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 Encapsulation of nanoparticles using PAA and PEGA macroRAFT agents
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/6446

title: Encapsulation of nanoparticles using PAA and PEGA macroRAFT agents
other titles: Encapsulação de nanopartículas utilizando agentes RAFT do tipo PAA e PEGA
authors: Binh Xuan Vu
advisors: Barros Timmons, Ana
keywords: Ciência dos materiais
Nanocompósitos
Compósitos com matriz polimérica
Materiais híbridos orgânico-inorgânico
Microencapsulamento
Polimerização
Macromoléculas
issue date: 2011
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: O bom desempenho dos nanocompósitos híbridos de matriz polimérica (NCs) requer uma dispersão homogénea das nanopartículas inorgânicas (NPs) de modo a garantir boa interacção entre as fases orgânica e inorgânica. Apesar de existirem já vários métodos de preparação deste tipo de NCs, nomeadamente através da técnica de polimerização em emulsão, subsistem ainda limitações. No sentido de as ultrapassar, a utilização de agentes RAFT macromoleculares tem recentemente vindo a ser explorada. Numa primeira fase deste trabalho foram preparados quatro agentes RAFT macromoleculares com diferentes tamanhos de cadeia e composições através da polimerização do ácido acrílico (AA) e de acrilato de poli(etileno glicol)metil éter (PEGA) em solução usando como agente RAFT o ácido 2- {[(dodeciltio)carbonotioil]tio] -2- metilpropanóico (TTCA). Os polímeros obtidos foram caracterizados por espectroscopia de infravermelhos com transformadas de Fourier (FT-IR) e de ressonância magnética nuclear de protão (1H-NMR), bem como a cromatografia de permeação de gel (GPC). Os agentes RAFT macromoleculares foram depois utilizados para preparar copolímeros de bloco com n-acrilato de butilo (BA) por polimerização em emulsão. Os co-polímeros resultantes foram caracterizados por 1H-NMR, FTIR, GPC e DMA. A sensibilidade dos co-polímeros à base de PAA ao pH foi avaliada através de medições de tamanho de partícula e de potencial zeta em função do pH. No que concerne a estabilidade coloidal, avaliada por dispersão dinâmica de luz (DLS), verificou-se que os co-polímeros preparados utilizando o P(PEGA)-TTC deram origem a sistemas coloidais mais estáveis do que os preparados utilizando o PAA-TTC. Por fim, foram preparados vários NCs utilizando NPs de sílica previamente modificada e nanofios (NWs) de óxido de zinco. Uma vez que os NWs obtidos apresentaram problemas de agregação o seu uso foi descontinuado. Os NCs foram caracterizados por FT-IR, DMA, DLS e SEM tendo-se confirmado o encapsulamento em todos os casos. O uso de agentes RAFT macromoleculares à base de PEGA parece dar origem a látexes estáveis do o uso de agentes macromoleculares à base de PAA. Porém os resultados de SEM e DLS apontam para a necessidade de melhoriras nos dois casos. No caso dos NCs preparados à base de PAA, a presença de uma coroa sensível ao pH foi confirmada através de medições de DLS e potencial zeta em função do pH. Os resultados de DMA indicam uma tendência para a miscibilidade dos blocos de PAA e do PBA que reduz no caso dos NCs proventura devido à maior interacção do bloco de PAA com as NPs. No caso dos sistemas preparados com P(PEGA) a miscibilidade não é tão significativa.

The performance of organic polymer-inorganic nanocomposites (NCs) depends on the homogenous dispersion of the inorganic nanoparticles (NPs) to ensure strong interaction between the nanofillers and the polymer matrix. Although a variety of methods already exists, current encapsulation techniques through emulsion polymerization suffer from several limitations. In order to overcome such limitations the use of amphiphilic macroRAFT agents is recently being explored. In the present work macroRAFT agents with different chain lengths and composition were initially prepared by solution polymerization of acrylic acid (AA), poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate (PEGA) and a combination of the two using ( 2-(docdecylthiocarbonothioylthio)-2-methyl propanoic acid (TTC-A) as the chain transfer agent. The macroRAFT agents obtained were characterized by proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopies and Gel Permeation Chromatography (GPC) confirmed their successful synthesis. These Macro RAFT agents were then used prepare block copolymers with butyl acrylate via emulsion polymerization. The ensuing materials were characterized by 1H-NMR, FT-IR, Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and GPC. Zeta potential measurements as a function of pH confirmed the pH-responsive behaviour of the PAA based systems whilst dynamic light scattering (DLS) measurements showed that the use of P(PEGA)-TTC provides better colloidal stability then the use of PAA-TTC Finally, NCs were prepared using previously modified silica NPs and ZnO nanowires (NWs) as nanofillers. ZnO NWs were only used with the PAA system since it was concluded that the method used for their preparation yielded NWs that were still aggregated. Encapsulation of the NPs was confirmed by FT-IR, DMA, SEM and DLS. The latexes prepared using PEGA based systems seem to be more stable than those prepared with PAA. Yet, the SEM and DLS results prove that both systems require improvement. The presence of a polymeric stimuli – responsive shell covering the inorganic NPs using PAA-TTC was proved by DLS and Zeta potential measurements as a function of pH. The DMA results suggest that the PAA and PBA blocks tend to blend but when NPs are present that miscibility is reduced possibly due to the interaction between the PAA groups and the NPs surface. For the P(PEGA) based systems the miscibility between the polymer blocks is not so relevant.
description: Mestrado em Ciência dos Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/6446
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UA - Dissertações de mestrado

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