Foram estudadas fases micelares do sistema lauril (dodecil) sulfato de sodio (sls)/agua/decanol nos estados isotropico i e liquido-cristalino por espalhamento de raios-x com enfase nas transicoes de fase iSETAhexagonal hALFA e iSETAnematica nc. O estudo das posicoes do pico intermicelar no sistema binario sls/agua, indica que as micelas sao estaveis e levemente anisometricas nas fases i concentradas com empacotamento local de micelas esferoidais. Ocorre crescimento micelar na vizinhanca da transicao iSETAhALFA. A analise da curva de espalhamento i (q) em concentracoes menores (ate 9% em peso de sls) mostra ser possivel a determinacao da funcao distribuicao de distancias p (r), em casos especificos onde i (q) e dominada por um pico predominantemente relacionado a estrutura interna micelar. As anisometrias micelares NI sao deduzidas dos valores de dmax sendo p (r)=0 para r> OU =dmax obtemos NIAPROXIMADAMENTE IGUAL1.5. A analise das curvas de espalhamento de solucoes mais concentradas evidenciam que as micelas crescem mais por adicao de decanol ao longo da transicao de fase iSETAnc (NIAPROXIMADA MENTE IGUAL3) do que por aumento de concentracao de anfifilico no sistema binario ao longo de iSETAhALFA (NIAPROXIMADAMENTE IGUAL2,4). Estes resultados sao discutidos no ambito de previsoes teoricas recentes de transicoes de fase iSETAliquido-cristalinas / Micellar phases of the system sodium dodecyl sulfate (SLS)/water/decanol have been studied by X-ray scattering in isotropic I and liquid crystalline states, with emphasis on the 1-+hexagonal Ha and 1nematic Nc phase transitions. Study of the intermicellar peak position in the binary SIS/water system, taking into account relative volumes of amphiphile, shows that micelles are stable and slightly anisometric in concentrated I phases, with local close packing of spheroidal micelles. Micellar growth occurs only near the 1Ha transition. Analysis of the scattering curve I( q) for lower concentrations (up to 9 wt% SLS) shows that it is possible to obtain the distance distribution function p(r), in specific cases in which l(q) is dominated by a peak due to the inner micellar structure. Micellar anisometries v are deduced from Dmax values, with p(r)=O for r Dmax. It results v.: 1.5. The electron density distribution p(r) obtained from p(r) in these lower concentrations confirm the existence of micellar anisometry.

Foram estudadas fases micelares do sistema lauril (dodecil) sulfato de sodio (sls)/agua/decanol nos estados isotropico i e liquido-cristalino por espalhamento de raios-x com enfase nas transicoes de fase iSETAhexagonal hALFA e iSETAnematica nc. O estudo das posicoes do pico intermicelar no sistema binario sls/agua, indica que as micelas sao estaveis e levemente anisometricas nas fases i concentradas com empacotamento local de micelas esferoidais. Ocorre crescimento micelar na vizinhanca da transicao iSETAhALFA. A analise da curva de espalhamento i (q) em concentracoes menores (ate 9% em peso de sls) mostra ser possivel a determinacao da funcao distribuicao de distancias p (r), em casos especificos onde i (q) e dominada por um pico predominantemente relacionado a estrutura interna micelar. As anisometrias micelares NI sao deduzidas dos valores de dmax sendo p (r)=0 para r> OU =dmax obtemos NIAPROXIMADAMENTE IGUAL1.5. A analise das curvas de espalhamento de solucoes mais concentradas evidenciam que as micelas crescem mais por adicao de decanol ao longo da transicao de fase iSETAnc (NIAPROXIMADA MENTE IGUAL3) do que por aumento de concentracao de anfifilico no sistema binario ao longo de iSETAhALFA (NIAPROXIMADAMENTE IGUAL2,4). Estes resultados sao discutidos no ambito de previsoes teoricas recentes de transicoes de fase iSETAliquido-cristalinas / Micellar phases of the system sodium dodecyl sulfate (SLS)/water/decanol have been studied by X-ray scattering in isotropic I and liquid crystalline states, with emphasis on the 1-+hexagonal Ha and 1nematic Nc phase transitions. Study of the intermicellar peak position in the binary SIS/water system, taking into account relative volumes of amphiphile, shows that micelles are stable and slightly anisometric in concentrated I phases, with local close packing of spheroidal micelles. Micellar growth occurs only near the 1Ha transition. Analysis of the scattering curve I( q) for lower concentrations (up to 9 wt% SLS) shows that it is possible to obtain the distance distribution function p(r), in specific cases in which l(q) is dominated by a peak due to the inner micellar structure. Micellar anisometries v are deduced from Dmax values, with p(r)=O for r Dmax. It results v.: 1.5. The electron density distribution p(r) obtained from p(r) in these lower concentrations confirm the existence of micellar anisometry.

