Este trabalho é direcionado ao estudo dos efeitos da radiação UV sobre amostras de poliestireno (PS) e de copolímeros de estireno com proporções variáveis de 2-trimetilsililóxi-1,3-butadieno (TSB, I), 2-metóxi-1,3-butadieno (MEB, II) e 2-etóxi-1,3-butadieno (ETB, III), em solução aerada, visando principalmente à amplificação da degradação ambiental do PS quando exposto a condições de intemperismo natural. (Ver no arquivo em PDF). Os polímeros foram sintetizados via polimerização radicalar em solução, resultando em uma massa molar ponderai média (Mw) de cerca de 30,0 kg/mol para o homo e copolímeros. Estes produtos, após serem submetidos a um processo de hidrólise na presença de fluoreto de tetrabutilamônio (série TSB) ou HCI aquoso (séries MEB e ETB), resultaram em PS contendo grupos carbonila na cadeia principal sendo, a seguir, isolados e caracterizados por meio de técnicas analíticas como espectroscopia de infravermelho (IR), análise elementar, cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), espalhamento de luz estático dependente do tempo (TDSLS), análise térmica (TG e DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As soluções poliméricas foram irradiadas com lâmpada de mercúrio de baixa pressão (99,5% de emissão a 254 nm), na presença de ar e à temperatura ambiente, por um período de dez horas. As alterações sofridas pelos polímeros foram acompanhadas por meio de medidas de IR, TDSLS e SEC. Os espectros no infravermelho mostraram um aumento contínuo da intensidade de algumas bandas: na região entre 3800 - 3000 cm-1, houve um alargamento das bandas que pode ser atribuído à formação de grupos hidroxila e/ou hidroperóxido; na região de 1900 - 1500 cm-1, observou-se o aparecimento de um ombro em 1712 cm-1, que pode ser atribuído à formação de grupos cetona e aldeído como funções terminais na cadeia do polímero e, na região entre 1500 - 1000 cm-1, o alargamento das bandas foi atribuído à formação de grupos anidrido. Os estudos realizados por TDSLS revelaram claramente que os copolímeros degradam com mais rapidez que o PS puro, e as taxas de degradação aumentam proporcionalmente ao aumento no teor de carbonilas incorporadas ao polímero. Tal observação tem suporte nas massas molares ponderais médias obtidas via SEC (Mw) dos fragmentos resultantes da fotólise, com valores cada vez menores com o aumento dos efeitos da fotodegradação, iniciando com cerca de 34,0 kg/mol (TSB5), por exemplo, e decrescendo a valores de Mw tão baixos quanto 4,8 kg/mol (TSB15). Para finalizar, tentou-se verificar o comportamento dos polímeros quando expostos a condições reais de utilização, submetendo-se corpos de prova a um envelhecimento acelerado em câmara de intemperismo artificial e avaliando seu comportamento mecânico. Os resultados mostraram que, para homo e copolímeros, houve uma redução na resistência à tração com o aumento do tempo de exposição (0 a 600 horas), sendo este efeito muito mais acentuado para os copolímeros. / This work was directed to the study of the UV radiation effects upon samples of polystyrene (PS) and copolymers of styrene with different fractions of 2-trimethylsililoxy-1,3-butadiene (TSB, I), 2-methoxy-1 ,3-butadiene (MEB, II) and 2-ethoxy-1,3-butadiene (ETB, III), in normally aerated solution, aiming at the optimization of the PS degradation when exposed to weathering conditions. (See in the PDF file). The polymers were prepared by free-radical polymerization in solution, resulting in average molecular weight (Mw) of about 30.0 kg/mol for the homo and copolymers. The resulting polymers were submitted to hydrolysis in the presence of tetrabutylamonium fluoride (TSB series) or aqueous HCI (MEB and ETB series), resulting in PS containing carbonyls inserted in its backbone. The polymers were isolated and characterized by infrared spectroscopy (IR), elemental analysis, size exclusion chromatography (SEC), time dependent static light scattering (TDSLS), thermal analysis (TG and DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The polymeric solutions were irradiated with a low pressure mercury lamp (99.5% emission at 254 nm), in the presence of air at room temperature, for a period of 10 hours. The polymer changes were followed by IR, TDSLS and SEC. The infrared spectra showed a continuous increase in the intensity of some bands: the broad band in the region of 3800 - 3000 cm-1 was assigned to the formation of hydroxides or hydroperoxides