5.5.1 Sistema ternário
O mecanismo de separação de fases foi determinado tanto para o sistema ternário, quanto para as membranas das blendas através do perfil de espalhamento de luz.
No sistema ternário, foi possível identificar os dois tipos de separação de fases: spinodal e por nucleação e crescimento. As imagens obtidas são simétricas e o espalhamento de luz observado em todas as blendas foi isotrópico, isto é, não variou com a direção. A isotropia pode ser observada nos gráficos obtidos através do imageJ, Figuras 30 a 32, nas quais são observados picos de intensidade simétricos. Ao lado de cada imagem, são mencionados os estados finais do sistema fibroína de seda-alginato de sódio-água, indicando as blendas em que a separação sólido-líquido foi observada e as blendas que formaram hidrogéis.
Figura 30 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e intensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as blendas SF0,5/SA0,5/WA99, SF1,0/SA1,0/WA98, SF0,5/SA1,5/WA98 e
SF0,5/SA2,5/WA97. Branco significa a luz do laser e preto ausência de luz. (C) estado final do
Figura 31 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e instensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as blendas SF1,5/SA0,5/WA98, SF2,0/SA1,0/WA97,
SF1,5/SA1,5/WA97 e SF1,0/SA2,0/WA97. Branco significa a luz do laser e preto ausência de luz.
Figura 32 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e intensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as blendas SF2,5/SA0,5/WA97, SF3,0/SA1,0/WA96, SF2,0/SA2,0/WA96 e
SF1,0/SA3,0/WA96.. Branco significa a luz do laser e preto ausência de luz. (C) estado final do
Analisando as Figuras 30 a 32, nota-se que nas blendas SF0,5/SA0,5/WA99,
SF1,5/SA0,5/WA98, SF1,0/SA1,0/WA98, SF0,5/SA1,5/WA98 e SF0,5/SA2,5/WA97, é possível
observar a presença do halo característico da separação spinodal, e no perfil de espalhamento de luz foi possivel observar pontos de intensidade máxima, sugerindo que a separação de fases dessas blendas ocorra através do mecanismo de decomposição spinodal. Note que estamos aqui adotando o termo decomposição spinodal para classificar a morfologia de redes interpenetradas (IPNs) encontradas pelo espalhamento de luz.
Nas blendas, SF1,5/SA1,5/WA97 e SF1,0/SA2,0/WA97, Figura 31, os perfis de
espalhamento de luz não apresentam um pico de intensidade bem definido, tão pouco o espalhamento é semelhante ao descrito por Inoue (1995) para separação por nucleação e crescimento, pois o decaimento da intensidade em relação ao ângulo não é exponencial. Supõe-se que essas blendas separem fases através da decomposição spinodal, apresentando distâncias entre os domínios com alta variabilidade, ocasionando a interseção entre os picos das blendas.
Como já discutido, as blendas SF2,5/SA0,5/WA97, SF2,0/SA1,0/WA97, SF3,0/SA1,0/WA96,
SF2,0/SA2,0/WA96 e SF1,0/SA3,0/WA96, Figuras 31 e 32, formaram géis após alguns dias. Essas
blendas se encontram em uma região de metaestabilidade. O perfil de espalhamento de luz dessas blendas se assemelha ao perfil das blendas SF1,5/SA1,5/WA97 e SF1,0/SA2,0/WA97, o que
sugere que esses hidrogéis separem fase através da decomposição spinodal, possuindo alta variabilidade da distâncias entre os domínios das fases. Um outro indício de que o mecanismo de separação de fases dessas blendas é por decomposição spinodal é que nos primeiros momentos pós preparo das blendas SF2,5/SA0,5/WA97 e SF2,0/SA1,0/WA97 o perfil observado se
assemelha ao perfil de separação por decomposição spinodal, Figura 33. Nesse momento, não são observadas duas fases macroscopicamente distintas. Após um dia de preparo, é possível ver a formação do gel de fibroína de seda e alginato de sódio e o espalhamento de luz observado nessas blendas muda. Então, é possivel que o espalhamento observado seja influenciado pela formação do precipitado “gelificado”.
Figura 33 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e intensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as blendas nos estágios iniciais da separação de fases das blendas SF2,5/SA0,5/WA97 e SF2,0/SA1,0/WA97. Branco significa a luz do laser e preto ausência de luz.
Na Figura 34, está representado o diagrama contendo as diferentes morfologias encontradas e seus prováveis mecanismos de separação de fase que ocorreram nas blendas estudadas. As blendas investigadas nesse trabalho representam uma pequena parte do diagrama ternário total, a região abaixo dos pontos em que houve formação de gel é uma região inviável de se trabalhar experimentalmente, pois requer soluções de fibroína de seda e alginato de sódio muito concentradas.