Simulações de Dinâmica Molecular tornaram-se uma ferramenta indispensável no estudo de sistemas em fase condensada, incluindo sistemas líquido-Cristalinos, e na predição de propriedades dinâmicas. Cristais líquidos possuem um leque enorme de aplicações, mas o estudo teórico destes sistemas torna-se complicado devido ao seu tamanho, ao método utilizado para obtenção dos parâmetros do campo de força e, principalmente, à transferibilidade dos parâmetros para outro estado termodinâmico. Tendo isso em vista, este trabalho propõe uma metodologia para parametrizar campos de força derivados de cálculos mecânico-quânticos que possuam um grau de transferibilidade confiável. O sistema escolhido neste trabalho foi o 4’-Pentil- 4-Carbonitrila, também conhecido como 5CB, pois o mesmo já é utilizado em diversos aparelhos óptico-eletrônicos; a parametrização intramolecular foi feita com o programa JOYCE, e a intermolecular, com o programa PICKY. Os parâmetros intramoleculares obtidos mostraram uma boa descrição da geometria interna do sistema, contribuindo para a parametrização intermolecular, a qual obteve uma excelente descrição de propriedades termodinâmicas. Este trabalho corrobora para a hipótese de que campos de força derivados de cálculos mecânico- quânticos podem descrever diferentes fases termodinâmicas com um alto grau de confiabilidade. / Simulations using Molecular dynamics have become a powerful tool in the study of systems in condensed phase, including liquid-crystalline systems, and in the prediction of dynamical properties. Liquid Crystals have many applications, but the theoretical study of these systems is more complex because of their size, the method that was used in the force field parametrization and, mainly, because in most of the cases parameters cannot be transferred to another thermodynamical state. With that in mind, this work propose a methodology to parametrize force fields derived from quantummechanical calculations and which can be transferred to other thermodynamical state without losing important information. The chosen system in this work was the 4-Cyano-4’-Pentylbiphenyl, also known as 5CB, which have been used in many optical-electronic device and the intramolecular parametrization was done with the JOYCE program and the program PICKY was used in the intermolecular parametrization. The intramolecular parameters obtained show a good description of the internal geometry, contributes to the intermolecular parametrization, with we obtained an accurate description of the thermodynamical and physical chemical properties. This work corroborate to the hypothesis that force field derived from quantum-mechanical calculations can describe different thermodynamical states without losing important information.

