Alex Massaki Yasuda POLÍMEROS SUPERABSORVENTES FATEC

POLÍMEROS SUPERABSORVENTES
Alex Massaki Yasuda PO092241
Polímeros
Sorocaba
2012

Alex Massaki Yasuda
POLÍMEROS SUPERABSORVENTES
Orientador: Prof. Dr. Haroldo Lhou Hasegawa
Trabalho de Conclusão de Curso -
TCC apresentada à Faculdade de
Tecnologia de Sorocaba, como
parte dos requisitos para obtenção
do grau do curso de Polímeros.
Sorocaba
2012

Dedico este trabalho de conclusão da graduação
aos meus pais Kiyoshi Yasuda e Aparecida
Yasuda, aos meus irmãos Edson e Marcio e
amigos que de muitas formas me incentivaram e
ajudaram para que fosse possível a concretização
deste trabalho.
iii

AGRADECIMENTOS
Agradeço a todas as pessoas do meu convívio que acreditaram, incentivaram e
contribuíram, mesmo que indiretamente, para a conclusão deste curso.
Aos meus pais Kiyoshi Yasuda e Aparecida Yasuda e minhas filhas, pelo amor
incondicional e pela paciência. Por terem feito o possível e o impossível para me oferecerem a
oportunidade de estudar, acreditando e respeitando minhas decisões e nunca deixando que as
dificuldades acabassem com os meus sonhos, serei imensamente grato.
Aos meus irmãos Edson e Marcio, que me incentivaram, sendo além de irmãos amigos,
a correr atrás dos meus objetivos, muito obrigado.
possível.
A Elizabeth Bezerra por incentivar e ajudar para que a formação acadêmica fosse
Aos meus chefes Hideki Higo e Toyoko Higo, pela paciência, incentivo, por
compreender a importância dessa conquista e aceitar a minha ausência quando necessário.
Aos amigos Ricardo, Willians, Sinval e Evandro, pela amizade e por ajudar nas
dificuldades ao longo do tempo acadêmico.
Ao meu orientador Prof. Dr. Haroldo Lhou Hasegawa, pelo empenho, paciência e
credibilidade, muito obrigado.
iv

SUMÁRIO
RESUMO ............................................................................................................................ vi
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................ vii
LISTA DE TABELAS....................................................................................................... viii
ABREVIATURAS E SÍMBOLOS...................................................................................... ix
1 - OBJETIVO DO TRABALHO ........................................................................................ 1
2 - METODOLOGIA UTILIZADA .................................................................................... 1
3 - INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 1
4 – REFERENCIAL TEÓRICO ......................................................................................... 1
4.1. POLIMEROS .................................................................................................................. 1
4.2. POLIMERO SUPERABSORVENTE (PSA) ................................................................... 3
4.2.1. Histórico...................................................................................................................... 4
4.2.2. Definição ..................................................................................................................... 4
5 - MATÉRIA PRIMA (HIDROGEL) ................................................................................ 5
5.1. BIOPOLÍMEROS................................................................................................... 6
6 - FÓRMULAS PARA DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE ABSORÇÃO E
EXPANSÃO VOLUMÉTRICA .......................................................................................... 7
7 – PROPRIEDADES .......................................................................................................... 7
7.1 INFLUÊNCIA DOS TEORES DE SAIS MINERAIS .................................................... 10
7.2. INFLUÊNCIA DO TEOR DE PH NA ABSORÇÃO ..................................................... 11
7.3. INFLUÊNCIA DA POROSIDADE ............................................................................... 11
7.4. INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO LIGAÇÃO CRUZADA .................................. 12
8 – APLICAÇÕES ............................................................................................................. 14
8.1 – HIGIENE PESSOAL .................................................................................................. 14
8.2 – AGRICULTURA ........................................................................................................ 15
8.2.1 – Combate a Desertificação ....................................................................................... 17
8.3. MEDICINA .................................................................................................................. 18
8.3.1. As lentes de contato gelatinosas de Silicone-hidrogel .............................................. 19
8.3.2. Dispositivo para Liberação de Fármaco .................................................................. 19
8.4. BRINQUEDOS ............................................................................................................. 20
9 – CONCLUSÃO .............................................................................................................. 21
10 – REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 22
11 – APÊNDICE................................................................................................................. 24

RESUMO
Os Polimeros Superabsorventes são redes poliméricas hidrofílicas tridimensionais que
apresentam um aumento de volume na presença de água. A expansão volumétrica é devido à
absorção de desse líquido através de sua porosidade, retendo-o dentro de sua estrutura,
formada por ligações cruzadas entre as cadeias principais do polímero. Essas redes
poliméricas podem absorver de 10% até centenas de vezes de peso de água em comparação ao
seu peso quando seco. Portanto, estes polímeros são designados habitualmente por
superabsorventes ou hidroabsorventes. Grande interesse sobre estes materiais tem surgido nos
últimos anos, numa perspectiva de aproveitamento da elevada capacidade de absorção,
dirigida a diversas aplicações tecnológicas. Entre estas aplicações destacam-se como
exemplos, curativos, absorventes femininos, fraldas descartáveis, lentes de contato, entre
outras. Entre as mais recentes e promissoras áreas de aplicação, encontra-se também a
melhora na capacidade de retenção de água pelo solo para o reflorestamento ou para a
agricultura.
Palavras chaves: Polímero, Hidrogel, Superabsorvente.
vi

LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Exemplo do processo de síntese de um polímero ................................................... 3
Figura 2 – Exemplo de Polimeros Superabsorventes comercial (Poliacrilato de Sódio).. ......... 3
Figura 3 – Estruturas da Poliacrilamida e do Poliacrilato de Sódio, onde: “C” representa
átomos de Carbono; “H” átomos de Hidrogênio; “O” átomos de Oxigênio; “N” átomos de
Nitrogênio e “Na” átomos de Sódio........................................................................................ 5
Figura 4 – Reação do processo de polimerização por adição da acrilamida. ............................ 6
Figura 5 – Exemplo de copolimero reticulado de Acrilamida e Acrilato de Potássio(a). Rede
tridimensional retendo H2O dentro da estrutura (b). ................................................................ 8
Figura 6 – Comparação dimensional (centímetros) entre o hidrogel seco (a) e hidratado (b) ... 8
Figura 7 – Fases de absorção das esferas de hidrogel comercial (PAS) ................................... 9
Figura 8 - Micrografias das amostras de SAPC (a), SAPBP1 (b), SAPBP2 (c), SAPBP3 (d) 12
Figura 9 - Vários tipos de estrutura dos hidrogéis. A) Formato de rede ideal. B) Rede com
junções multifuncionais. (C) Emaranhado ou entrelaçamento físico. D) Funcionalidade não
reagida. E) Rede em forma de ‘looping’. .............................................................................. 13
Figura 10 - Variação da capacidade de absorção de água com as concentrações do agente
formador de ligações cruzadas ............................................................................................ 14
Figura 11 – Amostras de Poliacrilato de Sódio antes e depois de hidratado ......................... 15
Figura 12 – Absorção da água pelo superabsorvente no solo. .............................................. 16
Figura 13 – Fases do funcionamento do superabsorvente no solo. ....................................... 17
Figura 14 – Recuperação do solo em áreas desertas. ............................................................ 18
Figura 15 – Lentes de contato de Silicone-Hidrogel contendo diferentes imagens embutida. 19
Figura 16 – Adesivo transdérmico utilizado para liberação de fármaco. ............................... 20
Figura 17 – Brinquedos a base de hidrogel de diversos formatos e cores. . ........................... 20
vii

LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Aumento de massa do Poliacrilato de Sódio após contato de 50 minutos com
diferentes amostras de água e soluções. ............................................................................... 10
Tabela 2 – Capacidade de absorção do PSA para soluções aquosas de diferentes teores de pH.
........................................................................................................................................... 11
viii

D – Diâmetro
L – Comprimento
g – Grama
PA – Poliacrilamida
PAS – Poliacrilato de Sódio
Pc – Amostra hidratada
PNIPA – Poli (N-isopropil acrilamida)
Ps – Amostra seca
pH – Teor de Acidez e alcalinidade
PSA – Polímero Superabsorvente
PVP – Poli-vinil Pirrolidona
ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ix

1 - OBJETIVO DO TRABALHO
Este trabalho teve como objetivo pesquisar a influência dos sais minerais e outras
impurezas na água no coeficiente de absorção do PSA, o histórico e tipos de Polímeros
Superabsorventes presentes, hoje em nosso dia a dia, abordando suas propriedades mecânicas,
estruturais e descrevendo as principais aplicações tecnológicas promissoras.
2 - METODOLOGIA UTILIZADA
O trabalho teve como base a pesquisa bibliográfica em referências como, por exemplo,
artigos científicos, livros técnicos, teses e dissertações sobre o tema, e páginas eletrônicas de
empresas com especializadas na produção de polimeros superabsorventes.
3 - INTRODUÇÃO
Os polímeros, também comumente chamados de plásticos, têm sido empregados em
diversas áreas como: automobilismo, medicina, aeronáutica, etc. Dentre os tipos de materiais
poliméricos, existem os polímeros superabsorventes (PSA) que são materiais hidrofílicos, ou
seja, são capazes de absorver grandes quantidades de água ou soluções aquosas devido à
capacidade que o polímero superabsorvente tem de se expandir.
Este trabalho realiza uma pesquisa sobre os polimeros superabsorventes desde o seu
descobrimento até os dias atuais, abordando as suas propriedades mecânicas, as influências
que levam o hidrogel a absorver e reter soluções aquosas. Além de fomentar em que áreas
estão sendo utilizadas, de quais maneiras são aplicados e quais os polimeros superabsorventes
são usados em cada campo tecnológico.
4 – REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capítulo teve como objetivo abordar as principais teorias envolvendo a história e
as características físico-químicas dos polímeros superabsorventes, utilizando-se de um estudo
bibliométrico realizado em livros, revistas científicas e artigos retirados de páginas da internet.
4.1. POLIMEROS
A palavra polímero vem da junção das palavras gregas poli (muitas) e mero (partes),
ou seja, “um polímero” é uma macromolécula formada por milhares de unidades de repetição
denominadas meros, ligados por ligação covalente. Para a síntese de um polímero, é
necessário que pequenas moléculas (monômeros) se liguem entre si para formar uma longa
cadeia polimérica. Assim, cada monômero deve ser capaz de se combinar com outros dois
1

monômeros, no mínimo, para ocorrer a reação de polimerização. Na pratica, “polímero” se
refere ao material formado por essas macromoléculas (CANEVAROLO, 2002).
Existe no mercado uma grande quantidade de tipos de polímeros, derivados de
diferentes compostos químicos, que pode variar do nafta derivado do petróleo até materiais
sintetizados por organismos vivos. Devido a esta natureza, cada polímero é mais indicado
para uma ou mais aplicações dependendo de suas propriedades físicas, mecânicas, elétricas,
óticas, etc.
Os tipos de polímeros mais consumidos atualmente são os Polietilenos (PE),
Polipropilenos (PP), Poliestirenos (PS), Poliesters e Poliuretanos (PU); que devido a sua
grande produção e utilização e são chamados de polímeros commodities. Outras classes de
polímeros, como os Poliacrilatos, Policarbonatos e Fluorpolímeros tem tido uso crescente no
mercado. Por final, os polimeros são classificados como termoplásticos, termorrígidos e
fibras.
Os termoplásticos, podem ser definidos como Polímero que amolece e pode fluir
quando aquecido. Quando resfriado ele endurece e mantém a forma que lhe é imposta. O
aquecimento e o resfriamento podem ser repetidos muitas vezes (reciclado).
Por outro lado, os termofixos, são polímeros que amolece uma vez com o aquecimento
e sofre o processo de cura no qual se tem uma transformação química irreversível, com a
formação de ligações cruzadas e tornando-se rígido. Neste processo, o material não pode mais
alterar o seu estado físico, não amolece mais, tornando-o infusível e insolúvel
(CANEVAROLO, 2002).
Vale comentar que o termoplástico quando orientado com a direção principal das
cadeias poliméricas posicionadas paralelas ao sentido longitudinal (eixo maior) pode ser
classificado também como fibras. Estas, ainda, satisfazem uma condição geométrica onde o
comprimento (L) é, no mínimo, cem vezes maior que o diâmetro (D) (L/D > 100)
(CANEVAROLO, 2002).
Por final é importante salientar que vários outros polímeros são fabricados em menor
escala por terem uma aplicação muito específica ou devido ao seu custo ainda ser alto, sendo
desta forma chamados de plásticos de engenharia. A Figura 1 apresenta um processo
industrial (cadeia petroquímica) de produção da matéria prima dos polimeros.
2

