OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE REVESTIMENTO Ni METÁLICO EM MEMBRANAS DE QUITOSANA POR ELETRODEPOSIÇÃO

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1 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE REVESTIMENTO Ni METÁLICO EM MEMBRANAS DE QUITOSANA POR ELETRODEPOSIÇÃO F. A. A. CASTELO BRANCO 1, F. J. N. SANTOS 1, L. P. S. PEREIRA 1, I. LUCENA 1, G. P. SILVA 1, Z. M. SANTOS 1 Sociais 1 Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Departamento de Agrotecnologia e Ciências para RESUMO - A quitosana é um biopolímero biodegradável, atóxico e biocompatível. Tais características a torna um interessante suporte para eletrodeposição metálica. O presente trabalho visou eletrodepositar cobre/níquel sobre membranas de quitosana, bem quantificar estes depósitos e avaliar como isso modificaria sua topografia. Membranas de quitosana foram obtidas por de evaporação do solvente. Em seguida, foi aplicado uma fina camada de cobre metálico nas mesmas, o qual foi fixado pela adição de solução do biopolímero. A metalização por Ni se deu por eletrodeposição por corrente impressa. A variação das topografias foi obtida por ensaios de MEV, o qual mostrou grande mudança na mesma. Já o teor de Cu e Ni inseridos nas membranas foram obtidos por EDX, onde mostrou que as membranas apresentaram 6,2% de Cu e 88,5% de Ni. O estudo se mostrou promissor uma vez que a partir da deposição e Ni é possível realizar a deposição de vários outros metais, o que aumenta a gama de aplicação destes sistemas. 1. INTRODUÇÃO Hoje em dia, existe uma procura por novos materiais para uso em diversas áreas, entre os mais estudados estão os biomateriais, que apresentam aplicações em diversas áreas, por serem biodegradáveis, biocompátiveis e no qual a matéria prima principal é proeminente da natureza renováveis (Azevedo et al., 2007), é outro material em questão são os materiais de multicamadas,

2 que combinam as propriedades desejadas de diferentes componentes, como exemplo, temos a flexibilidade dos polímeros em uma fase, contra partida as propriedades metálico de diferentes metais como Co, Fe, Ni e Cu ( Munford et al., 2002). A quitosana é um biopolímero sintetizado a partir da quitina onde é encontrada em artrópodes como caranguejos, siris, camarão e na paredes celulares de alguns fungos (Singla; Chawla, 2001). Tanto a quitosana quanto a quitina apresentam unidades de 2-acetamido-2-desoxi-D-glicopiranose e 2-amino-2desoxi-D-glicoiranose, em sua estrutura. A quitosana apresenta grande aplicabilidade em diversas áreas, sendo na indústria farmacêutica, alimentícia, cosmética e na de tratamento de efluentes (Azevedo et al., 2007). A obtenção dos materiais de múltiplas camadas pode ocorrer de diferentes formas sendo a mais comum por processos de deposição bastantes conhecidas como a galvanoplastia ou por técnicas mais modernas como a electroless e a de pulverização de cátions, a qual é realizada no vácuo (Campos et al., 2011). Considerando que os biomateriais apresentam uma infinidade de aplicações, e que os materiais de multicamadas são as combinações de deferentes materiais, como características de ambos os materiais em interfaces diferentes. Atendendo a essa ideia deu se inicia a este trabalho, de revestimento de níquel metálico em membranas de quitosana a partir de eletrodeposição, sendo a quitosana o nosso biopolímero, e níquel o substrato metálico de interesse. 2. METODOLOGIA A quitosana fabricado pela empresa Polymar, utilizada neste trabalho apresentou um grau médio de desacetilação 77,29%, determinado por titulação condutimétrica seguindo a metodologia descrita por (dos Santos et al., 2009). A viscosidade intrínseca foi determinada ([η]= 1,57 dl g-1) e, consequentemente, a massa molar viscosimétrica média foi encontrada (Mυ = 6,04 x 104 g mol-1), pela equação de Mark-Houwink-Sakurada. 2.1 Preparação da membranas de quitosanas O preparo dos filmes de quitosana se deu a partir da dissolução da quitosana em ácido acético 2% v/v, sob agitação durante 18 h, com a finalidade de obter uma solução de quitosana a 3%. Após este período, a solução foi filtrada primeiramente por uma tela de nylon e em seguida por uma filtração a vácuo. Em seguida solução de quitosana foi deixada em repouso por 1 hora com o intuito de promover o desaparecimento das bolhas de ar, logo depois a solução foi colocada em uma placas de Petri e em seguida levada para estufa a 40 C por 18 h, para evaporação do solvente. A remoção da membranas das placas de Petri se deu por meio de uma solução alcalina. Depois as membranas foram lavadas com água destilada, para remoção completa da solução alcalina, onde em seguida foram esticadas e secas a temperatura ambiente durante 24horas, obtendo as membranas de quitosana para a metalização do cobre.

