Nos últimos anos novas propriedades magnéticas, eletrônicas e ópticas, têm sido observadas em sistemas de nanopartículas (NPs) feitas de diferentes tipos de materiais. Em nanoestruturas do tipo núcleo@casca, a composição de um núcleo magnético com uma casca plasmônica apresenta características que lhe conferem promissor potencial para aplicações em áreas como eletrônica, biomédica, farmacêutica, óptica e catálise. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para a produção de nanopartículas metálicas do tipo núcleo@casca pela combinação de técnicas físicas, o método de agregação gasosa e fontes de magnetron sputtering planar/radial. As NPs produzidas foram analisadas magneticamente por VSM e SQUID, sua morfologia por HRTEM, a sua composição por RBS e EDS, a sua estrutura cristalina por XRD e as propriedades ópticas por espectrofotometria de UV-Visível. Os resultados experimentais serão apresentados para o sistema Co@Cu, mas a técnica pode ser utilizada para produzir NPs compostas de outros elementos químicos. Em paralelo a produção de nanopartículas, o gerador de NPs foi totalmente reestruturado. Foram testadas diferentes aberturas de saída das nanopartículas, viabilizando uma deposição do material de forma homogênea em áreas maiores. As novas aberturas possuem formato cônico, plano e de grades (600 furos com diâmetros entre 50 µm e 224 µm). Através destas grades foi possível obter uma distribuição espacial homogênea de nanopartículas. A entrada de gás no gerador também foi modificada, a fim de otimizar a deposição dos aglomerados e obter uma reprodutibilidade na operação do equipamento. Foram testados diversos modos de entrada do gás: na lateral do copo, no centro em diferentes distâncias do alvo e por último na região em torno do alvo, sendo a última a melhor configuração obtida. / In recent years new magnetic, electronic and optical properties have been observed in nanoparticles (NPs) made of different conjugation of materials. In magnetic nanostructures of the core@shell type, the compound of a magnetic core and a plasmonic shell, provides many features with potential for applications in areas such as electronics, biomedical, pharmaceutical, optical and catalysis. This work presents a new approach to the production of metallic core@shell nanoparticles by the combination of physical techniques, the gas aggregation method and planar/radial magnetron sputtering sources. The produced NPs were magnetically analyzed by VSM e SQUID, the morphology by SEM and HRTEM, the stoichiometry by RBS and EDS, the crystal structure by XRD and UV-Visible spectrophotometry. The experimental results will be presented for the system Co@Cu but the technique can be used to produce NPs composed of other chemical elements. In parallel to the production of nanoparticles, the NPs generator has been completely redesigned. Different apertures were tested enabling deposition of homogeneous material in large areas. The nanoparticles are now spread on the substrate using the frontal apertures shaped as conical, plane and grids (600 holes ranging from 50 µm to 224 µm diameters). Through these grids we have obtained a homogeneous spatial distribution of NPs. The gas inlet in the NP generator was modified, in order to optimize the deposition of NPs and to obtain reproducibility in the operation of the equipment. Several gas injection modes were explored, as p.e. lateral; frontal to the center of the target at different distances; and finally through the gap of the sputtering gun, in parallel to the target surface. The last option was the best configuration.

O objetivo do trabalho foi sintetizar e caracterizar nanopartículas de poliestireno e polimetacrilato de metila com morfologia núcleo-casca obtidas através da polimerização em emulsão sem emulsificante em dois estágios e através da fotopolimerização. Nos experimentos avaliou-se a influência de diferentes condições operacionais baseadas em fatores cinéticos sobre os dois estágios da polimerização. As condições avaliadas para o primeiro estágio de preparação de núcleos foram: a temperatura do processo, a concentração de iniciador e de monômero, e o efeito de agentes modificadores de superfície (sal, co-monômero e reticulante). Para o segundo estágio de formação da casca as condições avaliadas foram: a concentração e o regime de alimentação de monômero. Os resultados experimentais mostraram que uma relação de co-monômero e reticulante é a melhor alternativa para preparar núcleos estáveis e de diâmetros pequenos. Assim, o revestimento uniforme dos núcleos é obtido no segundo estágio e com isso a morfologia núcleo-casca em equilíbrio é alcançada. Dois sistemas experimentais (reator convencional e reator fotoquímico) foram propostos e avaliados na sua eficiência para obter partículas com este tipo de morfologia no segundo estágio (formação do revestimento). As diversas técnicas de caracterização indicaram a formação de morfologia núcleo-casca na maioria dos casos estudados para os dois sistemas propostos. Por sua vez, as técnicas