Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Eu3+:SiO2 PMMA hybrid nanocomposites were prepared by sol-gel process aiming to study its structure and luminescent properties. Thermal treatment and dopant concentration experimental variables were sequentially altered in order to evaluate their influences on the properties of the final material. At the start, the precursors (MPTS and MMA) were studied and the process of hybrid nanocomposites formation was analyzed by FTIR and TG techniques. As regards to thermal treatments, it was noticed that its execution at 100 and 200 °C for 3 hs don´t change significantly the basic structure of samples, behavior attested by the profile of FTIR spectra and by small variations of TG/DTG curves. There was, however, changes in silicon structures of samples (noticed at 29Si NMR spectra), besides great alterations in the sites occupied by Eu3+ ions, perceptible by photoluminescence spectroscopy. Luminescent behavior indicates a change in the symmetry of lanthanide sites caused by the temperatures imposed in thermal treatments. From the values calculated for a set of spectroscopic parameters, the symmetry change was attributed to the removal of water molecules coordinated to Eu3+ ions, which could coordinate to hybrid matrix groups and so interact stronger with it. The study of Eu3+ concentration influences showed that the higher this variable the broader some bands of FTIR spectra. TG analysis indicate an increase of sample´s residue percentage, assigned to Eu2O3 formation at high temperatures. In these samples, it was noticeable luminescence quenching caused by the increase of Eu3+ concentration, which wasn´t expected owing to the presence of silica network. It was supposed that clusters were formed when Eu3+ amount increases, decreasing Eu-host interaction and quenching the luminescence by energy transfer between Eu3+ ions. / Nanocompósitos híbridos Eu3+:SiO2 PMMA foram preparados pelo processo sol-gel com o objetivo de estudar suas estrutura e propriedades luminescentes. As variáveis experimentais tratamentos térmicos e concentração de dopante foram sequencialmente alteradas visando avaliar as influências exercidas por cada uma sobre as propriedades do material final. Inicialmente estudou-se os precursores (MPTS e MMA) e o processo de formação dos nanocompósitos híbridos foi avaliada por meio das técnicas de FTIR e TG. Quanto aos tratamentos térmicos, observou-se que a realização destes a 100 e 200 °C por 3 horas não alterou significativamente a estrutura básica das amostras, comportamento atestado pelo perfil dos espectros de FTIR e pelas pequenas variações das curvas TG/DTG. Houve, contudo, mudanças nas estruturas de silício presentes nos materiais (notadas nos espectros de RMN 29Si) além de grande alteração dos sítios ocupados pelos íons Eu3+, perceptível por espectroscopia de fotoluminescência. Pelo comportamento de emissão, inferiu-se a ocorrência de mudança da simetria dos sítios ocupados pelos íons lantanídeos causada pelas temperaturas empregadas nos tratamentos. A partir dos valores calculados para um conjunto de parâmetros espectroscópicos, atribuiu-se a mudança de simetria à remoção de moléculas de água coordenadas aos íons Eu3+, que passaram a se coordenar a grupos presentes na matriz híbrida e interagir mais fortemente com esta. O estudo da influência da concentração de íons Eu3+ mostrou que com o aumento deste valor há alargamento de algumas bandas nos espectros de FTIR. As análises por TG demonstraram aumento do percentual de resíduo das amostras, atribuído à formação de Eu2O3 a altas temperaturas. Nestas amostras, pôde-se observar efeitos de supressão de luminescência causados pelo aumento da concentração de íons Eu3+, o que não era esperado tendo em vista a presença da rede de sílica nas amostras. Supôs-se que com o aumento da concentração de íons Eu3+ houve a formação de clusters , os quais provocam a diminuição da interação Eu matriz e provocam efeitos de supressão de luminescência por meio da transferência de energia entre íons Eu3+.