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Emprego de polímeros em unidade piloto de floto-filtração como pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios de leito expansível tratando esgoto sanitário / Post-treatment of effluents from anaerobic reactor treating domestic sewage by flotation/filtration pilot system with cationic synthetic polymersEduardo Rocha Dias Santos 19 September 2008 (has links)
Este trabalho avaliou o desempenho de uma unidade piloto de floto-filtração, que utilizou polímeros associados ao cloreto férrico no pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio de leito expansível (RALEx), tratando esgoto sanitário. Preliminarmente, testaram-se em ensaios de flotação por ar dissolvido em escala de bancada (flotateste), baixas dosagens de polímero sintético catiônico de alto peso molecular como auxiliar de flotação. As dosagens de coagulante deram-se na relação de mg Fe/L por unidade de turbidez (NTU) do RALEx (Fe/turbidez) e variou de 0,08 a 0,18 nos ensaios de bancada. As dosagens fixas de polímero, associadas ao cloreto férrico ocorreram entre 0,1 e 0,4 mg/L. As variáveis operacionais dos ensaios de flotateste e de floto-filtração em escala piloto utilizadas foram: gradiente de floculação de 90/s, tempo de floculação de 18 min, recirculação de 15%, pressão de saturação na câmara com 450±10 kPa e taxa de aplicação superficial igual a 300 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d. Para os ensaios piloto de floto-filtração foi utilizado leito filtrante de areia, com tamanho efetivo de 0,8 mm e profundidade igual a 1,10 m. Dentre os ensaios piloto de floto-filtração realizados, foram obtidos os melhores resultados ao utilizar dosagens variáveis de cloreto férrico respeitando a relação de 0,15 mg Fe/L para cada unidade de turbidez (Fe/turbidez), associado a dosagens fixas de 0,4 mg/L de polímero, produzindo efluente final com SST < 2 mg/L. Para as condições da presente pesquisa, o polímero que propiciou em flotateste efluente com turbidez mais baixa, tem como características: catiônico, alto peso molecular e altíssima densidade de carga. Foi verificado nos ensaios piloto com dosagens de polímero entre 0,4 e 1,2 mg/L um teor de sólidos totais > 3% no lodo flotado. / This work assessed the performance of domestic sewage treatment pilot unit consisting of anaerobic reactor followed dissolved-air flotation/filtration (DAFF). Associated ferric chloride was used polyelectrolytes. First, was tested in lab-scale dissolved-air flotation (LSDAF), low dosages of cationic synthetic polymer with high molecular weight as aiding of flotation. Coagulant dosages was given in mg Fe/L by unit of turbidity (NTU) of RALEx and it varied from 0,08 to 0,16 in LSDAF. The fixed dosages of polymer associated to the ferric chloride happened between 0,1 and 0,4 mg/L.The variables operational of the LSDAF and DAFF were: velocity gradient (90/s), flocculation time (18 min), recirculation rate (15%), air requirements (12 g air/\'M POT.3\'), saturation pressure (450±10 kPa) and surface load (300 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d). In pilot unit DAFF, of bed filter of sand was used, with effective size of 0,8 mm and depth the same to 1,10 m. Best results were achieved with 0,15 mg Fe/L per turbidity associated to 0,4 mg/L of polyelectrolytes, producing final effluent with TSS < 2 mg/L. For the conditions of this research, provide that the polyelectrolyte in LSDAF, effluent with lower turbidity, is characterized: cationic, high molecular weight and high load density. It was verified in the pilot essays with dosages of polymer between 0,4 and 1,2 mg/L thickening sludge > 3%.
