Síntese de partículas poliméricas ocas através da polimerização em emulsão

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisO desenvolvimento de partículas ocas por inchamento osmótico requer a formação por polimerização em emulsão em seqüência de uma partícula estruturada com núcleo composto por um polímero carboxilado e uma ou mais cascas com outro tipo de polímero. O polímero carboxilado que compõem o núcleo deve ser ionizado por mudança do pH ou por hidrólise a certa temperatura. Um processo subseqüente de inchamento irá fazer com que a água presente no meio externo contínuo intumesça o centro da partícula. Essa água deixa o "vazio" da partícula por evaporação. Fatores estruturais como composição, razão núcleo/casca, e estrutura de reticulação são críticas na obtenção de uma morfologia oca estável. Uma composição típica envolve um núcleo contendo um ácido carboxílico com uma casca composta por poliestireno ou algum polímero acrílico. O tamanho ótimo de enchimento de ar incorporado dentro da partícula oca promove a máxima intensidade de dispersão da luz e consequentemente traz alto poder de cobertura, reduzindo o consumo do dióxido de titânio em diversos seguimentos, como a indústria de tintas, papel e celulose com vantagens técnicas e econômicas. A eficiência do espalhamento da luz depende da diferença do Índice de Refração entre o pigmento e o meio que o circunda. O alto índice de refração do dióxido de titânio leva a maior poder opacificante, superior a qualquer outro tipo de pigmento branco. Sendo o dióxido de titânio o primeiro ou segundo insumo de maior participação no custo destes revestimentos, e sendo seu valor unitário relativamente alto, a busca de sua otimização nas receitas é uma realidade em diversos laboratórios de pesquisa. De maneira que, é comum o uso de "extensores" deste tipo de pigmento, como cargas minerais ultrafinas e estruturadas por espaços vazios. Todos os mecanismos usados como "extender" apresentam a característica de cobertura seca, ou seja, estando o material no estado líquido, esse se apresenta transparente, e quando seco, a opacidade aparece. Fato semelhante ocorre em substâncias simples como as nuvens e a neve, por exemplo. A razão física para que isso ocorra, é a presença de interface de ar, que aumenta o índice de refração que por definição é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio. Com base nesse princípio, cresce o interesse em implantar um espaço vazio em uma partícula polimérica. As vantagens desta tecnologia para substituição do dióxido de titânio, é que por se tratar de um material polimérico, este forma filme, então contribui para as propriedades de resistência da película. Neste trabalho foi realizado um estudo para obtenção de partículas poliméricas ocas obtidas através da polimerização em múltiplos estágios. Foi variada a razão monômero semente em diversas etapas do processo a fim de se verificar o seu efeito no látex final. As análises dos resultados de andamento da reação indicam ser possível controlar esta morfologia (tamanho do núcleo e da casca) manipulando a concentração e tamanho das sementes utilizadas, além da massa de monômero adicionado para formação da casca. É importante destacar também que, estabeleceu-se uma metodologia para avaliar de forma indireta a morfologia do látex final através do contraste úmido e seco. The development of hollow spheres by osmotic swelling requires a particle formation by a sequential emulsion polymerization process of a very well defined "core" containing a carboxylated polymer and one or more other polymers, which encapsulate that core and are normally known as "shell". The carboxylated polymer which composes the core must be ionized by a pH increase or by hydrolysis at a given temperature. A subsequent swelling process will let the water in the continuous external phase to swell the particle voids. This water will get out of the void by an evaporation process. Structural properties like polymers composition, core and shell rate, the cross linked network, etc., are critical in order to get stable hollow spheres morphology. A typical core shell composition is formed by a core with a carboxylic acid in its polymer structure and a shell with a polystyrene and/or polyacrylate polymers. The optimum amount of air which fills the hollow spheres after the polymer particles drying, gives the maximum light dispersion intensity and consequently the highest hiding power. That means a reduction in the TiO2 consumption in different end-uses, like paints, cellulose and paper industries with technical and economical advantages. A study was accomplished in this work to obtain hollow polymeric particles through the polymerization in multiple stages. The seed monomers proportion varied in several stages of the process in order to check its effect in the final latex. Besides, a methodology was established to evaluate, in an indirect way, the morphology of the final latex through the contrast of wet and dry. The efficiency of the light spreading depends on the difference of the refraction level between the pigment and its surrounding environment. The high refraction level of the TiO2 leads to a higher opaque power, superior to any other kind of white pigment. Being the TiO2 the first or second raw material of most participation in the of those coverings, and being its value relatively high, the search for an optimization in the formulas is a reality in several research laboratories. Thus, the use of extensors of this kind of pigment, as ultra him and structured mineral that loads through empty spaces is common. All mechanisms used as extensors show the dry covering characteristic, that is, in the liquid state, the material is transparent, and when it's dry, it's opaque. A similar fact happens in simple substances as clouds and snow, for example. The physical reason for that is the presence of the air interface that increases the refraction level that, by definition, is the ratio between the light speeds in the environment. Relying on this principle, the interest in inserting an empty space in a polymeric particle grows. The advantages of this technology to replace the TiO2, are that because it's a polymeric material, it gorms a thin later, contributing to the resistance properties of the pellicle. A study was accomplished in this work to obtain hollow polymeric particles through the polymerization in multiple stages. The seed monomers proportion varied in several stages of the process in order to check its effect in the final latex.. The analysis of the reaction results shows it's possible to control this morphology (core and shell sizes) manipulating the concentration and size of the seeds used, and the mass of the monomer added to form the shell. Besides, a methodology was established to evaluate, in an indirect way, the morphology of the final latex through the contrast of wet and dr