groups; the band at 1900 - 1500 cm-1 with a shoulder at 1712 cm-1 can be assigned to ketones or aldehydes, which appear as chain termination groups and the band at 1500 - 1000 cm-1 was attributed to the formation of anhydrides. The TDSLS studies clearly showed that the copolymers degradated much faster than the pure PS, and the degradation rates were directly related to the increase in the TSB, MEB and ETB contents of the polymer. This observation is supported by the decreasing molecular weight values obtained by SEC (Mw) for the resulting fragments from photolysis, when the carbonylic content of the polymer increased, starting at around 34.0 kg/mol (TSB5), for instance, decreasing to Mw values as low as 4.8 kg/mol (TSB15). Finally, we tried to found out the polymer behavior when exposed to the real outdoor conditions of use, by submitting samples to an accelerated aging process in a Weather-o-Meter chamber and evaluating its mechanical behavior afterwards. The results showed that for both, homo and copolymers, there was a reduction in the tensile strength with increasing in the exposition time (0 to 600 hours). This behavior is much stronger in the copolymers.

Este trabalho é direcionado ao estudo dos efeitos da radiação UV sobre amostras de poliestireno (PS) e de copolímeros de estireno com proporções variáveis de 2-trimetilsililóxi-1,3-butadieno (TSB, I), 2-metóxi-1,3-butadieno (MEB, II) e 2-etóxi-1,3-butadieno (ETB, III), em solução aerada, visando principalmente à amplificação da degradação ambiental do PS quando exposto a condições de intemperismo natural. (Ver no arquivo em PDF). Os polímeros foram sintetizados via polimerização radicalar em solução, resultando em uma massa molar ponderai média (Mw) de cerca de 30,0 kg/mol para o homo e copolímeros. Estes produtos, após serem submetidos a um processo de hidrólise na presença de fluoreto de tetrabutilamônio (série TSB) ou HCI aquoso (séries MEB e ETB), resultaram em PS contendo grupos carbonila na cadeia principal sendo, a seguir, isolados e caracterizados por meio de técnicas analíticas como espectroscopia de infravermelho (IR), análise elementar, cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), espalhamento de luz estático dependente do tempo (TDSLS), análise térmica (TG e DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As soluções poliméricas foram irradiadas com lâmpada de mercúrio de baixa pressão (99,5% de emissão a 254 nm), na presença de ar e à temperatura ambiente, por um período de dez horas. As alterações sofridas pelos polímeros foram acompanhadas por meio de medidas de IR, TDSLS e SEC. Os espectros no infravermelho mostraram um aumento contínuo da intensidade de algumas bandas: na região entre 3800 - 3000 cm-1, houve um alargamento das bandas que pode ser atribuído à formação de grupos hidroxila e/ou hidroperóxido; na região de 1900 - 1500 cm-1, observou-se o aparecimento de um ombro em 1712 cm-1, que pode ser atribuído à formação de grupos cetona e aldeído como funções terminais na cadeia do polímero e, na região entre 1500 - 1000 cm-1, o alargamento das bandas foi atribuído à formação de grupos anidrido. Os estudos realizados por TDSLS revelaram claramente que os copolímeros degradam com mais rapidez que o PS puro, e as taxas de degradação aumentam proporcionalmente ao aumento no teor de carbonilas incorporadas ao polímero. Tal observação tem suporte nas massas molares ponderais médias obtidas via SEC (Mw) dos fragmentos resultantes da fotólise, com valores cada vez menores com o aumento dos efeitos da fotodegradação, iniciando com cerca de 34,0 kg/mol (TSB5), por exemplo, e decrescendo a valores de Mw tão baixos quanto 4,8 kg/mol (TSB15). Para finalizar, tentou-se verificar o comportamento dos polímeros quando expostos a condições reais de utilização, submetendo-se corpos de prova a um envelhecimento acelerado em câmara de intemperismo artificial e avaliando seu comportamento mecânico. Os resultados mostraram que, para homo e copolímeros, houve uma redução na resistência à tração com o aumento do tempo de exposição (0 a 600 horas), sendo este efeito muito mais acentuado para os copolímeros. / This work was directed to the study of the UV radiation effects upon samples of polystyrene (PS) and copolymers of styrene with different fractions of 2-trimethylsililoxy-1,3-butadiene (TSB, I), 2-methoxy-1 ,3-butadiene (MEB, II) and 2-ethoxy-1,3-butadiene (ETB, III), in normally aerated