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, we study the magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles dispersed in silica (SiO2) matrix. Samples were produced by the sol-gel method and synthesized at different temperatures. The average distance between the particles and thus the nature of inter-particle interactions were controlled for using different concentrations of iron and cobalt salts and the starting material tetraethylorthosilicate (TEOS). The samples were characterized by thermogravimetry (TG), X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and magnetization as a function of magnetic field and temperature. Thermogravimetric analysis showed that the weight loss increases with increasing concentration of salts in the starting solution. The results of X-ray diffraction combined with the transmission electron microscope images confirmed the presence of CoFe2O4 nanoparticles dispersed into the SiO2 matrix. Magnetization measurements showed a typical behavior generally showed by a magnetic nanoparticles system, that is, the observation of a peak in the curve FC-ZFC with a thermal hysteresis in the low temperature region. In particular, we observed a dependence of the coercive field with temperature of CoFe2O4 nanoparticles that did not follow the predictions of the model Bean-Livingston. We believe that this fact is linked more to the effect of size distribution than the possible effects of interaction between the nanoparticles. In this regard, a model considering a particle size distribution in the coercivity of nanoparticles was used. The model was able to fit the experimental data to wide temperature range. / Neste trabalho, nós estudamos as propriedades magnéticas de nanopartículas de CoFe2O4 dispersas em uma matriz de sílica (SiO2). As amostras foram produzidas através do método sol-gel para diferentes temperaturas de síntese. A distância média entre as partículas e, deste modo, a natureza das interações inter-partículas foram controladas utilizando diferentes concentrações dos sais de ferro e cobalto e do reagente de partida tetraetilortossilicato (TEOS). As amostras foram caracterizadas através de medidas de termogravimetria (TG), fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e magnetização em função do campo magnético e da temperatura. As análises termogravimétricas mostraram que a perda de massa aumenta com o aumento da concentração dos sais de partida na solução. Os resultados de difração de raios X combinados com as imagens de microscopia eletrônica de transmissão confirmaram a presença das nanopartículas de CoFe2O4 dispersas dentro da matriz de SiO2. As medidas de magnetização mostraram um comportamento típico de um sistema de nanopartículas magnéticas, ou seja, o aparecimento de um pico na curva de ZFC-FC com uma histerese térmica na região de baixas temperaturas. Em particular, nós observamos uma dependência do campo coercivo com a temperatura das nanopartículas de CoFe2O4 que não seguiu as previsões do modelo de Bean Livingston. Nós acreditamos que esse fato está ligado muito mais ao efeito da distribuição de tamanhos do que aos possíveis efeitos de interação entre as nanopartículas. Neste sentido, um modelo que considera a distribuição de tamanhos de partículas na coercividade das nanopartículas foi utilizado. O modelo foi capaz de ajustar os dados experimentais para amplo intervalo de temperatura.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Since the first report from the Toyota research group, polymer/clay nanocomposites have attracted great interest and lots of attempts to prepare these nanocomposites. The addition of small contents of clay into polymer matrix exhibits potential increase in the physical and chemical properties such as flame retardance, barrier, flame and solvent resistances, thermal properties and advanced corrosion coatings. The study of polymer/clay nanocomposites are of fundamental importance due to a better understanding of the structural properties which optimizes its applications. The morphology of these nanocomposites depends on strongly of the synthesis conditions such as clay content and the synthetic method. Therefore, the use of the multivariable systems (factorial design of experiments) to evaluate the effect of experimental variables on the properties of the nanocomposites is of great relevance. In the present study, nanocomposites obtained from copolymerization of poly(methyl methacrylate), PMMA and poly(methacryloxy propryltrimethoxysilane), PMPTS forming PMMA-co-PMPTS and adding protonate montmorillonite (MMT H+) clay were prepared via in situ polymerization using benzoyl peroxide (BPO) as thermal initiator. Factorial design systems (four factors at two levels) were used to study the influence on effects of experimental variables (MMA, MPTS, MMT H+ and BPO) on the thermal properties of (PMMA-co-PMPTS)/MMT H+ nanocomposites using