Polimerização de PMMA em microemulsão com Lls tensioactivos

Abstract

Esta dissertação tem como objectivo principal a avaliação do impacto do uso de líquidos iónicos (LIs) tensioactivos na síntese de poli(metacrilato de metilo) (PMMA), recorrendo à técnica de polimerização em microemulsão, e de nanocompósitos deste polímero com sílica modificada com o agente 3- metacril-oxipropil-trimetoxissilano (MPS). Tendo em conta que as propriedades dos líquidos iónicos podem ser manipuladas, por selecção de diferentes catiões e aniões, a utilização de líquidos iónicos tensioactivos na síntese de polímeros em microemulsão, apresenta-se como alternativa mais eficiente e ambientalmente aceitável aos processos que utilizam tensioactivos convencionais. A polimerização em microemulsão apresenta algumas vantagens em relação à polimerização em macroemulsão, sendo dispersões termodinamicamente estáveis, e portanto opticamente transparentes, e obtendo-se polímeros com elevado peso molecular em tempos de reacções reduzidos. No capítulo I, apresenta-se uma revisão geral de conhecimentos relativos à polimerização radicalar em microemulsão e aos líquidos iónicos, sua constituição e propriedades. No capítulo II, descreve-se a síntese e a caracterização de PMMA através da polimerização radicalar em microemulsão, usando dois líquidos iónicos como tensioactivos: brometo de 1-deci-3-metilimidazólio ([C10mim][Br]) e o 1-(2- acriloíloxiundeci)-3-metilimidazólio. Este último líquido iónico é um tensioactivo polimerizável e que foi sintetizado durante este trabalho. Os resultados obtidos da polimerização radicalar com LIs foram comparados com os obtidos através da polimerização radicalar em solução, tendo sido ensaiados três solventes: um solvente orgânico convencional, tolueno, e dois LIs, [C10mim][Br] e [C4mim][Br]. Neste capítulo é igualmente discutido o efeito de diversos parâmetros reaccionais como a agitação (mecânica ou magnética; agitador cilíndrico ou esférico) na conversão, nas dimensões das partículas na microemulsão e no peso molecular do polímero obtido. No capítulo III, apresenta-se um estudo de dispersões aquosas de diferentes líquidos iónicos tensioactivos e sílica modificada com MPS, com o objectivo de compreender o mecanismo de estabilidade destas emulsões, a fim de se seleccionar um LI para utilização na síntese de nanocompósitos. Foram analisados parâmetros relativos à estabilidade das emulsões diâmetro das partículas e potencial zeta em função da concentração do tensioactivo. Pelos resultados obtidos pode-se afirmar que através da escolha do LI, é possível alterar as características superficiais da sílica e portanto a estabilidade das emulsões onde ela participa. Finalmente, no capítulo IV é descrita a síntese e a caracterização de nanocompósitos, usando sílica modificada com MPS, metacrilato de metilo como monómero, e LIs como tensioactivos, de acordo com a técnica de polimerização estudada nos capítulos anteriores.

ABSTRACT: The aim of this thesis is to study the use of ionic liquids (ILs) as surfactants in the synthesis of poly(methylmethacrylate) (PMMA), by microemulsion polymerization, as well as in the preparation of silica PMMA nanocomposites. Given that the properties of ionic liquids can be manipulated by criterious selection of the cations and the anions, the use of ionic liquid surfactants in polymers synthesis in microemulsion is an more efficient and environmentally acceptable alternative when compared to conventional surfactants. The microemulsion polymerization presents some advantages over macroemulsion polymerization such as the production of thermodynamically stable, as thus optically transparent, dispersions and high molecular weight polymers with small reaction times. In chapter I, a general revision of the state of the art regarding radical microemulsion polymerization and the ionic liquids, their constitution and properties, is presented. In chapter II the synthesis and characterization of PMMA carried out via radical polymerization in microemulsion, using two different ionic liquids as surfactants: 1-dodecyl-3-methylimidazolium bromide [C10mim][Br] and 1-(2- acryloyloxyundecyl)-3-methylimidazolium bromide is discussed. This last one is a polymerizable surfactant and was synthesized during this work. The results of the radical polymerization using ILs are compared with the ones obtained using radical polymerization in solution. Three solvents have been tested: a conventional organic solvent, toluene, and two ILs, [C10mim][Br] and [C4mim][Br]. The effect of several reaction parameters, namely, stirring (mechanical or magnetic; cylindrical and spherical stirrer) on the conversion, the particles’ size and polymer molecular weight is also discussed. The chapter III is devoted to the study of aqueous dispersions of different surfactants and silica modified with 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MPS), in order to understand the stability mechanism of these emulsions, so that the best IL could be selected for the preparation of nanocomposites. The stability of the prepared emulsions was addressed through the particle diameter and the zeta potential as function of the surfactant concentration. It was possible to conclude that the choice of a given IL enables changing the silica surface characteristics and therefore the stability of the emulsions. Finally, in chapter IV, the preparation and characterization of nanocompósitos using silica modified with MPS, methyl methacrylate as monomer and ILs as surfactants, using the polymerization technique studied in the chapters above is described.