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Veneno de Bothrops jararaca modificado com mPEG (monometoxipolietileno glicol) para elaboração de um adjuvante complexado à partícula antigênica / Modify Bothrops jararaca venom with mPEG (monometoxi polietilenglicol) for adjuvante complexed to antigenic particleStephano, Marco Antonio 28 November 2005 (has links)
Enzimas, biofármacos e produtos de origem biológica de modo geral sempre foram obstáculos para o uso terapêutico. Isto em função dos riscos de reação adversa que poderiam ocasionar bem como a indução de uma resposta imunológica desejável ou não. A utilização do monometoxipolietileno glicol (mPEG) conjugado a proteínas e enzimas trouxe novas perspectivas de utilização de substâncias naturais como substâncias farmacológicas ativas, pois o fato de estarem conjugadas a um polímero inerte atribui uma nova estrutura físico-química a essas substâncias, diminuindo consideravelmente os riscos de anafilaxia e a biodegradação por formação de complexos antígeno-anticorpo. Os estudos das variáveis inseridas no fenômeno de formação da estrutura mPEG e proteína, como também os novos sistemas de fornecimento de fármaco-químicos, trouxeram subsídios para o desenvolvimento deste trabalho no que se refere ao fornecimento de antígeno para o sistema imunológico. Este trabalho demonstrou que o mPEG pode ser utilizado como adjuvante e ao mesmo tempo como indutor de mecanismos de tolerância imunológica. Esta modulação ocorre em função da concentração de mPEG conjugado a molécula protéica, de modo que baixas concentrações de aminas conjugadas levam a um mecanismo de adjuvanticidade com aumento da produção de Il-4 e IL-5 e consequentemente aumento da produção de anticorpos quando comparados ao antígeno somente. Por outro lado os mecanismos de tolerância foram demonstrados pelo aumento da produção de IL-2, INF-γ e TNF-α quando concentração de mPEG ultrapassa a de 30% das aminas livres demonstrando uma ativação de células Th1. Também ficou demonstrado que a utilização do mPEG pode ser uzadopara diminuir ou até mesmo eliminar a atividade tóxicas de venenos peçonhentos. Pois durante os experimentos realizados houve uma diminuição de no mínimo de 50% da toxicidade. / Enzymes, biopharmaceutics and biological products in general way had always been obstacles for the therapeutically use. This in function of the risks of adverse reaction that could cause as well as the induction of a desirable immunological reply or not. The use of the monomethoxypolyethylene glycol (mPEG) conjugated proteins and enzymes brought new perspectives of natural substance use as active pharmacology substances, therefore the fact to be conjugated to an inert polymer had given to a good new physical-chemistry structure of these substances, diminishing the risks of anaphylaxis and the biodegradation for of complexes antigen-antibody formation. However the new studies of the inserted variable in the phenomenon of structure mPEG and protein formation as the system of supply of pharmacology-chemistries had also brought subsidies for the development of this work as for supply of antigen for the immune system. This work demonstrated that the MPEG can be used as adjuvant and at the same time as inductive of mechanisms of immunological tolerance. This modulation occurs in function of the concentration of conjugated MPEG the protein molecule, in way that low conjugated concentrations of amine with consequence take to a mechanism of adjuvant effect with increase of the production of Il-4 and IL-5 and increase antibodies production when compared with the antigen only. On the other hand the tolerance mechanisms had been demonstrated by the increase of the IL-2 production, INF-γ and TNF-α when MPEG concentration exceeds 30% of the free amines demonstrating activation of Th1 cells. Also he was demonstrated that the use of the toxic MPEG can be used to diminish or even though to eliminate the activity of poisons. Therefore during the carried through experiments it had a reduction of at the least of 50% of the toxicity.
