Funcionalização de celulose e sílica através de modificação química de superfície

Abstract

Este estudo tem como objetivo a modificação de superfície de celulose e sílica hidrofílicas no sentido da introdução de novas funcionalidades pelo método de grafting. O processo compreende três etapas distintas: ativação, formação de iniciadores na superfície e polimerização da superfície do material. A etapa inicial de ativação é realizada pela reação entre o material a modificar e TDI, sendo que um dos grupos NCO do TDI se liga à estrutura da celulose ou da sílica e o outro permanece livre. A análise dos espetros de FTIR para ambos os materiais mostra a banda do NCO livre aos cerca de 2260 - 2270 cm-1, o que indica que a ativação da superfície foi alcançada com sucesso. No entanto, para a celulose foi preciso recorrer a um maior número de técnicas de caracterização de superfície para comprovar o sucesso da etapa. A medição do valor de ângulo de contato mostra que a superfície se torna mais hidrofóbica após a primeira etapa e a análise por TGA também indica diferenças na celulose que reage com TDI. A segunda fase do estudo consiste em induzir processos de polimerização na superfície do material ativado fazendo-o funcionar como um macroiniciador. Esta etapa é realizada pela reação do material ativado com hidroperóxido de tetra butilo (TBHP). Para a sílica, a banda correspondente à ligação carbamato que se forma é visível no espetro de FTIR aos 1732 cm-1. O mesmo não acontece no caso da celulose, em que a banda correspondente ao NCO livre diminui mas não se visualiza a banda da ligação carbamato. A segunda etapa do processo foi ainda executada fazendo reagir a amina 1,6-diaminohexano (HMDA) com o material ativado o que origina uma ligação ureia. Esta ligação é visível no espetro de FTIR para a sílica por volta dos 1680 cm-1, no entanto para a celulose a banda também não é percetível. Após a segunda etapa utilizando a sílica como macroiniciador fez-se a polimerização usando dois monómeros diferentes: acrilato de metilo e NIPAM. A polimerização da superfície da celulose foi realizada usando apenas o monómero acrilato de metilo. Por FTIR obtêm-se evidências de que ocorreu polimerização na superfície de ambos os materiais. Os objetivos deste estudo foram conseguidos, contribuindo para o desenvolvimento de técnicas de modificação química de superfície e para se puder substituir materiais de origem fóssil por materiais menos prejudiciais ao ambiente.

This study aims surface modification to cellulose and silica hydrophilic for introduction of new functionalities by grafting method. The process consists of three distinct steps: activation, forming initiators and polymerization on the material surface. The initial activation step is carried out by reaction between the modifying material and TDI; and one of NCO groups of the TDI binds into the structure of the cellulose or silica and the other remains free. The analysis of the FTIR spectra for both materials shows the free NCO band at about 2260 - 2270 cm-1, indicating that activation of the surface was successfully achieved. However, for the cellulose it has been necessary to resort to a larger number of surface characterization techniques to demonstrate the success of the step. The measurement of contact angle value shows that the surface becomes hydrophobic after the first step and TGA analysis also shows differences in the cellulose that reacts with TDI. The second phase of the study is to induce polymerization processes on the surface of the activated material making it operate as a macroinitiator. This step is conducted by reaction of the material activated with tetra butyl hydroperoxide (TBHP). For silica, the band corresponding to the carbamate linkage is formed which is visible in the FTIR spectrum at 1732 cm-1. This does not apply in the case of the cellulose, in which the band corresponding to the free NCO decreases but it does not change the band on the connecting carbamate. The second step of the process was still carried out by reacting the amine 1,6 – diaminohexane (HMDA) with activated material which causes a urea bond. This link is visible in the FTIR spectrum for the silica at around 1680 cm-1 for cellulose however the band on the is not noticeable. After the second step using silica as macroinitiator the polymerizing was made using two different monomers: methyl acrylate and NIPAM. The polymerization of the cellulose surface was performed using only the monomer methyl acrylate. For FTIR obtains evidence that polymerization occurred on the surface of both materials. The objectives of this study were achieved, contributing to the development of chemical modification of surface techniques and if you can replace fossil materials for more environmentally friendly materials.