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PAULA DE ALMEIDA
COPOLÍMEROS DE METACRILATO DE ALQUILA E
METACRILATO DE SACAROSE SINTETIZADOS VIA ATRP
CAMPINAS
2015
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
INSTITUTO DE QUÍMICA
PAULA DE ALMEIDA
COPOLÍMEROS DE METACRILATO DE ALQUILA E METACRILATO DE
SACAROSE SINTETIZADOS VIA ATRP
ORIENTADORA: PROFA. DRA. MARIA ISABEL FELISBERTI
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA
AO INSTITUTO DE QUÍMICA DA UNICAMP PARA
OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRA EM QUÍMICA
NA ÁREA DE FÍSICO-QUÍMICA.
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA POR
PAULA DE ALMEIDA, E ORIENTADA PELA PROFA. DRA. MARIA ISABEL FELISBERTI.
____________________________
ASSINATURA DA ORIENTADORA
CAMPINAS
2015
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Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas
Biblioteca do Instituto de Química
Simone Lucas Gonçalves de Oliveira - CRB 8/8144
Almeida, Paula de, 1988-
AL64c Copolímeros de metacrilato de alquila e metacrilato de sacarose sintetizados
via ATRP / Paula de Almeida. – Campinas, SP : [s.n.], 2015.
Orientador: Maria Isabel Felisberti.
Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de
Química.
1. Metacrilato de sacarose. 2. Glicopolímero. 3. Anfifílico. 4. ATRP. I.
Felisberti, Maria Isabel. II. Universidade Estadual de Campinas. Instituto de
Química. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Copolymers of alkyl methacrylate and sucrose
methacrylate synthesized by ATRP
Palavras-chave em
inglês: Sucrose
methacrylate
Glycopolymer
Amphiphilic
ATRP
Área de concentração: Físico-Química
Titulação: Mestra em Química na área de Físico-Química
Banca examinadora:
Maria Isabel Felisberti [Orientador]
Maria do Carmo Gonçalves
Fábio Herbst Florenzano
Data de defesa: 12-03-2015
Programa de Pós-Graduação: Química
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
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CITAÇÕES E DEDICATÓRIAS
“Inteligência é a capacidade de se adaptar
às mudanças.”
Stephen Hawking
“Na vida não existe nada a se temer,
apenas a ser compreendido.”
Marie Curie
“To know the cold to enjoy the heat. And
the opposite.”
Amyr Klink
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Dedico este trabalho aos meus amores
Regina, Carla, Júnior e Rodrigo. O
mundo é mais colorido com vocês.
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AGRADECIMENTOS
“Se fui capaz de ver mais longe, é porque me apoiei em ombros de gigantes.” Isaac Newton
À professora Bel, pela orientação, motivação, paciência, amizade e,
principalmente, por acreditar em minha capacidade.
À minha mãe Regina e irmãos Carla e Júnior, pelo apoio, carinho e
motivação.
Ao meu namorado Rodrigo, que me acompanhou em toda jornada, com sua
compreensão e capacidade de me fazer enxergar os problemas com olhos
diferentes.
À FAPESP e CAPES pelo apoio financeiro.
Ao LNNano, CNPEM, pelas análises de microscopia de força atômica.
Ao INCT/INOMAT, pelas análises de microscopia eletrônica de transmissão.
Ao Instituto de Química e à Unicamp pela formação.
Aos colegas de laboratório e agregados – Ana, Rose, Lívia, Laura, Liliane L.,
Liliane B., Rafael T., Rafael N., Thiago, Marcelo, Bruna, Renata, Hugo, Lucas,
Igor, Giovanni, Douglas, Ricardo, Cíntia, Fabi - que compartilharam os momentos
de conquistas e de trabalho árduo.
À minha querida amiga, Rose, por todas as conversas sinceras e bons
momentos.
Aos técnicos e professores do IQ que colaboram com o desenvolvimento do
projeto e com minha formação.
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
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CURRÍCULUM VITAE
02/09/1988, brasileira de Americana – SP.
1. FORMAÇÃO ACADÊMICA
Mestre em Química, 03/2013 - 03/2015.
Instituto de Química – UNICAMP.
Título da dissertação: “Copolímeros de Metacrilato de Alquila e Metacrilato de
Sacarose Sintetizados via ATRP”.