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Latenciação de hidroximetilnitrofural com derivados de quitosana, potencialmente ativos em leishmaniose e doença de Chagas / Latentiation of hidroximetilnitrofural derivative chitosan, potentially active in leishmaniasis and Chagas diseaseSantos, Katia Solange Cardoso Rodrigues dos 16 May 2005 (has links)
Leishmaniose e doença de Chagas são parasitoses endêmicas causadas, respectivamente, pelos protozoários Leishmania spp. e Trypanosoma cruzi. Ante à escassez de quimioterápicos, à elevada toxicidade dos fármacos disponíveis e à baixa eficácia destes no combate às formas intracelulares, replicantes, dos parasitos há necessidade de buscar novas alternativas quimioterápicas. A atividade tripanomicida do hidroximetilnitrofural, base de Mannich do nitrofural, já era conhecida. O presente trabalho mostra que este derivado também apresenta atividade leishmanicida, quando ensaiado em formas promastigotas de L. amazonensis, L. chagasi e L. baziliensis. Com o objetivo de obter pró-fármacos potencialmente ativos em doença de Chagas e leishmanioses visceral e mucocutânea, planejaram-se e foram sintetizados derivados hidrossolúveis de hidroximetilnitrofural e quitosana, polissacarídeo que apresenta, também, atividade imunomoduladora. Para a aplicação tópica em leishmaniose cutânea sintetizaram-se membranas de quitosana ligada ao hidroximetilnitrofural. Membranas de quitosana copolimerizadas com enxertos de ácido acrílico e metacrilato de hidroxietila foram sintetizadas e avaliadas quanto à biocompatibilidade - trombogenicidade, citotoxicidade e potencial hemolítico. Aquelas com maior teor em metacrilato de hidroxietila não se mostraram citotóxicas, tampouco hemolíticas; aquelas com maior proporção em ácido acrílico, por sua vez, apresentaram excelentes características de intumescimento, mas certo grau de citotoxicidade e hemólise, possivelmente devido à presença de monômeros que não reagiram no material. A ligação do hidroximetilnitrofural à quitosana, por meio de espaçante succínico, produziu prófármaco com propriedades filmogênicas para a aplicação tópica. Os derivados obtidos pró-fármacos e transportadores (quitosanas modificadas) - foram analisados no infravermelho, por ressonância magnética nuclear (RMN 1H e RMN 13C) e por análise térmica - OMTA, TG, OSC. Ensaios de atividade tripanomicida e leishmanicida dos pró-fármacos poliméricos e membranas serão posteriormente efetuados. / Leishmaniasis and Chagas\' disease are endemic parasitosis provoked by the protozoa Leishmania spp and Trypanosoma cruzi, respectively. Due to the scarce chemotherapy, to the high toxicity of the available drugs and to their low effectiveness, mainly in the treatment of intracellular replicant forms of those parasites, the search for new chemotherapeutic alternatives is extremely important. Hydroxymethylnitrofurazone, a nitrofurazone Mannich basis, has proven to be active against trypanomicide before and its activity in cultures of L. amazonensis, L. chagasi and L. braziliensis promastigotes was determined in this work. With the purpose of obtaining prodrugs potentially active in Chagas\' disease and visceral and mucocutaneous leishmaniases, hydrosoluble hydroxymethylnitrofurazone prodrugs have been designed and synthesized using chitosan, a polysaccharide showing immunomudulatory activity, as the carrier. Membranes from chitosan linked with hydroxymethylnitrofurazone have been synthesized for topical administration in cutaneous leishmaniasis. Membranes were obtained by graft copolymerization of hydroxyethy/methacrylate and acrylic acid onto chitosan and their biocompatibility - trombogenicity, citotoxicity and hemolysis potential - was evaluated. Those membranes with higher content of hydroxyethylmethacrylate showed to be neither cytotoxic nor hemolytic; those with higher content of acrylic acid showed good swelling properties, although a certain level of cytotoxicity and haemolysis has been detected, due to the presence of non-reacted monomers. The linkage of hydroxymethylnitrofurazone to chitosan by a succinyl spacer group led to a prodrug with filmogenic properties for topic administration. The derivatives obtained - prodrugs and carriers (modified chitosans) - were analyzed by infrared, nuclear magnetic resonance (1H NMR and 13C NMR) and by thermal analysis - DMTA, TG and DSC. Tests of trypanomicide and leishmanicide activity with polymer prodrugs and membranes will be further developed.
