Orientador: Edvaldo Sabadini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T18:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Creatto_EduardoJose_M.pdf: 2495128 bytes, checksum: 6912961c15614521a8e45f4e9139f99f (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A química supramolecular envolve estruturas mantidas por interações intermoleculares. Neste contexto, sistemas que apresentam estruturas auto organizadas são de interesse devido importância como ciência de base bem como aplicabilidade. Neste trabalho foram utilizadas micelas de brometo de hexadeciltrimetilamônio (CTAB) como reticulantes de hidroxietilceluloses hidrofobicamente modificadas. Como as micelas estão em constante quebra e recombinação, reticulações transientes são obtidas. Tais sistemas apresentam comportamento reológico característico, dependente da concentração do surfactante. Obervou-se que a celulose que apresenta maior ramificação hidrofóbica resulta em aumento mais efetivo da viscosidade como consequência do maior grau de reticulação. A Técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) foi utilizada de modo a compreender os processos energéticos envolvidos na agregação. Com esta pôde-se obter parâmetros do sistema como cmc, cac e ?H°mic . Elucidou-se também que as interações polímero-surfactante são de origem hidrofóbica. A adição de salicilato de sódio (NaSal) em solução de CTAB leva a formação de micelas gigantes. Determinou-se por ITC a razão, [CTAB]/[NaSal], em que ocorre a formação de micelas gigantes, bem como a variação de entalpia deste processo. Sistemas contendo micelas gigantes e na presença de celulose hidrofóbicamente modificada foram estudados por reologia. Variações em seu comportamento foram claramente observadas / Abstract: Supramolecular chemistry involves structures maintained by the intermolecular interactions. In this context, systems that have self-assembled structures are of interest because of importance as basic science as well as applicability. In this study, we used micelles formed by hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) as crosslinking agents of hydrophobically modified hydroxyethylcelluloses. As the micelles are constantly breaking and recombination, transient crosslinks are obtained. Such systems have characteristic rheological behavior, dependent on the surfactant concentration. It was observed that the cellulose which is more hydrophobic branching results in more effective increase in viscosity as a result of the higher degree of crosslinking. Isothermal titration Calorimetry (ITC) technique was used to understand the energy involved in the aggregation process. With this it was possible to obtain system parameters such as cmc, cac and ?H°mic. It is also elucidated that the interaction polymer-surfactant are of hydrophobic origin. The addition of sodium salicylate (NaSal) into CTAB solutions leads to formation of giant micelles. It was determined by ITC the ratio [CTAB]/[NaSal] in what occurs the formation of giant micelle, and the enthalpy change of the process. Systems containing giant micelles in the presence of hydrophobically modified cellulose were studied by rheology. Variations in their behavior were clearly observed / Mestrado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientador: Edvaldo Sabadini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T08:47:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ito_ThiagoHeiji_M.pdf: 9507666 bytes, checksum: 9c5cb27aa349ff6d08d87d4e89723fb2 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A formação, estabilidade e aplicações das micelas gigantes têm sido amplamente estudadas. Estes sistemas são muito interessantes devido ao seu comportamento reológico similar aos polímeros. Porém, as micelas gigantes são espécies supramoleculares mantidas por ligações não-covalentes, portanto, sob alta turbulência, podem resistir à degradação mecânica, além de promoverem redução de atrito hidrodinâmico devido ao efeito Toms. Neste estudo, a formação e estabilidade das micelas gigantes formadas pela combinação de surfatantes catiônicos e diferentes compostos aromáticos, foram estudadas sistematicamente. A redução de atrito foi observada medindo o torque aplicado à solução para manter a turbulência. A temperatura do sistema foi progressivamente aumentada, mostrando o ponto específico em que as micelas gigantes são termicamente destruídas. Baseado neste estudo foi possível estabelecer a ordem em termos de estabilidade: ácido orto-hidróxicinâmico (OHCA) ~ salicilato > tosilato > ácido orto-metóxi-cinâmico (OMCA) > fenol. Para benzoato e metóxibenzoato não foi observada a formação de micelas gigantes. Estes resultados revelam algumas interações peculiares entre a cabeça do surfatante e a molécula aromática. Em regimes semidiluídos, começa haver entrelaçamentos das macroestruturas, formando géis de