Orientação: Profa. Dra. Maria Isabel Felisberti.
Fomento: FAPESP (2013/09277-5).
Intercâmbio Acadêmico, 09/2010 – 02/2011.
Departamento de Química – Universidade de Coimbra, Portugal.
Bacharelado em Química, 03/2007 - 12/2012.
Instituto de Química – UNICAMP.
2. HISTÓRICO PROFISSIONAL
Programa auxiliar didático (PAD)
Química experimental, UNICAMP, 08/2012 - 12/2012.
Estágio em Química Analítica e Inteligência de Mercado
Amyris Brasil, 11/2011 – 02/2013.
Estágio em Pesquisa e Desenvolvimento
Rhodia Poliamidas e Especialidades, 01/2010 – 08/2010, 03/2011 – 10/2011.
Iniciação Científica em Físico-Química
Departamento de Química, Universidade de Coimbra, 09/2010 – 01/2011.
Instituto de Química, UNICAMP, 04/2011 – 07/2011.
Título do projeto: “Degradação de Paracetamol por Fotocatálise Heterogênea”.
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Orientação: Profa. Dra. Maria E. Azenha, Profa. Dra. Cláudia Longo.
Iniciação Científica em Química Orgânica
Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, 04/2008 – 12/2009.
Título do projeto: “Síntese de cristais líquidos discóticos e polímeros
semicondutores para células solares orgânicas e OFETs”
Orientação: Dr. Fernando Ely
Fomento: FAPESP (2008/10888-0)
3. PRODUÇÃO CIENTÍFICA
Participação em Eventos
EPF Europolymer Conference 2014 (EUPOC 2014), 05/2014.
Gargnano, Itália.
Título do poster: “Kinetic study of poly(alkyl methacrylates) by ATRP”.
Autores: Almeida, P., Camilo, A. P. R., Felisberti, M. I.
XIX Congresso Interno de Iniciação Científica, 10/2011.
Campinas, Brasil.
Título do poster: ““Degradação de Paracetamol por Fotocatálise Heterogênea”.
Autores: Almeida, P., Azenha, M. E., Neves, F., Burrows, H. D., Longo, C.
Feira Brasileira de Ciências e Engenharia – FEBRACE, 03/2006.
São Paulo, Brasil.
Título do projeto: “Doce Combustível dos Jovens”.
Autores: Almeida, P., Paiva, S. G., Bisoffi, R. A., Pelisser, F. N.; Montagnana, J.
L., Bordignon, O.
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RESUMO
COPOLÍMEROS DE METACRILATO DE ALQUILA E METACRILATO DE
SACAROSE SINTETIZADOS VIA ATRP
Neste trabalho foram sintetizados copolímeros anfifílicos e em bloco
baseados em metacrilato de sacarose (SMA) e nos metacrilatos de alquila (MAlq):
metacrilato de etila (EMA), metacrilato de n-butila (BMA) e metacrilato de n-hexila
(HMA), via polimerização radicalar por transferência de átomo (ATRP). Para tal,
utilizou-se o sistema catalítico catalisador/desativador/iniciador/ligante constituído
de CuBr/CuBr2/2,2,2-tribromoetanol/1,1,4,7,10,10-hexametiltrietilenotetramina.
Este sistema catalítico é inédito para a polimerização do EMA, BMA e HMA e dos
copolímeros. A polimerização dos MAlq pode ser considerada viva, pois seguiu
cinética de polimerização de pseudo-primeira ordem, gerando polímeros com
polidispersidade estreita (PDIkBMA>kHMA, ordem inversa do relatado para a polimerização radicalar livre.
Os copolímeros inéditos [P(MAlq-b-SMA)] foram sintetizados, apresentando
distribuição bimodal de massa molar, devido à copolimerização parcial dos
macroiniciadores. Supõe-se que as cadeias dos macroiniciadores fiquem
encapsuladas em agregados dos copolímeros durante a síntese, impossibilitando
sua reação. As análises de GPC utilizando os solventes DMF e THF para um
mesmo copolímero resultaram em massas molares diferindo entre si de cerca de
10 vezes, sugerindo que os copolímeros se agregam ou se auto-organizam em
solução de DMF/THF a 5DMF:95THF (v/v). O caráter anfifílico foi comprovado pela
estabilização de uma emulsão de água e benzeno. Demais propriedades físico-
químicas dos copolímeros, tais como solubilidade, intumescimento, temperatura
de transição vítrea, variação da capacidade calorífica e estabilidade térmica, são
distintas a dos respectivos macroiniciadores, evidenciando as mudanças de
propriedades dos polímeros devido à inserção de SMA.
