This work describes the synthesis of hydrogels of cellulose acetate (AC) crosslinked with 1,2,4,5-benzenotetracarboxylic dianhydride (PMDA). The crosslinking reaction was monitored by FTIR. Analysis of aromatic fragments from the alkaline hydrolysis of the gels by UV spectroscopy indicated that an increase in the stoichiometric ratio of dianhydride resulted in higher degrees of crosslinking. The non-porous nature of the gels was confirmed by analysis of nitrogen adsorption. Water absorption isotherms showed that as the temperature and degree of crosslinking increased, the percentage of water absorbed at equilibrium (%Seq) also increased. The hydrogels presented second order swelling kinetics.

Neste trabalho foram realizadas sínteses de géis derivados de acetato de celulose (AC) com grau de substituição (GS) 2,5 por intermédio de reações de reticulação via esterificação. Os grupos hidroxílicos livres do AC foram reagidos com o dianidrido do ácido 1, 2, 4, 5 benzenotetracarboxílico (PMDA) em meio homogêneo. As caracterizações foram realizadas por TGA (Análise termogravimétrica), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), retro titulação para determinar o grau de substituição do AC e microscopia de força atômica (AFM). Os géis foram sintetizados com as seguintes razões estequiométricas: [1:1], [1:2/3], [1:3] e [3:1] mol de PMDA/mol de OH livre respectivamente. A base da teoria de Flory-Rehner foi empregada para determinar ligações cruzadas nos géis. Os resultados de AFM mostram topografias distintas quando são comparados os géis entre si e quando os géis são comparados ao polímero de acetato de celulose. Este trabalho foi motivado pela importância tecnológica de polímeros de fontes renováveis como a celulose, em que um derivado de celulose foi usado para obter um polímero promissor para liberação controlada de medicamentos e adsorção de metais pesados em meio aquoso. Uma das vantagens deste polímero derivado do acetato de celulose é o emprego de poucas etapas na sua síntese.

This work reports the synthesis of gels derived from cellulose acetate (CA) with degree of substitution (DS) 2.5 through esterification and crosslinking reactions. The free hydroxyl groups were reacted by using dianhydride of acid 1,2,4,5 benzenotetracarboxylic (PMDA) as modifier in a homogeneous media. Characterization was performed with Thermogravimetric Analysis (TGA), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), retrotitration (known as back titration) to determine the degree of substitution of AC and atomic force microscopy (AFM). The gels were synthesized with the following stoichiometric ratios: [1:1], [1:2/3], [1:3] and [3:1] PMDA mol/mol of free OH, respectively. A gel was synthesized in excess of 200% of PMDA in relation to free OH groups of the AC. The basis of the Flory-Rehner theory was used for determining crosslinking in the gels. Briefly, the main results showed that the crosslinking density increased proportionally to the amount of PMDA added to the reaction medium. Distinct AFM topographies were obtained for distinct gels, which were also different from the polymer cellulose acetate. This work was motivated by the technological importance of polymers from renewable sources such as cellulose, in which a cellulose derivative was developed with promising application in drug delivery and in adsorption of heavy metals in aqueous systems. The advantage of this cellulose acetate derivative is the use of fewer steps in its synthesis.

Este trabalho descreve as sínteses de hidrogéis superabsorventes a base de acetato de celulose (AC), com grau de substituição 2.5, reticulado com dianidrido 3, 3', 4, 4' benzofenona tetracarboxílico (BTDA). As caracterizações das matérias primas foram realizadas por análises térmicas (TG/DTG) e espectroscopia na região do infravermelho (FTIR). O grau de substituição do acetato de celulose foi determinado por via úmida. A confirmação da reação de esterificação foi possível a partir da técnica de FTIR, espectroscopia UV-vis e análises térmicas (TG/DTG). A presença de poros no novo material foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e porosimetria (BET). A influência da concentração de dianidrido no meio reacional foi investigada, bem como a influência do aumento no grau de reticulação no comportamento térmico do material. Foram obtidas isotermas de absorção de água em diferentes temperaturas para os hidrogéis com diferentes graus de reticulação. Os coeficientes de difusão dos géis foram determinados, juntamente com a energia de ativação para o processo de inchamento usando a equação de Arrhenius. A entalpia de mistura do sistema gel-água foi determinada pela medida da quantidade máxima de água absorvida no equilíbrio a diferentes temperaturas, empregando a equação de Gibbs/Helmholtz.

