Síntese e caracterização de nanocompósitos funcionais

Abstract

Tendo em vista os desenvolvimentos actuais e futuros dos currículos de Química para o Ensino Secundário, esta dissertação tem como objectivo contribuir para o ensino dos materiais poliméricos, assim como dos nanocompósitos. Com esse objectivo, é dada ênfase à aplicação e desenvolvimento de novas estratégias de síntese para a preparação de nanocompósitos funcionais utilizando polimerização radicalar “viva” em miniemulsão, uma vez que esta parece ser um método promissor. No primeiro capítulo, é feita uma abordagem geral dos conceitos do 12º ano de escolaridade do Ensino Secundário. Neste contexto, são realçados os aspectos mais relevantes relacionados com o ensino de Química, nomeadamente a literacia científica e a sua importância na Química, em particular aqueles que estão relacionados com os materiais poliméricos. No segundo capítulo, é discutida a síntese e a caracterização das nanopartículas. Dependendo da estratégia de síntese, também foi discutida a utilização de dois agentes de derivatização distintos. Para a polimerização radicalar convencional, foi ancorado à superfície das nanopartículas de sílica e de óxido de zinco encapsuladas com sílica, o 3-metacril-oxipropiltrimetoxissilano (MPS). Em relação ao mecanismo da polimerização controlada por reacções reversíveis de adição-fragmentação de agentes de transferência de cadeia (RAFT), foi primeiro ancorado às nanopartículas o 3- aminopropiltrimetoxisilano (APS). De seguida, reagiu com o agente de transferência ácido 4-ciano-4-(tiobenzoil)-sulfanil-pentanóico (CPDB). No terceiro capítulo, é analisada a síntese e a caracterização de nanocompósitos SiO2@MPS@Polímero e ZnO@SiO2@MPS@Polímero, realizados através de polimerização radicalar convencional. Nesta síntese, foram utilizados dois monómeros, o estireno e o tert-acrilato de butilo. No quarto capítulo, é discutida a síntese e caracterização de nanocompósitos, SiO2@APS@CPDB@PS e ZnO@SiO2@APS@CPDB@PS, utilizando a polimerização radicalar “viva” RAFT. O carácter vivo do sistema foi comprovado através da polimerização de um segundo bloco utilizando tertacrilato de butilo, que deu origem a SiO2@APS@CPDB@PS@Pt-BA. Os estudos preliminares utilizando ZnO@SiO2@APS@CPDB@PS também são analisados. No quinto capítulo, são descritas duas planificações didácticas tendo em conta as novas perspectivas de ensino e o programa actual do 12º ano de escolaridade do Ensino Secundário. A primeira planificação didáctica é de carácter mais prático, enquanto que a segunda é de carácter mais teórico. São focados aspectos importantes para o desenvolvimento da sociedade, nomeadamente aqueles que estão relacionados com a literacia científica desta área do conhecimento de modo a sensibilizar os alunos para a urgência de reciclar e reaproveitar os materiais poliméricos.

ABSTRACT: Bearing in mind the modern and future developments of chemistry curricula for secondary school, this thesis aims at giving a contribution regarding polymeric materials as well as nanocomposites. Particular emphasis in given to the application and development of new strategies of synthesis for the preparation of functional nanocomposites using living radicalar polymerization in miniemulsion as this route is seen as very promising for the future. In the first chapter, is given an overview of the concepts of the 12th year of Secondary School. In this context, the most relevant aspects regarding the education of Chemistry, namely scientific literacy and its importance in Chemistry are highlighted, in particular those related to the field of polymeric materials. In chapter two, the synthesis and characterization of nanoparticles are discussed. The surface modification of the nanoparticles using two different agents of derivatization. The nanoparticles, the silica and the zinc oxide recovered with silica, were derivatized with 3-(trimetoxysilyl)propyl metacrylate (MPS) in a way to function as a base to the synthesis of nanocomposites of polymeric matrix through conventional radicalar polymerization. To the surface of this nanoparticles was also anchored SiO2 and ZnO@SiO2 and derivatization agent 3-aminopropylmethoxysilane (APS) to, in a later stage, anchor the transfer agent CPDB, for the reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT) from the surface of this nanoparticles. In the third chapter it is discussed the synthesis and characterization of nanocomposites, SiO2@MPS@Polymer and ZnO@MPS@Polymer, carried through conventional radicalar polymerization. In this synthesis two monomers were used, styrene and tert-butyl acrylate. In the fourth chapter it is discussed the synthesis and characterization of nanocomposites, SiO2@APS@CPDB@PS and ZnO@APS@CPDB@PS, carried through “live” radicalar polymerization, more exactly by RAFT. It was also carried through the co-polymerization of SiO2@APS@CPDB@PS@Pt-BA. In the fifth chapter are described two didactic approaches according to new perspectives of education and the current program of the 12th year of the Secondary School. The first approach is more practical while the second is more theoretical. Several aspects very important to the development of our society are focused like increase scientific literacy about this area of knowledge to educate the students for the need to recycle and recover polymeric materials.