thermogravimetry. The structure and morphology were studied by X-ray diffraction, fourier transform infrared and transmission electronic microscopy. The study of thermal properties through the factorial design showed that the sample prepared by combining 150 mmol of MMA, 23 mmol MPTS, 0.186 mmol BPO and 0.150 g MMT H + (experiment 7, AM7) showed the highest depolymerization temperature (Td) (381 ° C). The value of the determination coefficient (R2) obtained by the statistical model indicated that the mathematical model of the first order explained 96.11% of the variability of Td and the correlation of predicted versus observed values was considered very strong, which presented a value of 0.9818. Along with the structural and morphological study it was possible to identify the partial compatibility between PMMA and MMT H +. / Desde os primeiros estudos relatados pelo grupo de pesquisa da Toyota na década de 90, nanocompósitos polímero/argila tem atraído grande interesse devido às suas propriedades e aplicações. A adição de pequenas quantidades de argila na matriz polimérica promove um potencial aumento nas propriedades físicas, químicas e térmicas, tais como retardância de chama, aumento da estabilidade térmica e revestimentos anticorrosivos. A morfologia desses nanocompósitos depende fortemente das condições de síntese, tais como o teor de argila, o método de síntese, o tipo de polímero, entre diversos outros. Desta forma, a utilização de um planejamento experimental multivariável para avaliar o efeito das variáveis experimentais sobre as propriedades dos nanocompósitos é de grande relevância. No presente estudo, nanocompósitos obtidos a partir da co-polimerização do poli(metacrilato de metila), PMMA e do poli metacrilóxi propril trimetoxisilano, PMTPS formando o PMMA-co-PMPTS com adição de argila montmorilonita protonada (MMT H+) foram preparados via polimerização in situ utilizando-se peróxido de benzoíla (BPO) como iniciador térmico. Sistemas de planejamento fatorial (quatro fatores em dois níveis) foram utilizados para estudar a influência das variáveis experimentais (MMA, MPTS, MMT H+ e BPO) sobre as propriedades térmicas de nanocompósitos (PMMA-co-PMPTS) / MMT H+ obtidos por termogravimetria. A estrutura e morfologia foram estudadas por difração de raios X, espectroscopia de absorção na região do infravermelho e microscopia eletrônica de transmissão. O estudo das propriedades térmicas por meio do planejamento fatorial mostrou que a amostra preparada pela combinação de 150 mmol de MMA, 23 mmol MPTS, 0,186 mmol BPO e 0,150 g MMT H + (experimento 7, AM7) apresentou o maior valor de Temperatura de despolimerização (Td) (381 °C). O valor do coeficiente de determinação R2 obtido pelo modelo estatístico indicou que o modelo matemático de primeira ordem explicou 96,11 % da variabilidade da Td, e a correlação dos valores preditos versus observados foi considerada fortíssima, o qual apresentou um valor de 0,9818. Com o estudo estrutural e morfológico dos nanocompósitos foi possível identificar a parcial compatilização entre o PMMA e a MMT H+.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The search for more productive seeds and with better transport and storage conditions has developed the interest of companies and researchers. In this section, nanotechnology, in particular, polymer / clay nanocomposites has proved to be an excellent alternative. By means of these nanomaterials it is possible to transport assets that allow the plant to better growth, productivity and germination rates, through the transport of fertilizers, agrochemicals or even essential micronutrients. The aim of this work was to synthesize and study nanocomposites polymer / clay; poly (hydroxyethyl methacrylate), pure laponite (pHEMA / Lap) and enriched with manganese micronutrients (pHEMA / LapMn). These materials aim to provide water and concomitantly provide nutrients to the seeds. The best formulation for the samples, amounts of polymer and clay was studied, and from this the micronutrient was incorporated into the formulation. The materials were characterized by absorption spectroscopy in the infrared region (FTIR), X-ray diffractometry (XRD) and thermogravimetry (TG). In addition, the water uptake capacity of the samples was evaluated. TG results showed an increase in thermal stability due to the interaction of the polymer chain with the clay. The XRD study showed that pure Lap and Lap Mn presented similar basal spacing to that found in the literature