Encapsulação de nanopartículas anisotrópicas por polimerização RAFT

Abstract

Os avanços tecnológicos recentes têm vindo a gerar um enorme interesse em novos materiais, desafiando a comunidade científica a focarem a sua atenção no desenvolvimento de novos métodos de síntese para a produção, por exemplo, de nanocompósitos. O objetivo deste trabalho consistiu na otimização do procedimento de encapsulação de nanopartículas anisotrópicas (NPs) recorrendo à polimerização em emulsão e ao mecanismo de polimerização controlada por reações reversíveis de adição-fragmentação de um agente de transferência de cadeia (RAFT). No sentido de se obter um filme de polímero em torno das partículas e minimizar a formação de polímero livre, foram efetuados estudos de adsorção de um agente RAFT macromolecular (MR) à superfície de nanofibras de Gd2O3:Eu3+revestidas com sílica não calcinada cujos resultados foram monitorizados por espectroscopia UV/VIS. Nestes estudos foram analisados dois parâmetros, o pH e o tempo de contacto adsorvato/adsorvente. Estes tiveram como principal objetivo a obtenção das isotérmicas de equilíbrio de adsorção a 25 ºC, as quais forneceram informação acerca da quantidade máxima de MR adsorvida. Através desta informação, foi possível inferir que os dois parâmetros analisados afetaram significativamente os resultados. Os dados experimentais foram modelados recorrendo a alguns modelos teóricos de adsorção verificando-se que tanto os modelos de Langmuir, como o de Freundlich se ajustam bem aos resultados obtidos. Numa segunda fase, foi estudada a encapsulação das nanofibras através da polimerização em emulsão via RAFT de metacrilato de metilo (MMA) e de acrilato de n-butilo (BA). Estas polimerizações foram efetuadas a pH 7, 5,5 e 3,5 (80 ºC), e com as condições ótimas provindas dos estudos de adsorção. Os látexes obtidos foram caracterizados por dispersão de luz dinâmica (DLS) e potencial zeta (ZP). Os látexes obtidos a pH 7 foram também caracterizados por microscopia eletrónica de varrimento em modo de transmissão (STEM). A conversão foi determinada por gravimetria. Os resultados obtidos por STEM confirmaram a encapsulação das nanopartículas assim como os valores obtidos de ZP. No entanto, os valores obtidos para a conversão de monómero foram apenas de 45%.

Recent technological advances have been the basis of increasing interest in the development of new materials, challenging the scientific community to focus their attention to devise new synthesis methods for the production of e.g. nanocomposites. The purpose to this work consists in the optimization of the procedure to encapsulate anisotropic nanoparticles(NPs), using the emulsion polymerization and the polymerization mechanism controlled by reversible addition-fragmentation of a chain transfer agent (RAFT). In order to obtain a polymer film surrounding the particles and minimize the formation of free polymer, the adsorption of a macromolecular RAFT agent (MR) onto the surface of Gd2O3:Eu3+coated with uncalcined silica was studied, where results were monitored by UV / VIS spectroscopy. This study analyzed two parameters: pH and contact time of adsorbant /adsorbent. The aim of this was to obtain the equilibrium adsorption isotherms at 25ºC, which provided information about the maximum amount of adsorbed MR. This information proved that the two analyzed parameters significantly affect the results. The best values were obtained at a pH of 5.5 and a contact time of 15 hours. The experimental data were adjusted to some theoretical models of adsorption and it was verified that the Langmuir and Freundlich models fit the obtained results. In a second stage of this work, the encapsulation of nanofibres by emulsion polymerization of methyl methacrylate (MMA) and n-butyl acrylate (BA) RAFT was studied. These polymerizations were carried out at pH 7, 5,5 and 3,5 (80 ºC), using the optimal conditions previously established from adsorption studies. The obtained latexes were characterized by dynamic light scattering (DLS) and zeta potential (ZP). The latexes obtained at pH 7 were also characterized by scanning transmission electron microscopy (STEM). The conversion was determined gravimetrically. The results obtained with STEM and ZP confirmed the encapsulation of nanoparticles. However, the value obtained for monomer conversion was low (45%).