Maxwell, assim, a reologia oscilatória foi usada para determinar G¿, G¿ e o tempo de relaxação em função da frequência. Apesar de G0 ser praticamente o mesmo, o tempo de relaxação parece ser sensível à composição de co-soluto, seguindo a seguinte ordem: fenol < OMCA < tosilato < OHCA ~ salicilato. Experimentos de calorimetria e espalhamento de luz também foram utilizados para corroborar com os experimentos de reologia / Abstract: The formation, stability and applications of worm-like micelles have been widely studied. These systems are very interesting because their rheological behavior is similar to the polymeric one. However, the worm-like micelles are supramolecular species maintained by non-covalent bonds, thus, upon high turbulence, they resist to mechanical degradation, besides, they promote the drag reduction due to Toms Effect. In this study, the formation and stability of worm like micelles formed by the combination of cationic surfactants and different aromatic compounds were systematically studied. The drag reduction was observed by measuring the torque applied to the solution to maintain the turbulence. The system temperature was then progressively enhanced, revealing the specific point in which the worm-like micelles are thermally destroyed. Based in such study it was possible to establish the order in terms of stability: orthohydroxycinnamic acid (OHCA) ~ salycilate > tosylate > orthomethoxycinnamic acid (OMCA) > phenol. For benzoate and methoxybenzoate, no worm-like micelles are observed. These results reveal some peculiar interactions between the head of the surfactant and the aromatic molecules. In more concentrated regime, chains of the wormlike micelles undergo entanglements, forming typical Maxwell gels. The oscillatory rheology was used to determine G¿, G¿ and the relaxation time as a function of the frequency. Although G0 is practically the same, the relaxation time is quite sensitive to the composition of the co-solute, following order: phenol < OMCA < tosylate < OHCA ~ salycilate. Calorimetric and light scattering experiments were carried out to corroborate the rheological experiments / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientadores: Edvaldo Sabadini, René Alfonso Nome Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ito_ThiagoHeiji_D.pdf: 8761085 bytes, checksum: 521d52e10af7805f341661ecc562599c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Micelas gigantes têm sido muito estudadas desde os anos de 1980 e suas propriedades têm atraído a atenção tanto do setor produtivo quanto acadêmico. Aumento de viscosidade, capacidade de reduzir o atrito hidrodinâmico, formação de fluidos viscoelásticos e do tipo gel, são alguns dos fenômenos que fazem deste, um sistema de interesse em ambos os setores. Na literatura, está relatada uma grande quantidade de sistemas com propriedades particulares, inclusive, responsivos a estímulos luminosos, elétricos ou mudança no pH, todas advindas de diversas combinações entre diferentes componentes. No entanto, pouco se conhece a respeito dos fatores que levam à formação (crescimento), à estabilidade e, consequentemente, aos diversos fenômenos que despertam tanto interesse desse tipo de sistema supramolecular. Neste trabalho, buscou-se compreender e sistematizar a influência da estrutura molecular de vários compostos aromáticos na capacidade de induzir a formação de micelas gigantes com surfactantes catiônicos, além de uma interpretação baseada na termodinâmica para compreender o processo de crescimento deste sistema supramolecular. Para isso foram utilizadas várias técnicas como reologia, espalhamento de luz e nêutrons, e calorimetria de titulação isotérmica, que demonstraram uma grande influência de fatores estruturais dos co-solutos aromáticos como a presença de carga, hidrofobicidade e, especialmente, a capacidade de empacotamento devido à planaridade da molécula, demostrado pela primeira vez. Além disso, os ensaios de calorimetria e espalhamento de luz elucidaram como se dá o processo de crescimento da micela, bem como, mostraram a importância que a carga superficial do agregado tem para transição entre micelas curtas e alongadas / Abstract: Giant micelles have been studied since the 1980s and their properties have attracted the attention of both the productive sector and the academic. Viscosity increase, the ability in promote hydrodynamic drag reduction, formation of viscoelastic and gel-like fluids, are some of the phenomena that turn interesting the system in both approaches. In the literature, it is reported a large number of systems showing particular properties, including light, electrical stimuli or pH responsive, resulting from combinations of several different components. However, little is known about the factors that lead to formation (growth), stability and, consequently, to many phenomena which arouse such