O objetivo desta dissertação é a utilização de metodologias de RMN para caracterizar a separação de fases e, em algum grau, a dinâmica de segmentos moleculares em copolímeros em bloco. Na primeira parte do trabalho, técnicas de RMN de Difusão de Spins, cujo fenômeno envolvido traz informações sobre a formação de domínios de segmentos moleculares, foram exploradas no sentido de avaliar seu desempenho assim como as principais dificuldades experimentais. Para isso, foi usado como referência o copolímero tri-bloco SEBS (Estireno-EtilenoButileno-Estireno), cuja morfologia é bem conhecida. Os testes experimentais foram realizados em equipamentos de RMN com campo magnético de 0.5 T e 9.4 T, sendo que em baixo campo uma proposta alternativa de tratamento dos dados foi utilizada. Como já apontado na literatura, os resultados indicaram que embora seja possível realizar tais experimentos em baixo campo a análise dos dados se torna mais complexa devido aos tempos de relaxação T1 mais curtos, tornando necessário o uso de simulações numéricas, que fazem a análise mais dependente de modelos específicos. A segunda parte do trabalho foi dedicada ao estudo de copolímeros em bloco compostos por polióxidoetileno (POE) ou Polietileno Glicol (PEG - POE de baixo peso molecular) e poliestireno (PS) e atambém copolimeros a base de PS e acrilatos ramificados com POE (PMAPEG - do inglês Poly Methyl Acrilate Polyethylene Glicol). Nesses estudos, técnicas de RMN de 1H e 13C como função da temperatura foram usadas para estudar as principais transições dinâmicas das cadeias de POE. Foi demonstrado que, embora o comportamento dinâmico das cadeias de POE seja similar em todos os copolímeros estudados, nas amostras de copolímeros com PMAPEG o grau de heterogeneidade dos movimentos das cadeias de POE é consideravelmente menor, o que foi atribuído ao empacotamento local semelhante e mais regular nos segmentos PMAPEG. Experimentos de RMN de Difusão de Spins foram utilizados nos estudos de morfologia, sendo demonstrada a separação de fases com formação de domínios em todas as amostras, com a regularidade desses domínios dependendo da composição. As dimensões médias dos domínios foram estimadas e os resultados correlacionados com os aspectos dinâmicos. / The main objective of this dissertation is the use of NMR methods to characterize the phase separation and, to some extent, the dynamics of the molecular segments in block copolymers. In the first part, NMR Spin Diffusion methods were explored in order to evaluate their performance as well as the main experimental difficulties. For that, a reference tri-block polymer SEBS (styrene-block-butadiene-block-styrene), which had a well known morphology, was used. The experimental tests were carried out in NMR equipments with magnetic field of 0.47 T and 9.4 T and at low filed an alternative proposal for data analysis was used. A already shown in the literature, the results indicated that , despite being possible to accomplish these experiments in low field, the data analysis become more intricate due to the shorter T1 values at this magnetic field, requiring the use of numerical simulations, which make the method more model dependent. The second part was dedicated to the study of copolymers consisting of Polyoxyethylene (PEO) or Polyethylene Glycol (PEG-low molecular weight PEO) and polystyrene (PS) as well as copolymers based on PS and Poly acrylates with PEO branches (PMAPEG -Poly Methyl Acrylate Polyethylene Glicol). In these studies, 1H and 13C NMR methods as function of temperature were used to characterize the main dynamic transitions in the PEO chains. It was shown that, despite similar dynamic behavior was observed in all samples, the PS-PMAPEG copolymers present a smaller degree of motional heterogeneity, which was attributed to the similar local packing of the PMAPEG chains. Using Spin diffusion NMR information about the morphology of the samples were obtained, showing evidences of phase separation and domain formation in all samples, being the regularity of the domain related with the sample composition. The average domain sizes were estimated.

