AOUADA, F. A.

CHIOU, B. S.

MATTOSO, L. H. C.

ORTS, W. J.

PAN, Z.

RCAAP - Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal

Aplicação de hidrogéis em sistemas de liberação controlada de pesticida.

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ISSN 2175-8395Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuáriaEmbrapa Instrumentação AgropecuáriaMinistério da Agricultura, Pecuária e AbastecimentoRede de Nanotecnologia Aplicada ao AgronegócioAnais do V Workshop 2009Odílio Benedito Garrido de AssisWilson Tadeu Lopes da SilvaLuiz Henrique Capparelli MattosoEditoresEmbrapa Instrumentação AgropecuáriaSão Carlos, SP2009Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:Embrapa Instrumentação AgropecuáriaRua XV de Novembro, 1452Caixa Postal 741CEP 13560-970 - São Car1os-SPFone: (16) 21072800Fax: (16) 2107 2902http://www.cnpdia.embrapa.brE-mail: sac@cnpdia.embrap.brComitê de Publicações da UnidadePresidente: Dr. Luiz Henrique Capparelli MattosoMembros: Dra. Débora Marcondes Bastos Pereira Mi1ori,Dr. João de Mendonça Naime,Dr. Washington Luiz de Barros MeloValéria de Fátima CardosoMembro Suplente: Dr. Paulo Sérgio de Paula Hemnann JuniorSupervisor editorial: Dr. Victor Bertucci NetoNormalização bibliográfica: Valéria de Fátima CardosoCapa: Manoela Campos e Valentim MonzaneImagem da Capa: Imagem de AFM de nanofibra de celulose - Rubens Bemardes FilhoEditoração eletrônica: Manoela Campos e Valentim Monzaneg ediçãog impressão (2009): tiragem 200Todos os direitos reservados.A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou em parte,constitui violação dos direitos autorais (Lei nO 9.610).CIP-Brasil. Catalogação-na-publicação.Embrapa Instrumentação AgropecuáriaAnais do V Workshop da rede de nanotecnologia aplicada aoagronegócio 2009 - São Carlos: Embrapa InstrurnentaçãoAgropecuaria, 2009.IrregularISSN: 2175-83951. Nanotecnologia - Evento. I. Assis, Odílio Benedito Garrido de.11.Silva, Wilson Tadeu Lopes da. III. Mattoso, Luiz HenriqueCapparelli. IV. Embrapa Instrumentação Agropecuaria© Embrapa 2009Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V Workshop,'I::' ,Red, e~,.. I'~' NonoAPLICAÇÃO DE HIDROGÉIS EM SISTEMAS DE LIBERAÇÃOCONTROLADA DE PESTICIDAFauze Ahmad Aouada':', Zhongli Parr', Bor-Sen Chiou', William J. Orts", Luiz Henrique CapparelliMattoso"'Depto. de Química - UFSCar, 13560-905, São Carlos, SP2Processed Foods Research Unit, USDA-ARS-WRRC, Albany, CA, United States3Bioproduct Chemistry & Engineering Research Unit, USDA-ARS- WRRC, Albany, CA, United States"Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação Agropecuária,13560-970, São Carlos, SP *mattoso@cnpdia.embrapa.brProjeto Componente: PC4 Plano de Ação: 01.05.1.01.04.04ResumoNeste trabalho, a potenciabilidade de aplicação de hidrogéis de poliacrilamida (PAAm) emetilcelulose (MC) como carreador em sistemas de liberação controlada do pesticida paraquat foiinvestigada por medidas espectroscópicas UV-Visível. Os resultados indicaram que a taxa deliberação pode ser controlada pela relação entre AAmlMC e que sua liberação toma-se maisprolongada à medida que se aumentam os grupamentos hidroxilas provenientes do polissacarídeoMe. Acinética de liberação pode ser otimizada (até 45 dias) pelo controle da hidrofilicidade atravésda variação entre a relação acrilamida / metilcelulose na solução formadora dos hidrogéis. Por tudoapresentado e pela alta absorção de água dos hidrogéis, estes materiais podem ser consideradoscomo promissores para serem aplicados em diferentes campos na agricultura, destacando aliberação controlada de insumos agrícolas.Palavras-chave: hidrogéis, poliacrilamida, metilcelulose, pesticida, liberação controlada,agronegócio.IntroduçãoPesticidas podem ser definidos comosubstâncias utilizadas para matar, controlar ou inibir(ART, 1998) todas as formas de vidas, vegetais ouanimais presentes em culturas agrícolas, pecuária,nas casas e jardins, saúde pública, no combate devetores de doenças