ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Materiais
Autores
Faria, H.D. (UNIFAL-MG) ; Silva, F.A.C. (UNIFAL-MG) ; Nunes, W.A.C. (UNIFAL-MG) ; Silva, F.A.B. (UNIFAL-MG) ; Florenzano, F.H. (EEL-USP)
Resumo
Neste trabalho foram sintetizados diversos materiais poliméricos baseados em ácido polimetacrílico com o intuito de otimizar seu efeito sobre a viscosidade de soluções aquosas. Motivou este estudo a necessidade de obtenção de polímeros hidrossolúveis para o uso em aplicações da indústria petrolífera, como por exemplo em fluidos de perfuração e recuperação avançada de petróleo. Usou-se a polimerização via radical livre e RAFT para gerar homo e copolímeros com variadas composições e massas molares médias, para obter materiais mais eficientes e também para um estudo sistemático do efeito da estrutura nessa propriedade. Os materiais foram também testados em regimes de alta força iônica e concluiu-se que a adição de monômero neutro pode melhorar a performance dos materiais.
Palavras chaves
Extração de petróleo; ácido polimetacrílico; raft
Introdução
Polímeros com alto poder para o aumento da viscosidade de soluções aquosas são úteis para as mais diversas aplicações. Dentre elas destacam-se a indústria petrolífera, que utiliza esses materiais (no caso do Brasil, predominantemente importados (MENEZES et al, 2012)) em fluidos de perfuração e também em técnicas de recuperação avançada de petróleo. Portanto, o avanço na obtenção de materiais poliméricos mais eficientes para essas aplicações é de interesse econômico, tecnológico e científico. Embora as relações que regem a viscosidade de soluções poliméricas sejam conhecidas (ISE, 1998), no caso particular de polímeros carregados, que são muito eficientes para aumentar a viscosidade de soluções aquosas, as relações tornam- se bem mais complexas devido, por exemplo à condensação iônica, dissolução completa, resposta à força iônica e outros parâmetros. Sendo assim, neste trabalho foi proposta a síntese de novos materiais poliméricos baseados em ácido metacrílico e metacrilamida, variando-se sistematicamente a estrutura: massa molar média e composição, principalmente. O objetivo fundamental foi determinar qual a influência desses parâmetros estruturais na viscosidade reduzida e na resposta da viscosidade das soluções frente a altas concentrações iônicas (simulando, por exemplo, a salinidade da água do mar). A introdução de um monômero neutro (metacrilamida)nas cadeias do ácido polimetacrílico foi feita com o uso da técnica de polimerização via radical controlada conhecida como RAFT e teve por finalidades principais melhorar a solubilidade do material e diminuir o efeito da força iônica sobre a viscosidade das suas soluções aquosas, sempre usando materiais com menores índices de polidispersão, com o intuito de melhor estudar o efeito da massa molar média.
Material e métodos
Homopolímeros de ácido metacrílico (MAA) foram obtidos tanto por polimerização via radical livre como por RAFT. Copolímeros de MAA com metacrilamida foram obtidos por RAFT. Os agentes de transferência de cadeia utilizados foram o tritiocarbonato de 2-Ciano-2-propil dodecila ou o ácido 4-Ciano-4- [(dodecilsulfaniltiocarbonil) sulfanil] pentanóico. Os materiais foram purificados por precipitação seletiva variando-se o pH e posteriormente caracterizados por cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TGA) e Ressonância Magnética Nuclear (RMN). As técnicas de caracterização utilizadas confirmaram a estrutura e a composição dos materiais obtidos, com alta pureza. A viscosidade das soluções aquosas dos materiais foram determinadas em condições tamponadas (Tris-HCl, 50mM L-1, pH=8), variando-se a força iônica com o uso de NaCl (0 a 550mM L-1). Usou-se um viscosímetro vibratório A and D®, modelo SV-10 para a determinação da viscosidade relativa e, a partir dela, a viscosidade reduzida.
Resultado e discussão
Os materiais poliméricos foram sintetizados com bons rendimentos e a
caracterização confirmou sua natureza química (FTIR e RMN) e elevado grau de
pureza. Ao todo foram preparados e estudados cinco materiais: dois homopolímeros
de MAA: um produzido por polimerização via radical livre (PMAA-PRL, Grau de
Polimerização, GP=697, determinado por GPC) e outro por RAFT (PMAA-RAFT,
GP=852). Três copolímeros foram preparados com diferentes proporções de
metacrilamida: 4:1(Co-4:1, GP=1186); 3:1 (Co-3:1, GP=1177); 3:2 (Co-3:2,
GP=814). As análises viscosimétricas mostraram que os homopolímeros apresentaram
maior viscosidade reduzida em regimes de baixa força iônica, como esperado. O
PMAA-PRL mostrou-se mais efetivo que o PMMA-RAFT, devido talvez a efeitos de
solubilização incompleta. Em regimes de alta força iônica, o Co-3:1 apresentou
comportamento viscosimétrico de suas soluções similar aos homopolímeros,
indicando que a incorporação de metacrilamida, ao diminuir a densidade de carga
negativa nas condições estudadas, produz materiais tão eficientes quanto os
homopolímeros, mas que podem apresentam melhor solubilidade e cinética de
dissolução,permitindo, por exemplo, que se use polímeros com massas molares mais
elevadas (a viscosidade reduzida e a intrínseca aumentam com a massa molar (1)).
Conclusões
Em baixa força iônica, a eficiência dos materiais sintetizados mostrou correlação com o conteúdo de ácido metacrílico e, por conseguinte, da proporção de cargas negativas na cadeia. Em regimes de alta força iônica, os copolímeros com proporções mais baixas de metacrilamida (4:1 e 3:1) mostraram eficiência próxima a dos homopolímeros. Assim abre-se uma possibilidade para que o estudo sistemático desse tipo de material leve à obtenção de materiais otimizados para as aplicações estudadas e para um melhor entendimento do comportamento de polímeros carregados em solução aquosa.
Agradecimentos
Os autores agradecem a Maria Luiza de Carvalho Noronha e à Profa. Jayne C. S. Barboza (EEL-USP) pelas análises de RMN.
Referências
ISE, Norio. On the solution viscosity of ionic polymers and their conformation in solutions. Proceedings of the Japan Academy, Series B v. 74, n. 8, p. 192–200, 1998.
MENEZES, J.D.S. et al. Produção biotecnológica de goma xantana em alguns resíduos agroindustriais, caracterização e aplicações, Rev. Eletrônica. em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, v. 8, n. 8, p. 1761-1776, 2012.
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