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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Oliveira Júnior, Adair Rangel de
Título: Obtenção e Caracterização de Acetato de Celulose Modificado com Organossilano
Ano: 2002
Orientadora: Profa. Dra. Maria do Carmo Gonçalves
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Acetato de celulose, Copolímeros, Organossilanos
Resumo: Este trabalho teve como objetivo a modificação do acetato de celulose (CA) com metiltrimetoxissilano ou feniltrietoxissilano e o estudo das suas propriedades estruturais, morfológicas, térmicas, superficiais, e de permeação. A modificação do acetato de celulose foi realizada em THF, em composições de 10 e 20% (em massa) dos organossilanos. Os polímeros modificados foram obtidos através da reação entre grupos hidroxila presentes na cadeia de CA e grupos reativos presentes nos organossilanos. Foram avaliados dois métodos de modificação: (a) utilizando diretamente os monômeros como modificadores e (b) utilizando oligômeros dos modificadores, produzidos a partir da pré-hidrólise dos monômeros. A morfologia dos materiais obtidos foi observada por microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão; suas propriedades térmicas por análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC) e as características hidrofóbicas através de medidas de ângulo de contato. Também foi avaliada a estabilidade dimensional dos materiais, bem como sua aplicação como membranas em ensaios de permeação a gases. As análises morfológicas dos materiais obtidos permitiram investigar a miscibilidade entre o acetato de celulose e os polissiloxanos formados durante o processo de modificação. Os polimeros modificados com metiltrimetoxissilano apresentaram domínios de separação de fases, contendo fases dispersas ricas em siloxanos. As modificações do acetato de celulose conduzidas com feniltrietoxissilano resultaram em uma dispersão mais uniforme do organossilano na matriz polimérica. Resultados de análise termogravimétrica mostraram que não houve alteração significativa da estabilidade térmica do acetato de celulose com a modificação. Esta análise indicou, também, que a pré-hidrólise do organossilano aumenta sua incorporação à cadeia de acetato de celulose. As análises por calorimetria diferencial de varredura mostraram que as propriedades térmicas do CA são fortemente influenciadas pelo método de modificação e pelo organossilano utilizado. O efeito mais acentuado foi observado na temperatura de transição vítrea dos polímeros, principalmente aqueles preparados a partir de modificadores oligoméricos. A modificação com os organossilanos atribuiu maior caráter hidrofóbico ao acetato de celulose, bem como uma maior estabilidade dimensional na presença de água, especialmente quando a modificação foi conduzida com organossilanos na forma de oligômeros. Os ensaios de permeação dos materiais a diferentes gases indicaram um elevado aumento na permeabilidade para o polímero modificado com oligômeros dos organossilanos na concentração de 20% (em massa), principalmente nos filmes modificados com feniltrietoxissilano. Uma melhor seletividade ao par CO2/CH4 foi alcançada no polímero obtido pela modificação de acetato de celulose com 10% (em massa) de monômeros de metiltrimetoxissilano. Concluindo, a modificação do acetato de celulose permitiu a obtenção de filmes com elevada transparência e flexibilidade, aumentou seu caráter hidrofóbico e sua estabilidade dimensional na presença de água, sem, no entanto alterar significantemente sua estabilidade térmica. Além disso, a modificação deste polímero melhorou seu desempenho em processo de separação a gases em relação ao acetato de celulose puro.
Abstract: The purpose of this work was to study the modification of cellulose acetate (CA) with methyltrimethoxysilane or phenyltriethoxysilane, evaluating the properties of these materials. The modification of cellulose acetate was achieved in THF, with 10 and 20 wt%. organosilane compositions. The modified polymers were obtained by reactions between cellulose acetate hydroxyl groups and reactive groups of the organosilane. Two methods were evaluated: (a) reaction with monomer modifiers, and (b) reaction with oligomer modifiers, obtained from pre-hydrolysed monomers. The morphology of the obtained materials was examined by scanning and transmission electron microscopies, the thermal properties by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetric; and hydrophobic characteristics by contact angle. The dimensional stability of these materials was also evaluated, as well as their applications as membranes in gas separation process. The morphological analyses of the obtained materials allowed the miscibilidade between the cellulose acetate and the polysiloxanes formed during the modification process to be investigated. The methyltrimethoxysilane modified CA showed dispersed phases rich in polysiloxanes. The modifications of the CA driven with phenyltriethoxysilane showed the best uniform dispersion of polysiloxane into polymeric matrix. Thermogravimetric analysis results showed that there were no significant alterations in the thermal stability of the cellulose acetate with the modification. This analysis also indicated that the pre-hydrolyzation of organosilane tends to facilitate its incorporation onto the cellulose acetate chain. The differential scanning calorimetric analyses showed that the thermal properties of CA are strongly influenced by the modification method and by the organosilane used. The most accentuated effect was observed in the glass temperature of the modified CA, mainIy those prepared from oligomeric modifiers. The modification with the organosilane attributed a larger hydrophobic character to the cellulose acetate, as well as a larger dimensional stability in the presence of water, especiaIly when the modification was driven with the organosilane oligomers. The permeation evaluation of the different gases indicated a high increase in gas permeability for the modified polymer derived from the reactions of cellulose acetate with 20 wt% of organosilane, mainly with phenyltriethoxysilane modifier. Better selectivity for the CO2/CH4 pair was achieved in the polymer obtained by the modi:fication of cellulose acetate with 10 wt% methyltrimethoxysilane monomers. In general, the modification of cellulose acetate aIlowed the obtaining of films with high transparency and flexibility, increasing therefore their hydrophobic character and their dimensional stability, without significantly altering their thermal stability. In addition of this, the modification of CA improved its performance in gas separation process, in relation to pure CA.
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