and that the nanocomposite had an exfoliated structure of the materials. The observation of the degree of swelling of the samples showed that the nanocomposites showed a capacity of water absorption 10% higher than the pure hydrogel. The seed coating affected the germination rate of the seeds, showing an optimization of this process. / A busca por sementes mais produtivas e com melhores condições de transporte e armazenamento tem desenvolvido o interesse de empresas e pesquisadores. Nesta vertente, a nanotecnologia, em especial, os nanocompósitos polímero/argila tem se mostrado uma excelente alternativa. Por meio destes nanomateriais é possível transportar ativos que possibilitem a planta melhor crescimento, produtividade e taxas de germinação, por meio do transporte de fertilizantes, agroquímicos ou até micronutrientes essenciais. Neste trabalho buscou-se sintetizar e estudar nanocompósitos polímero/argila; poli(metacrilato de hidroxietila) (pHEMA), laponita pura (pHEMA/Lap) e enriquecida com micronutrientes manganês (pHEMA/LapMn). Estes materiais tem por objetivo fornecer água e concomitantemente fornecer nutrientes para as sementes. Estudou-se qual a melhor formulação para as amostras, quantidades de polímero e de argila e a partir desta incorporou-se o micronutriente a formulação. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), difratometria de raios X (DRX) e termogravimetria (TG). Além disso, a capacidade de absorção de água das amostras foi avaliada. Houve aumento da estabilidade térmica decorrente da interação da cadeia polimérica com a argila. O estudo por DRX mostrou que a Lap pura e a Lap Mn apresentaram espaçamento basal similar ao encontrado na literatura e que o nanocompósito apresentou estrutura esfoliada dos materiais. A observação do grau de intumescimento das amostras mostrou que os nanocompósitos apresentaram uma capacidade de absorção de água 10% superior à do hidrogel puro. O revestimento das sementes prejudicou a taxa de germinação das mesmas mostrando-se necessário uma otimização deste processo. / São Cristóvão, SE

O presente trabalho de Doutorado tem como objetivo investigar a influência de materiais lamelares prístinos e modificados e a influência de diferentes rotas sintéticas nas propriedades físico-químicas do amido termoplástico, utilizando glicerol como plastificante. Para tanto, empregou-se para a produção dos materiais híbridos uma argila sintética da família das hectoritas (Laponita RD) na forma prístina e também modificada com íons berberine e carnosina, além de um hidróxido duplo lamelar (HDL) constituído por íons Zn2+/Al3+ intercalado com carboximetilcelulose (CMC). O amido e o material lamelar foram combinados, utilizando as metodologias de casting e extrusão, nas concentrações de 2,5 e 5,0 % (m/m) de argila ou HDL com relação ao polissacarídeo. Já quantidade de plastificante empregada foi variável, dependendo da rota de preparação empregada, sendo de aproximadamente 20 % (m/m) via casting e 30 % (m/m) via extrusão com relação ao amido. Conforme mostram os difratogramas de raios X dos filmes obtidos pelo método casting, todos os filmes contendo argila em sua composição exibem um sinal largo de difração na região de baixo ângulo de 2θ, embora pouco intenso, indica a existência de certa quantidade de nanocompósito do tipo intercalado. Já para os materiais obtidos via extrusão, os sinais de difração em baixo ângulo são consideravelmente alargados e muito pouco intensos. A propriedade térmica do amido termoplástico foi piorada em todos os casos estudados nos materiais contendo argila ou HDL em sua composição. A presença de carga inorgânica na formulação dos materiais híbridos preparados não retardou o processo de decomposição não-oxidativo do amido. A presença de uma maior quantidade de glicerol nos materiais obtidos por extrusão resultou em uma antecipação ainda maior no principal evento de perda de massa, em comparação com os mesmos materiais obtidos via casting. Devido à alta característica hidrofílica do amido, materiais lamelares intercalados com espécies que possuem maior caráter hidrofílico, como a Laponita prístina (contendo apenas íons Na+) e a carnosina mostraram uma melhor dispersão pela matriz polimérica, através da análise por técnicas de microscopia. Adicionalmente, observou-se uma melhor homogeneidade de distribuição da fase lamelar na fase polimérica nos filmes obtidos por casting em comparação com os materiais obtidos por extrusão. Os resultados mecânicos de