Figura 1 - Exemplo do processo de síntese de um polímero.
Fonte: Adaptado de Becker (2012)
4.2. POLIMERO SUPERABSORVENTE (PSA)
Os polímeros superabsorventes (PSA) que são materiais hidrofílicos (NASSER, 2007),
ou seja, são capazes de absorver grandes quantidades de água ou soluções aquosas devido a
capacidade que o polímero superabsorvente tem de se expandir. A Figura 2 ilustra um
exemplo de polímero superabsorvente comercial (Poliacrilato de Sódio), usualmente utilizado
na hidratação de plantas.
Figura 2 – Exemplo de Polímero Superabsorvente comercial (Poliacrilato de Sódio).
Fonte: Elaboração Própria
3

Os polímeros superabsorventes também são identificados com as seguintes
nomenclaturas: hidrogel, polímeros hidroredentores e hidropolimeros (AZEVEDO, 2002).
4.2.1. Histórico
Os pioneiros na síntese e trabalho com os hidrogéis neutros foram a dupla de cientistas
Otto Wichterle e Drahoslav Lim em 1960. Eles sintetizaram pela primeira vez o hidrogel Poli-
Metacrilato de Hidroxietila junto com o Diacrilato de Etileno, e também foram responsáveis
pelo desenvolvendo os primeiros biomateriais, os quais tiveram como primeira aplicação as
lentes de contato (SILVA, 2007).
Antes da realização deste trabalho, na década de 70, diversos tipos de polímeros
superabsorventes foram sintetizados para as mais diversas aplicações com ênfase em produtos
para cuidados com a saúde e higiene (AZEVEDO, 2002). Já no início da década de 80, devido
ao aumento das preocupações com o meio ambiente, observava-se já um esforço crescente na
pesquisa de aplicações possíveis destes materiais em novas tecnologias como, por exemplo,
aplicações dos polimeros superabsorventes no tratamento de água, de solo, entre outras
(ROSA, [20-?]).
4.2.2. Definição
Os polímeros superabsorventes constituem uma classe de polímeros que possui grande
afinidade pela água, e estão presentes hoje no mercado diversos tipos desses hidropolimeros.
Os hidrogéis são redes poliméricas hidrofílicas tridimensionais, que apresentam um aumento
de volume na presença de água. Essas redes poliméricas podem absorver de 10 por cento até
centenas de vezes o seu peso quando seco (SILVA, 2007).
A sua principal característica, o grau de absorção também pode ser modificado pela
variação do método de síntese, variação da proporção dos monômeros constituintes, teor do
agente de ligação cruzada e porosidade. Alguns autores definem de forma resumida os PSA
como, por exemplo, Nasser et al (2007, 01) define que:
“Compostos hidrofílicos capazes de absorver e reter em sua estrutura grande
quantidade de água e de permanecer insolúveis. Sua insolubilidade é garantida por
sua estrutura em rede tridimensional, sustentada por ligações cruzadas
intermoleculares.”
4

como:
Já para Chen et al (1985, p. 197-216), um polímero superabsorvente pode ser definido
“Um material que absorve espontaneamente quantidades de fluidos
significativamente maiores do que podem absorver os feltros de fibras ou outros
materiais convencionalmente absorventes.”
Portanto os materiais ou polímero superabsorventes podem ser classificados como um
material polimérico com alta capacidade de absorção de soluções aquosas e expansão
volumétrica.
5 - MATÉRIA PRIMA (HIDROGEL)
Os polímeros superabsorventes mais utilizados no dia a dia são a Poliacrilamida (PA),
que absorve água por meio da formação de pontes de hidrogênio e o Poliacrilato de Sódio
(PAS), apresentado na Figura 3. Neste último, o mecanismo de absorção é, primariamente,
por osmose. A pressão osmótica faz com que o Poliacrilato de Sódio absorva água para
equilibrar a concentração de íons sódio dentro e fora do polímero (MARCONATO, 2002).
Figura 3 – Estruturas da Poliacrilamida e do Poliacrilato de Sódio, onde: “C” representa átomos de
Carbono; “H” átomos de Hidrogênio; “O” átomos de Oxigênio; “N” átomos de Nitrogênio e “Na” átomos de
Sódio
Fonte: Adaptado de Marconato (2002)
5