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Veneno de Bothrops jararaca modificado com mPEG (monometoxipolietileno glicol) para elaboração de um adjuvante complexado à partícula antigênica / Modify Bothrops jararaca venom with mPEG (monometoxi polietilenglicol) for adjuvante complexed to antigenic particleMarco Antonio Stephano 28 November 2005 (has links)
Enzimas, biofármacos e produtos de origem biológica de modo geral sempre foram obstáculos para o uso terapêutico. Isto em função dos riscos de reação adversa que poderiam ocasionar bem como a indução de uma resposta imunológica desejável ou não. A utilização do monometoxipolietileno glicol (mPEG) conjugado a proteínas e enzimas trouxe novas perspectivas de utilização de substâncias naturais como substâncias farmacológicas ativas, pois o fato de estarem conjugadas a um polímero inerte atribui uma nova estrutura físico-química a essas substâncias, diminuindo consideravelmente os riscos de anafilaxia e a biodegradação por formação de complexos antígeno-anticorpo. Os estudos das variáveis inseridas no fenômeno de formação da estrutura mPEG e proteína, como também os novos sistemas de fornecimento de fármaco-químicos, trouxeram subsídios para o desenvolvimento deste trabalho no que se refere ao fornecimento de antígeno para o sistema imunológico. Este trabalho demonstrou que o mPEG pode ser utilizado como adjuvante e ao mesmo tempo como indutor de mecanismos de tolerância imunológica. Esta modulação ocorre em função da concentração de mPEG conjugado a molécula protéica, de modo que baixas concentrações de aminas conjugadas levam a um mecanismo de adjuvanticidade com aumento da produção de Il-4 e IL-5 e consequentemente aumento da produção de anticorpos quando comparados ao antígeno somente. Por outro lado os mecanismos de tolerância foram demonstrados pelo aumento da produção de IL-2, INF-γ e TNF-α quando concentração de mPEG ultrapassa a de 30% das aminas livres demonstrando uma ativação de células Th1. Também ficou demonstrado que a utilização do mPEG pode ser uzadopara diminuir ou até mesmo eliminar a atividade tóxicas de venenos peçonhentos. Pois durante os experimentos realizados houve uma diminuição de no mínimo de 50% da toxicidade. / Enzymes, biopharmaceutics and biological products in general way had always been obstacles for the therapeutically use. This in function of the risks of adverse reaction that could cause as well as the induction of a desirable immunological reply or not. The use of the monomethoxypolyethylene glycol (mPEG) conjugated proteins and enzymes brought new perspectives of natural substance use as active pharmacology substances, therefore the fact to be conjugated to an inert polymer had given to a good new physical-chemistry structure of these substances, diminishing the risks of anaphylaxis and the biodegradation for of complexes antigen-antibody formation. However the new studies of the inserted variable in the phenomenon of structure mPEG and protein formation as the system of supply of pharmacology-chemistries had also brought subsidies for the development of this work as for supply of antigen for the immune system. This work demonstrated that the MPEG can be used as adjuvant and at the same time as inductive of mechanisms of immunological tolerance. This modulation occurs in function of the concentration of conjugated MPEG the protein molecule, in way that low conjugated concentrations of amine with consequence take to a mechanism of adjuvant effect with increase of the production of Il-4 and IL-5 and increase antibodies production when compared with the antigen only. On the other hand the tolerance mechanisms had been demonstrated by the increase of the IL-2 production, INF-γ and TNF-α when MPEG concentration exceeds 30% of the free amines demonstrating activation of Th1 cells. Also he was demonstrated that the use of the toxic MPEG can be used to diminish or even though to eliminate the activity of poisons. Therefore during the carried through experiments it had a reduction of at the least of 50% of the toxicity.
