In this work nanocomposites based on chitosan or carboxymethylcellulose, and different kinds of clays were prepared using polyethyleneglycol (PEG) as plasticizer. The samples obtained were characterized by Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction, Thermal Analysis (TGA/DTG/DSC) and by mechanical characterization with the aim of investigate the interactions between chitosan and clay. From the analysis of the XRD spectrum, it was observed that the so produced nanocomposites presented na intercalated structure. The results obtained from TGA / DTG / DSC techniques showed that a reduction in the thermal stability and glass transition of the produced material occurred. The nanocomposites obtained from biopolymer/sodium bentonite (QuiBen) with PEG 5 % showed better mechanical properties in comparison to the pristine biopolymers due to the enhancement of their ntercalation into the silicate galleries. / Neste trabalho foram preparados nanocompósitos baseados em quitosana ou carborximetilcelulose e diferentes tipos de argilas usando polietileno glicol (PEG) como plastificante. As amostras obtidas foram caracterizadas através de espectroscopia de infravermelho (FTIR), difração de raios X (DRX), análises térmicas (TGA/DTG/DSC), e através de técnicas de análise de tensão e deformação com o objetivo de avaliar as interações entre os biopolímeros, o plastificante e as argilas. Através da analise dos espectros de DRX, foi observado que os nanocompósitos produzidos apresentaram estrutura intercalada. Os resultados obtidos através das técnicas de TGA/DTG/DSC mostraram que houve uma diminuição na estabilidade térmica e na temperatura de transição vítrea do material produzido. Os nanocompósitos obtidos a partir dos biopolímeros/Bentonita sódica com 5 % de PEG apresentaram melhores propriedades mecânicas do que os biopolímeros puros, devido a intercalação dos mesmos nas lamelas da argila.

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.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-09-23T20:44:49Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Aparecida Bezerra dos Santos - 2016.pdf: 6679774 bytes, checksum: 89dea71508c554ec5524092cfac309bd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-26T11:48:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Aparecida Bezerra dos Santos - 2016.pdf: 6679774 bytes, checksum: 89dea71508c554ec5524092cfac309bd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T11:48:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Aparecida Bezerra dos Santos - 2016.pdf: 6679774 bytes, checksum: 89dea71508c554ec5524092cfac309bd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Rare earth hydroxides show optical and photocatalytic properties, and potential application as contrast agents and biomarkers. In this study, the start materials, samarium hydroxide (Sm(OH)3) and gadolinium hydroxide (Gd(OH)3), were synthesized at room temperature by precipitation method and using microwave-assisted hydrothermal (MAH) method for 20 minutes. Pure hexagonal phase with an anisotropic hexagonal nanotubes morphology was obtained, with dimensions of 200-350 nm x 30-40 nm to Sm(OH)3, and 570-990 nm x 90-245 nm for Gd(OH)3. Hydroxides doped and nanocomposites in the form of TR(OH) 3/TR(OH)3, were synthesized as hybrid systems. Nanocomposites Sm(OH) 3/Gd(OH)3 e Gd(OH)3/Sm(OH)3 were obtained in differents ratios by two step synthesis by MAH method, resulting in decorated nanotubes as nanocomposites the ordered/disordered type. The structural and morphological characterization of materials were carried out by X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Atoms constituents of phases were confirmed by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). Nanocomposites of Sm(OH)3 and Sm(OH)3 were also synthesized by sonochemical method, which enabled obtain both crystalline phases. The photoluminescent property of the materials was investigated by photoluminescence spectroscopy (PLS) in which was observed the broadband photoluminescence enhancement for both doped hydroxides as for nanocomposites. The latter provides the best results. The composite Sm/Gd-20-A showed photoluminescence up to seven times more intense than the pure precursor hydroxides due to interfacial defects. / Hidróxidos de Terras Raras (TR) apresentam propriedades ópticas, fotocatalíticas e exibem potencial aplicação como agentes de contraste e biomarcadores. Neste trabalho, os materiais de partida, hidróxido de samário (Sm(OH)3) e hidróxido de gadolínio (Gd(OH)3), foram sintetizados pelo método de precipitação à temperatura ambiente e utilizando o método hidrotérmico assistido por micro-ondas (HAM) por 20 minutos, obtendo-se fase pura hexagonal, com morfologia anisotrópica de nanotubos hexagonais, nas dimensões de 200-350 nm x 30-40 nm para o Sm(OH)3 e de 570-990 nm x 90-245 nm para o Gd(OH)3. Hidróxidos dopados e nanocompósitos, na forma de TR(OH) 3/TR(OH)3, foram sintetizados como sistemas híbridos destes dois hidróxidos. Os nanocompósitos Sm(OH) 3/Gd(OH)3 e Gd(OH)3/Sm(OH)3 foram obtidos em porcentagens variadas, por síntese em duas etapas, utilizando método HAM, na qual obteve-se nanotubos decorados, como nanocompósitos do tipo ordenado/desordenado. As caracterizações estrutural e morfológica dos materiais foram realizadas por Difração de raios X (DRX) e por Microscopias Eletrônicas de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). A presença dos elementos constituintes das fases foi confirmada por Espectroscopia de Energia Dispersiva de raios X (EDS). Nanocompósitos de Sm(OH) 3 e Sm(OH)3 também foram sintetizados por método sonoquímico, possibilitando a obtenção com ambas as fases cristalinas. A propriedade fotoluminescente dos materiais foi investigada por Espectroscopia de Fotoluminescência (EFL), na qual se observou o aprimoramento da fotoluminescência de banda larga tanto para os hidróxidos dopados quanto para os nanocompósitos. Estes últimos apresentaram os melhores resultados, onde o compósito Sm/Gd-20-A mostrou fotoluminescência até sete vezes mais intensa que os hidróxidos precursores puros, comportamento relacionado à formação de defeitos interfaciais.

