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Type: TESE DIGITAL
Title: Síntese e caracterização de nanocompósitos de PMMA/MMTO via polimerização in situ assistida por ultrassom
Title Alternative: Synthesis and caracterization of PMMA/clay nanocomposites prepared by in situ polymerization assisted by sonication
Author: Prado, Bruna Rosa, 1986-
Advisor: Bartoli, Julio Roberto, 1954-
Bartolli, Julio Roberto
Abstract: Resumo: Nanocompósitos de polímero/argila esfoliada são considerados materiais de elevado desempenho devido à alta razão de aspecto das argilas esfoliadas que oferecerem larga área superficial para interação com o polímero. Entre os diversos métodos, a polimerização in situ assistida por ultrassom destaca-se como método mais promissor para a preparação de nanocompósitos poliméricos esfoliados. A agitação do meio reacional via ultrassom auxilia na dispersão das nanopartículas e pode promover reações sonoquímicas, favorecendo interações físico-químicas entre cadeias poliméricas e organoargilas. Os parâmetros de síntese dos nanocompósitos, via polimerização in situ assistida por ultrassom, foram prospectados na literatura de modo a definir as condições de contorno para um estudo experimental sistemático; isto é, com planejamento fatorial de experimentos. As seguintes variáveis foram estudadas: tipo de modificador orgânico (surfactante) da argila e energia de ultrassom na agitação do meio reacional. Diferentes organoargilas (MMTO) comerciais contendo grupos hidroxilas (C30B), aromáticos (C10A) ou alifáticos (C25A), se evidenciaram nos resultados dessa revisão. Nanocompósitos de PMMA, com 3% em massa de MMTO, foram caracterizados via análises de DRX, TGA, MET, FTIR, UV-Vis, DSC, GPC, reometria de placas paralelas e refratometria. As análises estatísticas do planejamento fatorial indicaram, com 95% de confiança, que somente o fator "parâmetro de interação de Flory-Huggins" foi significativo nas seguintes variáveis de resposta para os nanocompósitos PMMA/MMTO: índice (n?) do modelo da lei de potências da viscosidade complexa, inferindo melhor dispersão nas organoargilas no PMMA/C25A; transmitância no UV-visível do PMMA/C25A similar ao PMMA pristino; temperatura na derivada da curva de termogravimetria (DTG), melhor estabilidade térmica, aumento de 35 a 50°C, em relação em relação ao PMMA pristino; temperatura Tg, aumento até 18°C em relação ao PMMA pristino. Nas condições de contorno analisadas, o fator "energia do ultrassom" não foi significativo, permitindo-se, então, realizar polimerizações in situ na menor energia para auxiliar na dispersão das organoargilas no meio reacional. As melhorias das propriedades verificados nos nanocompósitos PMMA/C25A são atribuídas aos parâmetros de interação (?) de Flory-Huggins entre "surfactante MMTO-solvente clorofórmio". O surfactante volumoso de longas cadeias alquila da organoargila C25A pela sua melhor afinidade com o clorofórmio (?~1,2), contribuiria na difusão da solução de clorofórmio/MMA nos espaços das galerias destes organosilicatos. Os espaços interlamelares dos três tipos de organoargilas estudadas eram similares (d~1,9 nm)

Abstract: Exfoliated nanocomposites of polymer/clay are considered as high performance materials. This is due to the high aspect ratio of the exfoliated clay that offers a large superficial area of interaction with the polymer. Considering these methods, the in situ polymerization with sonication is the most promising method to prepare exfoliated nanocomposites. The agitation during the reaction using sonication assists the dispersion of the nanoparticles and can promote sonochemical reaction, creating physicochemical interactions between the polymer chains and the organoclay. The parameters of the syntheses, via in situ polymerization assisted by sonication, were reviewed from the literature and the boundary conditions for a systematic experimental study were defined using the design of experiments methodology. The following variables were studied: type of organic modifier (surfactant) of the clay and, energy of sonication during the reaction. Different commercial organoclays (OMMT) containing the hydroxyl groups (Cloisite® 30B), aromatics (Cloisite® 10A) or aliphatics (Cloisite® 25A), had the results demonstrated in this work. The PMMA nanocomposites, with 3% by weight of clay, were characterized by XRD, TGA, TEM, FTIR, UV-Vis, DSC, GPC, parallel plate rheometry and refractometry analysis. The statistical analysis of factorial design indicated, at 95% of confidence, that the only significant factor was the "Flory-Huggins interaction parameter" for the following PMMA/MMTO nanocomposites response variables: power law index (n?) of the complex viscosity, PMMA/C25A showed the better organoclay dispersion; UV-visible transmittance of PMMA/C25A same as the pristine PMMA; temperature at the first derivative of the thermogravimetry curve (DTG), improvement of thermal stability due to an increase of 35 to 50°C compared to the pristine PMMA; Tg temperature, increase of 18°C related to the pristine PMMA. As the "sonication energy" was not significant then it is allowed to perform in situ polymerization at the lower energy level of the contour conditions studied in order to improve organoclay dispersion. The properties improvements verified for the PMMA/C25A nanocomposites are attributed to the Flory-Huggins interaction parameter (?) between "MMTO surfactant- chloroform solvent". The long alkyl chain and bulky surfactant of C25A organoclay could contribute for the diffusion of the chloroform/MMA solution into the gallery space of that organoclay due to the better affinity to the chloroform (?~1,2). The interlamelar distance of the three grades of organoaclays studied were the same (~1,9 nm)
Subject: Nanocompósitos poliméricos
Polimerização in situ
Ultrassom
Argila
Polimetil metacrilato
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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