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Latenciação de hidroximetilnitrofural com derivados de quitosana, potencialmente ativos em leishmaniose e doença de Chagas / Latentiation of hidroximetilnitrofural derivative chitosan, potentially active in leishmaniasis and Chagas diseaseKatia Solange Cardoso Rodrigues dos Santos 16 May 2005 (has links)
Leishmaniose e doença de Chagas são parasitoses endêmicas causadas, respectivamente, pelos protozoários Leishmania spp. e Trypanosoma cruzi. Ante à escassez de quimioterápicos, à elevada toxicidade dos fármacos disponíveis e à baixa eficácia destes no combate às formas intracelulares, replicantes, dos parasitos há necessidade de buscar novas alternativas quimioterápicas. A atividade tripanomicida do hidroximetilnitrofural, base de Mannich do nitrofural, já era conhecida. O presente trabalho mostra que este derivado também apresenta atividade leishmanicida, quando ensaiado em formas promastigotas de L. amazonensis, L. chagasi e L. baziliensis. Com o objetivo de obter pró-fármacos potencialmente ativos em doença de Chagas e leishmanioses visceral e mucocutânea, planejaram-se e foram sintetizados derivados hidrossolúveis de hidroximetilnitrofural e quitosana, polissacarídeo que apresenta, também, atividade imunomoduladora. Para a aplicação tópica em leishmaniose cutânea sintetizaram-se membranas de quitosana ligada ao hidroximetilnitrofural. Membranas de quitosana copolimerizadas com enxertos de ácido acrílico e metacrilato de hidroxietila foram sintetizadas e avaliadas quanto à biocompatibilidade - trombogenicidade, citotoxicidade e potencial hemolítico. Aquelas com maior teor em metacrilato de hidroxietila não se mostraram citotóxicas, tampouco hemolíticas; aquelas com maior proporção em ácido acrílico, por sua vez, apresentaram excelentes características de intumescimento, mas certo grau de citotoxicidade e hemólise, possivelmente devido à presença de monômeros que não reagiram no material. A ligação do hidroximetilnitrofural à quitosana, por meio de espaçante succínico, produziu prófármaco com propriedades filmogênicas para a aplicação tópica. Os derivados obtidos pró-fármacos e transportadores (quitosanas modificadas) - foram analisados no infravermelho, por ressonância magnética nuclear (RMN 1H e RMN 13C) e por análise térmica - OMTA, TG, OSC. Ensaios de atividade tripanomicida e leishmanicida dos pró-fármacos poliméricos e membranas serão posteriormente efetuados. / Leishmaniasis and Chagas\' disease are endemic parasitosis provoked by the protozoa Leishmania spp and Trypanosoma cruzi, respectively. Due to the scarce chemotherapy, to the high toxicity of the available drugs and to their low effectiveness, mainly in the treatment of intracellular replicant forms of those parasites, the search for new chemotherapeutic alternatives is extremely important. Hydroxymethylnitrofurazone, a nitrofurazone Mannich basis, has proven to be active against trypanomicide before and its activity in cultures of L. amazonensis, L. chagasi and L. braziliensis promastigotes was determined in this work. With the purpose of obtaining prodrugs potentially active in Chagas\' disease and visceral and mucocutaneous leishmaniases, hydrosoluble hydroxymethylnitrofurazone prodrugs have been designed and synthesized using chitosan, a polysaccharide showing immunomudulatory activity, as the carrier. Membranes from chitosan linked with hydroxymethylnitrofurazone have been synthesized for topical administration in cutaneous leishmaniasis. Membranes were obtained by graft copolymerization of hydroxyethy/methacrylate and acrylic acid onto chitosan and their biocompatibility - trombogenicity, citotoxicity and hemolysis potential - was evaluated. Those membranes with higher content of hydroxyethylmethacrylate showed to be neither cytotoxic nor hemolytic; those with higher content of acrylic acid showed good swelling properties, although a certain level of cytotoxicity and haemolysis has been detected, due to the presence of non-reacted monomers. The linkage of hydroxymethylnitrofurazone to chitosan by a succinyl spacer group led to a prodrug with filmogenic properties for topic administration. The derivatives obtained - prodrugs and carriers (modified chitosans) - were analyzed by infrared, nuclear magnetic resonance (1H NMR and 13C NMR) and by thermal analysis - DMTA, TG and DSC. Tests of trypanomicide and leishmanicide activity with polymer prodrugs and membranes will be further developed.