[pt] Neste trabalho estudamos a viabilidade do desenvolvimento de um sistema laser de cristal líquido colestérico (CLC) acoplado a fibra óptica visando sua aplicação como um sensor de temperatura. Sensores laser de CLC acoplados a fibra óptica são atrativos devido às enormes vantagens que as fibras ópticas apresentam e à resposta de cristais líquidos a vários estímulos externos. A emissão laser de CLC ocorre na banda de menor energia da banda de reflexão, e corresponde a um comprimento de onda determinado pelo passo e pelo índice de refração extraordinário. Esses parâmetros podem ser alterados pela mudança da temperatura externa, proporcionando variações no comprimento de onda do laser de CLC. Essas variações no comprimento de onda do laser de CLC podem ser usadas para monitorar a temperatura. Obtivemos emissão laser estável num sistema laser CLC acoplado à fibra óptica quando bombeado pelo segundo harmônico de um laser de Nd:YAG e desenvolvemos uma técnica para ancorar o cristal líquido nas extremidades das fibras ópticas. A dependência da emissão laser com a temperatura foi investigada em duas situações, posicionando o laser de CLC entre fibras ópticas e em células de vidro. Diversos cristais líquidos foram estudados a fim de se otimizar a resposta do laser com a temperatura. Variações discretas na dependência do comprimento de onda da emissão laser foram observadas no sistema que utilizava as células de vidro. Associamos esse comportamento à dependência do ancoramento das moléculas do cristal líquido na superfície do vidro com a temperatura. / [en] In this work, we have studied the viability of developing a cholesteric liquid crystal (CLC) laser system coupled into an optical fiber aiming its application as temperature sensor. Sensors made of CLC laser coupled to optical fibers are a very attractive proposition due to the enormous advantages of the optical fibers and the response of the liquid crystal to various external stimuli. The laser emission occurs at the low energy edge of the reflection band, and the corresponding wavelength is determined by the pitch and the extraordinary refractive index. These parameters can be altered by a change in the external temperature, leading to variations in the wavelength of the CLC laser emission, which can be used to monitor the external temperature. We obtained a stable laser emission in a CLC laser system coupled into an optical fiber when pumped by the second harmonic of a Nd:YAG laser. A technique to anchor the liquid crystal at the optical fibers ends was developed. The temperature dependence of the laser emission was investigated in two situations, placing the CLC laser between optical fibers and into the glass cells. Several liquid crystals were studied in order to optimize the laser response with temperature. Discrete variations in the temperature dependence of the laser emission wavelength were observed when the glass cell system was used. We associated this behavior to a temperature dependence of the surface anchoring of the liquid crystal molecules in the glass surface.

Simulações de Dinâmica Molecular tornaram-se uma ferramenta indispensável no estudo de sistemas em fase condensada, incluindo sistemas líquido-Cristalinos, e na predição de propriedades dinâmicas. Cristais líquidos possuem um leque enorme de aplicações, mas o estudo teórico destes sistemas torna-se complicado devido ao seu tamanho, ao método utilizado para obtenção dos parâmetros do campo de força e, principalmente, à transferibilidade dos parâmetros para outro estado termodinâmico. Tendo isso em vista, este trabalho propõe uma metodologia para parametrizar campos de força derivados de cálculos mecânico-quânticos que possuam um grau de transferibilidade confiável. O sistema escolhido neste trabalho foi o 4’-Pentil- 4-Carbonitrila, também conhecido como 5CB, pois o mesmo já é utilizado em diversos aparelhos óptico-eletrônicos; a parametrização intramolecular foi feita com o programa JOYCE, e a intermolecular, com o programa PICKY. Os parâmetros intramoleculares obtidos mostraram uma boa descrição da geometria interna do sistema, contribuindo para a parametrização intermolecular, a qual obteve uma excelente descrição de propriedades termodinâmicas. Este trabalho corrobora para a hipótese de que campos de força derivados de cálculos mecânico- quânticos podem descrever diferentes fases termodinâmicas com um alto grau de confiabilidade. / Simulations using Molecular dynamics have become a powerful tool in the study of systems in condensed phase, including liquid-crystalline systems, and in the prediction of dynamical properties. Liquid Crystals have many applications, but the theoretical study of these systems is more complex because of their size, the method that was used in the force field parametrization and, mainly, because in most of the cases parameters cannot be transferred to another thermodynamical state. With that in mind, this work propose a methodology to parametrize force fields derived from quantummechanical calculations and which can be transferred to other thermodynamical state without losing important information. The chosen system in this work was the 4-Cyano-4’-Pentylbiphenyl, also known as 5CB, which have been used in many optical-electronic device and the intramolecular parametrization was done with the JOYCE program and the program PICKY was used in the intermolecular parametrization. The intramolecular parameters obtained show a good description of the internal geometry, contributes to the intermolecular parametrization, with we obtained an accurate description of the thermodynamical and physical chemical properties. This work corroborate to the hypothesis that force field derived from quantum-mechanical calculations can describe different thermodynamical states without losing important information.

