MEDIDAS DE TENSÃO SUPERFICIAL DE SOLUÇÕES AQUOSAS DE POLIACRILAMIDAS NÃO-IÔNICAS

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1 MEDIDAS DE TENSÃO SUPERFICIAL DE SOLUÇÕES AQUOSAS DE POLIACRILAMIDAS NÃO-IÔNICAS Jaciara A. dos Santos; Nívia do N. Marques; Rosangela R. L. Vidal; Ítalo G. M. da Silva;Rosangela Balaban *. * Departamento de Química da UFRN, Caixa Postal 1662, , Natal/RN - balaban@digi.com.br Surface tension measurements of non-ionic polyacrylamides in aqueous solution In this study the surface activity of a hydrophobically modified and an unmodified non-ionic polyacrylamide were evaluated in aqueous solution using surface tension measurements at different polymer concentration, temperature and salinity. The polyacrylamide solutions exhibited high air-aqueous solution surface activities, which increased with increasing polymer concentration and temperature, both in distilled water and NaCl aqueous solution. However, a higher activity was observed to unmodified polyacrylamide under all studied conditions. This effect can be related, probably, to the higher molecular weight of the unmodified polyacrylamide. The high surface activity of the watersoluble polymers is of great interest to Enhanced Oil Recovery (EOR), since the adding of these polymers in injection water can diminish its mobility and thus improve the efficiency on oil displacement. Introdução Polímeros solúveis em água têm sido empregados em processos de recuperação aumentada de petróleo com o intuito de aumentar a eficiência de varrido e, consequentemente, promover uma maior produção de petróleo. Os polímeros mais adequados seriam aqueles capazes de promover uma redução na tensão interfacial entre a água e o óleo, melhorando a sua eficiência de deslocamento [1]. Entretanto, esses polímeros também devem apresentar boas propriedades em reservatórios de alta salinidade e elevadas temperaturas. Os polímeros mais utilizados para essa finalidade são as poliacrilamidas e os polissacarídeos [2]. Nos últimos anos, os polímeros hidrofobicamente modificados têm chamado a atenção dos pesquisadores devido ao seu caráter tensoativo, promovido pela presença de uma pequena quantidade de grupos hidrofóbicos na cadeia hidrofílica do polímero [3,4]. Em virtude da estrutura anfifílica da maioria dos polímeros hidrofobicamente associativos, esses polímeros podem exibir simultaneamente atividades superficial e interfacial elevadas. Além disso, o sal e o aumento da temperatura podem influenciar essas atividades [3]. Neste trabalho foi avaliado a atividade superficial das soluções de duas amostras comerciais de poliacrilamidas, modificada e não-modificada quimicamente, por meio de medidas de tensão superficial em função da concentração de polímero e da temperatura, em água destilada e em solução aquosa de NaCl 0,5 M.

