Mixed solutions of polymers and surfactants : relation between rheology and nanostructure

Abstract

A presente investigação explora estudos reológicos de sistemas de polímeros associativos e agregados de tensioactivos ou um segundo polímero associativo. O controlo do comportamento reológico destes sistemas, nomeadamente o ajuste da viscosidade através de variações de temperatura, sal ou concentração, é de um enorme interesse em várias áreas de aplicação. Para atingir este objectivo é necessário primeiramente entender os mecanismos por detrás das associações entre polímero e tensioactivo. Nestes sistemas mistos é comum verificar um aumento de viscosidade com a concentração de tensioactivo, devido a efeitos de interconecções. Contudo, descobrimos que esta situação poderá ser invertida quando o agregado de tensioactivo é uma microemulsão composta por grupos oxietileno e os agregados possuem uma concentração suficientemente alta de modo a estarem relativamente próximos uns dos outros. A adição de tensioactivo diminui a viscosidade e isso foi interpretado como sendo devido a uma diminuição do tempo de vida dessas interconecções. O mesmo polímero foi adicionado a vesículos cataniónicos e a importância do tamanho e carga do vesículo foi analisada. Concluiu--se que o primeiro parâmetro é fundamental para a reologia do sistema. Por outro lado, alterações na carga global do vesículo não influenciam as propriedades reológicas. A arquitectura do polímero é igualmente importante, com maiores viscosidades a serem detectadas em sistemas com polímeros com grupos hidrofóbicos maiores. Os vesículos cataniónicos foram posteriormente associados a polielectrólitos, dois derivados da celulose com diferentes densidades de carga; as interconecções mais duradouras foram encontradas nos sistemas com o polímero mais carregado, enquanto que se verificou um maior número de interconecções nos sistemas com o polímero modificado hidrofobicamente. Os estudos de microestrutura indicam que os dois polímeros afectam a estabilidade dos vesículos, com formação de vesículos facetados. Polímeros com uma baixa densidade de carga induzem cristalização das cadeias do tensioactivo, enquanto que polímeros com densidade de carga suficientemente elevada promovem segregação no interior dos vesículos. Finalmente, considerámos misturas de polielectrólitos de carga oposta. Foi descoberto que a típica separação de fase em sistemas de polímeros opostamente carregados é bastante reduzida com a presença de modificação hidrofóbica nos polímeros. Nestes casos, a separação de fases é apenas detectada na zona de neutralização de cargas. Também foi observado que, se a densidade de um dos polímeros depende do pH, a associação pode ser controlada por alterações deste parâmetro. A força da interacção electrostática pode também ser controlada pela adição de sal. Dependendo da razão de mistura entre os polielectrólitos, o aumento da força iónica pode conduzir a uma separação de fases, a uma aumento ou diminuição de viscosidade.