todos os materiais híbridos analisados mostram tendências pouco conclusivas com relação ao amido termoplástico. Em geral, observa-se uma melhora muito sutil na máxima resistência a tração com a presença de material lamelar na composição dos materiais testados, além de uma diminuição na elongação máxima. Da mesma forma, a permeabilidade a gases dos filmes contendo argila ou HDL em sua composição mostrou resultados pouco conclusivos com relação ao amido termoplástico, geralmente exibindo uma redução modesta na permeabilidade. A investigação do perfil de biodegradação dos materiais contendo fase lamelar em sua composição mostrou que apenas a amostra contendo Laponita modificada com carnosina obtida por extrusão foi capaz de retardar significativamente a conversão do carbono das cadeias poliméricas em CO2, com relação ao amido termoplástico. / This present Thesis aimed to investigate the influence of pristine and modified layered materials and the influence of different preparation routes on the physicochemical properties of thermoplastic starch, using glycerol as plasticizer. To reach this goal, it was used to produce hybrid materials a synthetic clay belonging to the hectorite family (Laponite RD) in both pristine form and modified with berberine and carnosine ions and also a layered double hydroxide (LDH) comprised of Zn2+/Al3+ ions intercalated with carboxymethylcellulose (CMC). Both starch and the layered material were combined using casting and extrusion methodologies, using concentrations of 2.5 and 5.0 % (w/w) of clay or LDH relative to starch. The amount of plasticizer utilized was variable, depending on the preparation route employed. It was used approximately 20 % (w/w) of glycerol on casting route and 30 % (w/w) on extrusion route relative to starch. According to X ray diffractograms of the films obtained by casting route, all hybrid films that contain clay in their composition exhibit a large diffraction signal at low 2θ angle values, albeit its low intensity, indicates the existence of a certain contribuition of a intercalated nanocomposite. On the other hand, the hybrid materials obtained through extrusion method, these low angle diffraction signals are very broad and possess very low intensity. The thermal properties of thermoplastic starch were worsened in all studied cases after combined with clay or LDH. The presence of inorganic filler on the formulation of hybrid materials does not postpone the beginning of the non-oxidative decomposition process of starch. A higher amount of glycerol on the final materials obtained through extrusion resulted in an even greater anticipation on the main mass loss event in comparison to the analogous materials obtained using casting technique. Due to the high hydrophilic nature of starch, layered materials intercalated with ionic species that show higher hydrophilicity such as pristine Laponite (containing solely Na+ ions) and carnosine exhibited better dispersion through the polymer matrix, after being analyzed with microscopic techniques. Additionaly, it was observed a higher homogeneity of distribution of the layered phase over the polymer phase on the films obtained through casting in comparison to the materials obtained through extrusion. The tensile tests of all analyzed hybrid materials show a poorly conclusive trend in comparison to thermoplastic starch. In general, it was observed a subtle improvement on the maximum tensile strength of the materials containing layered material in their composition and also a decrease in the maximum elongation. In a same trend, gas permeability of the films was poorly conclusive in comparison to thermoplastic starch, generally resulting in a subtle reduction of permeability values. The investigation of biodegradation profile of the materials containing inorganic filler show that only Laponite modified with carnosine ions was able to postpone significatively the conversion of carbon from the polymer chains to CO2 in comparison to thermoplastic starch.