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.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renato Meneghetti Peres.pdf: 2481386 bytes, checksum: 4a0c9e9713ebe096dc1943b16d0149bd (MD5) Previous issue date: 2010-08-06 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Nanocomposites are nanometrical material particles embedded in a specific matrix. The degree of organization of the nanostructures and their properties depend on the nature of the organic and inorganic components of the structure that can generate synergic interactions. Polymeric nanocomposites are related to a class of hybrid materials where inorganic substances of nanometric dimensions are dispersed in a polymeric matrix. A small amount of inorganic material has a great effect on the structure performance. The nanoparticles of inorganic materials have high specific surface area that promotes the dispersion of the polymeric matrix and the properties depend on the homogeneity of the dispersion. The interaction reactions between the components can be observed on the material`s structure. The nanometrical material obtained by sol-gel process can be incorporated directly on the polymeric matrix. There is a tendency to a hard dispersion when a ceramic nanoscale particle is embedded in a polymeric matrix. This difficult can be attributed to a small spacement between the ceramic atomic planes to allow the passage of the polymeric chain between that. In this case, techniques can be used to the spacement to be enlarged with a organophilic agent action that enable a better addiction between the reinforcement and de matrix and make a influence in the mechanical, termical and rheological properties for the characterization by different techniques. In this work, the pseudoboehmite obtained by sol-gel process was treated by an octadecylamine solution to obtain a mix added to Nylon 6,12. After the mixing, the nanocomposite was dryed and processed to conformed the specimen used in the material caracterization. Mechanical, termical, reological, MEV and X-ray diffraction tests are done. The nanocomposite which contains pseudoboehmite and octadecylamine tests results were compared with the nanocomposite contained just pseduboehmite to compair and verify the octadecylamine treatment effect in the materials properties. / Nanocompósitos são materiais contendo partículas nanométricas dispersas em uma matriz específica. O grau de organização das nanoestruturas e suas propriedades dependem da natureza dos componentes orgânicos e inorgânicos de sua estrutura onde podem ocorrer interações sinérgicas. Os nanocompósitos poliméricos consistem em um grupo de materiais híbridos nos quais substâncias inorgânicas de dimensões nanométricas estão dispersas na matriz polimérica. Por possuírem alta área específica, uma pequena quantidade de nanocarga pode ocasionar um grande efeito no desempenho da estrutura, no entanto é importante observar que a dispersão do nanoreforço na matriz polimérica deve ocorrer da forma mais homogênea possível, promovendo as interações sinérgicas entre matriz e reforço ao longo de toda a estrutura do material. A obtenção de um reforço cerâmico por processo sol-gel, permite a obtenção de um produto com partículas de dimensões nanométricas, sendo que o mesmo pode ser incorporado à matriz polimérica. Ainda que em dimensões na escala nano, sempre que uma cerâmica é adicionada a um polímero, existe uma tendência à dificuldade na dispersão do material devido ao pequeno espaçamento entre os planos atômicos da cerâmica para que ocorra a passagem da cadeia polimérica entre estes planos. Neste caso, o emprego de técnicas de modificação da nanocarga, onde este espaçamento pode ser aumentado pela ação de um agente organofílico, possibilitando uma melhor acoplagem do reforço à matriz e influenciando diretamente nas propriedades mecânicas, térmicas e reológicas do material quando caracterizado pelas mais diversas técnicas. Neste trabalho, a pseudoboemita obtida por processo sol-gel foi tratada com uma solução de octadecilamina obtendo-se uma mistura adicionada ao Nylon 6,12. Após a mistura o nanocompósito foi seco e processado para conformação dos corpos-de-prova utilizados na caracterização do material. Realizou-se a caracterização por meio de ensaios mecânicos, térmicos, reológicos, MEV e Difração de Raios-X. Os resultados obtidos na caracterização do material contendo pseudoboemita e octadecilamina foram comparados aos resultados obtidos na adição apenas da pseudoboemita para comparação e verificação do efeito do tratamento com octadecilamina nas propriedades do material.