transmissíveis, etc. Sãoutilizados na agricultura com três principaisobjetivos: aumentar a produtividade das culturas,produzir culturas de alta qualidade e reduzir o custode mão-de-obra. O polissacarídeo metilcelulose(MC) trata-se de um polímero polihidroxiladohidrofilico solúvel em meio aquoso, podendo sertransformado em gel através de reticulação químicautilizando di-aldeídos na presença de ácido forte(TOMIHATA e lKADA, 1997; PARK et al., 2001).No entanto, hidrogéis de metilcelulose apresentampobre resistência mecânica limitando à sua aplicaçãotecnológica. Já hidrogéis sintetizados a partir demonômeros sintéticos apresentam excelentespropriedades mecânicas e hidrofilicas. Assim, asíntese de hidrogéis de metilcelulose suportadasmecanicamente em redes poliméricas constituídaspor poliacrilamida (PAAm) reticuladas toma-se umaperspectiva para possibilitar à sua aplicação. Dentreas diferentes aplicações, as relacionadas com oagronegócio, principalmente a liberação controladade pesticidas, têm se tomado uma interessantevertente (lSIKLAN, 2007). Sendo que as principaispropriedades que credenciam os hidrogéis são:Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009145Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V Workshopatoxicidade; biodegradabilidade; variação depropriedades em função de estímulos externos(intensidade iônica e pH); alta hidratação em umcurto intervalo de tempo; capacidade de liberaçãoprolongada/controlada de água e insumos agrícolas.O objetivo principal desse sistema é aumentar aeficiência funcional do insumo, reduzindo os riscosde toxidez para o homem e contaminação ambiental.Este trabalho teve como objetivo principaldesenvolver hidrogéis de poliacrilamida contendo opolissacarídeo metilcelulose buscando hidrogéispara aplicação em sistemas carreadores paraliberação controlada do pesticida paraquat.Materiais e métodosOs hidrogéis constituídos por PAAm epolissacarídeo biodegradável MC foram obtidos pormeio de polimerização química do monômeroacrilamida (AAm) em solução aquosa contendo MC,agente de reticulação N' -N metileno-bisacrilamida(MBAAm) e catalisador N,N,N' ,N' - tetrametil-etilenodiamina (TEMED). Persulfato de sódio foiutilizado como iniciador da reação de polimerizaçãovia radical livre.Inicialmente foi quantificada a adsorção deparaquat nos hidrogéis através da inserção de umhidrogel previamente seco em uma dada solução deparaquat com concentração conhecida (Co)' Asconcentrações do paraquat foram determinadasutilizando-se um espectrofotômetro UV-Visívelbaseando-se em uma curva de calibração,previamente construída em um específicocomprimento de onda (À = 258 nm), R2 = 0.9991.Posteriormente, foi realizado o estudo de liberaçãodo pesticida paraquat em meio aquoso. Para isso, ohidrogel foi retirado da solução de estudo C, eadicionado em um recipiente contendo volumeconhecido de água, sendo que alíquotas foramretiradas e quantificadas utilizando o mesmoprocedimento descrito acima. Após as medidas emcada tempo, as alíquotas foram recolocadas nasolução de origem, para que o volume do sistema nãosofresse alteração. Os resultados de liberação foramquantificados em termos de liberação cumulativa(LC) em função do tempo utilizando a Eq. I:LC(%) = Mt x100Moo(1)onde M, é a quantidade de pesticida liberada pelohidrogel no tempo t e M, é a quantidade total depesticida carregada no hidrogel.Resultados e discussãoA potencialidade de liberação controlada dopesticida paraquat a partir de hidrogéis de PAAm eMC foi investigada utilizando a técnicaespectroscópica UV-Visível. Na Figura 1 sãomostrados a variação espectral de absorção dopesticida paraquat em toda a região ultravioleta e oprocesso cinético de liberação do paraquat nocomprimento de onda de absorção máxima (À = 258nm) (Inset) do hidrogel constituído por 6,0 % deAAme 1,0%deMe.1,0,------------------,~ 0.5 • ..___-t- ~.~ 0.3 I~ 0.2~ O.'O.0'f--c;;-" ----;;;";--';;-,, ---" ••;----;1"Tempo (dias)ro- 0,82-cu 0,6.