Além do Poliacrilato de Sódio existem outros tipos de polímeros hidrofílicos que
absorvem água por osmose, sendo que pode ser destacado o Poliacrilato de Potássio e o Poli-
vinil Pirrolidona (PVP).
Os polímeros superabsorventes têm sido habitualmente produzidos pela polimerização
de Ácido Acrílico, Ésteres Acrílicos, Acrilamida e outros monômeros insaturados (ROSA,
[20-?]).
No caso da poliacrilamida, esta é obtida através de uma reação de polimerização de
adição. A polimerização por adição ocorre em três etapas, sendo estas dependentes umas das
outras. Estas etapas são: iniciação, em que são geradas espécies reativas; propagação, em que
há uma adição seqüencial do monômero e terminação, em que o principio reativo é
desativada.
A poliacrilamida pode ser obtida pela polimerização da acrilamida de acordo com a
seguinte imagem representada na Figura 4.
Figura 4 - Reação do processo de polimerização por adição da acrilamida.
Fonte: Adaptado de Mendonça (2012)
Na primeira etapa da polimerização é necessária a existência de um ativador que irá
produzir um iniciador que será o centro ativo. O iniciador reativo irá ligar-se ao monômero de
maneira a quebrar a ligação dupla e a torná-lo também reativo. Resultando assim, radicais
livres que podem formar ligações com outros monômeros (MENDONÇA, 2012).
5.1. BIOPOLÍMEROS
Biopolímeros são materiais fabricados a partir de Fontes Renováveis (milho, cana-de-
açúcar, celulose, quitina, soro de leite, etc.) que têm importância estratégica para o futuro,
principalmente quando utilizam energia renovável em todo seu ciclo de vida.
Devido a questões ambientais, esforços crescentes têm sido empregados no
desenvolvimento de polímeros superabsorventes com características semelhantes, porém à
base de biopolímeros (NASSER, 2007).
6

Numerosos polímeros biodegradáveis estão sendo disponibilizados na biomedicina e
tem sido estudado e utilizado para diversas aplicações medicinais e farmacêuticas, como
aplicações na liberação controlada de fármacos.
A quitosana é um dos polímeros naturais mais utilizados na preparação de hidrogéis
que são capazes de absorver grandes quantidades de água ou fluidos biológicos, constituídos
por 2-acetoamido-2-desoxi-D-glicopiranose e 2-amino-2-desoxi-D-glicopiranose ligadas por
ligações β(1-4). É um biopolímero superabsorvente natural de cadeia linear, derivado da
quitina, a qual constitui as carapaças de crustáceos, exoesqueletos de mosquitos e paredes
celulares de fungos (MOTTA, 2011); muito utilizado como substituinte da pele humana em
pacientes que sofreram queimaduras.
6 - FÓRMULAS PARA DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE ABSORÇÃO E
EXPANSÃO VOLUMÉTRICA
O cálculo de absorção de um hidrogel em porcentagem é feito pesando-se a amostra
seca (Ps) e depois a mesma amostra hidratada (Pc) com a solução, observando a diferença
percentual do peso das duas. Este cálculo expressa o valor que a água é retida no material,
onde é o peso extra que o material adquire quando expandido, tal cálculo pode ser realizado
conforme mostra a Relação 1 (SILVA, 2007).
Água (%) = Pc - Ps x 100 (1)
Ps
Outro cálculo importante, apresentado na Relação 2, é a variação de volume, onde
podemos verificar em porcentagem o quanto o hidrogel expandiu.
Volume expandido (%) = Volume expandido – Volume seco x 100 (2)
7 – PROPRIEDADES
Volume Seco
A expansão volumétrica dos hidrogéis é devido à absorção de soluções aquosas
através de sua superfície porosa, encapsulando-o dentro de sua estrutura, conforme pode ser
observado na Figura 5, pode ser formada por ligações cruzadas entre as cadeias principais.
7

Figura 5 – Exemplo de Copolímero reticulado de Acrilamida e Acrilato de Potássio(a). Rede
tridimensional retendo H2O dentro da estrutura (b).
a) b)
Quando imersos em um ambiente com água, os polimeros superabsorventes expandem
até o seu volume de equilíbrio, conforme pode ser observado na Figura 5, e não se dissolvem
devido as suas propriedades. Em geral, apresentam estabilidade mecânica, podendo resistir a
repetidos ciclos de absorção-dessorção (ROSA [20-?]).
Uma comparação dimensional entre o hidrogel PAS quando seco (Figura 6a) e o
hidrogel hidratado (Figura 6b), utilizando o auxilio de uma régua milimétrica. Foi verificado
que o material quando seco possuía um diâmetro de aproximadamente 4 milímetros e após
hidratado teve o seu diâmetro aumentado em torno de 25 milímetros.
Figura 6 – Comparação dimensional (centímetros) entre o hidrogel seco (a) e hidratado (b).
a) b)
Fonte: Elaboração Própria
8

A Figura 7 ilustra imagens das etapas de expansão volumétrica de um polímero
hidrofílico comercial (PAS).
Figura 7 – Fases de absorção das esferas de hidrogel comercial (PAS).
a) b)
c) d)
Fonte: Elaboração Própria
Quando as primeiras moléculas de água começam a entrar na matriz do hidrogel, elas
vão hidratar primeiro grupos hidrofílicos e polares (Figura 7b). A conseqüência dessa
primeira etapa é que o hidrogel começa a se expandir. Dessa forma, os grupos apolares ficam
expostos, interagindo também com as moléculas de água (Figura 7c). Após essas duas
ligações, uma outra parcela de água (chamada de água livre, pois não participa de ligação) irá
entrar na estrutura do gel levado pelo efeito da força osmótica (Figura 7d) (SILVA, 2007).
Este último efeito, por sua vez, é contraposto pela força das ligações cruzadas do
material que tem um comportamento elástico. Desta maneira, o hidrogel encontra o seu ponto
de equilíbrio na expansão. A chamada água livre preenche o espaço entre as cadeias
poliméricas e os poros do hidrogel que ainda estavam vazios. Neste ponto, se o hidrogel pode
se degradar se a expansão prosseguir, suas ligações tanto das cadeias quanto cruzadas se
dissolverão ou desintegrarão (SILVA, 2007).
Nas Figura 7 observa-se os polimeros superabsorventes (comercialmente chamados de
“cristais de água”) em um recipiente sem água (Figura 7a), depois de 15 minutos submerso na
9

