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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Vichi, Flávio Maron
Título: Partículas Revestidas com PDMS: Obtenção, Caracterização e Consolidação
Ano: 1997
Orientador: Prof. Dr. Fernando Galembeck
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Siliconas, Revestimento de partículas, Resistência mecânica
Resumo: O revestimento de partículas com polímeros tem sido objeto de numerosos estudos na literatura, e de alguns trabalhos deste laboratório. Neste trabalho, descrevemos a preparação de partículas inorgânicas (Fe2O3, TiO2 e CaCO3) revestidas com PDMS (polidimetilsiloxano). Para se obter as partículas revestidas, faz-se a adsorção do polímero nas superfícies inorgânicas, seguida de um aquecimento a 265 °C, que leva à formação de ligações químicas entre a fase polimérica e a fase inorgânica. Desta forma, são obtidos pós cuja principal característica é a alta hidrofobicidade. Os compósitos assim preparados foram caracterizados através das técnicas de análise química, área superficial (BET), densidade, porosimetria, espectroscopia no infravermelho (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) de prótons, silício e carbono, microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão (TEM). Foram estudadas as cinéticas de relaxação spin-rede (T1) e spin-spin (T2) nos compósitos obtidos com TiO2 e CaCO3, entre 230 e 350 K, através de RMN de prótons. Curvas de InT1 em função do inverso da temperatura forneceram uma medida da energia de ativação dos movimentos que causam a relaxação spin-rede. O decaimento do sinal obtido nas medidas de T2 pode ser descrito por uma equação exponencial dupla, o que revela a presença de pelo menos dois comportamentos distintos da fase polimérica, no que diz respeito à relaxação spin-spin. Um modelo é proposto para explicar este comportamento, levando em conta a porosidade das fases inorgânicas e dos compósitos, bem como a presença de ligações químicas entre o PDMS e a superfície inorgânica, confirmada através de RMN de sólidos para Si. Outros modelos (trens e alças e invariância em escala) foram também utilizados, mas com menor sucesso. Monolitos obtidos através da prensagem isostática do compósito Fe2O3/PDMS foram aquecidos sob condições controladas a 270 e 300°C e submetidos a ensaios de resistência à compressão, segundo a norma C-733/88 da ASTM. Estes monolitos apresentam elevada resistência à compressão, comparável à do cimento Portland após 7 dias de cura, no caso das amostras aquecidas a 270°C. O material aquecido a 300 °C apresenta uma resistência uma ordem de grandeza menor que esta. As micrografias de varredura de superfícies de fratura dos monolitos mostram a presença de domínios ricos em silicona no sólido, que provavelmente atuam como sítios viscoelásticos capazes de armazenar e dissipar energia mecânica, sendo portanto responsáveis pela resistência à compressão destes materiais. Micrografias de transmissão de pós obtidos pela trituração dos monolitos aquecidos a 270 °C mostram a presença de uma camada polimérica revestindo as partículas, o que não ocorre com os monolitos aquecidos a 300°C.
Abstract: The encapsulation of particles with polymers has been the subject of many studies in the literature, and of some works from this laboratory. In the present work, we describe the obtention of inorganic particles (Fe2O3, TiO2, and CaCO3) encapsulated with polydimethylsiloxane (PDMS). These particles were obtained by adsorbing the polymer from a chloroform solution onto the particle surface, followed by a heat treatment at 265 °C, which leads to the formation of chemical bonds between the polymeric and the inorganic phases. As a result, composite powders, whose main feature is a high hydrophobicity, are obtained. These composite powders were characterised by the following techniques: chemical analysis, surface area (BET method), density, porosimetry, infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy for H, C, and Si, scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The spin-Iattice and spin-spin relaxation kinetics were studied by H NMR for the composites obtained with TiO2 and CaCO3 in the 230-350 K temperature range. The activation energies for the motions that cause spin-Iattice relaxation were determined from plots of In (T1) versus the inverse temperature. In the T2 measurements for the composite powders, a double exponential behaviour was observed for the echo decays, revealing the presence of at least two different polymeric domains with respect to spin-spin relaxation. A model is proposed to explain this behaviour, taking into account the pore structures of the inorganic phases and of the composite powders. Other models (trains and loops, and scale invariance) were also tested, with poor agreement with the experimental data. The bonding between the polymeric and inorganic phases was confirmed by solid state Si NMR, which reveals the presence of a peak assigned to Si-O-Ti bonds. Monoliths were obtained by isostatically pressing the Fe2O3/PDMS powder composite, followed by heating under controlled conditions at 270 and 300°C. These monoliths were tested for their compressive strength in accordance with ASTM standard procedure C-733/88. The monoliths heated at 270 °C present a high compressive strength, comparable to that of Portland cement cured for 7 days, whereas those heated at 300°C show a compressive strength an order of magnitude lower. Scanning electron micrographs and energy dispersive spectroscopy (EDS) maps obtained from fracture surfaces of the monoliths reveal the presence of silicone-rich domains, which probably act as mechanical energy absorbing-dissipating sites and that are responsible for the high compressive strength. Transmission electron micrographs obtained for crushed samples from the monolith heated at 270 °C show the presence of a polymer layer on the particles, which was not observed for particles from the material heated at 300°C.
Arquivo (Texto Completo): vtls000115430.pdf ( tamanho: 7,68MB )

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