~'cu~0,4~ 0,20,0240- tempo = 1 hora- tempo = 3 dias- tempo = 4 dias- tempo = 8 dias- tempo = 21 dia- tempo = 46 dia280 320 360 400comprimento de onda (nm)Fig. 1. Cinética de liberação do pesticida paraquatatravés do hidrogel de PAAm-MC: [AAm] = 6,0% (m/v), [MC] = 1,0 % (m/v), [Co]= 37,5 mg L'I, eT = 25,0 ± 0,1 De.Na Figura 2 são mostradas as percentagens deliberação cumulativa em função do tempo parahidrogéis com 6,0 % de AAm e diferentes teores deMC. Pode-se observar que a menor quantidade deparaquat liberada foi obtida para os hidrogéisconstituídos apenas por PAAm. Esse hidrogelliberapraticamente todo o paraquat adsorvido em apenas 1dia, devido a pequena interação que sua matrizpossui com o pesticida. Nessas condições o processode adsorção ocorre via interação hidrofóbica entregrupamentos amidas (via pAAm) e regiõescatiônicas do pesticida. A medida que aconcentração de MC é aumentada observa-seaumento na quantidade de paraquat liberada, o que édesejável. Os valores de liberação cumulativa parahidrogéis contendo MC foram 41; 73; 60 e 24 % para0,25; 0,5; 0,75 e 1,0 % de MC, respectivamente. Ohidrogel com 0,5 % de MC apresentou o máximo deliberação de paraquat. Ainda é observada que acinética atinge o estado de equilíbrio em torno de 15-20 dias.Foi investigada também a influência daconcentração de acrilamida no processo de liberaçãocontrolada do pesticida paraquat e seus resultadosestão mostrados na Figura 3.O aumento da concentração de AAm, econsequentemente aumento da rigidez da matrizpolimérica (PAAm + MC), provoca diminuiçãoconsiderável na percentagem de pesticida liberada.Isto indica que a interação pesticida-matriz é maisforte nessas condições. Também, outro fator quecontribui para esse efeito é o menor grau deEmbrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009146Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V Workshopintumescimento. Observa-se ainda a extensão doprocesso de liberação para 45 dias.O%MC ,~100e.....~ 80 J,f-+-H 0.5 % MC •••+=>ro J.ê li-li-li-6 0.75 % MC li60 ..1..... .J. 1. J.~ 0.25% MC 2o ~-~-~-9o 40.~ 1.0 % MC f~ ~+-+-f-f-+<1> 20.D::JOO 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Tempo (dias)Fig. 2. Dependência da liberação cumulativa emfunção do tempo para hidrogéis de PAAm-MC:[AAm] = 6,0 % (m/v), [Co] = 37,5 mg L", e T =25,0 ± 0,1 -c.80~ 70 +-,-,-+ . +~ro 60 / -o-6,O%AAm,O,5%MC.zro50 -6- 9,0 % AAm e 0,5 % Me~à 40o30.~~~ 20 t Ól._f~--l:::J 10 A*~-~~1 1oo 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Tempo (dias)Fig. 3. Dependência da liberação cumulativa emfunção do tempo para hidrogéis de PAAm-MC:[MC] = 0,5 % (m/v), [Co] = 37,5 mg L", e T = 25,0+o.i-c.ConclusõesO estudo destes matenais possibilitou aotimização do controle da cinética de liberação doparaquat (até 45 dias) por meio do controle dahidrofilicidade dos mesmos através da variação entrea relação acrilamida / metilcelulose na soluçãoformadora dos hidrogéis. O processo de liberação foifortemente dependente das concentrações demetilcelulose e acrilamida. Sendo que sua liberaçãotoma-se mais prolongada à medida que se aumentamos grupamentos hidroxilas.Por tudo apresentado e pela alta absorção deágua dos hidrogéis, estes materiais podem serconsiderados como promissores para seremaplicados em diferentes campos na agricultura,destacando a liberação controlada de insumosagrícolas.AgradecimentosCNPq, FAPESP, FIPAI, FINEPIMCT, EMBRAPA,USDA.ReferênciasART, H. W. Dicionário de ecologia e Ciênciasambientais. São Paulo: Melhoramentos, 1998.ISIK.LAN, N. 1. Appl. Polym. Sci., New York, v.105,n.2,p.718-725,2007.PARK, J. -S.; PARK, J. -W.; RUCKENSTEIN, E.Polymer, [S. L], v. 42, n. 9, p. 4271-4280, 2001.TOMIHATA, K.; lKADA, Y.J. Polym. Sci., PartA:Polym. Chem., Easton, v. 35, n. 16, p. 3553-3559,1997.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009147

http://www.alice.cnptia.embrapa.br/alice/bitstream/doc/578684/1/Proci09.00240.pdf

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