água (Figura 7b), após 1 hora submersa na água (Figura 7c) e cristais já hidratados e
estabilizados (Figura 7d).
7.1 INFLUÊNCIA DOS TEORES DE SAIS MINERAIS
A Tabela 1 revela a capacidade de absorção do superabsorvente Poliacrilato de Sódio,
podendo aumentar com o tempo de contato maior com a água. É interessante observar que a
presença de eletrólitos na água reduz a capacidade absorvente do Poliacrilato de Sódio
(MARCONATO, 2002). Isto ocorre porque o mecanismo de absorção dá-se por osmose. Esse
fenômeno pode ser mais bem visualizado utilizando um pouco do hidrogel de PAS com água
e adicionando sobre ele Cloreto de Sódio sólido (sal de cozinha). A adição de sal faz com que
ocorra uma liberação de solvente (água), quase que instantaneamente, no sentido de que a
concentração de íons sódio seja equilibrada dentro e fora do polímero (MARCONATO,
2002).
Tabela 1 - Aumento de massa do Poliacrilato de Sódio após contato de 50 minutos com diferentes amostras de
água e soluções.
Amostra
Massa de Poliacrilato
de Sódio / g
Massa de Poalicrilato
de Sódio hidratado / g
Massa de água
absorvida / g
Água destilada 0,25 35,25 35
Água mineral 0,25 29,98 29,73
Água de torneira 0,25 21,51 21,26
Solução (NaCl 1%) 0,25 4,77 4,52
Solução (NaCl 10%) 0,25 3,08 2,83
Fonte: Adaptado de Marconato (2002)
A capacidade absorvente do Poliacrilato de Sódio é dependente do teor de sais
dissolvidos na água utilizada no processo. Portanto, é possível que resultados diferentes
daqueles apresentados na Tabela 1 sejam obtidos para os diferentes tipos de água mineral
existentes em nosso mercado. O mesmo pode ocorrer com a água tratada disponível a
população, que tem a sua composição química alterada de uma localidade para outra.
No caso da água mineral, recomenda-se a leitura do rótulo na embalagem, para uma
avaliação da composição química (teor de sais dissolvidos) e das características físico
químicas, como o pH (MARCONATO, 2002).
10

7.2. INFLUÊNCIA DO TEOR DE pH NA ABSORÇÃO
Santos (2006) e colaboradores estudaram a aplicação de PSAs como
impermeabilizante em construção civil, onde chegaram à conclusão de que quando o PSAs
em contato com meios ácidos ou básicos a sua expansão volumétrica decresce de forma
acentuada se comparada com a absorção em água destilada, mas que mantêm as suas
propriedades básicas como polímero.
A Tabela 2 contém dados experimentais de absorção para a determinação da expansão
volumétrica do superabsorvente (PAS), quando em contato com água destilada e meios ácidos
e básicos.
Tabela 2 – Capacidade de absorção do PSA para soluções aquosas de diferentes teores de pH.
Solução Absorção
Experimento 1 Água Destilada 38 ml
Experimento 2 Solução com pH = 4 14 ml
Experimento 3 Solução com pH = 7 16 ml
Experimento 4 Solução com pH = 9 17 ml
Fonte: Adaptado de Santos (2006)
Pode-se observar na Tabela 2 que o Experimento 1 obteve uma absorção maior que os
outros experimentos, isso ocorreu devido à ausência de acidez contida na água. Os demais
experimentos obtiveram sua capacidade de absorção reduzida, devido à acidez da solução.
7.3. INFLUÊNCIA DA POROSIDADE
Uma variável muito importante para a absorção de líquidos é o tamanho dos poros do
hidrogel. A existência de poros pode ser vinculada à separação de fase durante a síntese, ou
eles podem já existir dentro da rede como falha ou descontinuidade (SILVA, 2007).
A pesquisa realizada por Nasser e colaboradores comparando polímeros sintéticos
comerciais e biopolímeros sintetizados, revelou entre outras evidências, a relação direta da
porosidade do material sobre o grau de expansão.
As amostras de PAS secas e sob a forma de pó foram colocadas sob fita de prata
metálica e em seguida cobertas com uma fina camada de ouro em pó. As análises foram
realizadas em microscópio eletrônico de varredura JSM 5610LV (NASSER, 2007).
11

A análise das micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura revelou
que o grau de expansão está intimamente relacionado à porosidade do material (Figura 8). A
rede do SAPC (Figura 8a) apresenta uma porosidade significativamente superior à dos
SAPBPs (Fig.8b-d). Esta diferença fica ainda mais nítida quando o superabsorvente comercial
é comparado ao SAPBP1, o qual apresenta uma estrutura mais compacta e densa mesmo em
relação ao SAPBP2 e SAPBP3, e que levou à menor capacidade de expansão (14±2 g/g).
Foi observado que para os materiais com maior capacidade de expansão, a existência
de partículas porosas era maior (NASSER, 2007).
Figura 8 - Micrografias das amostras de SAPC (a), SAPBP1 (b), SAPBP2 (c) e SAPBP3 (d).
Fonte: Adaptado de Azevedo (2002)
A porosidade dos PAS deve ser suficiente para proporcionar um elevado grau de
expansão associado a propriedades mecânicas adequadas a garantir a integridade do material
depois de expandido (NASSER, 2007).
7.4. INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO LIGAÇÃO CRUZADA
Existem vários métodos para a formação de ligações cruzadas, como radiação e por
reações químicas. As radiações podem ser do tipo raios gama, raios-x e ou ultravioleta.
Quando as ligações cruzadas são preparadas quimicamente, é necessário o uso de pelo menos
um elemento que apresente uma multifuncionalidade química, e seja geralmente de baixa
12