solution, aiming at the optimization of the PS degradation when exposed to weathering conditions. (See in the PDF file). The polymers were prepared by free-radical polymerization in solution, resulting in average molecular weight (Mw) of about 30.0 kg/mol for the homo and copolymers. The resulting polymers were submitted to hydrolysis in the presence of tetrabutylamonium fluoride (TSB series) or aqueous HCI (MEB and ETB series), resulting in PS containing carbonyls inserted in its backbone. The polymers were isolated and characterized by infrared spectroscopy (IR), elemental analysis, size exclusion chromatography (SEC), time dependent static light scattering (TDSLS), thermal analysis (TG and DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The polymeric solutions were irradiated with a low pressure mercury lamp (99.5% emission at 254 nm), in the presence of air at room temperature, for a period of 10 hours. The polymer changes were followed by IR, TDSLS and SEC. The infrared spectra showed a continuous increase in the intensity of some bands: the broad band in the region of 3800 - 3000 cm-1 was assigned to the formation of hydroxides or hydroperoxides groups; the band at 1900 - 1500 cm-1 with a shoulder at 1712 cm-1 can be assigned to ketones or aldehydes, which appear as chain termination groups and the band at 1500 - 1000 cm-1 was attributed to the formation of anhydrides. The TDSLS studies clearly showed that the copolymers degradated much faster than the pure PS, and the degradation rates were directly related to the increase in the TSB, MEB and ETB contents of the polymer. This observation is supported by the decreasing molecular weight values obtained by SEC (Mw) for the resulting fragments from photolysis, when the carbonylic content of the polymer increased, starting at around 34.0 kg/mol (TSB5), for instance, decreasing to Mw values as low as 4.8 kg/mol (TSB15). Finally, we tried to found out the polymer behavior when exposed to the real outdoor conditions of use, by submitting samples to an accelerated aging process in a Weather-o-Meter chamber and evaluating its mechanical behavior afterwards. The results showed that for both, homo and copolymers, there was a reduction in the tensile strength with increasing in the exposition time (0 to 600 hours). This behavior is much stronger in the copolymers.

Polímeros com grupos azobenzênicos exibindo fotoisomerização reversível trans-cis-trans tem sido usado para armazenamento óptico, chaves ópticas e produção de grades de relevo. A fotoisomerização produzida por luz linearmente polarizada cria uma orientação molecular perpendicular a polarização da luz (hole-burning angular) que induz a birrefringência na amostra. Neste trabalho, medimos a birrefringência foto induzida em filmes de poliestireno dopado com corante vermelho disperso 1 (DR1) em função da temperatura. A amplitude da birrefringência aumenta com a temperatura entre 20 e 180 K, atinge um máximo e diminui a zero próximo da temperatura de transição vítrea do polímero, a qual é da ordem de 373 K. A amplitude da birrefringência é proporcional a concentração de DR1 e também depende da história térmica da amostra. Propõe-se um modelo teórico que leva em conta a mudança de volume livre do polímero com a temperatura, representando um passo além dos modelos conhecidos. Assumimos que as moléculas de DR1 ocupam cavidades do polímero e a função distribuição Gama é usada para descrever a distribuição dos volumes das cavidades, enquanto a função Gaussiana descreve as flutuações térmicas de volume em torno de seu valor médio. A isomerização das moléculas de DR1 só podem ocorrer em cavidades com volume maior que um valor crítico. A comparação entre o modelo e os dados experimentais mostra uma razoável concordância. O modelo prevê corretamente a dependência da birrefringência com o tempo, com a temperatura e com a história térmica da amostra, já que o volume livre do polímero depende dessa história. / Polymers with azobenzene groups exhibiting reversible trans-cis-trans photoisomerization characteristics have been used for optical storage, optical switching and production of surface relief gratings. The photoisomerization produced by a linearly polarized light leads to a molecular orientation perpendicular to the light polarization (angular hole burning), which induces a birefringence on the sample. In this work we report on the photoisomerization of films of