Resumo: A capacidade de formação e estabilidade são características fundamentais a serem investigadas durante o desenvolvimento de emulsões visando aplicações tecnológicas. Por outro lado, em processos como os fermentativos e petrolíferos, em que ocorre a produção ou extração de compostos apolares, é desejada uma baixa estabilidade das emulsões inerentes ao processo, visando aumentar a recuperação eficiente do óleo. Neste contexto, a análise da estabilidade das emulsões é de suprema importância para se determinar a melhor composição dependendo das características da emulsão desejada. Ademais, desvendar os mecanismos de (des)estabilização seria de grande valia para o desenvolvimento destes importantes sistemas coloidais. Neste sentido, estratégias baseadas na microfluidica foram aplicadas para o estudo da (des)estabilização de gotas, uma vez que esta tecnologia pode alcançar tanto a formação das emulsões quanto sua separação eficiente das fases. Dentro deste viés, o presente estudo objetivou investigar a (des)estabilização de emulsões-modelo (usando surfactantes convencionais ou agentes tensoativos de sistemas fermentativos como estabilizantes) em microcanais. As estratégias aplicadas para tal foram, principalmente, alterações da geometria e das propriedades de parede dos canais, porém a adição de agentes externos (soluções aquosas) também foi realizada para induzir a desestabilização inclusive das emulsões mais estáveis. Por conseguinte, foi possível identificar os principais parâmetros relacionados aos mecanismos de (des)estabilização das emulsões, além de se determinar as condições de escoamento e os microcanais mais adequados para a indução deste fenômeno. De modo geral, foi observado que microcapilares de vidro não foram eficientes para a avaliação dos eventos de coalescência devido ao formato tridimensional, enquanto que os canais planares cujas dimensões são moduláveis foram mais adequados para a avaliação dos fenômenos de desestabilização. Ademais, constatou-se a dificuldade em se desestabilizar emulsões com alta concentração de estabilizantes utilizando microdispositivos que induzem o choque entre as gotas, todavia tal efeito foi alcançado através da injeção forçada de soluções aquosas em gotas concentradas. De fato, dependendo da solução aquosa adicionada (salina ou água deionizada), diferentes mecanismos de desestabilização foram visualizados (fratura, ruptura da gota na parede do canal e/ou coalescência). Tais mecanismos também foram modificados dependendo das propriedades de superfície dos microcanais (potencial zeta e hidrofobicidade). Desta maneira, o entendimento do papel da parede dos microcanais foi essencial para induzir tanto a formação quanto a desestabilização das gotas, permitindo modular a estabilidade cinética das emulsões. De modo geral, foi constatado que os estabilizantes carregados devem possuir cargas de mesmo sinal que os microcanais para que as gotas sejam formadas, além de que a fase contínua da emulsão deve possuir a mesma natureza (polar ou apolar) que a parede dos canais. Em contrapartida, a aderência das gotas de óleo nas paredes dos dispositivos foi observada em duas ocasiões: (i) quando os microcanais possuíam uma alta hidrofobicidade e reduzida carga superficial e (ii) quando as gotas das emulsões possuíam cargas opostas às das paredes dos microcanais. Finalmente, este estudo permitiu indicar a utilização de microcanais em série para a determinação da estabilidade das gotas, no entanto ressalta-se que é necessário entender a priori as potenciais interações gotas-parede dos canais Ver menos

Abstract: The ability of formation and stability are fundamental attributes to be investigated during the development of emulsions aiming at technological applications. Notwithstanding, in other processes, such as fermentative and petroleum-related, in which the production or extraction of nonpolar compounds is triggered, the minimum stability of the emulsions inherent to the process is desirable in order to increase the oil recovery. In this sense, the evaluation of emulsion stability is of paramount importance to determine the optimized composition depending on the characteristics of the sought-after emulsion. Furthermore, unraveling the mechanisms of (de)stabilization would be of outmost value for the development of these important colloidal systems. In this light, strategies based on microfluidics were applied to the investigation of droplets (de)stabilization, since this technology can achieve both the formation of emulsions and their efficient separation of phases. Due to the above, the present study aimed to investigate the (de)stabilization of model emulsions (using conventional surfactants or tensoactive agents of fermentative systems as stabilizers) in microfluidic channels. In such devices, the applied strategies were mainly related to changes in the geometry and surface properties. However, the addition of external agents (aqueous solutions) was also performed to induce the destabilization even of the most stable emulsions. Therewith, it was possible to identify the main parameters related to the mechanisms of emulsion (de)stabilization, in addition to determining the flow conditions and set of channels most suitable for inducing this phenomenon. Overall, it was observed that glass microcapillaries were not efficient to evaluate the events of coalescence due to the 3D geometry, while planar channels (whose dimensions can be modified) were most suitable to assess the destabilization phenomena. Moreover, it was verified extreme difficulty in destabilizing emulsions (especially those with a high concentration of stabilizing agents) using microdevices inducing the contact between the droplets. Nonetheless, such destabilization was achieved through the forced injection of aqueous solution in concentrated droplets. Indeed, depending on the aqueous solution added (saline solution or water), varied mechanisms of destabilization were visualized (fracture, droplet burst on the channel surface and/or coalescence). Such mechanisms were also dependent on the surface properties of the microchannels (zeta potential and hydrophobicity). Therefore, understanding the role of the microchannel wall was essential to induce both formation and destabilization of the droplets, allowing modulating the kinetic stability of the emulsions. In general, it was found that charged stabilizing agents must have charges of the same signal as microchannels to allow droplets formation. In addition, the continuous phase of the emulsions must have the same nature (polar or nonpolar) as the channel surface. On the other hand, adherence of oil droplets on the device walls was observed on two occasions: (i) when the microchannels possessed both high hydrophobicity and reduced surface charges and (ii) when the emulsion droplets had opposite charges to those of the walls of the microchannels. Ultimately, this study allowed indicating the use of channels coupled in series to determine the stability of the droplets; however, it was emphasized that a prior understanding of the potential interactions between the droplets and the channels needs to be accomplished Ver menos