Influência dos ácidos carboxílicos nas propriedades das soluções e filmes de quitosana

Abstract

A crescente conscientização sobre a degradação gradual de plásticos derivados do petróleo e seus respectivos impactos ambientais tem impulsionado uma busca urgente por alternativas sustentáveis. Neste cenário, biopolímeros como a quitosana destacam-se como uma solução promissora. As propriedades térmicas, mecânicas e antibacterianas, aliadas à versatilidade deste material, atraem grande interesse na realização de pesquisas e estudos para seu uso, incluindo grandes possibilidades de aplicação na área médica, como curativos, adesivos para a pele e revestimento de cateteres. A solubilização da quitosana ocorre em meios moderadamente ácidos, e a escolha do ácido confere diferentes propriedades, tanto às soluções poliméricas quanto aos filmes formados. Diante do exposto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar as melhores condições para a solubilização da quitosana e as propriedades finais de filmes densos produzidos utilizando três ácidos carboxílicos: ácido acético, ácido lático e ácido propiônico. Foram estudadas soluções aquosas ácidas contendo quitosana purificada, na concentração de 1,5% (m/m), nas seguintes concentrações dos ácidos: 0,06 M, 0,15 M, 0,25 M e 0,50 M. Análises de pH das soluções formadas indicaram maior protonação da quitosana nas concentrações mais diluídas dos ácidos estudados. As viscosidades das soluções variaram de 141 ± 9 cP a 311 ± 22 cP, evidenciando uma relação direta entre o aumento da viscosidade e a interação polímero-solução, especialmente para soluções de quitosana com ácido lático. Filmes densos foram preparados pelo método casting e avaliados por diferentes técnicas de caracterização. Os espectros de FTIR dos filmes exibiram leves deslocamentos na frequência de absorção do grupo amina presente na estrutura da quitosana, atribuídos a interações do polímero com os ácidos. Para os filmes formados a partir de soluções de ácido lático, nota-se a presença de bandas na região de 1720 cm-1 (C=O de ácidos carboxílicos), o que não ocorre com os demais. O ácido lático, diferentemente dos outros ácidos, contém um grupo hidroxila na estrutura, o que favorece a interação polímero-solvente. Com relação às propriedades mecânicas dos filmes, os formados com ácido acético e propiônico se mostraram mais resistentes, com maiores tensões de ruptura, de 16 ± 4 MPa (em ácido acético 0,25 M e ácido propiônico 0,06 M), enquanto os filmes formados a partir de soluções de ácido lático apresentaram elongações significativamente elevadas, de 195 ± 42% para a maior concentração (0,50 M). As análises termogravimétricas indicam três regiões principais de perda de massa para todos os filmes estudados, com exceção do ácido lático, que exibiu uma quarta região. Em relação ao grau de inchamento, os filmes de quitosana preparados com o ácido propiônico, apesar de apresentarem elevados valores, foram os que não ressolubilizaram em todas as concentrações avaliadas. Com base nos resultados deste estudo, a escolha do solvente para o preparo de filmes de quitosana exerce influência nas suas propriedades finais. Portanto, a seleção do solvente deve ser orientada pela aplicação final pretendida para o material.

The increasing awareness of the gradual degradation of petroleum-derived plastics and their environmental impacts has driven an urgent search for sustainable alternatives. In this context, biopolymers such as chitosan stand out as a promising solution. The thermal, mechanical, and antibacterial properties, combined with the versatility of this material, attract considerable interest for research and studies on its use, including significant potential applications in the medical field, such as wound dressings, skin adhesives, and catheter coatings. Chitosan solubilizes in moderately acidic media, and the choice of acid imparts different properties to both the polymeric solutions and the formed films. In light of this, the present work aims to evaluate the optimal conditions for chitosan solubilization and the final properties of dense films produced using three carboxylic acids: acetic acid, lactic acid, and propionic acid. Acidic aqueous solutions containing purified chitosan at a concentration of 1.5% (w/w) were studied with the following acid concentrations: 0.06 M, 0.15 M, 0.25 M, and 0.50 M. pH analyses of the formed solutions indicated greater protonation of chitosan at the more diluted concentrations of the studied acids. The viscosities of the solutions ranged from 141 ± 9 cP to 311 ± 22 cP, showing a direct relationship between viscosity increase and polymer-solution interaction, especially for chitosan solutions with lactic acid. Dense films were prepared using the casting method and evaluated through different characterization techniques. FTIR spectra of the films exhibited slight shifts in the absorption frequency of the amine group present in the chitosan structure, attributed to polymer interactions with the acids. For the films formed from lactic acid solutions, bands were observed in the region of 1720 cm-1 (C=O of carboxylic acids), which did not occur with the others. Lactic acid, unlike the other acids, contains a hydroxyl group in its structure, which favors polymer-solvent interaction. Regarding the mechanical properties of the films, those formed with acetic and propionic acids showed higher resistance, with greater tensile strengths of 16 ± 4 MPa (in 0.25 M acetic acid and 0.06 M propionic acid), while the films formed from lactic acid solutions exhibited significantly higher elongation, reaching 195 ± 42% for the highest concentration (0.50 M). Thermogravimetric analyses indicate three main regions of mass loss for all the studied films, except for the lactic acid films, which showed a fourth region. Concerning the swelling degree, chitosan films prepared with propionic acid, despite showing high values, did not solubilize at any of the evaluated concentrations. Based on the results of this study, the choice of solvent for the preparation of chitosan films influences their final properties. Therefore, solvent selection should be guided by the intended final application of the material.