massa molar. Para ligar duas cadeias maiores do hidrogel o elemento que realiza a ligação
cruzada se liga aos grupos funcionais dessas cadeias, formando uma estrutura de rede
(SILVA, 2007). A Figura 9 ilustra os vários tipos de estruturas (rede) dos hidrogéis.
Figura 9 - Vários tipos de estrutura dos hidrogéis. A) Formato de rede ideal. B) Rede com junções
multifuncionais. (C) Emaranhado ou entrelaçamento físico. D) Funcionalidade não reagida. E) Rede em forma
de ‘looping’.
Fonte: Adaptado de Silva (2007)
No mesmo trabalho referido anteriormente, Nasser e colaboradores encontraram
influências das concentrações de ligação cruzada sobre o grau de inchamento.
Os SAPs obtidos com quantidades variadas de agente de ligação cruzada foram
avaliados quanto ao grau de expansão. Foi verificado que, no intervalo de concentração
usado, inicialmente, o aumento na concentração do agente de ligações cruzadas levava ao
aumento na capacidade de absorção do SAP (Figura 10). O máximo em absorção de água foi
obtido para a reação realizada com 0,012 mol/L (SAPBP2) do agente de ligações cruzadas.
13

Figura 10 - Variação da capacidade de absorção de água com as concentrações do agente formador de
ligações cruzadas.
Fonte: Adaptado de Nasser (2007)
Com concentrações mais elevadas do agente formador de ligações cruzadas, a
capacidade de expansão sofreu um decréscimo, provavelmente devido ao elevado grau de
reticulação. Este tipo de curva foi igualmente observado em estudos anteriores sobre a
influência da concentração do agente de ligações cruzadas na capacidade de expansão.
Algumas modificações nas condições reacionais, feitas no processo de obtenção do SAPBP2,
levaram a um produto com uma maior capacidade de expansão (SAPBP3, 167±5 g/g). O
SAPC apresentou uma capacidade de expansão de 397±3 g/g quando avaliado pelo mesmo
método (NASSER, 2007).
8 – APLICAÇÕES
Nos últimos anos, várias aplicações de polímeros superabsorventes têm-se revelado de
particular interesse. Uma parte significativa do atual mercado tem sido relacionada com
produtos de cuidados higiênicos, perspectivando-se a utilização numa gama variada de outras
aplicações, tais como na agricultura e medicina (ROSA [20-?]).
8.1 – HIGIENE PESSOAL
A maior parte dos PSAs utilizados hoje no mercado são destinados a produtos de
higiene pessoal como fraldas descartáveis e absorventes femininos. A Poliacrilamida foi
testada como componente de absorventes e fraldas descartáveis, mas foi abandonada devido
ao excessivo aumento de massa e volume (MARCONATO, 2002).
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Tal abandono só ocorreu por causa da Poliacrilamida ser muito menos sensível ao
efeito das impurezas da água do que o Poliacrilato de Sódio, pois essencialmente forma
pontes de hidrogênio com a água, facilitando a absorção e o intumescimento. A Figura 11
apresenta aspectos do polímero superabsorvente seco e hidratado após contato com a água,
mostrando a função do polímero na fralda descartável (MARCONATO, 2002).
Figura 11 – Amostras de Poliacrilato de Sódio antes e depois de hidratado.
Fonte: Adaptado de Marconato (2002)
O Poliacrilato de Sódio foi introduzido em fraldas descartáveis no início da década de
80, tendo revolucionado esse mercado, pois, além de permitir uma redução na massa média
das fraldas em torno de 50%, aumentou muito sua qualidade absorvente (MARCONATO,
2002).
Cerca de 90% de todos os materiais superabsorventes são usados em produtos
descartáveis, como fraldas e absorventes femininos (NASSER, 2007).
8.2 – AGRICULTURA
A utilização dos superabsorventes no solo é uma tentativa de contribuir para a
melhoria de eficiência do uso da água e, consequentemente, aumentar ou viabilizar a
produção agrícola ou reflorestamento em algumas regiões (REZENDE, 2000).
O hidrogel é utilizado na agricultura, horticultura, paisagismo e reflorestamento;
oferecendo grandes vantagens para o produtor. Entre elas redução nos custos, oferecendo uma
produção final, mais barata e ecologicamente correta (REZENDE, 2000). A Figura 12 ilustra
como a inserção de hidrogel no solo pode auxiliar na contenção de água próximo às raízes de
uma planta.
15

