Mestrado em Engenharia QuímicaEsta 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