espectroscópicas (NIR e Raman) permitiram o monitoramento do processo em tempo real e a elaboração de modelos de calibração que correlacionaram o crescimento do tamanho da partícula núcleo. Da mesma forma, os fatores termodinâmicos foram estudados para predizer a morfologia final esperada nos sistemas. Os resultados, experimental e predito são comparados e discutidos em termos de aspectos chave envolvidos no controle da morfologia da partícula. / This work aimed at studying the synthesis and characterization of core-shell nanoparticles of polystyrene and polymethylmethacrylate obtained in a two-stage emulsifier-free emulsion polymerization and photopolymerization. The influence of different operational conditions based on kinetic factors was experimentally evaluated. In the first stage (seed preparation) the process temperature, initiator and monomer concentrations and the effect of surface-modifier agents (acids, salts, co-monomers and crosslinker) were investigated; similarly in the second stage, the concentration and feeding regime of monomer were evaluated with respect to the shell formation. Experimental results showed that both, crosslinker and co-monomer are the best alternative to achieve a stable seed with small diameter; hence, with this core, uniform coating is obtained in the second stage and core-shell morphology is reached. In order to evaluate the efficiency of the preparation of core-shell particles, two experimental systems (conventional and photochemical reactor) were studied. Different characterization techniques indicated that in most of the cases studied particles with the desired core-shell morphology were formed. The use of spectroscopic techniques NIR and Raman were tested for the real-time monitoring of the process using adequate calibration models developed to correlate the average size of the growing core particle with the spectra. In the same way, thermodynamic factors were used to predict the expected final morphology of the particles. Experimental and predicted results were compared and discussed in terms of the key aspects involved in the control of the particle morphology.

Polímeros híbridos são caracterizados por conter numa mesma partícula dois tipos diferentes de polímero, normalmente incompatíveis e ligados por ligações covalentes. Neste trabalho, a síntese de um polímero híbrido acrílico-alquídico pelo processo de miniemulsão foi investigada. Com o objetivo de compreender como diferentes variáveis na fórmula afetam as características físico-químicas finais do látex, um planejamento experimental foi desenhado com o auxílio do software DX9 e os resultados analisados por modelos empíricos de superfície de resposta. Os fatores variados (variáveis independentes) foram: quantidade de co-estabilizante, surfactante e iniciador. Cada um dos fatores contribuiu para a alteração de pelo menos uma característica avaliada, e a sinergia entre eles afeta diretamente o teor de RDG, resposta indicativa do grau de grafitização entre as espécies. O coestabilizante contribuiu para o aumento do diâmetro médio de gotas e da polidispersidade de tamanho de partículas, enquanto reduziu a dureza do filme. A concentração de surfactante alterou o número de partículas por litro, reduzindo o diâmetro médio de partículas e aumentando a polidispersidade. O iniciador aumentou a conversão monomérica. Todas as dispersões de polímero híbrido produzidas apresentaram redução do tamanho médio de gotas para partículas, indicando evidência de nucleação secundária. As avaliações por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia de força atômica (AFM) mostraram que a morfologia obtida é do tipo núcleo-casca. / Hybrid polymers are defined by the presence of two or more different kinds of polymers in the same particle, typically incompatible and linked by covalent bonds. In this work, the synthesis of an alkyd-acrylic hybrid polymer produced by miniemulsion polymerization has been investigated. With the goal of understanding how different variables in the recipe affect the final characteristics of the latex, a design of experiment was planned using DX9 software and the results were analyzed by response surface methodology. The factors studied (independent variables) were: amount of co-stabilizer, surfactant and initiator. Each of these factors contributed to change at least one of the evaluated characteristics, and the synergy between them directly affects the RDG content, response of the polymer degree of grafting. Costabilizer contributed to increase the average droplets diameter and polydispersity of particle size, while reducing the film hardness. The amount of surfactant changed the number of particles, reducing the average particle size and increasing polydispersity. Initiator increased the monomer conversion. All hybrids dispersions presented a decrease in the droplet size to particle size, indicating evidence of secondary nucleation. Core-shell morphology was observed through transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM).