interest on that kind of supramolecular system. In this study, we tried to understand the influence of the molecular structure of various aromatic compounds in the ability to induce the formation of wormlike micelles with cationic surfactants, and an interpretation based on thermodynamics to understand the growth process of such supramolecular system. Several techniques like rheology, light and neutrons scattering, and isothermal titration calorimetry, have been used in order to study the system, which showed the influence of structural factors of the aromatic co-solutes such as presence of electrostatic charge, hydrophobicity, and the packing capacity due the planarity of the molecule, demonstrated for the first time. Additionally, calorimetric and light scattering measurements elucidated the growth process of the micelle, and showed the importance of the surface charge in transition between small and elongated micelles / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientadores: Edvaldo Sabadini, Rosângela Barros Zanoni Lopes Moreno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_RobertaKamei_D.pdf: 3168201 bytes, checksum: 311be9e2895bc6d972563662136638fa (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O presente trabalho descreve o potencial das micelas gigantes como aditivos para facilitar operações de gravel-pack. O objetivo da operação de completação gravel-pack é obtenção de um filtro de areia ou cerâmica (gravel) capaz de conter areia da formação durante a produção de um poço de petróleo. As micelas gigantes podem ser utilizadas na fase de preenchimento do gravel-pack, com a finalidade de produzir um sistema capaz de reduzir as perdas de carga geradas pelo fluxo turbulento do fluido (por redução de atrito hidrodinâmico), melhorar a homogeneidade da distribuição de areia na dispersão e, consequentemente, viabilizar a operação em cenários de janela operacional estreita. O fênomeno de redução de atrito hidrodinâmico está relacionado com a menor energia requerida para o escoamento de líquidos em regime turbulento, quando certas macromoléculas estão dissolvidas. Estudos indicam que a redução de atrito hidrodinâmico pode estar diretamente relacionada à flexibilidade e ao tamanho de macromoléculas, que podem interagir com os vórtices e evitar a dissipação da energia. Soluções de alguns surfactantes, em determinadas condições, podem formar micelas alongadas (gigantes). O sistema resultante possui algumas características de soluções poliméricas, sendo capaz de produzir o mesmo efeito, sem, no entanto, sofrer degradação mecânica devido ao bombeamento ou cisalhamento prolongado. Foram desenvolvidos estudos fundamentais a partir de medidas reológicas, calorimétricas e de espalhamento dinâmico de luz para investigar a estabilidade térmica e mecânica de micelas gigantes formadas por surfactantes catiônicos e ânions aromáticos. Em seguida, foram avaliadas as melhores composições, nas quais se obtiveram significativos níveis de redução de atrito hidrodinâmico em condições de temperaturas de fundo de poço, em soluções de alta salinidade e usando-se micelas gigantes formadas por surfactantes comerciais. Os resultados desses estudos fundamentais foram utilizados para avaliar o desempenho das micelas gigantes em circuitos de escoamento. Também foi verificado o efeito da presença das micelas gigantes no arraste do grão de areia, em condições próximas às das operações de gravel-pack / Abstract: This thesis describes the potential of wormlike micelles as additives to improve gravel-pack operations. The aim of the completion operation of grave-pack is to create a sand or ceramic filter able to contain the sand formation during the gravel-pack operation in order to produce a system capable of reducing friction losses on a fluid in turbulent flow (by drag reduction), to improve the homogeneity of the distribution of sand dispersion and thus facilitate the operation in case of narrow window scenarios. The phenomenon of drag reduction is related to the lower energy required for liquid transports in turbulent flow when certain macromolecules are dissolved. Studies indicate that drag reduction can be directly related to the flexibility and size of the macromolecules, which can interact with the vortices and prevent dissipation of energy. Solutions of some surfactants, under certain conditions, can form long micelles (wormlike micelles). The resulting system has some characteristics of polymer solutions, being able to produce the same effect, however without suffering degradation due to pumping or high shear. Fundamental studies were conducted using rheological, calorimetric and dynamic light scattering measurements in order to investigate the thermal and mechanical stability of wormlike micelles formed by cationic surfactants and aromatic anions. Then, the best compositions were evaluated, which were