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Tipo do documento: Tese
Título: Síntese de copolímeros de l-lactídeo e ε-caprolactona para funcionalização in situ de partículas de celulose nanocristalina
Título(s) alternativo(s): Synthesis of l-lactide and ε-caprolactone copolymers for in situ functionalization nanocrystalline cellulose particles
Autor: Miranda, Katiusca Wessler
Primeiro orientador: Pezzin, Sérgio Henrique
Resumo: Neste trabalho foram estudadas as reações de abertura de anel dos monômeros L-lactídeo (LLA) e ε-caprolactona (ε-CL), pela técnica de polimerização em massa com o intuito de avaliar a influência da concentração de iniciador, do tempo e da temperatura de reação sobre o rendimento reacional e a massa molar de ambos os polímeros. O iniciador empregado neste estudo foi o octoato de estanho e como co-iniciador, metanol foi empregado. Foi observado que a velocidade de reação de obtenção do poli(L-ácido láctico) (PLLA) e da poli(ε-caprolactona) (PCL) aumenta em função da temperatura e que com 2% de iniciador a conversão de monômero em polímero ocorre logo nas primeiras horas de síntese. A massa molar determinada por viscosimetria capilar foi de aproximadamente 7x103 g/mol para ambos os polímeros. Também foi estudada a obtenção de copolímeros de LLA e ε-CL por reações de polimerização em solução empregando diferentes solventes. As porcentagens mássicas de LLA/ε-CL empregadas foram 100/0, 95/5, 90/10, 85/15 e 80/20. O tolueno foi o único solvente que possibilitou a produção de polímeros e copolímeros a 120 °C. Para estas sínteses a concentração de iniciador foi igual a 0,015% e o tempo de reação foi de 24 horas, gerando polímeros com massa molar ponderal média (Mw) ao redor de 2x104 g/mol, determinadas por GPC. Foi observado por ressonância magnética nuclear de hidrogênio e de carbono 13 (RMN1H e RMN13C) que as reações conduzidas com concentrações de ε-CL inferiores à 15% não rendem copolímero, apenas PLLA é produzido. A obtenção de copolímeros pela técnica de polimerização em massa também foi estudada e a principal diferença em relação a polimerização em solução está associada à massa molar do copolímero P(LLA-co-εCL)80/20, sendo que o produto da polimerização em massa apresentou massa molar mais elevada que o obtido pela polimerização em solução. Após o estudo da obtenção dos copolímeros, foi estudada a funcionalização de partículas de celulose nanocristalina (CNC) com os monômeros de LLA e ε-CL pela técnica de polimerização em solução. Foram analisadas três composições: (I) PLLA-CNC, (II) P(LLA-co-εCL)85/15-CNC e (III) P(LLA-co-εCL)80/20-CNC; as reações foram conduzidas a 120°C durante 24 horas. Foi possível funcionalizar partículas de CNC in situ, empregando 80% de LLA, 20% de ε-CL, 0,015% de octoato de estanho e tolueno como solvente (composição III). A funcionalização foi confirmada por análises de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Testes de dispersão do P(LLA-co-εCL)80/20-CNC em tolueno confirmaram a diminuição da hidrofilicidade destas partículas. Ao contrário do ocorrido com as composições (I) e (II), a composição (III) permitiu somente a produção partículas de CNC funcionalizadas. PLLA, PCL e/ou P(LLA-co-εCL) não foram produzidos. Este fato indica que o aumento da concentração de ε-CL e a presença de grupos hidroxilas de celulose diminuíram a reatividade entre os monômeros.
Abstract: This paper studied ring opening polymerizations L-lactide (LLA) and ε-caprolactone (ε-CL) by bulk polymerization and solution polymerization, in order to evaluate the influence of initiator concentration, reaction time and reaction temperature on the yield and molecular weight of both polymers. Tin octoate and methanol was employed as initiators. It was observed that LLA and ε-CL speed ring opening polymerization, increases with temperature and that the monomer/polymer conversion immediately occurs in the first hours of synthesis when 2% of initiator is used. The molar mass, determined by capillary viscometry, was approximately 7x103 g/mol, for both polymers. It was also studied the copolymerization of LLA and ε-CL by solution polymerization employing different solvents. Weight percentages of LLA/ε-CL equal to 100/0, 95/5, 90/10, 85/15 and 80/20 were studied. The toluene was the only solvent that enabled the production of polymers and copolymers at 120 ° C. Initiator concentration equal to 0.015% and reaction time equal to 24 hours, were assessed, generating polymers with average molar mass (Mw) around 2x104 g / mol, determined by GPC. It was observed by proton and carbon 13 nuclear magnetic resonance (13 C-NMR and 1H-NMR) that reactions conducted with ε-CL concentrations lower than 15% do not yield copolymer, only PLLA. Bulk polymerization it was also studied and the main difference compared to solution polymerization is associated with the molar mass of the copolymer P(LLA-co-εCL)80/20. This product had a higher molar mass when synthesized by the first technique. After the study of copolymerization, the functionalization of nanocrystalline cellulose particles (CNC) with LLA and ε-CL, by polymerization in solution, was studied. Three compositions were analyzed: (i) PLLA-CNC, (II) P(LLA-co-εCL)85/15-CNC and (III) P(LLA-co εCL)80/20-CNC; the reactions were conducted at 120 ° C for 24 hours. It was possible to functionalize CNC particles in situ, using 80/20 LLA/ε-CL systems, with tin octoate (0.015 wt%) as catalyst and toluene as solvent (composition III). The functionalization was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The compatibility of the P(LLA-co-εCL)80/20-CNC particle increased in toluene, confirming the reduction of hydrophilicity of these particles. Unlike occurred with the compositions (I) and (II), the composition (III) only allowed the production CNC functionalized particles. PLLA, PCL and / or P (LLA-co-εCL) were not produced. This fact indicates that the concentration of ε-CL and the presence of cellulose hydroxyl groups decreased the reactivity between the monomers.
Palavras-chave: Celulose nanocristalina
Funcionalização
Polimerização in situ
Poli(L-ácido láctico)
Poli(&#949
-caprolactona)
Nanocrystalline cellulose
Functionalization
In situ polymerization
Poly(L-lactic acid)
Poly(&#949
-caprolactone)
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Idioma: por
País: BR
Instituição: Universidade do Estado de Santa Catarina
Sigla da instituição: UDESC
Departamento: Ciência e Engenharia de Materiais
Programa: Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.udesc.br/handle/handle/623
Data de defesa: 7-Ago-2015
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais

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