Orientador: Watson Loh / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T17:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_RodrigoCardosoda_D.pdf: 8247158 bytes, checksum: 473fe7463d68c6d0e0bc41282c54596d (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Azopolímeros apresentam propriedades de fotoisomerização, úteis para confecção de memórias ópticas, que dependem da arquitetura molecular do azopolímero e do filme formado a partir dele. Neste trabalho foram sintetizados polímeros com arquitetura molecular controlada, usando os azomonômeros [4-(N-etil-N-2-(metacriloxietil)) amino-2\'-cloro-4\'-nitroazobenzeno] (DR13MA) e [4-(N-etil-N-2-(metacriloxietil)) aminoazobenzeno] (MAEAMA). Para a síntese de homopolímeros e copolímeros em bloco foram utilizados dois métodos: NMRP - polimerização radicalar mediada por nitróxidos e ATRP - polimerização radicalar por transferência de átomo. Foram produzidos copolímeros dibloco, com um dos blocos contendo azocorantes, pela reação do monômero DR13MA com macroiniciadores poliestireno (PS) no método NMRP, e poli(metacrilato de metila) (PMMA) via ATRP. Homopolímeros de ambos os azomonômeros foram sintetizados por ATRP, e assim como os copolímeros em bloco mostraram cadeias com baixa polidispersividade. Complementando o trabalho de síntese, foram estudadas as propriedades dos materiais na interface ar-água, utilizando filmes de Langmuir, e procedeu-se a transferência dos mesmos para substratos sólidos formando filmes Langmuir-Blodgett (LB). Nos filmes de Langmuir foi observada a conformação e as interações (agregação) das moléculas dos materiais, destacadamente, no caso do homopolímero HPMAEA, foi observado um patamar próximo a 8 mN/m na isoterma de pressão de superfície, indicando haver reorganização do material no filme. Os filmes LB serviram como objeto de estudo das propriedades ópticas dos compostos, e no caso do homopolímero HPDR13 sintetizado via ATRP, pela primeira vez foi possível a realização de medidas em filmes puros do material. Medidas de armazenamento óptico foram realizadas para comprovar a aplicabilidade dos materiais em memórias ópticas. No caso do terpolímero PS-b-[MMA-co-DR13] sintetizado por NMRP, os resultados de armazenamento foram semelhantes aos obtidos com blendas. Para o homopolímero HPMAEA, uma grande influência do tipo de filme empregado (cast ou LB) foi observada no tempo de escrita das memórias, com o tempo para o filme LB sendo 26 vezes menor. Copolímeros em bloco PMMA-b-DR13 podem ser vantajosos por aliarem as propriedades ópticas do homopolímero HPDR13 à maior estabilidade térmica e mecânica do PMMA. / Azopolymers display photoisomerization properties, which can be exploited in optical memories, and depend strongly on the molecular architecture of the polymer chain and kind of film employed. In this work, azopolymers with controlled molecular architecture were synthesized using the azomonomers [4-(N-ethyl-N-2(methacryloxyethyl))amino-2\'-chloro-4\'-nitroazobenzene](DR13MA)and[4-(N-ethyl-N-2-(methacryloxyethyl))aminoazobenzene] (MAEAMA). Two methods were used to synthesize homopolymers and block-copolymers: NMRP - Nitroxide-mediated radical polymerization and ATRP - Atom transfer radical polymerization. Diblock-copolymers were produced, with one block composed by azodyes units, by reacting the monomer DR13MA with a polystyrene (PS) macroinitiator via NMRP, or with poly(methyl methacrylate) (PMMA) macroinitiator via ATRP. Homopolymers of both azomonomers were synthesized by ATRP, and - analogously to the blockcopolymers - exhibited controlled structure with a small polydispersity. The synthesized polymers were then used in the formation of Langmuir films at the air-water interface, which could be transferred onto solid substrates forming Langmuir-Blodgett (LB) films. In Langmuir films, an investigation was made of the conformation and interactions (aggregation) of the film-forming molecules. Interestingly, a plateau was observed at 8 mN/m in the surface pressure isotherm for the HPMAEA homopolymer, pointing to a reorganization of the polymer during compression. For HPDR13 produced by ATRP, it was possible to deposit LB films with no need to use surfactants, unlike the case of HPDR13 synthesized by conventional methods. Optical storage measurements were performed to demonstrate the applicability of the azo-containing materials in optical memories. For the terpolymer PS-b-[MMA-co-DR13] made by NMRP, the storage results were similar to those obtained with blends. In the case of the homopolymer HPMAEA, a large influence of the kind of film used (cast or LB) was observed in the writing time of the memories, with the writing time for the LB film being 26 times faster. PMMA-b-DR13 block-copolymers may be advantageous in combining the optical properties of the homopolymer HPDR13 with the thermal and mechanical stability of PMMA.