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

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2431_1.pdf: 3903715 bytes, checksum: f4ecb374f539aa4e3d0c912da52e2836 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / No presente trabalho foram investigadas propriedades magnéticas dos nanocompósitos ferromagnéticos (Fe1−xCox)y(MnO)1−y, x = 0.4 e 0.6 e y = 0.35, 0.65 e 1, produzidos pela técnica de mecano-síntese. A caracterização estrutural e morfológica das amostras foi feita usando difração de raios x fazendo uso da equação de Scherrer, de gráficos de Williamson-Hall e refinamento Rietveld. Essas análises resultaram em valores de x e y muito próximos dos valores nominais e, dentro da resolução da técnica, não foi detectada a presença de outras fases. As amostras apresentaram valores de tamanho médio dos cristalitos muito próximos (12-14 nm) e valores reduzidos de micro-deformações (1.5% para Fe1−xCox e 0.4% para o MnO). As propriedades magnéticas foram investigadas utilizando várias técnicas de medida (SQUID, magnetometria por extração e magnetometria por amostra vibrante), medidas em um grande intervalo de temperatura T (5-700 K) e em campos magnéticos de até 2 T. A partir dessas medidas foram construídos gráficos de Henkel e curvas de inversão de primeira ordem (FORCs) à temperatura ambiente e em campos de até 1.5 T. Medidas de curvas de histerese foram utilizadas para determinar a dependência da coercividade (HC), da magnetização de saturação (MS) e do campo de exchange-bias (HEB) com T. Procedimentos de medidas de magnetização feitas resfriando a amostra a campo nulo (ZFC) e na presença de campo (FC) foram feitas no intervalo de temperatura 5-300 K para valores pequenos de campo magnético (até 5 mT). Os gráficos de Henkel e FORCs indicaram que na temperatura ambiente as interações magnéticas entre as nanopartículas de Fe1−xCox são predominantemente de origem dipolar e influenciada essencialmente pela quantidade de MnO presente nas amostras. Entretanto, no caso particular da amostra sem MnO, o gráfico de Henkel indicou uma mudança de comportamento acima de 0.25 T passando a interação de dipolar para ser predominantemente de exchange. Acima de 120 K (temperatura de Néel do MnO), as medidas de HC apresentaram um dependência com T do tipo T3/4. Este comportamento é característico de arranjos de partículas tipo Stoner-Wohlfarth orientadas aleatoriamente. Já abaixo de 120 K, HC é fortemente influenciado pela presença de MnO aumentando significativamente com a diminuição da temperatura. Similar crescimento com T foi observado nos valores de HEB o qual é visto apenas em temperaturas abaixo de 120 K. As medidas de MS apresentaram uma dependência tipo Lei de Bloch T3/2 para a amostra sem MnO em todo intervalo de temperatura (5-700 K), enquanto para as demais amostras esse comportamento foi observado para T>120 K. Abaixo dessa temperatura, a adição de MnO produz um aumento em MS. Também foi observado o efeito de exchange-bias para temperaturas inferiores à temperatura de Néel do MnO (120 K), com um significante aumento do campo de exchange-bias com a diminuição da temperatura. Por fim, observamos também um comportamento irreversível nas magnetizações ZFC e FC abaixo de 120 K nas amostras com MnO. Os resultados obtidos abaixo de 120 K foram interpretados como devidos a interações de curto alcance entre as nanopartículas e pela presença de momentos magnéticos não compensados nas interfaces entre partículas

Orientadores: Júlio Roberto Bartoli, Elizabeth Grillo Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T08:51:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cecci_RicardoRodrigoRamos_M.pdf: 4182332 bytes, checksum: 4424cc557c439a1602d15a95921a2b25 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nanotubos de carbono (NTCs) apresentam características interessantes para aplicações em eletrodos transparentes. Quando dispersos em escala nanométrica são transparentes ao espectro da luz visível e são capazes de conduzir eletricidade após atingirem percolação em matrizes poliméricas isolantes. Neste trabalho, é descrito o uso de