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O presente estudo demonstrou que a formação de cavidades (breath figures) em filmes de CA, CAPh, CAB e CMCAB preparados por spin-coating de soluções em tetrahidrofurano (THF) foi dependente das características moleculares dos polímeros quando preparados em ambiente com umidade relativa baixa (UR 35%), enquanto que em UR mais elevadas (55% e 75%) o balanço entre a energia superficial da água, THF e energia interfacial entre água e THF foi determinante. Por outro lado, a rápida exposição (de 3 a 6 min) desses filmes ao vapor de solvente teve um efeito plastificante tornando os filmes de CAB, CAPh e CMCAB completamente lisos, enquanto que para filmes de CA foi observado o efeito dewetting. Surfactantes biocompatíveis à base de sorbitano (Tween®) foram usados como plastificantes para filmes de ésteres de celulose obtidos por evaporação de solvente. O comportamento térmico dos filmes foi dependente do tamanho da cauda hidrofóbica do surfactante, do tipo do grupo lateral dos polímeros e da composição da mistura. Tween 20 e 40 mostraram agir como um excelente plastificante para os ésteres de celulose, exceto para o CA, no qual foi imiscível. Teores baixos de Tween favoreceram a flexibilidade das cadeias de polímeros ao passo que quantidades maiores aumentaram a mobilidade molecular dos ésteres de celulose levando a variações de Tg de até 200 °C. Filmes de nanocompósitos de CAB reforçados com nanocristais de celulose (CNC) modificados com diferentes grupos funcionais (acetato e metiladipoíla) foram preparados a partir de dispersões em acetato de etila (AE), THF e N,N-dimetilformamida (DMF). A melhor estabilidade coloidal foi verificada em DMF, devido sua alta polaridade. Suspensões em AE e THF de CNC modificados foram mais estáveis do que CNC por conta das interações entre grupos substituintes e solventes. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos, resultantes da dispersibilidade de nanocristais na matriz de CAB mostraram forte relação com a estabilidade coloidal das dispersões. Beads de celulose foram obtidos utilizando polpa pré-tratada de eucalipto, oxidados e utilizados como suporte para incorporação de um agente bactericida QPVP-C5. Bactérias de Micrococcus luteus adsorveram sobre beads oxidados e nos beads contendo baixa quantidade de QPVP-C5 adsorvido e foi observada propriedade biocida nos beads com elevada quantidade de QPVP-C5 adsorvido. Os resultados mostram o preparo de materiais celulósicos multifuncionais de baixo custo e simples preparação para aplicações em meios aquosos com a finalidade de imobilização e ação biocida frente a bactérias Gram-positivas. / The present study demonstrated that the breath figures formation in CA, CAPh, CAB and CMCAB films spin-coated from solutions in tetrahydrofuran (THF) was dependent on the polymers molecular characteristics when prepared under low relative humidity (RH 35%), whereas under higher RH (55% and 75%), the balance among water and THF surface energy and interfacial energy between water and THF was determinant. On the other hand, the short solvent vapor exposure had a plasticizer effect, making CAB, CAPh and CMCAB films completely smooth (from 3 up to 6 min), while dewetting phenomena was observed for CA films. Biocompatible sorbitan-based surfactants (Tween®) were used as plasticizer for CA, CAPh, CAB and CMCAB casted films. The thermal behavior of films was dependent on the size of surfactant hydrophobic tail, type of polymer side group and the mixture composition. Tween 20 and 40 showed act as an excellent plasticizer for cellulose esters, except for CA, which was immiscible. Low Tween content favored polymeric chains flexibility while higher content increased the cellulose esters molecular mobility leading to Tg variations up to 200 °C. CAB-based nanocomposites casted films reinforced with cellulose nanocrystals (CNC) modified with different functional groups (acetate and methyl adipoil) were prepared from dispersions in ethyl acetate (EA), THF and N,N-dimethylformamide (DMF). The best colloidal stability was verified in DMF, due its high polarity. Suspensions in EA and THF of modified CNC where more stable than unmodified CNC, regarding the interactions among substituents groups and solvents. The mechanical properties of nanocomposites stemming from nanocrystals dispersibility in the CAB matrix showed strong relationship with the colloidal stability. Cellulose beads were obtained by using pretreated Eucalyptus pulp, oxidized and used as a support for the incorporation of a biocide agent. Micrococcus luteus bacteria adsorbed onto oxidized beads and on the beads with low content of adsorbed QPVP-C5. It was observed biocide property for the beads with high QPVP-C5 content. The results show the simple preparation of low cost multifunctional cellulosic materials for applications in aqueous media for the purpose of immobilization and biocide action against Gram-positive bacteria.