Recentemente, utilizando a técnica de auto-agregação (\"self-assembly\") foi possível visualizar a possibilidade de se obterem estruturas de tamanhos nanométricos de maneira rápida, em poucas etapas sintéticas e por meio de simples atrações físicas entre as macrocadeias, simulando as interações dos peptídeos nas proteínas. A principal característica desta técnica baseia-se na estrutura química dos polímeros sintéticos que permite o processo de autoagregação somente com interações físicas entre as macrocadeias (sem ligações covalentes). Por meio desta técnica é possível obter, com eficiência e rapidez, estruturas nanométricas que seriam de difícil obtenção por técnicas convencionais.O objetivo principal desta tese foi estudar uma rota química para a síntese de copolímeros em bloco anfifílicos e a preparação de nanopartículas sensíveis à variação de temperatura e pH, pelo método de auto-agregação. Para isso, copolímeros em bloco anfifílicos foram sintetizados utilizando como segmento hidrofóbico o Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBHV) e como segmento hidrofílico foram utilizados a Poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) e Poli(N-isopropilacrilamida-co-ácido acrílico) (PNIPAAmAA). Estes polímeros chamados \"inteligentes\" foram sintetizados pelo novo mecanismo de polimerização radicalar controlada, por transferência de cadeia, via fragmentação e adição reversíveis (RAFT). Essas nanopartículas termo-pH-sensíveis foram empregadas nos estudos de liberação controlada de um ativo modelo, o acetato de dexametasona, sob condições controladas de temperatura e pH. Com os resultados obtidos nesta tese foi possível identificar uma rota química de síntese de copolímeros em bloco anfifílicos sensíveis a temperatura e pH, utilizando-se de reações de acoplamento entre um polímero biodegradável, obtido de fontes renováveis, e polímeros \"inteligentes\". Foi possível demonstrar também, a viabilidade de utilização destes copolímeros anfifílicos na preparação de nanopartículas pela técnica de auto-agregação, o emprego deste sistema na encapsulação e a liberação controlada de um ativo modelo em função de variações de temperatura e pH. / Recently, the self-assembly technique provided an efficient and rapid pathway for obtaining nanometers structures in a nanometer scale using few steps of reactions and by means of simple physical attractions among macro chains, simulating the folding of peptide segments in proteins. The main characteristic of this technique is based on the chemical structure of the synthetic polymers which allow the self degradation process only with physical interactions between the macro chains (without covalent bonds). By the utilization of this technique is possible to obtain, easily and efficiently, nanometers structures, which would be difficult to be obtained by conventional techniques. The aim of this work was to study a chemical route for designing amphiphilic block copolymers and nanoparticles that exhibit thermo and pH responsive by means of self-assembly method. For this purpose, amphiphilic block copolymers were synthesized using as hydrophobic segment Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBHV) and as hydrophilic segments, Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) and Poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) (PNIPAAmAA). The hydrophilic polymers, called \"smart\" polymers were synthesized by a new mechanism of controlled radical polymerization, the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT). These nanoparticles sensitive to temperature and pH were utilized in a drug delivery system of a model drug, the Dexametasone acetate (DexAc) under controlled environment of temperature and pH. The results allowed identifying a chemical route for the synthesis of stimuli-responsive amphiphilic block copolymers by means of coupling reactions of a biodegradable polymer obtained from renewable resources with smart polymers. It was also possible to demonstrate the possibility of utilization of these amphiphilic copolymers in the preparation of nanoparticles by self-assembly technique as well as the utilization of this system in the encapsulation and in the drug delivery of a model drug with variation of temperature and pH.

