Study of methyl methacrylate/ethyl methacrylate in mini emulsion copolimerization

A redução no uso de compostos orgânicos voláteis (VOC) é uma demanda ambiental constante. Emulsões poliméricas aquosas com baixo conteúdo de surfactantes, produzidas pela síntese de miniemulsão direta são usadas com vantagens como substitutas a emulsões com solventes orgânicos, assim como a emulsões aquosas com altos teores de surfactantes. A água como fase contínua e monômeros orgânicos com baixa solubilidade em água, são usados. Essas emulsões podem ser termodinamicamente ou cineticamente estabilizadas com agentes surfactantes e ou hidrófobos. Na polimerização por radical livre em miniemulsão o sítio orgânico estabilizado atua como um mini-reator, formando uma dispersão polimérica estável. Dependendo da técnica de preparação utilizada e das taxas de conversão, vários diâmetros médios de partículas (Dp) e distribuição de tamanho (DSD) podem ser obtidos. Das várias técnicas de polimerização em emulsão a miniemulsão se destaca, por poder ser estabilizada cineticamente o que permite reduzir o uso de surfactantes em tipo e quantidade aplicadas, onde as gotículas monoméricas podem ser formadas por cisão da fase orgânica ou por fusão de gotículas ainda menores, cineticamente estabilizadas por agentes surfactantes e ou hidrófobos resultando em nanopartículas. O meio aquoso permite altíssimas taxas de transferência de calor e taxas de transferência de massa adequadas para taxas de polimerização moderadas e altas. Nesse trabalho um polímero acrílico com propriedades físicas específicas para o desenvolvimento de materiais aplicados a área odontológica foi a força motriz na obtenção de um copolímero de metacrilato de metila (MMA) e metacrilato de etila (EMA) dada sua razão de reatividade de 1,08 e 0,98 respectivamente, o que teoricamente leva a obtenção de um copolímero estatístico ou aleatório. O efeito da temperatura (50, 60 e 80°C) na conversão global e na cinética da reação, o Dp e a DSD, a temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura de fusão (Tf) do copolímero obtido foram estudados por meio de análise gravimétrica, espectrometria de espalhamento de laser (LSS) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). O material sintetizado a 60ºC foi também caracterizado com as g/mol. Da caracterização realizada (RMN, FTIR e DSC) foi possível concluir que foi obtido como esperado um copolímero, possivelmente do tipo aleatório ou alternado. técnicas de espectrometria de infravermelho, (FTIR), ressonância magnética nuclear (MNR) para a verificação das funções orgânicas e cromatografia de permeação em gel (GPC) na determinação da massa molar média e sua distribuição. A adição de agente hidrófobo e o uso de ultra-som tornaram possível a obtenção de partículas poliméricas tão pequenas quanto 280nm, com polidispersividade de 1,6 e massa molar média de 2,16 x 106 g/mol. Da caracterização realizada (RMN, FTIR e DSC) foi possível concluir que foi obtido como esperado um copolímero, possivelmente do tipo aleatório ou alternadoReduction of volatile organic compounds (VOC) usage is a constant environmental demand. Polymeric aqueous emulsion of low surfactant contends produced from direct miniemulsion synthesis are used with advantages to replace organic solvents media as well as aqueous emulsions of high surfactant concentration. Water as continuous phase and organic monomers with low solubility in water are used. This emulsion can be thermodynamically or kinetically stabilized by surfactant agents and / or hydrophobic agents. In free radical miniemulsion polymerization the stabilized organic site acts as a reactor, forming a kinetically stable polymeric dispersion. Depending on the emulsion preparation technique and polymerization rates, at the end of polymerization, several mean particle diameters (Dp) and several size particle distributions (DSD) are possible. Among the emulsion polymerization techniques, miniemulsion polymerization stands out, since kinetic stabilization allows to reduce the need for different types and large amounts of surfactants, where the reaction sites are the monomer droplets formed from scission of the monomer phase or by fusion of even smaller droplets, kinetically stabilized by surfactants and hydrophobic agents resulting in nanoparticles. The water media allow outstanding heat transfer rates as well as mass transfer rates that do not interfere in conversion rates from moderate to high. On this work, a methacrylate polymer based with specific physical properties for the development of materials for Dentistry application, drove the choice of the copolymer obtained from methyl methacrylate (MMA) and ethyl methacrylate (EMA) monomers as they reactivity ratios were: 1.08 and 0.98, respectively, which theoretically would allow obtaining a statistical or random copolymer. Polymerization temperature effect (50, 60 and 80oC) on: overall conversion and kinetic reaction, Dp, DSD, glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tf) of the obtained copolymer, were studied using gravimetric analysis, laser spectrometry spreading (LSS) and differential scanning calorimetry (DSC). The synthesized copolymer at 60o C was also characterized by Fast Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), nuclear magnetic resonance analysis (NMR) for verification of copolymer organic functions, and gel permeation chromatography (GPC) to determine distribution and mean molar mass. The addition of hydrophobic agent and the use of ultrasound, made possible to obtain volumetric particle diameter as low as 280 nm and polydispersity of 1.60 with average molar mass of 2.16 x 106 g/mol. From the polymer characterization (RMN, FTIR e DSC) it was possible to conclude that a random or alternating copolymer was obtained, as expecte