3 2.2 Revestimento de cobre nas membranas de quitosana O processo de revestimento metálico de cobre na superfície da quitosana se deu com o preparo de eletrodos de ferro e a solução de sulfato de cobre a 0,125 mol/l. Os eletrodos de ferro foram submetidos a um tratamento em meio ácido com H2SO4 a uma concentração de 10% v/v, em seguida os eletrodos foram tratados com desengraxante químico. Logo depois foi gotejado a solução de sulfato de cobre na superfície metálica dos eletrodos de ferro, afim de reduzir o Cu +2 para Cu 0, obtendo uma camada homogênea de cobre na superfície do eletrodo de ferro. Dando continuidade ao processo, foi fixada uma membrana de quitosana na superfície do eletrodo de ferro revestido de Cu 0, e levado a estufa a uma temperatura de 40 C durante 24h. Após este período as membranas foram removidas dos eletrodo obtendo assim membranas de quitosana com o revestimento metálico de cobre. 2.3 Eletrodeposição de níquel nas membranas de quitosana A eletrodeposição de níquel foi realizada na superfície metálica do cobre dopado sobre a membrana de quitosana, no qual desempenho a função do eletrodo de trabalho, possuindo uma área de 1 cm 2, o eletrodo de auxiliar utilizado foi a platina apresentando uma área de 2 cm 2, o meio eletrolítico utilizando foi uma solução de Watts convencional, a eletrodeposição foi do tipo galvanostático, onde foi aplicado uma corrente de 10 ma, para uma tensão de 2,0 V no qual se aplicada uma carga de 1,2 C a temperatura ambiente onde o sistema permaneceu a uma agitação de 100 rpm como o auxílio de um agitador magnético. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 é possível observar as membranas de quitosana, as quais foram revestidas de cobre e níquel metálico, através do processo de dopagem e eletrodeposição respectivamente.

4 Figura 1 Imagens da membrana de quitosana dopada de cobre eletrodepositada de níquel metalico: (a) região revestida de níquel, (b) região dopada de cobre e (c) polímero quitosana É perceptível a presença de níquel sobre a membrana de quitosana de maneira homogênea obtida através da eletrodeposição como mostrado na Figura 1a. A mesma observação pode ser feita para o revestimento de cobre. 3.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Os ensaios realizados no microscópio eletrônico de varredura, revelou as imagens topográficas da superfície do filmes de quitosana revestidas metalicamente de cobre e níquel. Na Figura 2 é possível verificar a dopagem de cobre sobre a membrana de quitosana, foi observado uma certa homogeneidade na camada de cobre sobre o filme de quitosana, possibilitando então um ambiente favorável à deposição do níquel por nucleação, como mostra na Figura 3.