Azopolímeros apresentam propriedades de fotoisomerização, úteis para confecção de memórias ópticas, que dependem da arquitetura molecular do azopolímero e do filme formado a partir dele. Neste trabalho foram sintetizados polímeros com arquitetura molecular controlada, usando os azomonômeros [4-(N-etil-N-2-(metacriloxietil)) amino-2\'-cloro-4\'-nitroazobenzeno] (DR13MA) e [4-(N-etil-N-2-(metacriloxietil)) aminoazobenzeno] (MAEAMA). Para a síntese de homopolímeros e copolímeros em bloco foram utilizados dois métodos: NMRP - polimerização radicalar mediada por nitróxidos e ATRP - polimerização radicalar por transferência de átomo. Foram produzidos copolímeros dibloco, com um dos blocos contendo azocorantes, pela reação do monômero DR13MA com macroiniciadores poliestireno (PS) no método NMRP, e poli(metacrilato de metila) (PMMA) via ATRP. Homopolímeros de ambos os azomonômeros foram sintetizados por ATRP, e assim como os copolímeros em bloco mostraram cadeias com baixa polidispersividade. Complementando o trabalho de síntese, foram estudadas as propriedades dos materiais na interface ar-água, utilizando filmes de Langmuir, e procedeu-se a transferência dos mesmos para substratos sólidos formando filmes Langmuir-Blodgett (LB). Nos filmes de Langmuir foi observada a conformação e as interações (agregação) das moléculas dos materiais, destacadamente, no caso do homopolímero HPMAEA, foi observado um patamar próximo a 8 mN/m na isoterma de pressão de superfície, indicando haver reorganização do material no filme. Os filmes LB serviram como objeto de estudo das propriedades ópticas dos compostos, e no caso do homopolímero HPDR13 sintetizado via ATRP, pela primeira vez foi possível a realização de medidas em filmes puros do material. Medidas de armazenamento óptico foram realizadas para comprovar a aplicabilidade dos materiais em memórias ópticas. No caso do terpolímero PS-b-[MMA-co-DR13] sintetizado por NMRP, os resultados de armazenamento foram semelhantes aos obtidos com blendas. Para o homopolímero HPMAEA, uma grande influência do tipo de filme empregado (cast ou LB) foi observada no tempo de escrita das memórias, com o tempo para o filme LB sendo 26 vezes menor. Copolímeros em bloco PMMA-b-DR13 podem ser vantajosos por aliarem as propriedades ópticas do homopolímero HPDR13 à maior estabilidade térmica e mecânica do PMMA. / Azopolymers display photoisomerization properties, which can be exploited in optical memories, and depend strongly on the molecular architecture of the polymer chain and kind of film employed. In this work, azopolymers with controlled molecular architecture were synthesized using the azomonomers [4-(N-ethyl-N-2(methacryloxyethyl))amino-2\'-chloro-4\'-nitroazobenzene](DR13MA)and[4-(N-ethyl-N-2-(methacryloxyethyl))aminoazobenzene] (MAEAMA). Two methods were used to synthesize homopolymers and block-copolymers: NMRP - Nitroxide-mediated radical polymerization and ATRP - Atom transfer radical polymerization. Diblock-copolymers were produced, with one block composed by azodyes units, by reacting the monomer DR13MA with a polystyrene (PS) macroinitiator via NMRP, or with poly(methyl methacrylate) (PMMA) macroinitiator via ATRP. Homopolymers of both azomonomers were synthesized by ATRP, and - analogously to the blockcopolymers - exhibited controlled structure with a small polydispersity. The synthesized polymers were then used in the formation of Langmuir films at the air-water interface, which could be transferred onto solid substrates forming Langmuir-Blodgett (LB) films. In Langmuir films, an investigation was made of the conformation and interactions (aggregation) of the film-forming molecules. Interestingly, a plateau was observed at 8 mN/m in the surface pressure isotherm for the HPMAEA homopolymer, pointing to a reorganization of the polymer during compression. For HPDR13 produced by ATRP, it was possible to deposit LB films with no need to use surfactants, unlike the case of HPDR13 synthesized by conventional methods. Optical storage measurements were performed to demonstrate the applicability of the azo-containing materials in optical memories. For the terpolymer PS-b-[MMA-co-DR13] made by NMRP, the storage results were similar to those obtained with blends. In the case of the homopolymer HPMAEA, a large influence of the kind of film used (cast or LB) was observed in the writing time of the memories, with the writing time for the LB film being 26 times faster. PMMA-b-DR13 block-copolymers may be advantageous in combining the optical properties of the homopolymer HPDR13 with the thermal and mechanical stability of PMMA.