2 Experimental Materiais e métodos Para o estudo da atividade superficial de soluções de poliacrilamidas não-iônicas, foram utilizadas duas amostras comerciais, uma hidrofobicamente modificada (HMPAM) e outra não modificada (PAM), gentilmente cedidas pela FLOERGER. Esses polímeros foram purificados através de filtração em membranas Millipore 3 µm e 0,45 µm e, posteriormente, liofilizados. As soluções dos polímeros PAM e HMPAM, em água destilada e em solução salina (NaCl 0,5 M), foram preparadas na concentração de 5g.L -1 e mantidas em agitação por 24 horas antes do uso, para garantir a completa dissolução das moléculas. Essas soluções foram diluídas, com os seus respectivos solventes, para as concentrações de 4,0; 3,0; 2,0; 1,0 g.l -1. Para a realização das medidas de tensão superficial foi aplicada a técnica da placa de Wilhelmy, por meio do uso de um tensiômetro DCA 315 (Thermo Cahn), nas temperaturas de 25 e 70 C, que foram controladas através de um banho termostatizado acoplado ao equipamento. Resultados e Discussão Pode-se observar na Figura 1 que a tensão superficial diminuiu de maneira relativamente acentuada tanto com o aumento da concentração de ambos os polímeros (PAM e HMPAM) quanto com a temperatura. As soluções de PAM apresentaram menores valores de tensão superficial do que as de HMPAM, indicando que o polímero não-modificado possui uma maior atividade superficial. É possível que a diferença em massa molar dos polímeros tenha influenciado esse resultado. SegundoYahya et al. (1996), a tensão superficial dos polímeros diminui com o logaritmo da massa molar. Apesar dos polímeros anfifílicos apresentarem caráter tensoativo, devido à presença de grupos hidrofóbicos na sua estrutura, a HMPAM utilizada neste trabalho não apresentou altas atividades superficiais. Isso pode ter ocorrido em virtude da pequena quantidade de grupos hidrofóbicos presentes na cadeia da HMPAM, que não foi suficiente para sobrepor o efeito da massa molar da poliacrilamida não-modificada na redução da tensão superficial. Através da Figura 1, também é possível observar uma redução significativa nos valores na tensão superficial com o aumento da temperatura. A elevação na temperatura provoca um aumento nos movimentos brownianos, provocando o afastamento das cadeias da PAM e HMPAM, facilitando o movimento molecular e, dessa forma, diminuindo a tensão superficial do polímero em solução [5].

3 Figura 1: Tensão superficial em função da concentração de polímero para as poliacrilamidas não-iônicas, hidrofobicamente modificada (HMPAM) e não-modificada (PAM), em água destilada, nas temperaturas de 25 e 70 C. A Figura 2 apresenta a influência do sal (NaCl 0,5 M) na tensão superficial dos polímeros estudados. Foi observado que o sal presente nas soluções poliméricas favorece o aumento da atividade superficial. Esse comportamento pode ser atribuído ao aumento da adsorção das moléculas do polímero na interface ar-solução aquosa, devido à presença do sal. O NaCl torna a fase aquosa menos favorável às moléculas de polímero, fazendo com que mais moléculas migrem para a interface, promovendo a redução na tensão superficial. Outra possível explicação para o comportamento da HMPAM em meio salino é que a presença de sal torna as moléculas de polímero menos solúveis no meio, de forma que são levadas para a interface, onde os grupos hidrofóbicos da poliacrilamida hidrofobicamente modificada podem se proteger do ambiente hidrofílico desfavorável, causando redução na tensão superficial.

4 Figura 2: Tensão superficial em função da concentração dos polímeros PAM e HMPAM, em água destilada e em NaCl 0,5M, a 70 C. Conclusões As poliacrilamidas estudadas neste trabalho apresentaram maior atividade superficial na presença de sal e com o aumento da temperatura, sendo que esse efeito foi mais significativo para a poliacrilamida não-modificada, provavelmente, em virtude da sua maior massa molar. A menor atividade superficial para a poliacrilamida hidrofobicamente modificada pode ser atribuída à pequena quantidade de grupos hidrofóbicos presente na cadeia do polímero. As baixas tensões superficiais apresentadas são de potencial interesse para aplicação dessas poliacrilamidas em reservatórios de alta salinidade e de elevada temperatura, em processo de recuperação aumentada de petróleo. Agradecimentos Os autores agradecem a FLOERGER pelas amostras das poliacrilamidas cedidas e a PETROBRAS pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas 1. J. E. Thomas. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Ed.; Interciência, Rio de Janeiro, 2001, M. Rajbar; M. Schaffie. Journal of Petroleum Science Engineering, 2000, 26, G. O. Yahaya; A. A. Ahdab; S.A. Ali; B. F. Abu-Sharkh; E. Z. Hamad. Polymer 2001, 42, 3363.

5 4. G. O. Yahya; S. K. A. Ali; E.Z. Hamad. Polymer 1996, 37, J. Ma; P. Cui; L. Zhao; R. Huang. European Polymer Journal 2002, 38, 1627.