obtained significant levels of drag reduction under bottom hole temperature, in solutions of high salinity and using wormlike micelles formed by commercial surfactants. The results of these fundamental studies were used to evaluate the performance of wormlike micelles in flow loops. We also checked the effect of the presence / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Orientador: Edvaldo Sabadini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:28:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Clinckspoor_KarlJan_M.pdf: 16885506 bytes, checksum: bf5bdbaa99957493be29510c93bbd89d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O papel estrutural de cossolutos derivados de cinamato para a formação de micelas gigantes de surfactantes catiônicos. Micelas gigantes (MG) são estruturas de autoassociação de surfactantes que podem ser formadas pela adição de cossolutos aromáticos, como salicilato, a soluções de surfactantes catiônicos como CTAB e TTAB (brometo de cetiltrimetilamônio e brometo de tetradeciltrimetilamônio). Estudou-se o papel de derivados estruturais do ácido cinâmico (C6H6-CH=CH-COOH), a saber, ácido ortohidroxicinâmico (OHCA), ácido ortometoxicinâmico (OMCA), ácido ortohidroxifenilpropiônico (OHPA), ácido 3-fenilpropiônico (3PPA) na formação de MG de CTAB e TTAB, em pH 6, e também foi estudada a variação de pH de soluções com OHCA, entre pH 6 e 11. As técnicas principais utilizadas foram: Reologia oscilatória, Espalhamento estático de luz (SLS), Calorimetria de titulação isotérmica (ITC), Espalhamento de raio X em baixo ângulo (SAXS) e Microscopia de transmissão eletrônica em temperaturas criogênicas (Cryo-TEM). Variando a estrutura dos cossolutos, foi possível observar que tanto a presença da ligação dupla do cinamato quanto a de uma hidroxila na posição orto contribuem para a formação de MGs. Quando o cossoluto possui esses dois grupos, que é o caso do OHCA, as micelas são formadas em proporções muito baixas de [TTAB]/[Cossoluto], como foi visto por ITC. Quando o cossoluto possui somente um dos grupos, a formação de micelas ocorre em proporções maiores (OHPA, OMCA, Cinamato) e quando possui nenhum dos dois grupos (3PPA), não são formadas micelas gigantes. As estruturas das micelas de cada região do ITC foram inferidas por SLS e ensaios viscosimétricos. Variando-se o pH das soluções de OHCA com TTAB, observou-se que quanto maior o pH, as micelas são formadas em proporções maiores e a entalpia de formação é menor. Por reologia, foi visto que em pH 9, o sistema formado possui um tempo de relaxação muito maior que em pHs 6-8, em pH 10 o sistema não é mais Maxwelliano e em pH 11, a solução é fluída como água. Isso ocorre porque, quanto maior o pH, o OHCA se torna mais hidrofólico e menor é sua partição no interior da micela / Abstract: The structural role of cossolutes derived from cinnamate in the formation of cationic surfactante wormlike micelles. Wormlike micelles (WLM) are surfactant self-assembly structures that can be formed by the addition of aromatic cossolutes, like salicylate, to solutions of cationic surfactants like CTAB and TTAB (cetyltrimethylammonium bromide and tetradecyltrimethylammonium bromide). We studied the structural role of structural derivatives of cinnamic acid (C6H6-CH=CH-COOH), namely, orthohydroxycinnamic acid (OHCA), orthomethoxycinnamic acid (OMCA), orthohydroxyphenylproprionic acid (OHPA), 3-phenylpropionic acid (3PPA) on the formation of wormlike micelles of CTAB and TTAB, at pH 6. We also studied the variation of pH, ranging from 6 to 11, on OHCA WLM. The main techniques used were: Oscillatory rheology, static light scattering (SLS), isothermal titration calorimetry (ITC), small angle x-ray scattering (SAXS) and cryogenic temperature transmission electron microscopy (Cryo-TEM). By varying the structure of the cossolutes, it was possible to see that both the presence of a double bond and an ortho-hydroxyl favor the formation of WLM. When the cossolute has both groups (OHCA), the WLM are formed at very low [TTAB]/[Cossolute], as was seen by ITC. When the cossolute has only one of those groups the WLMs are formed at higher proportions (OHPA, OMCA, Cinnamate) and when it doesn't have either groups (3PPA), no WLMs are formed. The structures at each concentration region were inferred by viscosimetry and SLS. When varying the pH of OHCA, it was observed that the higher the pH, the proportion for the formation of WLM is increased, and the enthalpy of formation is smaller. By rheology it was seen that at pH 9, the system formed has a much higher relaxation time than at pH 6-8, at pH 10 the system isn't Maxwellian and at pH 11, the system is liquid. This occurs because by increasing the pH, the hydrophilicity of OHCA is increased, and smaller is its partition on the WLM palisade / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química