This work describes the synthesis of hydrogels of cellulose acetate (AC), with a nominal degree of substitution DS = 2.5, cross-linked with 3,3',4,4' benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA). The raw materials were characterized by thermal analysis (TG/DTG) and by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). DS of cellulose acetate was determined by titration with a known amount of standard NaOH solution. Hydrogels of BTDA were synthesized with 0.5, 0.75 and 1.0 mol of BTDA/mol of AC. FTIR proved to be a suitable method to monitor the course of reactions and the progress of purification. UV-vis spectroscopy and analysis confirmed the esterification of the free hydroxyl groups. Surface modification of AC structure after the cross-linking reaction was analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM) and density and porosity of the hydrogels were determined by BET. The influence of the concentration of dianhydride on the time necessary for formation of the gel was investigated. The influence from the increase in the degree of cross-linking on the thermal behavior of the material was also documented. Water absorption isotherms were obtained for hydrogels with different reticulating agents and reticulation degrees at different temperatures. The Arrhenius equation was used to determine the diffusion coefficient of the different hydrogels at distinct temperatures and the threshold energy for the swelling process. The enthalpy of mixture was determined through the measurement of the maximum quantity of water absorbed at equilibrium at different temperatures, with the Gibbs/Helmholtz equation.

Nesse trabalho foi realizada a preparação de novos materiais, a partir da celulose, para complexar íons de metais pesados em solução aquosa e assim, descontaminar águas poluídas por tais metais. Na primeira parte foi realizada a modificação química da celulose usando o anidrido succínico. As funções carboxílicas introduzidas no material foram usadas para ancorar poliaminas produzindo-se três celuloses modificadas inéditas. Todos os materiais obtidos foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho (IV) e submetidos à análise elementar. A segunda parte do trabalho foi constituída da avaliação do poder de adsorção das celuloses modificadas obtidas em relação aos íons Cu2+ em solução aquosa. O estudo foi realizado usando a titulometria, um método analítico tradicional. Os vários materiais mostraram uma capacidade máxima de complexação variando entre 141 e 263 mg de Cu2+ por grama do material modificado. A eficiência na complexação dos íons Cu2+ mostrou-se proporcional ao número de funções aminas introduzidas na celulose.

This work describes the preparation of new materials, derived from cellulose, to be used as complexing agents for heavy metal ions in aqueous solutions and, hence, to decontaminate waters polluted by such metals. The first part deals with the chemical modification of the cellulose using succinic anhydride. The carboxylic acid functions introduced in the material were used to anchor polyamines resulting in three novel modified celluloses. The materials obtained were characterized by elemental analysis and infrared spectroscopy (IR). The second part of the work features the evaluation of the adsorption capacity of the modified celluloses in relation to Cu2+ ions in aqueous solutions. The study was accomplished by titration, a traditional analytical method. The various materials showed a maximum complexing capacity ranging from 141 to 263 mg of Cu2+ per gram of the modified material. The efficiency for the complexation of Cu2+ ions was proportional to the number of amine functions introduced in cellulose.

Este estudo descreve uma série de reações envolvendo os grupos isocianatos (NCO) e os grupos hidroxílicos do acetato de celulose com grau de substituição (DS) igual a 2,4. As reações foram realizadas em meio homogêneo e utilizaram dois isocianatos estruturalmente diferentes: o 3-isopropenil-<img width=32 height=32 src="http://img/fbpe/po/v8n3/8303s5.gif">,<img width=32 height=32 src="http://img/fbpe/po/v8n3/8303s5.gif">'-dimetilbenzil isocianato (TMI) e o 2-isocianato-etil metacrilato (IEM). Um acompanhamento cinético das reações foi realizado por espectroscopia na região do infravermelho, onde acompanhou-se o desaparecimento da banda típica de isocianato a aproximadamente 2260 cm-1. Filmes de acetato de celulose modificados foram obtidos após as reações, sendo posteriormente caracterizados por análises de ângulos de contato, espectroscopia na região do infravermelho e ensaios de tração.

This investigation describes a series of homogeneous reactions involving the OH groups of cellulose acetate with a DS of 2.4 and two alkenyl isocyanates, viz. 3-isopropyl a,a-dimethylbenzyl isocyanate (TMI) and 2-isocyanato-ethyl methacrylate (IEM). The kinetics of these reactions were followed by FTIR spectroscopy by monitoring the decrease in intensity with time of the band around 2260 cm-1. The product of these condensations were isolated as thin films which were characterized by FTIR spectroscopy, surface hydrophilic-hydrophobic evaluation through contact angle measurements and tensile strength.