Figura 34 – Representação no diagrama de fases dos mecanismos de separação de fases que ocorreram no sistema ternário estudado.
Note que estamos aqui adotando o termo decomposição spinodal para classificar a morfologia de redes interpenetradas (IPNs) encontradas pelo espalhamento de luz. Teoricamente, é comum esperar regiões muito restritas em que o mecanismo de decomposição spinodal ocorra, no entanto, neste sistema, verifica-se uma larga região onde esse tipo de morfologia é encontrado.
Nas blendas em que parece haver a morfologia de IPN’s, é possível calcular a distância entre o domínio de cada fase, utilizando o ângulo de intensidade máxima. Para obter o ângulo onde a intensidade é máxima, foi utilizada a Equação 18, baseada no esquema apresentado na Figura 35.
𝜃 = arctan𝑅
𝐷 (Equação 18)
Onde R é a distância do centro a borda; D é a distância do porta amostra ao aparato;
Figura 35 - Esquema para determinação do ângulo de espalhamento máximo.
Com o dado de ângulo de intensidade máxima (θm) e utilizando a Equação 10, é possível calcular o número de onda. Com o número de onda, é possível calcular a distância entre os domínios das fases (d), utilizando a Equação 19. O resultado está mostrado na Tabela 4. Para as blendas que apresentaram pico de intensidade, as distâncias entre os domínios das fases foi bastante semelhante, as blendas SF0,5/SA2,5/WA97 e SF1,0/SA3,0/WA96 apresentaram
maiores distâncias entre as fases, com valor de 1,94 μm. Por possuírem um perfil de espalhamento quase linear, com grande variabilidade, é difícil determinar a distância entre os domínios das fases para as demais blendas
𝑞𝑚 = 2𝜋
𝑑 (Equação 19)
Tabela 4: Distância entre os domínios das fases das blen das em que há a morfologia de IPN’s e onde, provavelmente, ocorre a separação por decomposição spinodal. Blenda qm (1/nm) d (μm) SF0,5/SA0,5/WA99 3,82 x 10-3 1,64 SF1,5/SA0,5/WA98 4,76 x 10-3 1,31 SF1,0/SA1,0/WA98 4,11 x 10-3 1,53 SF0,5/SA1,5/WA98 3,75 x 10-3 1,67 SF0,5/SA2,5/WA97 3,23 x 10-3 1,94 SF1,0/SA3,0/WA96 3,24 x 10-3 1,94
5.5.2 Membranas das blendas de fibroína de seda e alginato de sódio.
Nas membranas de fibroína de seda e alginato de sódio assim como nas blendas, foi possível observar que o perfil de espalhamento de luz é isotrópico, o que confere simetria às membranas de fibroína de seda e alginato de sódio. Ao incidir o laser, houve um pico de intensidade de luz em todas as blendas, como pode ser observado nas Figuras 36 a 38.
Figura 36 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e intensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as membranas das blendas SF0,5/SA0,5/WA99, SF0,5/SA1,5/WA98,
Figura 37 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e intensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as membranas das blendas SF2,5/SA0,5/WA97, SF3,0/SA1,0/WA96,
Figura 38 – Fotografias do espalhamento de luz (A) e intensidade de luz espalhada em função da distância (B) para as membranas das blendas SF1,5/SA0,5/WA98, SF2,0/SA1,0/WA97,
Algumas blendas apresentaram pico mais estreito que outras, indicando que nessas blendas as distâncias entre os domínios das fases apresenta menor variabilidade. Na membrana da blenda SF2,0/SA1,0/WA97, Figura 38, os picos de intensidade de luz praticamente
se unem, ou seja, essa membrana foi a que apresentou distância de domínios de fases mais variável. Os perfis de espalhamento de luz sugerem que o mecanismo de separação de fases que ocorre nas membranas seja de separação spinodal, e a morfologia encontrada nas membranas obtidas seja do tipo IPN.
Observa-se que as membranas das blendas que formaram hidrogéis no sistema ternário, apresentaram separação de fases por decomposição spinodal, apresentando picos de intensidade de luz, o que fortalece a hipótese de que o mecanismo de separação de fases dessas blendas no sistema ternário também seja por decomposição spinodal.