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ABSTRACT
COPOLYMERS OF ALKYL METHACRYLATE AND SUCROSE
METHACRYLATE SYNTHESIZED BY ATRP
In the present work, amphiphilic block copolymers based on sucrose
methacrylate (SMA) and the alkyl methacrylates (MAlq): ethyl methacrylate (EMA),
n-butyl methacrylate (BMA) and n-hexyl methacrylate (HMA), were synthesized by
atom transfer radical polymerization (ATRP), employing the CuBr/CuBr2/2,2,2-
tribromoethanol/1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine as a catalyst/
deactivator/initiator/ligant system. This is a novel system for polymerizing EMA,
BMA, HMA and their copolymers. This MAlq polymerization may be considered
“living”, because it followed a pseudo-first order kinetics, which resulted in polymer
with narrow polidispersity (PDIkBMA>kHMA order, which is the opposite order reported in free
radical polymerization. The novel copolymers [P(MAlq-b-SMA)] were synthesized,
showing bimodal molar mass distribution, due to partial PMAlq copolymerization.
Possibly, PMAlq chains are encapsulated into copolymer aggregates during
polymerization, stopping its reaction. GPC analysis with DMF and THF as solvents
differed in molar mass about 10 times, suggesting that copolymers can organize in
a 5DMF:95THF (v/v) DMF/THF solution. The stabilization of a water and benzene
emulsion proved the copolymers amphiphilicity. Other copolymer physical-
chemistry properties, such as solubility, swelling, glass transition temperature, heat
capacity change and thermal stability are different when compared to the
macroinitiators, which is an evidence of change in polymer properties due to SMA
monomer insertion.
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SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS ....................................................................... xxiii
ÍNDICE DE TABELAS ................................................................................ xxvii
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................. xxxi
ÍNDICE DE ESQUEMAS .......................................................................... xxxix
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 1
1.1. Copolímeros Anfifílicos em Bloco ..................................................... 2
1.2. A Sacarose Como Precursor Polimérico .......................................... 8
1.3. Polimerização Radicalar Controlada .............................................. 15
1.4. Polímeros de Metacrilato de Alquila ............................................... 21
2. OBJETIVOS .......................................................................................... 25
3. METODOLOGIA ................................................................................... 27
3.1. Síntese e Caracterização do Monômero SMA ............................... 27
3.1.1. Síntese do monômero SMA ....................................................... 27
3.1.1.1. Condicionamento da enzima ................................................... 27
3.1.1.2. Síntese do monômero metacrilato de sacarose ...................... 27
3.1.1.3. Purificação do monômero SMA ............................................... 28
3.1.2. Caracterização do monômero SMA ........................................... 29
3.2. Síntese dos Macroiniciadores ........................................................ 29
3.2.1. Purificação dos monômeros metacrilatos de alquila .................. 29
3.2.2. Purificação do catalisador CuBr ................................................. 30
3.2.3. Síntese dos macroiniciadores .................................................... 30
3.2.4. Estudo da cinética de polimerização .......................................... 31
3.3. Síntese dos Copolímeros ............................................................... 31
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3.3.1. Síntese ....................................................................................... 31
3.3.2. Purificação dos copolímeros via extração sólido-líquido ............ 32
3.4. Caracterização dos Macroiniciadores e Copolímeros .................... 32
3.4.1. Ressonância magnética nuclear ................................................ 32
3.4.2. Cromatografia de exclusão em gel ............................................. 33
3.4.3. Preparo de filmes auto suportados ............................................ 33
3.4.4. Avaliação do caráter vivo dos macroiniciadores ........................ 34
3.4.5. Análises térmicas ....................................................................... 34
3.4.5.1. Calorimetria diferencial de varredura ...................................... 34
3.4.5.2. Análise dinâmico-mecânica ..................................................... 35
