[pt] O presente estudo investiga a estrutura e a potencial aplicação de nanopartículas formadas por copolímeros que possuem um bloco neutro e outro bloco aniônico combinados a um surfactante catiônico. Em água, os blocos aniônicos se complexam eletrostaticamente às micelas de surfactante, interconectando-as e formando um núcleo concentrado, que pode até apresentar estrutura líquido-cristalina. Os blocos neutros são hidrofílicos e por isso formam uma casca que estabiliza as nanopartículas em água. Devido à formação do núcleo concentrado de micelas, espera-se que estas nanopartículas sejam capazes de incorporar uma maior quantidade de moléculas hidrofóbicas em comparação a micelas de surfactante puro na mesma concentração. Os resultados indicam que quanto mais longo é o bloco aniônico, mais alta é a incorporação das moléculas hidrofóbicas. Por outro lado, o bloco neutro tem um papel importante para aumentar a estabilidade das nanopartículas em meio aquoso. A incorporação de moléculas hidrofóbicas no núcleo das nanopartículas causa alterações na organização das micelas, levando à formação de diferentes estruturas líquido-cristalinas ou a alterações nas distâncias de correlação. Com base nas propriedades das nanopartículas, foi proposta uma formulação aquosa capaz de incorporar uma quantidade significativa de um filtro solar orgânico. Com os resultados obtidos para esta formulação, foi possível demonstrar sua eficácia em evitar a degradação de cabelos por irradiação ultravioleta, o que torna este sistema um candidato de alto potencial para aplicação na indústria de cosméticos. / [en] The present study investigates the structure and potential application of core-shell nanoparticles formed by block copolymers (consisted of an anionic and a neutral blocks) and a cationic surfactant. In water, the anionic blocks electrostatically complex to the surfactant micelles, interconnecting them and forming a concentrated nucleus, which may form even liquid-crystalline structures. Because the neutral blocks are hydrophilic, they form a shell which stabilizes the nanoparticles in water. The concentrated nuclei of micelles are expected to uptake a higher amount of hydrophobic molecules than the regular micelles of pure surfactant in the same concentration. The longer is the anionic block forming the nucleus, the higher is the uptake of hydrophobic substances. On the other hand, the neutral block plays a key role to increase nanoparticle stability in aqueous medium. The uptake of hydrophobic molecules increased the ordering of the micelles in the nucleus, leading either to the formation of different liquid-crystalline structures or to variations in the correlation distances. Taking these results in to account, we proposed an aqueous formulation with a considerable uptake capacity of an organic sunscreen. The results obtained for this formulation demonstrate its efficacy to avoid hair degradation by ultraviolet radiation exposition, which make this system a potential candidate for applications in the cosmetic industry.

[pt] Rejeitos da mineração contendo grandes quantidades de finos são constantemente descartados em barragens. A recuperação da água contida nesses rejeitos depende, dentre outros fatores, da remoção de reagentes residuais e material particulado fino, que, devido às suas características de tamanho e cargas superficiais requerem tempos de sedimentação impraticáveis industrialmente. Partículas em suspensão, com diâmetro médio inferior a 2 micrometro, não podem ser removidas por sedimentação simples pois, devido às suas cargas superficiais, permanecem em repulsão mútua, promovendo uma estabilidade eletrostática da polpa. Entretanto, o estado de dispersão dessas partículas está diretamente relacionado ao potencial eletrostático de superfície, sendo necessárias etapas de desestabilização de cargas e agregação, por meio de coagulação e floculação. Na indústria mineral as poliacrilamidas são os polímeros comerciais mais comumente utilizados; porém, com a demanda por floculantes de menor custo e ambientalmente amigáveis, como os polímeros naturais de uso ainda incipiente, a quitosana e o ácido húmico passam a ser atrativos para sua aplicação em polpas minerais. Para este caso de estudo serão avaliados um rejeito de níquel e lama vermelha, ambos provenientes de unidades industriais. O pH é uma variável muito influenciável no processo, porém mediante a análise do potencial zeta foram medidas as cargas superficiais resultantes e se determinou o pH de trabalho para cada uma das polpas. A qualidade dos flocos formados tem forte dependência com as condições operacionais de formação como tipo de reagentes e suas combinações, porém mediante a utilização do planejamento experimental foram estudadas variáveis como concentração de sólidos, dosagens de quitosana e de ácido húmico, velocidade e tempo de agitação. Os parâmetros do processo foram otimizados por meio da obtenção e ajuste de modelos matemáticos. Os ensaios de floculação tiveram como variável de resposta a turbidez do sobrenadante e os resultados foram ajustados atendendo às normas ambientais vigentes para reuso da água. Para o rejeito de Ni, em um pH próximo de 7, obteve-se um modelo quadrático, que conferido experimentalmente com as condições otimizadas deu uma resposta de turbidez de 32 NTU. Para o caso da lama vermelha obtiveramse dois modelos: em pH igual a 12 obteve-se um modelo linear, que gerou uma resposta de turbidez de 33 NTU e em pHigual a 8 obteve-se um modelo quadrático, conferido experimentalmente uma resposta de turbidez de 31 NTU. Dessa forma, nota-se que, para os polímeros estudados, é possível reduzir a turbidez de fluxos de sobrenadantes com eficiência de até 90 por cento. / [en] Mining waste containing large amounts of fines are constantly