Para as membranas das blendas também foi calculada a distância dos domínios das fases da mesma forma que foi calculada para as blendas do sistema ternário. A determinação da distância para a blenda SF2,0/SA1,0/WA97 é uma aproximação, visto que a blenda não
apresenta um pico de intensidade bem definido. O resultado, mostrado na Tabela 5, mostra que as distâncias entre as fases nas membranas é cerca de duas vezes maior do que no sistema ternário, exceto para a blenda SF2,0/SA1,0/WA97, que apresentou distância entre os domínio
das fases muito maior do que as outras membranas. Na Tabela 6 são mostrados os prováveis mecanismos de separação de fases das blendas e das membranas das blendas para cada ponto experimental.
Tabela 5: Distância entre os domínios das fases das membranas das blendas em que ocorreu provável separação por decomposição spinodal.
Blenda qm (1/nm) d (μm) SF0,5/SA0,5/WA99 1,94 x 10-3 3,24 SF1,5/SA0,5/WA98 1,40 x 10-3 4,48 SF2,5/SA0,5/WA97 1,50 x 10-3 4,19 SF1,0/SA1,0/WA98 1,83 x 10-3 3,42 SF2,0/SA1,0/WA97 4,13 x 10-4 15,2 SF3,0/SA1,0/WA96 1,74 x 10-3 3,60 SF0,5/SA1,5/WA98 1,78 x 10-3 3,52 SF1,5/SA1,5/WA97 2,08 x 10-3 3,02 SF1,0/SA2,0/WA97 2,06 x 10-3 3,04 SF2,0/SA2,0/WA96 1,83 x 10-3 3,42 SF0,5/SA2,5/WA97 1,70 x 10-3 3,69 SF2,5/SA0,5/WA97 1,50 x 10-3 4,19 SF1,0/SA3,0/WA96 1,55 x 10-3 4,05
Tabela 6: Diferentes tipos de mecanismo de separação de fases obtidos para o sistema ternário composto por fibroína de seda -alginato de sódio-água e para as membranas das blendas.
Blendas Sistema ternário Membranas
SF0,5/SA0,5/WA99 Decomposição spinodal Decomposição spinodal
SF1,5/SA0,5/WA98 Decomposição spinodal Decomposição spinodal
SF2,5/SA0,5/WA97 Hidrogel Decomposição spinodal
SF1,0/SA1,0/WA98 Decomposição spinodal Decomposição spinodal
SF2,0/SA1,0/WA97 Hidrogel Decomposição spinodal
SF3,0/SA1,0/WA96 Hidrogel Decomposição spinodal
SF0,5/SA1,5/WA98 Decomposição spinodal Decomposição spinodal
SF1,5/SA1,5/WA97 Nucleação e crescimento Decomposição spinodal
SF1,0/SA2,0/WA97 Nucleação e crescimento Decomposição spinodal
SF2,0/SA2,0/WA96 Hidrogel Decomposição spinodal
SF0,5/SA2,5/WA97 Decomposição spinodal Decomposição spinodal
SF1,0/SA3,0/WA96 Hidrogel Decomposição spinodal
Inicialmente, pensava-se que os glóbulos de fibroína de seda presentes nas micrografias das membranas das blendas de fibroína de seda e alginato de sódio indicassem que o mecanismo de separação de fases fosse nucleação e crescimento, o que não se mostrou verdade.
Em um estudo conduzido por Antonov e Moldenaers (2011) com alginato de sódio- caseína e água, os autores mostraram que nesse sistema também ocorre separação de fases, e o mecanismo de separação observado para o sistema foi de decomposição spinodal. A separação observada por eles ocorreu de forma muito rápida, cerca de 900 s. A caseína assim como a fibroína de seda, é uma proteína que tem a tendência de se organizar em micelas e tem
o ponto isoelétrico próximo da fibroína de seda (pI = 4,7-5,2), estando em pH neutro carregada negativamente.
A emulsão formada pelos biopolímeros também apresentava micelas de caseína, Figura 39, com estruturas que remetem às mesmas encontradas nas blendas de fibroína de seda e alginato de sódio. Esse fato levanta a hipótese de que as micelas possam ser formadas muito rapidamente no momento da mistura dos dois polímeros, ocorrendo separação de fases microscópica. Para confirmar essa hipótese seria necessário realizar microscopia eletrônica de varredura ambiental nas blendas de fibroína de seda e alginato de sódio, o que não está no escopo do presente projeto.
Figura 39 – Microscopia eletrônica de varredura ambiental da fase rica em alginato de sódio do sistema caseína-alginato de sódio-água em estudo obtido por Antonov e Moldenaers (2011).
Fonte: ANTONOV; MOLDENAERS (2011)