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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Cardoso, Atílio de Oliveira
Título: Estabilização de Látex Poliméricos por Sorção de Solventes Orgânicos
Ano: 1998
Orientador: Prof. Dr. Fernando Galembeck
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Estabilidade coloidal, Intumescimento de partícula, Estabilização de látex por solventes
Resumo: A estabilidade coloidal à adição de NaCI, de látex homopoliméricos de poliestireno (PS-M e PS-LEV), e copoliméricos de poli[estireno-co-(metacrilato de butila)] (P(SBMA), PS/PBMA e PBMA/PS) foi modificada pelo intumescimento das partículas com tolueno e clorofórmio,obtido pela exposição dos látex a vapores dos solventes,a 25°C. Os latex foram obtidos por polimerização em emulsão aquosa. K2S2O4 e Na2S2O4 foram usados como iniciadores de polimerização na síntese dos látex homopoliméricos e copoliméricos, respectivamente. O surfactante Renex 300 (não-iônico) foi usado na síntese do látex PS-LEV. Os surfactantes SDS (aniônico) e Brij 35 (não-iônico) foram usados na síntese do látex PS-M. SDS e Renex 300 foram usados na síntes dos látex copoliméricos. P(SBMA) é um copolímero aleatório, obtido pela polimerização simultânea dos monômeros. PS/PBMA e PBMA/PS possuem domínios homopoliméricos, obtidos pela polimerização sequencial dos monômeros. As partículas do látex PS/PBMA apresentam um caroço de poliestireno recoberto por uma casca de polimetacrilato de butila. A estabilidade dos látex em tempo curto foi determinada medindo a variação da turbidez das dispersões (l = 600 nm), durante os 30 segundos subsequentes à adição do sal. A velocidade inicial de coagulação do látex P(SBMA) diminui por um fator de 10 após 20 horas de exposição a tolueno. Experimentos de titulação turbidimétrica usando NaCI mostraram que tolueno e clorofórmio influem diferentemente sobre a velocidade inicial de coagulação dos látex PS-M, P(SBMA), PS/PBMA e PBMA/PS. A estabilização por tolueno é mais intensa para os látex P(SBMA) e PBMA/PS do que para o látex PS/PBMA, mas tolueno não altera a estabilidade do látex PS-M. Clorofórmio estabiliza os látex P(SBMA), PBMA/PS e PS-M, mas não estabiliza o látex PS/PBMA. Titulações turbidimétricas (com NaCI) do látex P(SBMA), realizadas a 25 e 80°C, mostraram que o aquecimento aumenta a estabilidade das partículas desse látex. A Tg desse látex é aproximadamente 50°C. A influência de tolueno e clorofórmio sobre a estabilidade em tempo longo dos látex PS-M, P(SBMA), PS/PBMA, PBMA/PS e PS-LEV, em NaCI 0,32 M, foi determinada por medidas da turbidez do sobrenadante das dispersões após 24 e 48 horas da adição do sal. Os látex foram expostos aos solventes por 48 horas, e amostras não expostas foram usadas com controle. Os látex P(SBMA), PS/PBMA, PBMA/PS e PS-LEV foram estabilizados por tolueno e clorofórmio, e ocorreu completa coagulação as amostras controle e das amostras de látex PS-M expostas a tolueno e clorofórmio. Outros látex homopoliméricos de poliestireno (PS-THS e PS-11) e copoliméricos de poli[estireno-co-(2-hidroxietil metacrilato)] (PS/HEMA) e poli[estireno-co-(acrilamida)] (PS/AAM) também foram submetidos a este experimento. Os látex PS-THS, PS/HEMA e PS/AAM foram obtidos na ausência de surfactantes, usando K2SO4 como iniciador de polimerização. O látex PS-11 foi estabilizado com Renex 300, e a polimerização foi iniciada com um sistema redox ácido ascórbico/H2O2. O látex PS/HEMA coagula completamente quando exposto ou não exposto aos solventes. Os látex PS-11 , PS/AAM e PS/HEMA, independente da exposição aos solventes, não coagularam. Usando a técnica de espectroscopia de correlação de fótons foi observado um aumento de 5 a 10% no diâmetro efetivo médio das partículas de látex PS/PBMA, PBMA/PS e PS- THS, após 48 horas de exposição aos solventes. Entretanto, a exposição a clorofórmio aumentou em 100% o diâmetro efetivo das partículas de látex PS-M, enquanto tolueno causou um aumento em torno de 10%. Ambos os solventes diminuem em aproximadamente 5% o diâmetro efetivo das partículas de látex P(SBMA). Medidas de mobilidade eletroforética mostraram que tolueno e clorofórmio não afetam o potencial zeta das partículas do látex P(SBMA), após 48 horas de exposição.Essas observações experimentais indicam que os solventes não intensificam a repulsão elétrica ou estérica entre as partículas através do aumento da densidade de carga superficial ou da indução de rugosidades (hairs) na superfície das partículas. Duas hipóteses são discutidas, para explicar esses resultados: i) o intumescimento com os solventes diminui a capacidade das particulas em dissipar a energia cinética de colisão, de forma que as partículas colidem entre si mas não coalescem; ii) os solventes afetam o tempo de relaxação da dupla camada elétrica, diminuindo a mobilidade de íons localizados na interface partícula/água.
