated and there are free micelles in solution. There was a decrease in CAC as a function of the increase in temperature, and a slight increase in PSP for systems with a higher concentration of EHEC, corroborating the behavior observed in other studies. The addition of salts to the system caused a decrease in the CMC, CAC and PSP points compared to the system in water, which was more pronounced in the presence of NaCl due to the ion’s smaller hydration radius. With CMC, CAC and PSP values it was possible to calculate the thermodynamic parameters of the system, enthalpy (ΔH), entropy (ΔS) and Gibbs standard free energy (ΔG). Independently of the medium, all of the reactions showed spontaneity, with negative Gibbs free energy. But the system that presented higher spontaneity in presence of EHEC was a lithium chloride solution at 35°C with EHEC 1,0 mg mL-1, whose free energy at the CAC and PSP points was -3,38 kJ mol-1 and -4,12 kJ mol-1 respectively. In addition, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for a preliminary study on the evolution of the polymer-surfactant interaction under the conditions studied. With frequency domain dielectric spectroscopy it was possible to obtain important information about the evolution of the interaction and complex formation of EHEC-SDS.