Estudo do impacto da estrutura química da carragenina híbrida sobre as propriedades de fluidos de perfuração e a formação de complexos polieletrólitos com o quitosano

Abstract

Este trabalho investiga o impacto da estrutura química das carrageninas híbridas modificadas, um polissacárido extraído de algas vermelhas, em suas interações com duas classes de materiais à base de água: suspensões de partículas coloidais carregadas e soluções de quitosano, um polieletrólito carregado positivamente. A pesquisa proposta nestes dois tipos de materiais se conecta com a aplicação potencial de carrageninas híbridas a formulações de fluidos de perfuração à base de água e de complexos polieletrolíticos, respetivamente Duas carrageninas híbridas com diferentes teores em grupos sulfato (DS) foram extraídas propositalmente de algas cultivadas de forma sustentável, a fim de testar a hipótese de que DS realmente impulsiona propriedades viscoelásticas e de filtração de fluidos de perfuração à base de água (WBF). Para melhor elucidar tais interações, bem como o papel dos conformadores helicoidais, fluidos de perfuração modelo foram preparados pela suspensão de bentonita ativada por sódio em soluções aquosas de carragenina sem sal. Para a segunda linha de investigação, o foco foi nos efeitos da massa molecular do quitosano (Mw) e do conteúdo relativo de sulfato (S) de bobinas de carragenina híbridas sem contra-iões, na formação de complexos de polieletrólitos (PEC). A seleção de quitosanos comerciais com grau de acetilação semelhante e de carragenina híbrida diferindo apenas por seus teores relativos de monômeros de carragenina mais sulfatados, permitiu discriminar os efeitos de Mw e S de outros parâmetros que poluíram os resultados relatados anteriormente na literatura. A caracterização de soluções híbridas de carragenina tituladas com soluções de quitosano, usando turbidimetria, espalhamento dinâmico de luz e potencial zeta, mostrou que i) tanto Mw quanto S impactam a formação de PEC, ii) PEC com diâmetros maiores são formados ao usar Mw e S maiores e iii) a cinética de formação de PEC é mais rápida com carrageninas híbridas contendo maiores quantidades de monômero de carragenina kappa. De modo geral, esses resultados preliminares ajudaram na elaboração de estudos adicionais visando um melhor entendimento da formação de PEC quitosano / carragenina híbrida e uma melhor avaliação desses PEC para potenciais aplicações.

Study of the impact of the chemical structure of hybrid carrageenan on the properties of drilling fluids and the formation of polyelectrolyte complexes with chitosan. This work investigates the impact of the specific chemical structure of hybrid carrageenans, a polysaccharides extracted from red seaweeds, on their interactions with two classes of water based materials: charged colloidal particles suspensions and solutions of chitosan, a positively charged polyelectrolyte. The proposed research on these two types of materials connects with the potential application of hybrid carrageenans to formulations of water-based drilling fluids and of polyelectrolyte complexes, respectively. Two hybrid carrageenans with different contents in sulfate groups (DS) were purposely extracted from sustainably cultivated seaweeds, in order to test the hypothesis that DS actually drives both viscoelastic and filtration properties of water-based drilling fluids (WBF). To better elucidate such interactions, as well as the role of helical conformers, model drilling fluids were prepared by suspending sodium activated bentonite in salt-free carrageenan aqueous solutions. For the second line of investigation, the focus was on the effects of chitosan molecular mass (Mw) and of the relative sulfate content (S) of hybrid carrageenan coils with no counter ions, on the formation of polyelectrolyte complexes (PEC). The selection of commercial chitosans with similar acetylation degree and of hybrid carrageenan only differing by their relative contents of more sulfated carrageenan monomers, allowed to discriminate the effects of Mw and S from other parameters that polluted the results reported earlier in the literature. The characterization of hybrid carrageenan solutions titrated with chitosan solutions, using turbidimetry, dynamic light scattering and zeta potential, showed that i) both Mw and S impact on the PEC formation, ii) PEC with larger diameters are formed when using larger Mw and S and iii) the kinetics of PEC formation is faster with hybrid carrageenans containing larger amounts of kappa carrageenan monomer. Overall, these preliminary results helped in designing further studies aiming at a better understanding of chitosan/hybrid carrageenan PEC formation and at a better evaluation of these PEC for potential applications.