Este trabalho de tese tem como objetivo a preparação de látices nanocompósitos à base da argila Laponita RD em emulsão aquosa, via polimerização radicalar controlada por transferência de cadeia via adição-fragmentação reversível (RAFT). A Laponita foi escolhida como carga inorgânica devido principalmente à forma anisotrópica de suas lamelas, o que permite a elaboração de filmes nanoestruturados, mas também por suas propriedades térmicas e mecânicas, por sua alta pureza química e pela distribuição uniforme, em termos de tamanho, de suas partículas. Inicialmente, polímeros hidrofílicos (macroRAFT) à base de poli(etileno glicol) (PEG), de ácido acrílico (AA) ou de metacrilato de N,N-dimetilaminoetila (DMAEMA) que contêm unidades hidrofóbicas de acrilato de nbutila (ABu) (em alguns casos) e um grupo tritiocarbonílico terminal foram sintetizados. Em seguida, a interação entre os macroagentes de controle (macroRAFTs) e a argila foi estudada através de isotermas de adsorção. Atuando como agentes de acoplamento e estabilizantes, esses macroRAFTs foram então utilizados na copolimerização em emulsão do (met)acrilato de metila e do ABu em processo semicontínuo na presença da argila Laponita. Partículas de látex híbrido de diferentes morfologias foram obtidas e os resultados foram correlacionados à natureza e à concentração dos macroRAFTs, ao pH da dispersão macroRAFT/Laponita, à temperatura de transição vítrea do copolímero final (função da composição da mistura de monômeros hidrofóbicos) e às condições de polimerização. As análises de cryo-TEM indicam a formação de lamelas de Laponita decoradas com partículas de polímero (várias partículas de látex localizadas na superfície das lamelas), de partículas do tipo dumbbell, janus, blindadas (partículas de látex decoradas com lamelas de argila em sua superfície) ou ainda de partículas multiencapsuladas (diversas lamelas encapsuladas dentro de uma única partícula de látex). As propriedades mecânicas dos filmes de polímero/Laponita foram estudadas por análise dinâmico-mecânica e correlacionadas à morfologia das partículas e à microestrutura dos filmes. / The aim of this work is to prepare Laponite RD-based nanocomposite latexes by aqueous emulsion polymerization, using the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Laponite platelets were selected as the inorganic filler due, especially, to their anisotropic shape, which allows the production of nanostructured films, but also for their thermal and mechanical properties, their high chemical purity and the uniform dispersity of the platelets. Hydrophilic polymers (macroRAFT) composed of poly(ethylene glycol) (PEG), acrylic acid (AA) or N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and comprising hydrophobic n-butyl acrylate (BA) units (in some cases) and trithiocarbonate terminal group were initially synthesized. Then, the interaction between the macroRAFTs and the clay was studied through the plot of adsorption isotherms. By acting as coupling agents and stabilizers, the macroRAFT agents were used in the emulsion copolymerization of methyl (meth)acrylate and BA by semi-continuous process in the presence of the clay. Hybrid latex particles with different morphologies were obtained and the results were associated to the nature and concentration of the RAFT (co)polymers, to the pH of the macroRAFT/Laponite dispersion, the glass transition temperature of the final copolymer (function of the composition of the hydrophobic monomers mixture) and to the polymerization conditions. The cryo-TEM images indicate the formation of polymerdecorated Laponite platelets (several latex particles located at the surface of the platelets), dumbbell-like, janus, Laponite-decorated (armored) latex particles, and multiple encapsulated particles (several platelets inside each latex particle). The mechanical properties of polymer/Laponite films were studied by dynamic mechanical analysis and correlated with the particles morphology and the films microstructure.

Nos últimos anos, a incorporação de partículas inorgânicas em uma matriz polimérica com a finalidade de se obter sistemas híbridos orgânico/inorgânico utilizando diferentes técnicas de polimerização tem recebido grande atenção. Neste sentido, preservar e controlar as propriedades físico-químicas das partículas inorgânicas torna-se essencial para manter a integridade destas em nanoescala, bem como para obtenção de dispersões uniformes, magnificando os efeitos de reforço e demais ganhos de propriedades desejadas para a matriz polimérica. Quando se utiliza partículas inorgânicas anisotrópicas tais como a montmorilonita, silicato lamelar mais utilizado para obtenção de nanocompósitos do tipo polímero/silicato lamelar, este controle apresenta-se como um problema particularmente desafiador. Nesse contexto, a polimerização radicalar controlada (PRC) vem se destacando como uma importante via para atingir os objetivos mencionados acima, encontrando-se na literatura diversas estratégias de síntese em meio a solventes orgânicos na