Modelagem e simulação da impregnação do óleo de borage em membranas de poliuretano usando CO2 a alta pressão para aplicações médicas

Abstract

A impregnação de polímeros com princípios ativos de fármacos usando o dióxido de carbono a alta pressão constitui-se em uma das formas de processamento de polímeros para obtenção de sistemas de liberação controlada. A modelagem e a simulação do processo de impregnação são especialmente importantes para a previsão da viabilidade técnica do processo e a escolha das melhores condições operacionais com redução dos esforços experimentais. Nesse sentido, a presente dissertação tem como objetivo modelar e simular a impregnação de membranas de poliuretano com óleo de borage usando CO2 denso para aplicação no tratamento de feridas dérmicas. Para tanto, é crucial a descrição adequada do comportamento termodinâmico do sistema ternário CO2-óleo de borage-poliuretano a alta pressão, que não é uma tarefa trivial, pois necessita de dados de equilíbrio de fases dos sistemas binários correspondentes ainda pouco estudados na literatura. A modelagem e a simulação do processo de dessorção de CO2 em poliuretano foram realizadas utilizando-se as soluções analítica e numérica da 2ª. lei de Fick para descrição do fenômeno de transferência de massa. A determinação da quantidade máxima de CO2 sorvida no poliuretano foi obtida pela extrapolação da curva de dessorção até o tempo zero para diferentes condições de temperatura, pressão e tempo de sorção. O emprego das soluções analítica e numérica da 2ª. lei de Fick geraram resultados semelhantes tanto para o coeficiente de difusão quanto para a quantidade de CO2 sorvida pelo poliuretano. A predição do comportamento termodinâmico do óleo de borage em CO2 denso foi feita a partir da correlação de dados de solubilidade usando a equação de estado de Peng-Robinson com dois tipos de regra de mistura: a clássica e a LCVM. Devido à complexidade do sistema e a ausência de dados experimentais, as propriedades físico-químicas do óleo de borage foram estimadas por métodos de contribuição de grupos. Os resultados da correlação da solubilidade do óleo de borage em CO2 indicaram que o tipo de regra de mistura não é o fator determinante vi para o bom ajuste do modelo aos pontos experimentais, mas sim a quantidade de parâmetros ajustáveis utilizados. Observou-se que apenas a regra de mistura clássica com dois parâmetros ajustáveis dependentes da temperatura é capaz de descrever satisfatoriamente o comportamento termodinâmico desse sistema. A modelagem do equilíbrio de fases do sistema ternário foi feita através da predição do coeficiente de partição do óleo de borage entre as fases polimérica e fluida, a partir dos dados experimentais dos sistemas binários, usando-se a teoria do equilíbrio de fases e modelos específicos. Observou-se que, apesar da escassez de dados de equilíbrio de fases para os sistemas binários, é possível fazer uma avaliação qualitativa satisfatória a partir do cálculo preditivo do coeficiente de partição do óleo de borage. Os resultados mostraram que a ordem de grandeza do coeficiente de partição calculado é a mesma dos valores obtidos a partir dos dados experimentais de impregnação.