Preparação e caracterização de materiais porosos de base celulose

Abstract

No decorrer deste trabalho procurou-se preparar novos materiais de base acetato ou de butirato de celulose, modificados com diisocianatos (alifático - IPDI e aromático - MDI). Foi ainda utilizada a acção da água como agente de expansão. A sua influência nas características dos materiais finais foi avaliada. Verificou-se que o tempo de reacção com o MDI é substancialmente inferior ao necessário para a completa extensão da reacção com o IPDI. Verificou-se que adição de água ao sistema reaccional conduziu à expansão da mistura reaccional, sendo este um eficiente agente de expansão. A modificação dos ésteres de celulose com os diisocianatos, foi verificada e confirmada através de testes de solubilidade, Análise Elementar (EA), FTIRATR e de RMN de 13C. Verificou-se que as modificações operadas levaram ao aumento da hidrofobia dos materiais, sendo este carácter mais acentuado quando se usa MDI. A adição de água ao sistema reaccional, leva ao decréscimo do carácter hidrofóbico do material, comparativamente ao caso em que não há adição de água. Os materiais foram testados quanto á sua solubilidade, e verificou-se que não foram solubilizados em nenhum dos solventes usados. A sua modificação é notória no facto de não serem solúveis em acetona (usada para solubilizar o ABC e AC iniciais). As diferenças morfológicas dos vários materiais preparados foram analisadas através de testes de porosimetria e SEM. Os materiais obtidos a partir do ABC têm uma estrutura mais aberta do que os obtidos a partir do AC. Maiores concentrações de ABC e AC levam a uma maior densidade doa materiais finais. A adição de água a qualquer dos sistemas leva à diminuição da densidade a aumento da sua porosidade. Nos vários materiais obtidos foi notória a irregularidade dos tamanhos apresentados pelos poros. A avaliação das propriedades térmicas (DMTA e DSC) das amostras permitiu verificar que os materiais preparados apresentam estabilidade térmica abaixo de 200ºC. Além disso, existem diferenças de comportamento dos materiais de partida e dos obtidos, e ainda diferenças entre os materiais, dependendo do diisocianato utilizado.

ABSTRACT: The main goal of this work was the preparation of new porous materials from renewable resources. In this specific case, the materials were prepared by crosslinking ester cellulose derivatives (ABC and AC) with different diisocyanates (aliphatic - IPDI. and aromatic - MDI). We could observ that the porosity of these materials increased with the presence of water in the reactional system. The reaction time of the ABC and AC with the MDI was faster than with the IPDI, and a low concentration of the cellulose ester increases the reactional time. To verify the crosslinking reaction between the ABC and AC with the diisocyanate and modification of the original materials, Elemental analysis, solubility tests, FTIR-ATR and RMN 13C were used. The morphology and porosity of the prepared materials were accessed by using SEM. A detailed analysis of the materials porosity was determined by Mercury intrusion analysis. The thermal properties of the cellulose derivatives and final materials were accessed by DSC and DMTA. These tests allowed us to verify that the materials prepared along this work have different properties that the original ones. They are more hydrophobic, this hydrophobic character decreases when the porosity of the systems increases. They are not soluble in any of the solvents tested; fundamentally, they are not soluble in acetone, which is the ABC and AC original solvent. The new materials prepared by modification of the ABC have a solid open structure, when compared with the jelly structure of the materials prepared with AC. The increase of the ABC and AC concentration reveals a solid final compact structure. The results obtained by porosity analysis permit to confirm this observation. The thermal analysis permits to verify the differences between the original materials and the modified ones. This new materials present a thermal stability until around 200ºC.