Abstract: The colloidal stability with regard to NaCI addition of homopolymer (PS-M and PS-LEV) polystyrene latexes and copolymer (P(SBMA), PS/PBMA and PBMA/PS) poly[styrene-co- butylmethacrylate)] latexes was modified by particle swelling with toluene and chloroform vapor, at 25°C. The latexes were obtained by aqueous emulsion polymerization. K2S2O4 and Na2S204 were used as polymerization initiators in the synthesis of homopolymer and copolymer latex, respectively. Renex 300 (non-ionic surfactant) was used in the synthesis of PS-LEV latex and SDS (anionic surfactant) and Brij 35 (non-ionic surfactant) were used in the synthesis of PS-M latex. The copolymer latex were stabilized by using SDS and Renex 300. The P(SBMA) latex is a random copolymer. obtained by simultaneous polymerization of the monomers. The PS/PBMA and PBMA/PS particles to enclose homopolymers domains. that were obtained by two-stage polymerization of the monomers. The PS/PBMA latex particles to consist of a polystyrene core surrounded by a polybutylmethacrylate shell. The short-term stability of the latex was determined by measuring the change in the turbidity of the dispersions (l = 600 nm) during 30 seconds after NaCI addition. at 25°C. The initial coagulation rate of the pristine P(SBMA) latex within 0.25 M NaCI decays to 1/10 after 20 h of toluene vapor exposure. Turbidimetric titration experiments using NaCI showed that toluene and chloroform have different influences on the initial coagulation rate of the PS-M, P(SBMA), PS/PBMA and PBMA/PS latexes. P(SBMA) and PBMA/PS latex are better stabilized by toluene than PS/PBMA, but toluene does not affect PS-M. Chloroform stabilizes P(SBMA), PBMA/PS and PS-M but does not affect PS/PBMA. Turbidimetric titrations of the pristine P(SBMA) latex at 25 and 80°C showed that its particles are stabilized by heating. A Tg approximately equal to 50°C was found for this latex. The toluene and chloroform influences on the long-term stability of the PS-M. P(SBMA), PS/PBMA, PBMA/PS and PS-LEV latexes within 0.32 M NaCI were verified by measurements of turbidity of the dispersions after 24 and 48 h of salt addition. The latexes were exposed 48 h to the vapors of the solvents and pristine latexes were used as the experimental control. P(SBMA). PS/PBMA, PBMA/PS and PS-LEV latexes were stabilized with toluene and chloroform, but complete coagulation of the pristine latexes and PS-M exposed latex occurs. Other homopolymer (PS- THS and PS-11) polystyrene latex and copolymer (PS/HEMA and PS/AAM) poly[styrene-co-(2-hydroxy ethylmethacrylate)] latex were also submitted to this experiment. PS/HEMA coagulates either with or without exposure to the solvents. Either pristine or exposed PS-THS, PS-11 and PS/AAM latexes do not exhibit coagulation. , PS-THS, PS/HEMA and PS/AAM latex were obtained by surfactant-free emulsion polimerization, using K2S2O4 as initiator polymerization. Renex 300 was used in the synthesis of PS-11 latex, and the polymerization was initialized by ascorbic acid/H2O2 redox system. After 48 h exposure to the solvents, a 5 to 10% increase in the effective diameter of the particles was observed by photon correlation spectroscopy for the PS/PBMA, PBMA/PS and PS- THS latexes. However, chloroform caused a 100% increase in the particle effective diameter of PS-M latex, while toluene caused a 10% increase. Both solvents caused a 5% decrease in the particle effective diameter of P(SBMA) latex. Eletrophoretic light scattering measurements showed that toluene and chloroform do not affect the zeta potential of P(SBMA) latex particles, after 48 h exposure. These experimental observations showed that the solvents do not enhanced the electric or steric particle repulsion by modification in the density charge or "hairiness" of particle surface. Two hypotheses are discussed, to account for these observation: i) swelling solvents decrease the particles ability to dissipate the collision kinetic energy, so that particles collide but without joining each other, ii) the solvents affect the double layer time relaxation by decrease the mobility of ions localized at the particle/water interface.
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