Recentemente, utilizando a técnica de auto-agregação (\"self-assembly\") foi possível visualizar a possibilidade de se obterem estruturas de tamanhos nanométricos de maneira rápida, em poucas etapas sintéticas e por meio de simples atrações físicas entre as macrocadeias, simulando as interações dos peptídeos nas proteínas. A principal característica desta técnica baseia-se na estrutura química dos polímeros sintéticos que permite o processo de autoagregação somente com interações físicas entre as macrocadeias (sem ligações covalentes). Por meio desta técnica é possível obter, com eficiência e rapidez, estruturas nanométricas que seriam de difícil obtenção por técnicas convencionais.O objetivo principal desta tese foi estudar uma rota química para a síntese de copolímeros em bloco anfifílicos e a preparação de nanopartículas sensíveis à variação de temperatura e pH, pelo método de auto-agregação. Para isso, copolímeros em bloco anfifílicos foram sintetizados utilizando como segmento hidrofóbico o Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBHV) e como segmento hidrofílico foram utilizados a Poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) e Poli(N-isopropilacrilamida-co-ácido acrílico) (PNIPAAmAA). Estes polímeros chamados \"inteligentes\" foram sintetizados pelo novo mecanismo de polimerização radicalar controlada, por transferência de cadeia, via fragmentação e adição reversíveis (RAFT). Essas nanopartículas termo-pH-sensíveis foram empregadas nos estudos de liberação controlada de um ativo modelo, o acetato de dexametasona, sob condições controladas de temperatura e pH. Com os resultados obtidos nesta tese foi possível identificar uma rota química de síntese de copolímeros em bloco anfifílicos sensíveis a temperatura e pH, utilizando-se de reações de acoplamento entre um polímero biodegradável, obtido de fontes renováveis, e polímeros \"inteligentes\". Foi possível demonstrar também, a viabilidade de utilização destes copolímeros anfifílicos na preparação de nanopartículas pela técnica de auto-agregação, o emprego deste sistema na encapsulação e a liberação controlada de um ativo modelo em função de variações de temperatura e pH. / Recently, the self-assembly technique provided an efficient and rapid pathway for obtaining nanometers structures in a nanometer scale using few steps of reactions and by means of simple physical attractions among macro chains, simulating the folding of peptide segments in proteins. The main characteristic of this technique is based on the chemical structure of the synthetic polymers which allow the self degradation process only with physical interactions between the macro chains (without covalent bonds). By the utilization of this technique is possible to obtain, easily and efficiently, nanometers structures, which would be difficult to be obtained by conventional techniques. The aim of this work was to study a chemical route for designing amphiphilic block copolymers and nanoparticles that exhibit thermo and pH responsive by means of self-assembly method. For this purpose, amphiphilic block copolymers were synthesized using as hydrophobic segment Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBHV) and as hydrophilic segments, Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) and Poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) (PNIPAAmAA). The hydrophilic polymers, called \"smart\" polymers were synthesized by a new mechanism of controlled radical polymerization, the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT). These nanoparticles sensitive to temperature and pH were utilized in a drug delivery system of a model drug, the Dexametasone acetate (DexAc) under controlled environment of temperature and pH. The results allowed identifying a chemical route for the synthesis of stimuli-responsive amphiphilic block copolymers by means of coupling reactions of a biodegradable polymer obtained from renewable resources with smart polymers. It was also possible to demonstrate the possibility of utilization of these amphiphilic copolymers in the preparation of nanoparticles by self-assembly technique as well as the utilization of this system in the encapsulation and in the drug delivery of a model drug with variation of temperature and pH.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4850.pdf: 16404751 bytes, checksum: 39c816d8c598ae34b1bd0948e9c77c6d (MD5) Previous issue date: 2013-01-11 / The solution behavior and self-assembly structural phenomena of two industrial amphiphilic polyether glycol block copolymers with different chemical structures and similar cloud points were studied. The raw industrial diol copolymer was subjected to fractionation by preparative liquid chromatography with a size exclusion column (prep-LC-SEC). Prep-LC-SEC did not achieve a molecular mass separation; nonetheless it generated a separation of fractions by means of polarity. Significant heterogeneity of chain polarity of the fractions was demonstrated by CO2 supercritical fluid chromatography (SFC). The temperature and concentration effects of the polymers in polar 2-(2-butoxyethoxy)ethanol and water (25DB) solution were investigated by means of a combination of ATR-FTIR and SAXS techniques. In ATRFTIR analysis, a hypsochromic shift was shown for the O-H absorption peak with an increase in copolymer concentration in solution. This shift was consistently observed in high as well as in low temperatures. Narrowing of the C-O peak width with increasing concentration was demonstrated. A slight bathochromic shift of the C-H peaks was observed as a result of increasing polymer concentration. SAXS evaluation of the copolymers was carried out in concentrated systems. Despite the distinct chemical structures, the scattering curves indicate that the micellar aggregation processes and structural forms of both polyether glycols in