Simulações de Dinâmica Molecular tornaram-se uma ferramenta indispensável no estudo de sistemas em fase condensada, incluindo sistemas líquido-Cristalinos, e na predição de propriedades dinâmicas. Cristais líquidos possuem um leque enorme de aplicações, mas o estudo teórico destes sistemas torna-se complicado devido ao seu tamanho, ao método utilizado para obtenção dos parâmetros do campo de força e, principalmente, à transferibilidade dos parâmetros para outro estado termodinâmico. Tendo isso em vista, este trabalho propõe uma metodologia para parametrizar campos de força derivados de cálculos mecânico-quânticos que possuam um grau de transferibilidade confiável. O sistema escolhido neste trabalho foi o 4’-Pentil- 4-Carbonitrila, também conhecido como 5CB, pois o mesmo já é utilizado em diversos aparelhos óptico-eletrônicos; a parametrização intramolecular foi feita com o programa JOYCE, e a intermolecular, com o programa PICKY. Os parâmetros intramoleculares obtidos mostraram uma boa descrição da geometria interna do sistema, contribuindo para a parametrização intermolecular, a qual obteve uma excelente descrição de propriedades termodinâmicas. Este trabalho corrobora para a hipótese de que campos de força derivados de cálculos mecânico- quânticos podem descrever diferentes fases termodinâmicas com um alto grau de confiabilidade. / Simulations using Molecular dynamics have become a powerful tool in the study of systems in condensed phase, including liquid-crystalline systems, and in the prediction of dynamical properties. Liquid Crystals have many applications, but the theoretical study of these systems is more complex because of their size, the method that was used in the force field parametrization and, mainly, because in most of the cases parameters cannot be transferred to another thermodynamical state. With that in mind, this work propose a methodology to parametrize force fields derived from quantummechanical calculations and which can be transferred to other thermodynamical state without losing important information. The chosen system in this work was the 4-Cyano-4’-Pentylbiphenyl, also known as 5CB, which have been used in many optical-electronic device and the intramolecular parametrization was done with the JOYCE program and the program PICKY was used in the intermolecular parametrization. The intramolecular parameters obtained show a good description of the internal geometry, contributes to the intermolecular parametrization, with we obtained an accurate description of the thermodynamical and physical chemical properties. This work corroborate to the hypothesis that force field derived from quantum-mechanical calculations can describe different thermodynamical states without losing important information.

[pt] A estearamidopropil dimetilamina (SAPDMA) é um surfactante presente em diversos cosméticos do mercado, principalmente em condicionadores e máscaras capilares. Devido ao seu caráter pseudo-catiônico, essa amidoamina alquílica neutraliza as cargas negativas presentes no cabelo, diminuindo o frizz e deixando-os macios e fáceis de pentear. Além disso, essa molécula é uma ótima substituta aos catiônicos tradicionais, por apresentar menor toxicidade aquática e maior biodegradabilidade. Porém, a SAPDMA é uma molécula não-iônica e insolúvel em água pura, tornando-se positivamente carregada apenas quando em menores valores de pH. Atualmente, sabe-se que diferentes ácidos podem originar formulações com diferentes propriedades físico-químicas, porém este fenômeno ainda não é totalmente compreendido. Este trabalho visa avaliar sistemas com 8 ácidos diferentes, e compreender como essa escolha tem impacto nas estruturas coloidais formadas pelo surfactante. Além disso, também tem como objetivo entender como a presença de álcool graxo influencia na formação da fase líquido-cristalina lamelar, alterando as propriedades finais desses diferentes sistemas. As técnicas de caracterização adotadas neste estudo foram a microscopia óptica convencional e de polarização, o espalhamento de luz dinâmico (DLS), o espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS) e a reologia. Os resultados mostram o impacto da escolha dos ácidos nas estruturas coloidais, implicando diferenças que não dependem exclusivamente da variação de pH, mas também das diferentes interações entre a SAPDMA e os ânions envolvidos. A tendência do sistema é formar a fase líquido-cristalina lamelar, mas dependendo do ácido utilizado, as lamelas podem apresentar diferentes