Polímeros híbridos são caracterizados por conter numa mesma partícula dois tipos diferentes de polímero, normalmente incompatíveis e ligados por ligações covalentes. Neste trabalho, a síntese de um polímero híbrido acrílico-alquídico pelo processo de miniemulsão foi investigada. Com o objetivo de compreender como diferentes variáveis na fórmula afetam as características físico-químicas finais do látex, um planejamento experimental foi desenhado com o auxílio do software DX9 e os resultados analisados por modelos empíricos de superfície de resposta. Os fatores variados (variáveis independentes) foram: quantidade de co-estabilizante, surfactante e iniciador. Cada um dos fatores contribuiu para a alteração de pelo menos uma característica avaliada, e a sinergia entre eles afeta diretamente o teor de RDG, resposta indicativa do grau de grafitização entre as espécies. O coestabilizante contribuiu para o aumento do diâmetro médio de gotas e da polidispersidade de tamanho de partículas, enquanto reduziu a dureza do filme. A concentração de surfactante alterou o número de partículas por litro, reduzindo o diâmetro médio de partículas e aumentando a polidispersidade. O iniciador aumentou a conversão monomérica. Todas as dispersões de polímero híbrido produzidas apresentaram redução do tamanho médio de gotas para partículas, indicando evidência de nucleação secundária. As avaliações por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia de força atômica (AFM) mostraram que a morfologia obtida é do tipo núcleo-casca. / Hybrid polymers are defined by the presence of two or more different kinds of polymers in the same particle, typically incompatible and linked by covalent bonds. In this work, the synthesis of an alkyd-acrylic hybrid polymer produced by miniemulsion polymerization has been investigated. With the goal of understanding how different variables in the recipe affect the final characteristics of the latex, a design of experiment was planned using DX9 software and the results were analyzed by response surface methodology. The factors studied (independent variables) were: amount of co-stabilizer, surfactant and initiator. Each of these factors contributed to change at least one of the evaluated characteristics, and the synergy between them directly affects the RDG content, response of the polymer degree of grafting. Costabilizer contributed to increase the average droplets diameter and polydispersity of particle size, while reducing the film hardness. The amount of surfactant changed the number of particles, reducing the average particle size and increasing polydispersity. Initiator increased the monomer conversion. All hybrids dispersions presented a decrease in the droplet size to particle size, indicating evidence of secondary nucleation. Core-shell morphology was observed through transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM).

O objetivo do trabalho foi sintetizar e caracterizar nanopartículas de poliestireno e polimetacrilato de metila com morfologia núcleo-casca obtidas através da polimerização em emulsão sem emulsificante em dois estágios e através da fotopolimerização. Nos experimentos avaliou-se a influência de diferentes condições operacionais baseadas em fatores cinéticos sobre os dois estágios da polimerização. As condições avaliadas para o primeiro estágio de preparação de núcleos foram: a temperatura do processo, a concentração de iniciador e de monômero, e o efeito de agentes modificadores de superfície (sal, co-monômero e reticulante). Para o segundo estágio de formação da casca as condições avaliadas foram: a concentração e o regime de alimentação de monômero. Os resultados experimentais mostraram que uma relação de co-monômero e reticulante é a melhor alternativa para preparar núcleos estáveis e de diâmetros pequenos. Assim, o revestimento uniforme dos núcleos é obtido no segundo estágio e com isso a morfologia núcleo-casca em equilíbrio é alcançada. Dois sistemas experimentais (reator convencional e reator fotoquímico) foram propostos e avaliados na sua eficiência para obter partículas com este tipo de morfologia no segundo estágio (formação do revestimento). As diversas técnicas de caracterização indicaram a formação de morfologia núcleo-casca na maioria dos casos estudados para os dois sistemas propostos. Por sua vez, as técnicas espectroscópicas (NIR e Raman) permitiram o monitoramento do processo em tempo real e a elaboração de modelos de calibração que correlacionaram o crescimento do tamanho da partícula núcleo. Da mesma forma, os fatores termodinâmicos foram estudados para predizer a morfologia final esperada nos sistemas. Os resultados, experimental e predito são comparados e discutidos em termos de aspectos chave envolvidos no controle da morfologia da partícula. / This work aimed at studying the synthesis and characterization of core-shell nanoparticles of polystyrene and polymethylmethacrylate obtained in a two-stage emulsifier-free emulsion polymerization and photopolymerization. The influence of different operational conditions based on kinetic factors was experimentally evaluated. In the first stage (seed preparation) the process temperature, initiator and monomer concentrations and the effect of surface-modifier agents (acids, salts, co-monomers and crosslinker) were investigated; similarly in the second stage, the concentration and feeding regime of monomer were evaluated with respect to the shell formation. Experimental results showed that both, crosslinker and co-monomer are the best alternative to achieve a stable seed with small diameter; hence, with this core, uniform coating is obtained in the second stage and core-shell morphology is reached. In order to evaluate the efficiency of the preparation of core-shell particles, two experimental systems (conventional and photochemical reactor) were studied. Different characterization techniques indicated that in most of the cases studied particles with the desired core-shell morphology were formed. The use of spectroscopic techniques NIR and Raman were tested for the real-time monitoring of the process using adequate calibration models developed to correlate the average size of the growing core particle with the spectra. In the same way, thermodynamic factors were used to predict the expected final morphology of the particles. Experimental and predicted results were compared and discussed in terms of the key aspects involved in the control of the particle morphology.