solution are significantly similar. SAXS profiles in temperatures above and close to the cloud point revealed the absence of a macromolecular organized structure of the copolymer polyethers in 25DB solution. An investigative fit of the SAXS curves with a hard sphere model (HSM K-T) support the similar solution behavior of the two block copolymers evaluated in this study. The similarities of the aggregation and structural assembly of the two industrial triblock polyether glycols in polar solutions were evidenced. The correlations of the intermolecular interactions and the self-assembly morphology of the copolymer polyethers with the microphase separation temperature, i.e. the cloud point, were demonstrated. / O comportamento e os fenômenos da estruturação e organização em solução de dois copolímeros anfifílicos poliéter glicóis industriais, com distintas estruturas químicas e pontos de névoa similares, foram estudados. O poliéter glicol diol bruto produzido em reator de escala industrial foi submetido a um fracionamento por cromatografia líquida preparativa com coluna de exclusão de tamanho (prep-LCSEC). A prep-LC-SEC não apresentou um fracionamento por massas moleculares, mas gerou uma separação de frações por polaridade de cadeias. Comprovou-se, por cromatografia em fluido supercrítico (SFC-CO2) que estas frações apresentaram heterogeneidade significativa quanto à polaridade nas cadeias. A investigação dos efeitos da temperatura e concentração dos polímeros em solução polar 2-(2- butoxietoxi)etanol e água (25DB) foi realizada por combinação das técnicas de ATRFTIR e SAXS. Na análise de ATR-FTIR, foi demonstrado um deslocamento hipsocrômico do pico da ligação O-H com aumento da concentração em solução para os copolímeros. Este efeito foi consistente em temperaturas baixas e altas. Um estreitamento na largura dos picos de absorção da ligação C-O com aumento da concentração foi demonstrado. Um leve efeito batocrômico foi observado nos picos relacionados às ligações C-H em função da concentração. O estudo de SAXS dos copolímeros poliéter glicóis foi realizado em sistemas concentrados. Apesar das distintas estruturas químicas, as curvas de SAXS indicaram que o processo de agregação micelar e as estruturas assumidas por estes polímeros em solução são significativamente similares. Os perfis de SAXS em temperaturas acima e nas proximidades do ponto de névoa revelaram a ausência de uma estrutura macromolecular organizada em solução 25DB. Um ajuste investigativo das curvas de SAXS com um modelo de esferas duras (HSM K-T) reforçou a semelhança do comportamento em solução entre os dois poliéter glicóis avaliados neste estudo. Foi evidenciada a semelhança no processo de agregação e organização estrutural destes copolímeros tribloco em soluções solventes polares. Demonstraram-se as correlações entre a interação intermolecular e a morfologia de auto-organização dos copolímeros anfifílicos poliéter glicóis com a temperatura de separação em microfase, detectada pelo efeito macroscópico de turvação em solução, i.e. o ponto de névoa .

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work describes a methodology of controlled synthesis of block copolymers by one-pot reactions involving simultaneous RAFT and ROP processes mediated by a bifunctional compound which acts as a chain transfer agent (CTA) for the RAFT process and co-initiator of the ROP process. Reactions involving the RAFT of Styrene (St) and the ROP of ε-Caprolactone (ε-CL) were performed to obtain PS-b-PCL diblock copolymers. The catalysts Sn(Oct)2 and diphenyl phosphate (DPP) were evaluated in the ROP process. Diphenyl phosphate is the most appropriate for this kind of reaction, since Sn(Oct)2 proved to be avid when interacted with CTA, interfering antagonistically in the radical equilibrium of the RAFT process. The reactions were always controlled when DPP was used as a ROP catalyst, wherein copolymers with narrow molar mass distribution were obtained in the end. This methodology was employed in the synthesis of other linear and graft amphiphilic block copolymers, proving to be an excellent alternative for this purpose. Thermoresponsive copolymers based on Poly(oligo(ethylene glycol)methyl ether methacrylate) (POEGMA) and pH responsive based on Poly(acrylic acid) (PAA) were obtained. The physicochemical properties of the copolymers were investigated in solid state as well as in solution, and the results are in total agreement with values reported in the literature. / Este trabalho descreve uma metodologia de síntese controlada de copolímeros em bloco por reações one-pot envolvendo processos RAFT e ROP simultâneos, mediados por um composto bifuncional que atua como agente de transferência de cadeia (CTA) para o processo RAFT e co-iniciador do processo ROP. Reações envolvendo a RAFT do estireno (St) e a ROP da ε-Caprolactona (ε-CL) foram realizadas para obter copolímeros dibloco PS-b-PCL. Os catalisadores Sn(Oct)2 e difenil fosfato (DPP) foram avaliados, sendo o último o mais apropriado para este tipo de reação, uma vez que Sn(Oct)2 mostrou-se ávido por interações com o CTA, interferindo antagonicamente no equilíbrio de radicais do processo RAFT. As reações mantiveram o caráter controlado quando DPP foi usado como catalisador ROP, sendo que ao final, copolímeros com estreita distribuição de massa molar foram obtidos. Esta metodologia foi empregada na síntese de outros copolímeros em bloco anfifílicos lineares e enxertados, se mostrando uma excelente alternativa para este propósito. Copolímeros termoresponsivos à base de Poli(metacrilato de poli(etilenoglicol)metil éter) (POEGMA) e pH responsivos à base de Poli(ácido acrílico) (PAA) foram obtidos. As propriedades físico-químicas dos copolímeros foram investigadas em estado sólido e em solução, e os resultados estão em plena concordância com valores relatados na literatura.