polystyrene (PS) doped with disperse red 1 (DR1), performed at various temperatures. The birefringence amplitude rises with temperature from 10 to 270 K, goes through a maximum and decays to zero near the polystyrene transition temperature, which is 370 K. The birefringence amplitude, at a given temperature, is proportional to the DR1 content and also depends on the sample thermal history. We proposed a model that accounts for the change in free volume of the polymer with temperature though representing an improvement to well-known models. We assume that the azobenzene group is inside a local free volume and the Gamma distribution function is used to describe a local free volume distribution in the sample while the Gaussian distribution function gives the thermal free-volume fluctuation. Isomerization of the azobenzene group only occurs if the local free volume is larger than a critical value. Comparison with the experimental data shows that the model explains the temporal evolution, the temperature dependence of the birefringence and how the birefringence is affected by the sample thermal history, as the sample free volume of the polymer depends on such history.

Polímeros com grupos azobenzênicos exibindo fotoisomerização reversível trans-cis-trans tem sido usado para armazenamento óptico, chaves ópticas e produção de grades de relevo. A fotoisomerização produzida por luz linearmente polarizada cria uma orientação molecular perpendicular a polarização da luz (hole-burning angular) que induz a birrefringência na amostra. Neste trabalho, medimos a birrefringência foto induzida em filmes de poliestireno dopado com corante vermelho disperso 1 (DR1) em função da temperatura. A amplitude da birrefringência aumenta com a temperatura entre 20 e 180 K, atinge um máximo e diminui a zero próximo da temperatura de transição vítrea do polímero, a qual é da ordem de 373 K. A amplitude da birrefringência é proporcional a concentração de DR1 e também depende da história térmica da amostra. Propõe-se um modelo teórico que leva em conta a mudança de volume livre do polímero com a temperatura, representando um passo além dos modelos conhecidos. Assumimos que as moléculas de DR1 ocupam cavidades do polímero e a função distribuição Gama é usada para descrever a distribuição dos volumes das cavidades, enquanto a função Gaussiana descreve as flutuações térmicas de volume em torno de seu valor médio. A isomerização das moléculas de DR1 só podem ocorrer em cavidades com volume maior que um valor crítico. A comparação entre o modelo e os dados experimentais mostra uma razoável concordância. O modelo prevê corretamente a dependência da birrefringência com o tempo, com a temperatura e com a história térmica da amostra, já que o volume livre do polímero depende dessa história. / Polymers with azobenzene groups exhibiting reversible trans-cis-trans photoisomerization characteristics have been used for optical storage, optical switching and production of surface relief gratings. The photoisomerization produced by a linearly polarized light leads to a molecular orientation perpendicular to the light polarization (angular hole burning), which induces a birefringence on the sample. In this work we report on the photoisomerization of films of polystyrene (PS) doped with disperse red 1 (DR1), performed at various temperatures. The birefringence amplitude rises with temperature from 10 to 270 K, goes through a maximum and decays to zero near the polystyrene transition temperature, which is 370 K. The birefringence amplitude, at a given temperature, is proportional to the DR1 content and also depends on the sample thermal history. We proposed a model that accounts for the change in free volume of the polymer with temperature though representing an improvement to well-known models. We assume that the azobenzene group is inside a local free volume and the Gamma distribution function is used to describe a local free volume distribution in the sample while the Gaussian distribution function gives the thermal free-volume fluctuation. Isomerization of the azobenzene group only occurs if the local free volume is larger than a critical value. Comparison with the experimental data shows that the model explains the temporal evolution, the temperature dependence of the birefringence and how the birefringence is affected by the sample thermal history, as the sample free volume of the polymer depends on such history.