disposed of in dams. The recovery of water contained in these wastes depends, among other factors, the removal of residuals reagents and fine particulate material, which due to their size and surface charge characteristics require of sedimentation times impractical industrially. Suspended particles with an average diameter of less than 2 micrometre, can not be removed by simple sedimentation by reason of their surface charges, remain in mutual repulsion, promoting an electrostatic stability of the pulp. However, the dispersion state of the particles is directly related to the electrostatic surface potential, and steps necessary to destabilize charges and aggregation, through coagulation and flocculation. Polyacrylamides are the most commonly used commercial polymers at the mineral industry; however, the demand for flocculants of lower cost and environmentally friendly, such as natural polymers have incipient use as chitosan and humic acid, become attractive for application in mineral slurries, for this case study will be evaluated the tailings of Ni and the red mud. pH is a very influenceable variable in the process but by an analysis of the zeta potential were measured of resulting surface charges and determined of pH for each of the slurries. The quality of the flakes have formed strong dependence on operating conditions of formation as a kind of reagents and their combinations, but by using the experimental design were studied variables such as of solids concentration, chitosan, humic acid, stirring speed and stirring time. With the obtained mathematical models, were the optimizations conducted of the process parameters. In tests of flocculation, it had turbidity as response variable of the supernatant and the results were adjusted taking into account the environmental standards for water reuse. To Ni in a pH next to 7, there was obtained a quadratic model, given the conditions optimized experimentally gave a turbidity response of 32 NTU. For the case of red mud was obtained two models at pH 12 was obtained as a linear model given experimentally gave a turbidity response of 33 NTU and pH 8 was obtained a quadratic model, given experimentally has a turbidity response of 31 NTU, which show that it is possible to reduce overflow the turbidity from 500 NTU to less than 50 NTU.

[pt] O uso de surfactantes zwitteriônicos em projetos de recuperação avançada de petróleo está limitado à adsorção na superfície da rocha-reservatório, que deve ser prevista para determinar a viabilidade econômica desses projetos. Porém, existe uma falta de modelos capazes de estimar essa adsorção e explicar os mecanismos envolvidos. O objetivo do trabalho foi providenciar modelos que pudessem estimar a adsorção de um surfactante zwitteriônico (CAPB), e explicar seus mecanismos de adsorção. Os experimentos foram realizados em rochas do tipo carbonato e arenito, através de testes com rocha particulada (estáticos) e no interior de núcleos de rocha (dinâmicos). Foi desenvolvida uma metodologia para quantificar o CAPB em salmoura utilizando a cromatografia líquida de alta eficiência. Como um diferencial, a adsorção foi normalizada pela área superficial específica da rocha, através de análise BET (testes estáticos) e microtomografia com (micro)CT-scan (testes dinâmicos). Os resultados foram interpretados com modelos empíricos e teóricos integrados às estimativas de potencial de superfície. Verificou-se para o carbonato, que a primeira camada de adsorção segue um padrão homogêneo, limitada por repulsão eletrostática com a superfície, enquanto a segunda camada segue uma adsorção heterogênea, onde são formados agregados de surfactante mediados por interações hidrofóbicas entre as caudas. Para o arenito, as duas camadas têm uma distribuição heterogênea, explicando a maior adsorção entre as duas rochas. Concluiu-se que os modelos de dupla camada são capazes de explicar e estimar a adsorção em condições de fluxo de forma confiável e a área superficial foi o fator mais relevante na diferença de adsorção dinâmica entre rochas, favorecida no arenito. / [en] The use of zwitterionic surfactants in enhanced oil recovery projects is limited to adsorption on the surface of the reservoir rock, which must be predicted to determine the economic feasibility of these projects. However, there is a lack of models capable of estimating this adsorption and explaining the involved mechanisms. The objective of this study was to provide models that could estimate the adsorption of a zwitterionic surfactant (CAPB) and explain its adsorption mechanisms. Experiments were conducted on carbonate and sandstone rocks using static tests with particulate rock and dynamic tests within rock cores. A methodology was developed to quantify CAPB in brine using high-performance liquid chromatography. As a distinguishing feature, the adsorption was normalized by the specific surface area of the rock, determined through BET analysis (static tests) and microtomography with (micro)CT-scan (dynamic tests). The results were interpreted with empirical and theoretical models integrated with surface potential estimates. For carbonate, it was observed that the first layer of adsorption follows a homogeneous pattern, limited by electrostatic repulsion with the surface, while the second layer follows heterogeneous adsorption, forming surfactant aggregates mediated by hydrophobic interactions between the tails. For sandstone, both layers exhibit a heterogeneous distribution, explaining the higher adsorption between the two rocks. It was concluded that bilayer models are capable of reliably explaining and estimating adsorption under flow conditions, and the surface area was the most relevant factor in the difference of dynamic adsorption between rocks, favored in sandstone.

