53º CBQ - Processo de otimização da síntese da Polianilina Dopada com Ácido Cítrico de acordo com um Planejamento Fatorial 2³

53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: Processo de otimização da síntese da Polianilina Dopada com Ácido Cítrico de acordo com um Planejamento Fatorial 2³

AUTORES: Oliveira Souza, N. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIAS) ; Alves Araújo, O. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIAS)

RESUMO: A Polianilina (PAni) é um polímero que possui características intrinsecamente condutoras da corrente elétrica, vem sendo bastante estudado por diversos grupos de pesquisa devido a vários fatores que contribui, tendo assim um futuro bastante promissor, pois possui uma fácil rota sintética, o baixo custo do monômero anilina, dentre outros fatores. Ainda observou-se através do fatorial 2³, melhores condições de síntese para a obtenção da polianilina dopada com o ácido cítrico, para se ter uma maior condutividade elétrica e maior rendimento.

PALAVRAS CHAVES: Polianilina; Acido Citríco; Planejamento Fatorial 2³

INTRODUÇÃO: A Polianilina (PAni) é um polímero obtido da polimerização oxidativa da anilina em meio ácido. O seu interesse e de seus derivados são grandes no meio científico, devido ao seu potencial uso tecnológico. Este polímero intrinsecamente condutor (PIC) possui características interessantes como o baixo custo do monômero (anilina), certa solubilidade em solventes orgânicos, a facilidade de síntese e a alta estabilidade ambiental, tanto na forma não condutora quanto condutora. Entretanto, sua aplicação é limitada pelo fato de ser um material de difícil processabilidade. Uma das formas utilizadas para contornar este problema é a inserção de ácidos orgânicos funcionalizados em sua estrutura. Estes ácidos atuam tanto como dopante quanto como compatibilizante, melhorando a solubilidade da PAni em solventes orgânicos e a compatibilidade com outras matrizes poliméricas (ZHOU et al, 2013; DUBALA et al, 2013; SHUMAKOVICHA et al, 2012; BHADRAA et al, (2009). A polianilina pode ser obtida por oxidação química ou eletroquímica. Entretanto, a síntese por oxidação química é o método mais utilizado quando se deseja obter grandes quantidades do polímero, uma vez que a quantidade de produto da síntese não é limitada pela área dos eletrodos (HAO, 2010; MALINAUSKAS, 2001). Neste trabalho realizou-se a investigação da síntese da polianilina em sistemas contendo ácido policarboxílico, desenvolvendo rota de síntese da PAni dopada com ácido cítrico (PAni(AC)), tendo como fatores a temperatura de síntese, a razão molar anilina/ácido cítrico e a concentração inicial de anilina. Uma vez que o ácido dopante pode influenciar as propriedades ópticas na polianilina, a PAni dopada com ácido cítrico será avaliada, posterioremente, como fotodegradante do corante azul de metileno em sistema aquoso.

MATERIAL E MÉTODOS: O processo de otimização da síntese da PAni dopada com ácido cítrico foi realizado de acordo com um planejamento fatorial 2³, tendo como parâmetros os fatores: Concentração da anilina (C 0,1 e 0,2 moL-1); Razão molar ácido cítrico/Anilina (R 2,0 e 1,5) e Temperatura de síntese (T 22 (±1) e 5 (±2)), sendo estudados como respostas o rendimento nominal e a condutividade elétrica. O parâmetro K, que dá a razão entre o número de mols de anilina e agente oxidante foi mantido constante e igual a 1 (noxidante = 1,25.nanilina). Utilizou-se a síntese química direta, sendo que a polianilina foi obtida através da polimerização química do sal citrato de anilinum usando-se o persulfato de amônio (PSA) como agente oxidante. Conectou-se em um balão de três bocas em um agitador mecânico com haste de vidro e hélice de teflon. Preparou-se uma solução de 500 mL de ácido cítrico em sistema aquoso e adicionou-se a anilina em 400 mL de solução para a formação do respectivo sal. Preparou-se uma solução aquosa do agente oxidante e realizou-se o resfriamento do sistema em banho de gelo sob agitação constante ate o intervalo de 0-5 ºC (ou temperatura ambiente). Adicionou-se a solução do agente oxidante ao sistema citrato de anilium gota-a- gota para evitar o aquecimento da reação. Observou-se a reação no período mínimo de 4 horas, sob agitação à temperatura de 0-5 ºC (ou ambiente); Após o término da reação filtrou-se a suspensão sob pressão reduzida utilizando-se papel de filtro, funil de büchner e kitazato. Realizou-se a secagem em dessecador ou estufa a vácuo até massa constante. A condutividade elétrica foi medida através do método de quatro pontas, usando um sensor Cascade Microtech acoplado a um eletrômetro programável e fonte de tensão Keithley 6517B.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Tabela 1 mostra os resultados de rendimento nominal e condutividade elétrica para as amostras de PAni dopada com ácido cítrico obtidas através do planejamento fatorial 2³. Observou-se que os valores de condutividade elétrica apresentaram a mesma ordem de grandeza, 10-02 S.cm-1, sendo que as diferenças nos valores não são estatisticamente significativas. Desta forma, o ensaio 5, limitando-se aos fatores e níveis estudados, foi aquele que apresentou as condições mais adequadas para a síntese da polianilina dopada com ácido cítrico, por ser aquele que apresentou maior rendimento.

Tabela 1

Valores de rendimento nominal e condutividade elétrica obtidos paras as amostras de PAni dopada com ácido cítrico de acordo o planejamento fatorial 2³

CONCLUSÕES: Através do planejamento fatorial 2³ escolhido e limitando-se aos fatores e níveis estudados, foi possível observar as melhores condições de síntese para a PAni(AC), sendo C = 0,1 molL-1, R = 2 e T = 22 (±1) ºC.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: MALINAUSKAS, A.; Chemical deposition of conducting polymers, Polymer, vol. 42, p. 3957-3972, 2001.
DUBALA, D. P., PATIL, S. V., GUND, G. S., LOKHANDE, C. D., Polyaniline–polypyrrole nanograined composite via electrostatic adsorption for high performance electrochemical supercapacitors, Journal of Alloys and Compounds, vol. 552, p. 240–247, 2013.
SHUMAKOVICHA, G., KUROVAB, V., VASIL’EVAA, I., PANKRATOVC, D., TROKHOVA, G., MOROZOVAA, O., YAROPOLOVA, A.; Laccase-mediated synthesis of conducting polyaniline, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic , vol. 77 p. 105– 110, 2012.
ZHOU, S.; ZHANG, H., ZHAO, Q., WANG X., LI, J., WANG, F. Graphene-wrapped polyaniline nanoﬁbers as electrode materials for organic supercapacitors, Carbon, Vol. 52, p. 440-450, 2013.
BHADRAA, S., DiKHASTIGIRA, D., SINGHAA, N. K., LEEB, J. H.; Progress in preparation, processing and applications of polyaniline, Progress in Polymer Science, VOL. 34, p. 783–810, 2009.