Otimização dos parâmetros de síntese de hidrogéis físicos magnéticos baseados em alginato de cálcio - Miranda, Renato de Souza [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Nas últimas décadas, a engenharia de materiais tornou-se de grande interesse profissional para formação acadêmica e oportunidades no eixo de negócios em prol da sociedade, em função das propriedades interessantes existentes em cada tipo de material. Visto isso, temos os hidrogéis, que são materiais poliméricos hidrofílicos cujo sua estrutura é tridimensionalmente reticulada a partir der ligações cruzadas, sendo eles compostos por polímeros naturais, sintéticos ou semissintéticos. Dentre os compostos naturais, podemos citar o alginato que é um copolímero extraído das algas marrons e da via metabólica de alguns microrganismos. Esta dissertação teve como objetivo otimizar os parâmetros de síntese de hidrogéis físicos magnéticos baseados em alginato de cálcio ((CaC6H7O6)n) observando suas propriedades de interesse científico. Com elemento de atração magnética, foram inseridas NPs de magnetita funcionalizadas com 3-aminopropiltrietoxissilano (Fe3O4.NH2). Algumas caracterizações foram realizadas nestes materiais para avaliar seu comportamento físico-químico, tais como grau de intumescimento, FTIR, DRX, TG e MEV. Nos estudos de intumescimento, todas as amostras demonstraram mecanismos de difusão Fickiana. Em relação ao pKa, foi verificado para matrizes com menores densidade de reticulação uma redução de 2,98 para 2,08 em amostras de mesma formulação e incorporadas com NPs magnéticas. A técnica de FTIR indicou a presença das NPs magnéticas e possíveis interações com a matriz, o que foi corroborado com a técnica de DRX, e pela redução de absorção de água. Através dos ensaios termogravimétricos, verificou-se que em temperaturas em aproximadamente 350 a 550ºC houve degradação da cadeia carbônica formando o carbonato. Não foi observado alteração na temperatura inicial de decomposição com a inserção de NP. A partir da técnica de MEV, foi constatado a superfície porosa com poros interconectados de todos os materiais estudados. A partir dos resultados de EDS, foi possível confirmar a presença das NPs na matriz de alginato a partir da detecção do elemento Fe. Desta forma, conclui-se que a matriz possui estabilidade térmica favorável, com características interessantes de captação de água e diversas aplicações para remediação de água contaminada ou até mesmo na área médica, buscando principalmente novas alternativas sustentáveis, biodegradáveis e de baixo custo.

In recent decades, materials engineering has become of great professional interest for academic training and business opportunities in favor of society, due to the interesting properties existing in each type of material. As a result, we have the hydrogels, which are hydrophilic polymeric materials whose structures are formed by chains in threedimensional cross-linked form. They are composed of natural, synthetic or semi-synthetic polymers. Among the natural materials, we can mention the alginate that is a copolymer extracted from brown algae and from the metabolic pathway of some microorganisms. This dissertation aims to optimize the synthesis parameters of magnetic physical hydrogels based on calcium alginate ((CaC6H7O6)n), and evaluate the influence of magnetite NPs functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (Fe3O4.NH2) on their physicochemical properties. Swelling degree, FTIR, XRD, TG, and SEM techniques were investigated. From swelling degree studies, it was possible to observe that all samples showed Fickian diffusion mechanisms. In addition, the addition of NPs reduced the pKa values from 2.98 from 2.08 for matrix with less crosslink density. FTIR technique indicated the presence of NPs and possible interaction points with the matrix, corroborated by DRX technique and by reduction of water absorption of the nanocomposite matrices. Thermogravimetric analysis (TG) revealed the temperature of degradation of carbon chain (forming carbonate) around 350-550ºC. No alteration in the initial temperature of decomposition was observed with NPs addition. From SEM technique, it was possible to observe that the morphologies of all hydrogels are highly porous randomly distributed. The incorporation of NPs was also confirmed from EDS analysis by detection of Fe element. In this way, we conclude that all alginate-based matrices (with or without NPs) had favorable thermal stability, with interesting properties of water uptake and potential use for remediation of contaminated water and medical area, aiming new sustainable, biodegradable and low-cost alternatives.
Optimization of the synthesis parameters of physical magnetics hydrogels based on calcium alginate
Keywords: Processos biomédicos; Hidrogéis; Remediação de águas contaminadas; Biopolímeros; Hidrogéis magnéticos; Biomedical process; Hydrogels; Remediation of contaminated water; Biopolymers; Magnetic hydrogels