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Química da parte úmida em processo de fabricação de papel - interações em interfaces sólido-líquido. / Wet end chemistry in papermaking - interactions in solid-liquid interfaces.Silva, Deusanilde de Jesus 02 March 2010 (has links)
Um polieletrólito catiônico (poliamina), com baixo peso molecular e elevada densidade de carga, normalmente aplicado como agente coagulante do lixo aniônico, foi usado para estudos de retenção e drenagem na fabricação de papel. O uso do carboximentil celulose de sódio para simulação do teor de lixo aniônico e seu efeito na retenção de cargas minerais foi uma característica importante para este trabalho. Pode ser observado que o aumento da dosagem do polímero catiônico tanto melhora a retenção de cargas minerais, avaliada pela turbidez do filtrado, quanto melhora a drenagem do sistema, avaliada pela velocidade de escoamento. Entretanto, elevadas dosagens deste polímero comprometeram os resultados destes parâmetros devido à inversão de carga do sistema. Pode também ser confirmado que forças de cisalhamento excessivas prejudicam a retenção de cargas minerais. Ademais, um polianfótero, com peso molecular e densidade de carga elevados, contendo grupos positivo (N-[3-(N,N-dimetilamino)propil]acrilamida), negativo (ácido metileno butanodióico) e nulo (acrilamida) na mesma cadeia, foi testado como agente de resistência a seco do papel. Todos os estudos em nível molecular sobre o comportamento do polianfótero em solução e o seu comportamento de adsorção sobre superfícies modelos carregadas, em diferentes condições de pH e de força iônica, foram importantes para explicar tanto dos fenômenos de adsorção, envolvendo fibras celulósicas e polianfótero, quanto o seu efeito na resistência mecânica do papel. Foi observado que a solubilidade do polímero aumenta à medida que o pH se distancia do seu ponto isoelétrico, pHPIE 7,3, e reduz para valores de pH próximos ao pHPIE. O tamanho das estruturas do polianfótero depende do pH do meio de dispersão. As características de tamanho do polianfótero tanto sob a forma de cadeias individuais ou quanto sob a forma de agregados, foram medidas através da técnica de espalhamento dinâmico de luz. As propriedades viscoelásticas das camadas adsorvidas e a quantidade de polímero adsorvida foram medidas através da técnica da balança microgravimétrica com dissipação de energia. Estas duas determinações, associadas às imagens no microscópio de força atômica, foram importantes para o entendimento dos resultados práticos do uso do polianfótero como agente de resistência a seco do papel. Maiores resultados de resistência do papel, avaliada através da resistência à tração, foram alcançados para valores de pH próximos ao ponto isoelétrico onde foram encontrados o seguinte: (1) maiores tamanhos para as estruturas do polímero em solução, (2) maior quantidade de massa nas camadas adsorvidas e (3) a formação de camadas mais viscoelásticas. O fenômeno de separação de fases, associado à mudança da solubilidade do polímero em solução devido ao balanço dos grupos positivos e negativos ionizados ao longo da faixa de pH estudada, foi considerado o principal aspecto para a variação em tamanho dos agregados. Embora este polímero tenha apresentado comportamento antipolieletrólito devido à expansão da sua cadeia e ao aumento da densidade de carga com o aumento da força iônica, considerando o efeito da força iônica para pH 4,3, o comportamento de adsorção do polianfótero foi avaliado como o comportamento de um polieletrólito monocarregado de alta densidade de carga. Maiores e menores quantidades de massas adsorvidas foram encontradas para valores intermediários e extremos de força iônica, respectivamente. As interações eletrostáticas foram consideradas as principais responsáveis pela adsorção do polímero sobre superfícies carregadas. Entretanto, a blindagem de cargas foi considerada a explicação para os baixos valores de massa adsorvida para valores mais elevados de força iônica. / A cationic polyelectrolyte (polyamine), with low molecular weight and high charge density, usually applied as anionic trash coagulant, was used for the retention and drainage studies in the papermaking. The use of sodium carboxymethyl cellulose to simulate the anionic trash content and its effect on the filler retention was an important feature of the work. It could be noted that the increasing of the cationic polymer dosage improves both the filler retention, evaluated by the turbidity of the filtrate, and the system drainage, evaluated by the flow speed. However, high dosages of this polymer compromised the results of these parameters due to the reversal of the system charge. It can also be confirmed that excessive shear forces affect the filler retention. Furthermore, a polyampholyte, with high molecular weight and charge density, containing positive (N-[3-(N,N- dimethylamino)propyl]acrylamide), negative (methylene butanedioic