qual a efetiva nanoencapsulação de partículas inorgânicas dá-se por meio do crescimento de cadeias poliméricas na superfície destas estruturas inorgânicas. Entretanto, poucos trabalhos são encontrados envolvendo rota de obtenção semelhante em meio aquoso, tais como suspensão, emulsão e miniemulsão, processos estes que possuem grande interesse industrial, ambiental e viabilidade real de ampliação de escala quanto à produção.Desta forma, o objetivo deste projeto de pesquisa concentra-se na síntese e na caracterização de nanocompósitos do tipo polímero/silicato lamelar via polimerização radicalar controlada em emulsão. As polimerizações radicalares controladas de estireno em emulsão, via mecanismo de transferência reversível de cadeia por adição-fragmentação (RAFT), foram conduzidas na presença de argila montmorilonita (MMT) e mediadas por dois macroagentes de transferência de cadeia com grupo funcional tri-tioéster, sendo o primeiro constituído de cadeia polimérica não iônica de monoetil éter de poli(etilenoglicol) (MPEG-CPP) e outro derivado do MPEG-CPP contendo adicionalmente um bloco ionizável de poli(ácido metacrílico) incorporado à cadeia polimérica (MPEG-b-PMAA-CPP). Foram avaliados inicialmente os parâmetros de adsorção dos macroagentes MPEG-CPP e MPEG-b-PMAA-CPP na superfície da MMT bem como a influência das variáveis do processo de polimerização na adsorção dos macroagentes na MMT e na estabilidade coloidal dos complexos macroagente RAFT / MMT formados. Posteriormente foram avaliados os efeitos do pH, das concentrações dos macroagente RAFT e de MMT, bem como do tipo de iniciador na cinética de polimerização em emulsão \"ab-initio\" de estireno, conduzidas na ausência de surfatantes. As técnicas utilizadas nos estudos de adsorção e para a caracterização das argilas, dos látices híbridos e dos materiais nanocompósitos incluem: espectroscopia de UV-vis, espalhamento dinâmico de luz (DLS), espalhamento eletroforético de luz (ELS), cromatografia de permeação em gel (GPC), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). / In recent years, the incorporation of inorganic particles in a polymer matrix in order to obtain hybrid organic/inorganic systems using different polymerization techniques have received great attention. In this sense, preserve and manage the physical and chemical properties of inorganic particles is essential to maintain its integrity at the nanoscale, as well as to obtain uniform dispersions of them, magnifying the effects of reinforcement and other desired properties into the polymer matrix. When using anisotropic inorganic nanoobjects such as montmorillonite, the most used layered silicate to obtain polymer / layered silicate nanocomposites, this control is presented as a particularly challenging problem. In this context, the controlled radical polymerization (CRP) has been highlighted as an important way to achieve the goals mentioned above, several strategies of organic solvent-borne synthesis can be found in literature in which the effective nanoencapsulation of inorganic particles is given by through the growth of polymer chains on the surface of these inorganic structures. However, few works are found involving obtaining similar route in water-borne, such as suspension, emulsion, miniemulsion, these procedures have great interest in industrial, environmental and actual feasibility of expanding scale in manufacture. Thus, the objective of this research project focuses on the synthesis and characterization of nanocomposite-type polymer / layered silicate via controlled radical polymerization in emulsion media. The controlled radical polymerizations in emulsion, via transfer mechanism for the reversible addition-fragmentation chain (RAFT) have been conducted in the presence of montmorillonite clay (MMT) and mediated by two macroRAFT agents with functional tri-thioesters groups, being the first one constituted by a nonionic poly(ethylene glycol) methyl ether polymeric chain (MPEG-CPP) and the second on being MPEG-CPP derived but containing additionally an ionizable block of poly(methacrylic acid) inserted to its polymeric chain. The parameters of adsorption of MPEG-CPP and MPEG-b-PMAA-CPP agent on the surface of MMT as well as the influence of the polymerization process variables on the adsorption of PEO-RAFT in MMT and colloidal stability of the complex formed macroRAFT agents / MMT were firstly evaluated. Subsequently, the influence of pH, macroRAFT agents and MMT concentrations as well as the type of initiator on the kinetics of RAFT emulsion polymerization were equally evaluated. The techniques used the for adsorption studies and characterization of clays, latexes of hybrid materials and nanocomposites include: UV-vis spectroscopy, dynamic light scattering (DLS), electrophoretic light scattering (ELS), gel permeation chromatography (GPC), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic scanning calorimetry (DSC) and transmission electron microscopy (TEM).

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