Figura 12 – Absorção da água pelo superabsorvente no solo.
Fonte: http://gelhidroretentor.blogspot.com.br/ (2012)
Na década de 80, os hidroabsorventes foram desenvolvidos em diferentes centros de
pesquisa para atender a diversas finalidades. Começaram a ser utilizados na agricultura como
condicionadores de solo devido a capacidade apresentada de absorver e reter água
(REZENDE, 2000).
Pesquisadores e agricultores que utilizaram esse polímero (PAS) obtiveram sucesso e
confirmam a sua viabilidade para o uso na agricultura (REZENDE, 2000). Quando utilizado
em cultivos no solo, absorve a água da chuva e ou da irrigação e age como uma reserva para
as plantas, liberando umidade de acordo com a necessidade do cultivo. O gel ajuda a diminuir
o estresse hídrico, os efeitos da estiagem e a mortalidade das plantas. O resultado é o rápido
estabelecimento da cultura e redução de custos com replantio e irrigação.
As partículas de superabsorvente são dispersas no solo, ao nível que são incorporadas
as sementes (Figura 13 a), retendo parte da chuva ou da rega (Figura 13 b). O superabsorvente
cede gradualmente a planta à água retida, re-hidratando-se eventualmente cada vez que ocorre
pluviosidade ou rega (Figura 13 c). Esgotada a água disponível, as partículas, que entretanto
“encolheram”, retornam a forma original e deixam cavidades que contribuem para um melhor
arejamento do solo (Figura 13 d) e o processo é reversível perante novo fornecimento de água,
onde o polímero volta a reter parte da água filtrada (Figura 13 e).
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Figura 13 – Fases do funcionamento do superabsorvente no solo.
Fonte: Adaptado de ROSA
As vantagens oferecidas pelo superabsorvente para o melhoramento do solo são
(http://gelhidroretentor.blogspot.com.br/, 2012):
• Redução de perdas de mudas;
• Aumento de produtividade;
• Redução da mão de obra de replante;
• Aumento a retenção de água no solo;
• Redução custos com irrigação;
• Ação por até 5 anos no solo;
• Melhora na aeração e diminuição da compactação do solo.
8.2.1 – Combate a Desertificação
A desertificação constitui um dos mais graves problemas ambientais do mundo, com
graves implicações sociais e econômicas, e que depende de factores naturais e humanos. Os
fenômenos que conduzem a desertificação são alterações dos microclimas locais, tais como a
degradação da cobertura vegetal ou o mau uso do solo (NUNO).
Na Figura 14 é ilustrado uma foto de região com resultados da aplicação do polímero
hidrofilico que contribuiu para o combate à desertificação, permitindo assim a recuperação do
solo e a reflorestação em regiões do Sul de Portugal.
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Figura 14 – Recuperação do solo em áreas desertas.
Fonte: Adaptado de NUNO
Portanto o interesse fundamental do uso de superabsorventes em áreas desertificadas
se concentra numa melhor gestão da água, esta ação revela-se indispensável ao processo
produtivo em situações onde a escassez de água seja o fator limitante.
8.3. MEDICINA
Atualmente, pesquisas vêm sendo realizadas como os polímeros no campo da
biomedicina. Esses biomateriais podem ser empregados separadamente e/ou combinados com
outras substâncias, principalmente as de origem natural.
Existem hoje diversos de hidrogeis utilizados neste campo, como por exemplo:
PNIPA [poli (N-isopropil acrilamida)] – utilizada em liberação de fármaco e
engenharia de tecidos (SILVA, 2007);
PVP [poli (1-vinil-2-pirrolidona)], liberação de fármaco (ROGERO, 2006);
Poli (metacrilato de 2-hidroxietilo) utilizado em revestimento de materiais cirúrgicos,
tais como cateteres, “by-passes”, cânulas, membranas de rins artificiais (ROSA [20-?]);
Poli (metacrilato de glicerilo) em lentes de contacto flexíveis (ROSA [20-?]).
Com seu alto poder de absorção, cada vez mais o hidrogel tem sido aplicado em
diversas áreas medicinais e farmacológicas, tais como curativos, sistemas de liberação de
fármacos, nas aplicações de resinas dentarias, implantes, aplicações oftalmológicas, sistemas
que respondem a determinados estímulos e órgãos híbridos para transplante, sendo a pele
artificial o principal exemplo deste uso (ROGERO, 2006).
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A seguir comentaremos um pouco de dois casos utilizados na medicina e que estão
presentes em nosso cotidiano, as lentes de contato de Silicone-hidrogel e dispositivo para
liberação de fármaco.
8.3.1. As lentes de contato gelatinosas de Silicone-hidrogel
Introduzidas comercialmente no mercado global no final da década de 90, as lentes de
contato de Silicone-hidrogel representaram um importante marco na ciência dos materiais
para este tipo de dispositivo médico (CORREA, 2010). Um exemplo de lentes de contato
encontrado hoje no mercado é ilustrado na Figura 15.
Figura 15 – Lentes de contato de Silicone-Hidrogel contendo diferentes imagens embutida.
Fonte: Adaptado de Bandeira (2010)
Os principais e mais recentes desafios para o desenvolvimento de novas tecnologias
estão relacionados a uma melhora significativa da visão e do conforto do paciente, ao mesmo
tempo em que uma melhor biocompatibilidade e um menor impacto do material sobre a
fisiologia da córnea sejam obtidos (CORREA, 2010). Os materiais à base de hidrogel
disponíveis até aquele momento do final do século passado, a adequada disponibilidade de
oxigênio para a córnea sempre surgia como um importante desafio. Não menos importantes,
sintomas como desconforto e ressecamento ao final do dia permaneciam como questões ainda
não resolvidas (CORREA, 2010).
8.3.2. Dispositivo para Liberação de Fármaco
Sistema de liberação de fármacos é definido como a forma ou o mecanismo pelo qual
a droga (remédio) é liberada no organismo, após sua administração (COSTA, 2009). O
desenvolvimento de formas diferenciadas de transporte do medicamento no organismo é
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essencial para que os efeitos desejados sejam atingidos em sua plenitude, reduzindo o risco de
intoxicações e diminuindo o tempo do tratamento.
Atualmente há uma procura por formas diferenciadas e mais efetivas de liberação, de
forma que a droga possa atingir seu local de ação, na proporção e tempo desejado. E é um
foco de expectativas para desenvolvimentos de novos tratamentos de medicamentos e
aprimoramento dos existentes.
Em forma de curativo (Adesivo transdérmico) a droga é liberada de forma lenta e
gradual, levando horas até mesmo dias para a liberação total do fármaco. A Figura 16 ilustra
um exemplo de liberação controlada na pele, onde a mistura encontrada contém 92% de água
contendo a droga, os outros 8% são formados por material plástico.
8.4. BRINQUEDOS
Figura 16 – Adesivo transdérmico utilizado para liberação de fármaco.
Fonte: Adaptado de Geraque (2009)
Devido a sua capacidade de absorção de água, de ser inodoro e atóxico, e ser possível
de ser conformado em diversos formatos e ter cores atrativas, os hidrogeis têm ganho mercado
na indústria de brinquedos. Um exemplo de brinquedo de hidrogel é apresentada na Figura 17
onde está ilustrado o seu formato original (pequeno) e depois de hidratado (grande).
Basicamente a atração do brinquedo é observar que, após algumas horas o objeto cresce
quando é submerso na água.
Figura 17 – Brinquedos a base de hidrogel de diversos formatos e cores.
Fonte: Elaboração Própria
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9 – CONCLUSÃO
Foi verificado que quanto maior o teor de sais minerais ou outras substâncias e maior a
acidez encontrados na água, menor será o seu coeficiente de absorção. Onde a água destilada
obteve uma maior absorção pelo PSA por estar isento de impurezas (substância pura).
A análise das micrografias obtidas revelou que o grau de expansão volumétrica do
polímero superabsorvente está intimamente relacionado à porosidade, onde a elevação da sua
estrutura mais compacta e densa diminui relativamente a sua absorção de uma solução
aquosa.
O Poliacrilato de Sódio foi o melhor hidrogel que atende as necessidades para a
utilização em produtos de higiene pessoal e na diminução do estresse hídrico que a estiagem
causa no solo.
O uso dos SAP’s e outros tipos de hidrogéis não se restringem somente à aplicação
simples como os itens descartáveis, como fraldas. Mas com o avanço de novas tecnologias e
atuais pesquisas científicas, novos mercados estão surgindo para a classe dos polimeros
hidrogéis.
Por possuírem alta resistência aos ataques microbiológicos, as pesquisas têm mostrado
que é possível utilizar os biopolímeros atribuindo características semelhantes aos SAP’s
comerciais existentes. O uso dos SAP’s biopolímeros pode minimizar bastante os efeitos que
os SAP’s comuns causam ao meio ambiente, se degradando mais rapidamente.
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10 – REFERÊNCIAS
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crescimento de mudas de café. 2002. Disponível em:
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http://olhaquemaneiro.blogspot.com.br/2010/05/lentes-de-contato-para-copa-2010.html>.
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. Acesso em: 23 fev. 2012.
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gerações: fronteiras entre a relevância clínica e mensagens de marketing. Moreira Jr
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2012, 20:20.
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GERAQUE, E. Curativo "high-tech" trata leishmaniose. Folha de São Paulo. 2009.
Disponível em: . Acesso
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MARCONATO, J. C.; FRANCHETTI, S. M. M. Polimeros Superabsorventes e as Fraldas
Descartáveis. Um material alternativo para o ensino de polimeros. 2002. Disponível em:
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MENDONÇA, B.; PEIXOTO, C. Trabalho nº1 Poliacrilamidas. 2012. Tese – Instituto
Politécnico de Bragança. São Paulo. 2012. Disponível em:
. Acesso em: 25 mai. 2012.
22