Orientador: Maria do Carmo Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:34:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DeFarias_MarceloAlexandre_D.pdf: 6813625 bytes, checksum: 734f14c74ec0690013d0549463dd8b09 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O principal objetivo desta tese consiste na síntese de nanopartículas de prata e de sílica e sua posterior modificação de superfície. Visando atribuir um caráter hidrofóbico às nanopartículas, sintetizou-se o copolímero em bloco de poliestireno-bloco-poli(N-vinil-2-pirrolidona) (PS-b-PVP), via técnicas de polimerização radicalar controlada. A metodologia utilizada produziu copolímeros de PS-b-PVP com baixa polidispersidade e massa molar controlada, capazes de estabilizar a emulsão de água em clorofórmio. Nanopartículas de prata (AgNP) produzidas à temperatura ambiente exibiram diâmetros médios de 8 e 11 nm, utilizando PVP ou PS-b-PVP como agentes estabilizantes, respectivamente. Nanopartículas de sílica (SiO2NP) foram sintetizadas pelo método de Stöber e apresentaram diâmetros aproximados de 40, 80 e 150 nm. Também foram utilizadas SiO2NP comerciais, que apresentaram duas populações com diâmetros médios de 12 e 25 nm, além de aglomerados. Por este motivo, a adsorção de PVP ou de PS-b-PVP à superfície das SiO2NP só foi caracterizada adequadamente com as SiO2NP sintetizadas. Mapas elementares de carbono, obtidos por imagem espectroscópica de elétrons (ESI-TEM) de dispersões de AgNP ou SiO2NP, mostraram que ambas as nanopartículas tiveram sua superfície modificada por PVP ou PS-b-PVP. Adicionalmente, as nanopartículas foram incorporadas em matrizes de poliestireno-bloco-polibutadieno-bloco-poliestireno (SBS) para produção de nanocompósitos. Observou-se por espalhamento de raios X de baixo ângulo (SAXS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) que filmes de SBS puros apresentaram elevado grau de auto-organização da microestrutura de cilindros empacotados hexagonalmente, devido às condições de tratamento térmico e de casting utilizadas. Os nanocompósitos contendo SiO2NP apresentaram o mesmo comportamento termomecânico que a matriz de SBS, embora perturbações na microestrutura da matriz tenham sido observadas. Imagens de microscopia de força Kelvin mostraram a presença de domínios com potenciais elétricos distintos, indicando a ocorrência de uma forte interação entre o SBS e as AgNP/PS-b-PVP. Análises de DMA e TEM sugeriram que as AgNP/PS-b-PVP apresentaram maior interação com os cilindros de PS da matriz de SBS, em comparação com as AgNP/PVP. O conjunto de resultados obtidos neste trabalho indica que foi possível modificar superficialmente as nanopartículas inorgânicas empregando o copolímero PS-b-PVP / Abstract: The main objective of this thesis is the synthesis and surface modification of silver and silica nanoparticles. Aiming towards a hydrophobic character for the nanoparticles, the polystyrene-block-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) (PS-b-PVP) amphiphilic block copolymer was synthesized by controlled radical techniques. This methodology produced PS-b-PVP block copolymers with low polydispersity and controlled molar mass, which are able to stabilize water/chloroform emulsions. Silver nanoparticles (AgNP) produced at room temperature showed 8 and 11 nm mean diameters when using PVP or PS-b-PVP, respectively. Silica nanoparticles (SiO2NP) synthesized by Stöber method showed 40, 80 and 150 nm mean diameters. Commercial SiO2NP was also used and presented two populations with mean diameters of 12 and 25 nm, as well as agglomerates. The adequate characterization of PVP or PS-b-PVP adsorption onto SiO2NP surfaces was only possible using the SiO2NP obtained by the Stöber method. Carbon maps, obtained by electron spectroscopic imaging (ESI-TEM) showed that AgNP and SiO2NP were both surface modified by PVP or PS-b-PVP. Additionally, the nanoparticles were incorporated into polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene (SBS) matrices to produce nanocomposites. Small angle X ray scattering (SAXS) and transmission electron microscopy (TEM) showed