[pt] A interação entre polímeros e surfactantes de cargas opostas frequentemente resulta na formação de coacervados e pode ser utilizada para promover a deposição de produtos capilares. A compreensão dos efeitos da estrutura molecular, concentração de surfactantes e polímeros, e força iônica é essencial para controlar esse fenômeno. Este estudo utilizou polímeros e surfactantes de cargas opostas que já são aplicados na indústria cosmética: Lauril Éter Sulfato de Sódio (SLES), Lauril Éter Sulfosuccinato Dissódico (SS), Lauroil Sarcosinato de Sódio (LS), Poli(dialildimetilamônio) (PDADMAC) e Hidroxietilcelulose Cationizada (cat-HEC). Para compreender como a estrutura molecular afeta a coloidal na coacervação induzida por diluição, foi usada uma faixa de concentração típica de produtos, o que é raro de se encontrar na literatura. Caracterizamos as amostras pelas técnicas de potencial zeta, espalhamento de raios X a baixos ângulos e microscopia óptica. A deposição sobre fios de cabelo foi avaliada por microscopia óptica e de força atômica. Os sistemas concentrados de SS e LS+PDADMAC foram uma solução micelar que, quando diluídos, se separaram em uma mesofase cúbica Pm3n. O sistema SLES+PDADMAC demonstrou separação de fases mesmo em concentrações elevadas e o planejamento de misturas revelou que pequenas variações na quantidade de PDADMAC têm impacto significativo. O estudo com cat-HEC mostrou que o recobrimento do fio de cabelo pode ocorrer mesmo sem a coacervação, sendo mais dependente da natureza do polímero. Assim, o trabalho correlacionou estruturas coloidais de diferentes sistemas com propriedades macroscópicas possibilitando um controle estratégico de formulações capilares. / [en] The interaction between oppositely charged polymers and surfactants often leads to the formation of coacervates and can be employed to facilitate the deposition of hair care products. Understanding the e ffects of molecular structure, surfactant and polymer concentrations, and ionic strength is essential for controlling this phenomenon. This study utilized polymers and surfactants with opposing charges that are already employed in the cosmetic industry: So dium Laureth Sulfate (SLES), Disodium Laureth Sulfosuccinate (SS), Sodium Lauroyl Sarcosinate (LS), Poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC), and Cationized Hydroxyethylcellulose (cat HEC). To understand how molecular structure affects colloidal st ructure in dilution induced coacervation, a typical concentration range of products was used, which is rare to find in the literature. We employed zeta potential analysis, low angle X ray scattering, and optical microscopy to characterize the materials. De position on hair strands was assessed through optical and atomic force microscopy . The concentrated SS and LS+PDADMAC systems formed micellar solutions that phase separated into a Pm3n cubic mesophase upon dilution. The SLES+PDADMAC system exhibited phase separation even at high concentrations, with mixture design revealing that small variations in the PDADMAC amount had a significant impact. The study with cat HEC demonstrated that hair strand coating could occur even without coacervation, being more depen dent on the nature of the polymer . As a result, this work established a correlation between colloidal structures in different systems and macroscopic properties, enabling strategic control of hair care formulations.