acid), and neutral (acrylamide) groups in the same chain, was tested as a dry strength agent. All of the studies at molecular level concerning to the polyampholyte behavior in the solution and its adsorption behavior on charged model surfaces at different conditions of pH and ionic strength, were important to explain both the adsorption phenomena, involving cellulosic fibers and polyampholyte, and its impact on the paper strength. It was observed that the polymer solubility increases as the pH moves away from its isoelectric point, pHIEP 7.3, and decreases when the pH approaches close to pHIEP. The sizes of the structures of the polyampholytes depend on the pH of the dispersion medium. Also the size characteristics of polyampholyte, both in individual and aggregated forms, were measured by dynamic light scattering technique. The viscoelastic properties of adsorbed layers, as well as the amount of the adsorbed polymer, were measured by quartz crystal microbalance technique with energy dissipation. These two measurements, associated with the atomic force microscopy images, were important to understand the practical results of polyampholyte usage as a dry strength agent. Best results of paper strength, evaluated by paper strength index, were achieved at pH close to the isoelectric point on which one were found the following features: (1) larger sizes of the polymer structures in solution, (2) higher amount of mass in the adsorbed layers, and (3) the formation of more viscoelastic layers. The phase separation phenomenon, associated with the change in the solubility of the polymer due to the balance of the positive and negative groups throughout the studied pH range, was considered the main aspect for the variation in size of the aggregates. Although this polymer shows antipolyelectrolyte behavior due to the expansion of the its chain and the increasing in charge density with the ionic strength, considering the effect of ionic strength at pH 4.3, the adsorption behavior of polyampholyte was evaluated as a monocharged polyelectrolyte behavior with high charge density. Major and minor amounts of adsorbed masses were found for intermediates and extremes values of ionic strength, respectively. The electrostatic interactions were considered the main cause of the adsorption on charged surfaces. However, the electrostatic screening was considered the explanation for the low values of adsorbed mass at higher values of ionic strength.
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Química da parte úmida em processo de fabricação de papel - interações em interfaces sólido-líquido. / Wet end chemistry in papermaking - interactions in solid-liquid interfaces.Deusanilde de Jesus Silva 02 March 2010 (has links)
Um polieletrólito catiônico (poliamina), com baixo peso molecular e elevada densidade de carga, normalmente aplicado como agente coagulante do lixo aniônico, foi usado para estudos de retenção e drenagem na fabricação de papel. O uso do carboximentil celulose de sódio para simulação do teor de lixo aniônico e seu efeito na retenção de cargas minerais foi uma característica importante para este trabalho. Pode ser observado que o aumento da dosagem do polímero catiônico tanto melhora a retenção de cargas minerais, avaliada pela turbidez do filtrado, quanto melhora a drenagem do sistema, avaliada pela velocidade de escoamento. Entretanto, elevadas dosagens deste polímero comprometeram os resultados destes parâmetros devido à inversão de carga do sistema. Pode também ser confirmado que forças de cisalhamento excessivas prejudicam a retenção de cargas minerais. Ademais, um polianfótero, com peso molecular e densidade de carga elevados, contendo grupos positivo (N-[3-(N,N-dimetilamino)propil]acrilamida), negativo (ácido metileno butanodióico) e nulo (acrilamida) na mesma cadeia, foi testado como agente de resistência a seco do papel. Todos os estudos em nível molecular sobre o comportamento do polianfótero em solução e o seu comportamento de adsorção sobre superfícies modelos carregadas, em diferentes condições de pH e de força iônica, foram importantes para explicar tanto dos fenômenos de adsorção, envolvendo fibras celulósicas e polianfótero, quanto o seu efeito na resistência mecânica do papel. Foi observado que a solubilidade do polímero aumenta à medida que o pH se distancia do seu ponto isoelétrico, pHPIE 7,3, e reduz para valores de pH próximos ao pHPIE. O tamanho das estruturas do polianfótero depende do pH do meio de dispersão. As características de tamanho do polianfótero tanto sob a forma de cadeias individuais ou quanto sob a forma de agregados, foram medidas através da técnica de espalhamento dinâmico de luz. As propriedades viscoelásticas das camadas adsorvidas e a quantidade de polímero adsorvida foram medidas através da técnica da balança microgravimétrica com dissipação de energia. Estas duas determinações, associadas às imagens no microscópio de força atômica, foram importantes