that SBS films presented a high self-assembly degree of the hexagonally packed cylinder due to annealing and casting conditions. Similar thermal-mechanical behavior was observed for the nanocomposites containing SiO2NP in relation to pure SBS, although perturbations in the SBS microstructure had also been observed. Kelvin force microscopy (KFM) showed domains with different electrical potentials, indicating a strong interaction between SBS and AgNP/PS-b-PVP. DMA and TEM analysis suggested that AgNP/PS-b-PVP interacted preferentially with SBS matrix PS cylinders. The results obtained in this work indicate that the inorganic nanoparticle surfaces were successfully modified by the PS-b-PVP copolymer / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the single-step/single-phase synthesis of hybrid organic-inorganic core-shell gold nanoparticles (AuNPs), facilitated by amino-functionalized amphiphilic block copolymers that simultaneously play the roles of reductant and stabilizer, was investigated in this study. Experiments were devised with emphasis on the pH-responsive poly(ethylene oxide)-b-poly(2,3-dihydroxypropyl methacrylate)-b-poly[2-(diisopropylamino)ethyl methacrylate] triblock copolymer, which allows direct chemical cross-linking of the micellar structures to be performed. The polymer structure-reactivity relationship associated with the AuNP formation was established using a set of six structurally related macromolecules. AuNP formation was dependent on the aqueous dissociation equilibrium involving tertiary amino groups, the Au(III) speciation, and electrochemical redox potentials. The effects of these parameters on the synthesis of AuNPs change as the solution pH is increased from pH 3.5 (molecularly dissolved polymer chains; no AuNP formation) to 6.8 or higher (polymer chains self-assembled into spherical micelles; stable gold sols are produced), and Au(III) reduction potentials shift toward the cathodic region whilst the oxidation potential of deprotonated amino groups decreases. Sigmoidal nanoparticle growth kinetics was observed in all cases after a characteristic induction period. Stable, well-defined, uniform polymer-coated gold colloids with localized surface plasmon resonance centered at 530 nm can be conveniently produced in one-pot, two-reactant, no work-up reactions when the stoichiometry is [N]/[Au] = 3.5 - 25.0. / Neste trabalho a síntese em única fase/etapa de nanopartículas de ouro híbridas orgânico-inorgânicas do tipo casca núcleo (AuNPs) facilitadas por copolímeros em bloco anfifílicos funcionalizados com grupos aminos e que simultaneamente atuam como agente redutor e estabilizante foi investigada. Os experimentos foram realizados com ênfase nas respostas frente ao pH do copolímero tribloco poli(óxido de etileno)-b-poli(metacrilato de 2,3-diidroxipropila)-b-poli(metacrilato de 2-(diisopropilamino)etila) e que permite a química direta de reticulação das estruturas micelares. A relação entre estrutura e reatividade do copolímero associada à formação das AuNPs foi estabelecida usando uma série de seis macromoléculas semelhantes aos blocos constituintes do copolímero. A formação das AuNPs é dependente do equilíbrio de dissociação envolvendo grupos aminos terciários, espécies de Au(III) e também do potencial eletroquímico redox. Os efeitos desses parâmetros levam a formação de AuNPs quando da mudança de pH de 3,5 (cadeias poliméricas dissolvidas não formam AuNPs) para pH 6,8 ou maior (polímero auto-organizado em micelas esféricas coloides estáveis de ouro são produzidos), e quando o potencial de redução dos íons Au(III) mudam para a região catódica e o potencial de oxidação dos grupos aminos desprotonados presentes no copolímero diminui. A cinética de crescimentos das AuNPs apresentou em todos os casos perfil sigmoidal após o período de indução característicos da síntese. Coloides de ouro estáveis, bem definidos e estabilizados pelo copolímero com ressonância plasmônica de superfície centrado em cerca de 530 nm foram produzidos em etapa única, dois reagentes, sem reações paralelas na estequiometria [N]/[Au(III)] entre 3,5 e 25.