Polymer nanocomposites obtained by freeze-casting and electrospinning

Orientador: Fernando GalembeckTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Neste trabalho, examinou-se o comportamento de dispersões aquosas de látex e seus nanocompósitos com argila, quando submetidos aos processos de moldagem por liofilização (freeze-casting) e eletrofiação (electrospinning). Os sólidos resultantes foram caracterizados principalmente por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Através do freeze-casting do látex poli(estireno-co-acrilato de butila-co-ácido acrílico (P(S-BA-AA)) foi obtido um monolito de baixa densidade com variadas morfologias de poros (colunares, alongados e lamelares) e predominância de poros com morfologia do tipo espinha de peixe, semelhantes a "shish-kebabs" encontrados em polímeros semicristalinos. A moldagem por liofilização de espumas líquidas de látex com e sem argila originou espumas sólidas que apresentaram hierarquia de poros, com poros menores orientados sobre cavidades maiores, derivadas de bolhas de ar. As diferentes morfologias obtidas são modeladas pelo gelo, cujo hábito cristalino experimenta diversas transições morfológicas durante o processo de congelamento, devido às instabilidades térmicas na interface sólido-líquido (S/L). A técnica de eletrofiação permitiu obter fibras de blendas poliméricas imiscíveis e fibras nanocompósitas a partir de uma dispersão aquosa de látex poli(estireno-acrilato de butila) (P(S-BA)) misturada com soluções aquosas de poli(óxido de etileno) (PEO) de diferentes massas molares e argila. As fibras poliméricas apresentaram morfologia coaxial, com o polímero hidrofílico alojado preferencialmente na região interna, quanto menor for sua massa molar. As técnicas de espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR) e calorimetria diferencial de varredura (DSC) mostraram que o PEO é removido das fibras após o tratamento destas com água. Medidas de decaimento do potencial eletrostático de superfícies de polietileno de baixa densidade (PEBD), submetidas a tratamento corona, mostraram que a deposição das nanofibras de látex e PEO aceleraram a dissipação da carga elétrica da superfície deste dielétrico. Ensaios de adsorção mostraram que os nanocompósitos obtidos por ambas as técnicas são interessantes adsorventes do corante azul de metileno (AM), com eficiência de remoção comparável à da dispersão aquosa de argilaAbstract: In this work, we examined the behavior of latex aqueous dispersions and their nanocomposites with clay, when subjected to two polymer processing techniques: freeze-casting and electrospinning. The resulting solids were examined mainly by using scanning electron microscopy (SEM). By freeze-casting poly(styrene-co-butyl acrylate-co-acrylic acid) (P(S-BA-AA)) latex aqueous dispersion, a low density monolith was obtained with pores of varying morphologies (columnar, elongated and lamellar) and predominance of fishbone morphology resembling "shish-kebabs" found in semi-crystalline polymers. The freeze-casting of liquid latex foams with and without clay originated solid foams which contain small pores distributed along larger cavities derived from air bubbles. The different morphologies obtained was template by the frozen liquid precursor, which experiences several morphological transitions during the freezing process, due to thermal instabilities in the solid-liquid (S/L) interface. The electrospinning process afforded to obtain polymeric and composite nanofibers using poly (styrene-butyl acrylate) (P-S-BA) aqueous latex blended with poly(ethylene oxide) (PEO) solutions with different molecular weights and clay. Fibers show coaxial morphology, in which hydrophilic polymer and clay are in the inner of the fibers and latex is localized in the shell, as the molar mass of PEO decreases. Infrared (IR) and differential scanning calorimetry (DSC) techniques have shown that PEO is removed from fibers after water treatment. Measurements of the electrostatic potential decay on low-density polyethylene (LDPE) surfaces, charged with corona, showed faster electrostatic potential dissipation when polymeric nanofibers are deposited on LDPE. Sorbent tests of methylene blue (MB) dye revealed that nanocomposites prepared by both techniques show interesting dye sorbent properties, presenting same efficiency as the aqueous clay dispersionDoutoradoFísico-QuímicaDoutora em Ciência