nanotubos de carbono de camadas múltiplas (NTCMs) na produção de filmes poliméricos flexíveis transparentes e condutores como alternativa ao uso do óxido de índio dopado com estanho (ITO) em células solares orgânicas. Os nanotubos foram dispersos e purificados em solução aquosa de dodecil sulfato de sódio (SDS) pelos processos de sonicação e centrifugação, e a dispersão monitorada por espectroscopia UV-Vis e potencial ?. Os nanocompósitos foram produzidos via polimerização in situ do monômero metacrilato de metila (MMA) na presença de 0 a 1% p/p NTCs e os filmes depositados através da técnica de revestimento por rotação a alta velocidade (spin coating). A reação de polimerização foi acompanhada pela calorimetria exploratória diferencial (DSC). Verificou-se que na presença de NTCs, a taxa de conversão do monômero é acelerada. A cinética de degradação térmica foi avaliada pelo método de Broido utilizando a análise termogravimétrica (TGA). Foi observado que os NTCs aumentam a estabilidade térmica do PMMA, retardando a degradação por despolimerização. Estudos por espectroscopia FT-IR mostraram uma banda de absorção em 1601 cm-1, (C=C), a qual não é característica do PMMA, indicando que os NTCs participam da polimerização do PMMA. Para concentrações de até 1% p/p de NTCs, os filmes PMMA/NTC apresentaram excelentes propriedades ópticas. Ou seja, baixo coeficiente de absorção, na ordem de 103 cm-1, altos valores de gap óptico (Eopt), entre 3,2 e 4,14 eV, e alta transparência por todo espectro visível, entre 88 e 93%. Nas mesmas concentrações, foi observada uma diminuição substancial na resistividade elétrica dos filmes em 8 ordens de grandeza (de 1016 para 108 ?/quadrado), comparados ao filme de PMMA puro. Entretanto, a faixa de resistividade alcançada ainda é típica de materiais isolantes. Estudos de otimização poderiam originar filmes PMMA/NTC como uma alternativa promissora para ITO em OPVs / Abstract: Carbon nanotubes (CNTs) have interesting features for applications in transparent electrodes. When dispersed at the nanoscale, they become transparent within the visible range and are able to conduct electricity after reaching the percolation threshold in an insulating polymer matrix. In this work, the use of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) is described for the production of flexible transparent conducting polymer films as an alternative to the use of indium-tin oxide (ITO) in organic solar cells. The nanotubes were dispersed and purified in an aqueous solution of sodium dodecyl sulfate (SDS) by the process of sonication and centrifugation, and the dispersion monitored by UV-Vis spectroscopy and ? potential. The nanocomposites were produced via in situ polymerization of the monomer methyl methacrylate (MMA) in the presence of 0 to 1 %wt. of CNTs. The films were deposited by the spin-coating technique. The polymerization reaction was monitored by differential scanning calorimetry (DSC). It was found that in the presence of CNTs, the conversion rate of the monomer is accelerated. The kinetics of thermal degradation was measured according to the Broido's method by using thermogravimetric analysis (TGA). It was observed that CNTs increase the thermal stability of PMMA, slowing degradation by depolymerization. FT-IR data showed an absorption band at 1601 cm-1 (C = C), which is not characteristic of PMMA, indicating that the CNTs takes place in the polymerization of PMMA. For concentrations up to 1wt% of CNTs, the PMMA/CNT films had excellent optical properties, i.e., a low absorption coefficient in the order of 103 cm-1, wide optical gap (Eopt) between 3.2 and 4.14 eV, and high transparency within the whole visible range, between 88 and 93%. In the same concentrations, the electrical resistivity of the films dropped by 8 orders of magnitude (from 1016 to 108 ?/sqr), compared to the pure PMMA film. Even though this electrical resistivity value is typical of insulating materials, further optimization studies could provide PMMA/CNT films as a promising alternative to ITO in OPV / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química