MOTTA, C. Preparação e caracterização de Hidrogeis superabsorventes de Quitosana e
Poliacrilonitrila para retenção de água. 2011 Seminário/IC. SIC/UFSC. Disponível em: <
http://formulario.pibic.ufsc.br/pub/verResumo/29437>. Acesso m: 21 de mar. 2012.
NASSER, R.O. et al. Correlação entre a capacidade de inchamento e as características
estruturais de Polímeros Superabsorventes. In: 9º CONGRESSO BRASILEIRO DE
POLIMEROS. Anais. 2007. Disponível em:
. Acesso em: 06 fev. 2012,
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NUNO, A. C. Utilização de polímero superabsorventes no combate a desertificação.
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REZENDE, L. S. Efeito de incorporação de polímero hidroabsorvente na retenção de
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ROGERO, S. O. et al. Matriz de hidrogel de Poli-Vinil Pirrolidona (PVP) e
Polietilinoglicos (PEG) para dispositivo de liberação de fármaco. 17º CBECIMat -
Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais. 2006. Foz do Iguaçu. PR, Brasil.
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em construção civil. IV Congresso de pesquisa e inovação da rede Norte e Nordeste de
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SILVA, L. B. J. Novo Hidrogel eletro, pH e termoresponsivo para aplicações em
Músculos Artificiais e Atuadores. 2007. 148 p. Tese (Pós-graduação em Engenharia
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TRENTO, R. Polimeros Superabsorventes e as Fraldas Descartáveis. Engenharia Química
– SOCIESC. Bacharelado em engenharia química. Instituto Superior Tupy. Disponível em:
.
Acesso em: 14 de mar. 2012.
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11 – APÊNDICE
FÁRMACO - Designa qualquer composto químico que seja utilizada com fim medicinal. A
palavra fármaco designa todas as substâncias utilizadas em Farmácia e com ação
farmacológica, ou com interesse médico.
HIDROFÍLICO - Que absorve água e outros líquidos.
HIGROSCOPIA - É a propriedade que certos materiais possuem de absorver água.
HIGROSCOPICO - Que tem tendência em absorver água, como por exemplo: esponja,
papel, tecidos, madeira etc.
OSMOSE - É um processo físico em que a água se movimenta entre dois meios com
concentrações diferentes de soluto, separados por uma membrana semipermeável (permite
somente a passagem das moléculas de água). Neste processo, a água passa de um meio
hipotônico (menor concentração de soluto) para um hipertônico (maior concentração de
soluto). O processo se finaliza quando os dois meios ficam com a mesma concentração de
soluto (isotônico).
POROSIDADE – Em geologia, porosidade é a característica de uma rocha poder armazenar
fluidos em seus espaços interiores, chamados poros. São a existencia de espaços (poros) entre
as partículas que formam qualquer tipo de matéria. Esses espaços podem ser maiores ou
menores, tornando a matéria mais ou menos densa.
QUITINA – A quitina é um polímero (polímeronatural) de cadeia longa derivado da glicose
encontrado em muitos lugares do mundo natural. Quitina é o principal componente das
paredes celulares de fungos; exoesqueletos de artrópodes como crustáceos (caranguejo,
camarão, lagosta) e insetos (formigas, abelhas, borboletas); e partes de moluscos.
TRANSDÉRMICO - Que passa através da pele (pop). Penso transdérmico é um adesivo
impregnados com um fármaco, que é absorvido lentamente através da pele.
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