para o entendimento dos resultados práticos do uso do polianfótero como agente de resistência a seco do papel. Maiores resultados de resistência do papel, avaliada através da resistência à tração, foram alcançados para valores de pH próximos ao ponto isoelétrico onde foram encontrados o seguinte: (1) maiores tamanhos para as estruturas do polímero em solução, (2) maior quantidade de massa nas camadas adsorvidas e (3) a formação de camadas mais viscoelásticas. O fenômeno de separação de fases, associado à mudança da solubilidade do polímero em solução devido ao balanço dos grupos positivos e negativos ionizados ao longo da faixa de pH estudada, foi considerado o principal aspecto para a variação em tamanho dos agregados. Embora este polímero tenha apresentado comportamento antipolieletrólito devido à expansão da sua cadeia e ao aumento da densidade de carga com o aumento da força iônica, considerando o efeito da força iônica para pH 4,3, o comportamento de adsorção do polianfótero foi avaliado como o comportamento de um polieletrólito monocarregado de alta densidade de carga. Maiores e menores quantidades de massas adsorvidas foram encontradas para valores intermediários e extremos de força iônica, respectivamente. As interações eletrostáticas foram consideradas as principais responsáveis pela adsorção do polímero sobre superfícies carregadas. Entretanto, a blindagem de cargas foi considerada a explicação para os baixos valores de massa adsorvida para valores mais elevados de força iônica. / A cationic polyelectrolyte (polyamine), with low molecular weight and high charge density, usually applied as anionic trash coagulant, was used for the retention and drainage studies in the papermaking. The use of sodium carboxymethyl cellulose to simulate the anionic trash content and its effect on the filler retention was an important feature of the work. It could be noted that the increasing of the cationic polymer dosage improves both the filler retention, evaluated by the turbidity of the filtrate, and the system drainage, evaluated by the flow speed. However, high dosages of this polymer compromised the results of these parameters due to the reversal of the system charge. It can also be confirmed that excessive shear forces affect the filler retention. Furthermore, a polyampholyte, with high molecular weight and charge density, containing positive (N-[3-(N,N- dimethylamino)propyl]acrylamide), negative (methylene butanedioic acid), and neutral (acrylamide) groups in the same chain, was tested as a dry strength agent. All of the studies at molecular level concerning to the polyampholyte behavior in the solution and its adsorption behavior on charged model surfaces at different conditions of pH and ionic strength, were important to explain both the adsorption phenomena, involving cellulosic fibers and polyampholyte, and its impact on the paper strength. It was observed that the polymer solubility increases as the pH moves away from its isoelectric point, pHIEP 7.3, and decreases when the pH approaches close to pHIEP. The sizes of the structures of the polyampholytes depend on the pH of the dispersion medium. Also the size characteristics of polyampholyte, both in individual and aggregated forms, were measured by dynamic light scattering technique. The viscoelastic properties of adsorbed layers, as well as the amount of the adsorbed polymer, were measured by quartz crystal microbalance technique with energy dissipation. These two measurements, associated with the atomic force microscopy images, were important to understand the practical results of polyampholyte usage as a dry strength agent. Best results of paper strength, evaluated by paper strength index, were achieved at pH close to the isoelectric point on which one were found the following features: (1) larger sizes of the polymer structures in solution, (2) higher amount of mass in the adsorbed layers, and (3) the formation of more viscoelastic layers. The phase separation phenomenon, associated with the change in the solubility of the polymer due to the balance of the positive and negative groups throughout the studied pH range, was considered the main aspect for the variation in size of the aggregates. Although this polymer shows antipolyelectrolyte behavior due to the expansion of the its chain and the increasing in charge density with the ionic strength, considering the effect of ionic strength at pH 4.3, the adsorption behavior of polyampholyte was evaluated as a monocharged polyelectrolyte behavior with high charge density. Major and minor amounts of adsorbed masses were found for intermediates and extremes values of ionic strength, respectively. The electrostatic interactions were considered the main cause of the adsorption on charged surfaces. However, the electrostatic screening was considered the explanation for the low values of adsorbed mass at higher values of ionic strength.
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