5 Figura 2 Imagens do MEV da membrana de quitosana dopada de cobre e níquel metalico Figura 3 Imagens do MEV da membrana de quitosana eletrodepositada de níquel metalico 3.2 Espectrometria de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX) As amostras que foram analisadas no espectrometria de energia dispersiva de raio-x, revelaram a composição dos elementos presentes, sendo caracterizadas por cores, na amostra de quitosana dopada com cobre, revelou a presença do ferro (roxo), cobre (vermelho), praseodímio (amarelo), carbono (verde), oxigênio (azul claro). Sendo representado na Figura 4.

6 Figura 4 imagens do EDX em que mostra os elementos presentes na superfície da membrana dopada de cobre metálico Na amostra de quitosana revestida níquel, foi revelada a presença do ferro (roxo), cobre (amarelo), níquel (vermelho magneto), carbono (verde), oxigênio (azul claro). Onde estão representado na Figura 5. Figura 5 imagens do EDX em que mostra os elementos presentes na superfície da membrana revestida de Ni metálico A presença de oxigênio e carbono em ambas as amostras, estão relacionados com a própria estrutura da quitosana. Já a presença do cobre e níquel pôde ser confirmada no filme de quitosana. Há

7 existência dos composto praseodímio vinculados com agentes de contaminantes da amostra, bem como o próprio equipamento de análise. A análise também calculou as quantidades relativas de cada elemento presentes na superfície das amostras. Sendo mostrado na figura 6 e 7. Figura 6 Gráfico da contagem relativa dos elementos em função da energia em KeV da amostra da quitosana dopada de cobre Figura 7 Gráfico da contagem relativa dos elementos em função da energia em KeV da amostra da quitosana eletrodepositada de Ni.

8 A contagem relativa dos elementos, mostrou uma porcentagem de cada amostra, onde a amostra dopada de cobre apresentou uma porcentagem de 87,6% cobre na superfície do filme. Já na amostra de revestida de Ni, obteve-se um percentual de 88,5% de Ni e 6,2% de cobre. 4.CONCLUSÃO O trabalho mostrou que foi possível obter membranas de quitosana com revestimentos metálicos, através da dopagem dos metais cobre e níquel. Os quais formam confirmados nos ensaios MEV e EDX. O ensaio do MEV descreveu a topografia da superfície metálica da quitosana, revelando os grupos metálicos de Ni e Cu, também foi possível observar as interações entre o deposito de Ni e Cu na quitosana reticulada com os grupos metálicos. O ensaio de EDX demonstrou a composição da superfície, indicando a presença de oxigênio, carbono, cobre, níquel, ferro e praseodímio. A presença de oxigênio e carbono estão relacionados com a própria estrutura da quitosana. As presenças do cobre e níquel pôde ser confirmada no filme de quitosana em percentuais 88,5% de níquel e 6,2% de cobre. Já a existência do praseodímio estão relacionados com as impurezas contidas na amostra, do próprio equipamento de análise. 5. REFERÊNCIAS AZEVEDO, V. V. C.; CHAVES, S. A.; BEZERRA, D. C.; LIA FOOK, M. V.; COSTA, A. C. F. M. Quitina e Quitosana: aplicações como biomateriais. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v. 2()3, p , CAMPOS, C. M., FLACKER, A., VAZ, A. R., MOSHKALEV, S. A., & NOBREGA, E. G. O. Electroplated nickel permanent magnetic films over polymeric membranes. J. Electrochem Soc., v. 158(6), p MUNFORD, M. L., SARTORELLI M. L., SELIGMAN L., PASA AND A. A., J. Electrochem. Soc., 149, C SANTOS, Z. M. dos; CARONI, A. L. P. F.; PEREIRA, M. R.; SILVA, D. R. da; FONSECA, J. L. C. Determination of deacetylation degree of chitosan: a comparison between conductometric titration and CHN elemental analysis. Carbohydrate Research, v. 344, p , SINGLA, A. K.; CHAWLA, M. Chitosan: some pharmaceutical and biological aspects an update. Journal of Pharmacy and Pharmacology, v. 53(8), p , 2001