morfologias, com alterações em sua curvatura. Dessa forma, a escolha do ácido pode impactar na formação, ou não, de vesículas, além de ter enorme papel na estabilidade dos sistemas e nas propriedades sensoriais dos produtos, as quais são fundamentais para atender as necessidades dos consumidores. Sabe-se que, por um lado, as bicamadas fornecem maior viscosidade para o sistema do que as vesículas, sendo essa uma propriedade de enorme importância para aplicação em cosméticos. Porém, por outro lado, as bicamadas mais maleáveis, as quais podem se fechar mais facilmente formando as vesículas, são uma melhor opção em sistemas de emulsões, já que conseguem estabilizar melhor as gotas de óleo dispersas. Este estudo mostra a importância de se compreender melhor esses sistemas e o impacto do ácido utilizado, para que melhores formulações possam ser elaboradas pelas indústrias de cosméticos, que já fazem uso desse surfactante em diversos produtos consumidos pela sociedade. Segundo o nosso colaborador direto, Dr. Heitor de Oliveira (Coty Inc., Darmstadt/Alemanha), este estudo foi fundamental para que o grupo de P(e)D o qual ele gerencia pudesse otimizar e gerar redução de custos em um grupo de fórmulas de condicionadores capilares, considerados como best seller entre as marcas Clairol NNE e Wella Koleston, ambas pertencentes ao grupo Coty Inc.. As respectivas fórmulas já se encontram em fase de teste final para produção. / [en] Stearamidopropyl dimethylamine (SAPDMA) is a surfactant and it has been widely used in the cosmetics industries, particularly in hair conditioners and masks. Because of its pseudo-cationic nature, this alkyl amidoamine neutralizes the negative charges of hair strands, decreasing frizz, providing greater softness and combing force reduction. Besides that, alkyl amidoamines are excellent substitutes for traditional cationic surfactants, because they present less toxicity and improved biodegradability. However, SAPDMA is insoluble in water, as it behaves as a non-ionic molecule. At low pH values, SAPDMA becomes positively charged and, consequently, soluble in water. Currently, it is known that different acids can induce different colloid structures in formulations containing SAPDMA, which have particular physico-chemical properties. From the best of our knowledge, this phenomenon it not completely understood yet. This study intends to understand how 8 different acids can impact on colloidal structures formed by SAPDMA. In addition, we also aim to understand how fatty alcohols change the final properties of these different systems. The techniques employed to characterize all systems were conventional and polarized optical microscopy, dynamic light scattering (DLS), small angle X ray scattering (SAXS) and rheology. The results revealed that the chosen acids impact differently on the colloidal structures and that the observed differences are not limited only to pH variations, but also to different interactions between SAPDMA and the anions involved, the respective conjugated bases. The systems tendency is to form lamellar liquid-crystalline phase, but depending on the chosen acid, bilayers may have different morphologies, with changes in its curvature. So, the acid choice can impact on the formation, or not, of vesicles, besides it has a huge role in systems stability as well as the sensorial properties of the products, which are key to address the consumer needs that we aim to comply with. On one hand, bilayers can provide increased viscosity that is a property of enormous importance for application in cosmetics. On the other hand, malleable bilayers can easily close and form vesicles, which are better choice for emulsion systems, since they can easier stabilize dispersed oil droplets. This study shows the importance of better understanding systems containing SAPDMA and the impact that different acids have on them. Hence, better formulations could be developed by cosmetic industries, which already use this pseudo-cationic surfactant in several products consumed by society. Accordingly to our direct collaborator Dr. Heitor de Oliveira (Coty Inc., Darmstadt/Germany), this study was essential for the R(and)D group which he manages in order to optimize and generate cost reduction in a group of conditioner formulas considered as best seller within the brands Clairol NNE as well as Wella Koleston, both from Coty Inc.. The respective formulas are already in the final teste phase for production.

[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.