3.4.5.3. Análise termogravimétrica ....................................................... 35
3.4.6. Difratometria de raios-X ............................................................. 35
3.4.7. Fluorescência de raios-X............................................................ 35
3.4.8. Microscopia de força atômica ..................................................... 35
3.4.9. Intumescimento em água ........................................................... 36
3.4.10. Teste de emulsificação ............................................................ 36
3.4.11. Microscopia eletrônica de transmissão .................................... 37
3.4.12. Microscopia óptica ................................................................... 37
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................ 39
4.1. Síntese do Monômero Metacrilato de Sacarose ............................. 39
4.2. Síntese dos Macroiniciadores ........................................................ 42
4.2.1. Estudo da Cinética de Polimerização .......................................... 43
4.2.1.1. Reprodutibilidade .................................................................... 48
4.2.1.2. Cinética de polimerização versus volume reacional ................ 48
4.2.1.3. Aceleração e fator de eficiência de iniciação f ........................ 48
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4.2.1.4. Cinética de polimerização dos metacrilatos de alquila ............ 52
4.3. Caracterização dos Macroiniciadores ............................................ 54
4.3.1. Análises térmicas ....................................................................... 71
4.4. Síntese dos Copolímeros ............................................................... 78
4.5. Caracterização dos Copolímeros ................................................... 87
4.5.1. Estimativa da composição dos copolímeros por RMN 13C ......... 87
4.5.2. Cromatografia de exclusão em gel ............................................. 90
4.5.3. Teste de emulsificação .............................................................. 94
4.5.4. Microscopia de força atômica ..................................................... 96
4.5.5. Microscopia Eletrônica de Transmissão ................................... 106
4.5.6. Ensaio de Intumescimento ....................................................... 109
4.5.7. Análises Térmicas .................................................................... 110
5. CONCLUSÕES ................................................................................... 119
6. PROPOSTA DE CONTINUIDADE DO PROJETO .............................. 121
7. REFERÊNCIAS .................................................................................. 123
8. ANEXOS ............................................................................................. 137
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LISTA DE ABREVIATURAS
[M]0 Concentração molar inicial do monômero
[M]t Concentração molar no tempo t do monômero
AFM Microscopia de força atômica
Am Área do pico (RMN 1H) referente ao monômero
Ap Área do pico (RMN 1H) referente ao polímero
ATRP Polimerização radicalar por transferência de átomo
BMA Metacrilato de n-butila
CCD Cromatografia de camada delgada
CDCl3 Clorofórmio deuterado
CMC Concentração micelar crítica
CRP Polimerização radicalar controlada
DMA Análise dinâmico-mecânica
DMF N,N-Dimetilformamida
DMF-d7 N,N-Dimetilformamida deuterado
DP Grau de polimerização
DRX Difratometria de raios-X
DSC Calorimetria diferencial de varredura
EMA Metacrilato de etila
f Fator de eficiência de iniciação
FRX Fluorescência de raios-X
fSMA Fração molar de SMA
GPC Cromatografia de exclusão em gel
HLB Balanço hidrofílico-hidrofóbico
HMA Metacrilato de n-hexila
HMTETA 1,1,4,7,10,10-hexametiltrietilenotetramina
I Coeficiente de intumescimento
kap Constante de polimerização aparente
kat Constante de ativação
kdes Constante de desativação
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xxiv
kp Constante de propagação
MAlq Metacrilato de alquila
MMA Metacrilato de metila
Mn Massa molar média numérica
Mn,GPC Massa molar determinada por GPC
Mn,RMN Massa molar determinada por RMN
Mw Massa molar média ponderal
P(BMA-b-SMA) Poli(metacrilato de n-butila-b-metacrilato de sacarose)
P(EMA-b-SMA) Poli(metacrilato de etila-b-metacrilato de sacarose)
P(HMA-b-SMA) Poli(metacrilato de n-hexila-b-metacrilato de sacarose)
PBMA Poli(metacrilato de n-butila)
PDI Polidispersidade
PEMA Poli(metacrilato de etila)
PHMA Poli(metacrilato de n-hexila)
PMAlq Poli(metacrilato de alquila)
PMMA Poli(metacrilato de metila)
PS Poliestireno
PSMA Poli(metacrilato de sacarose)
PVDF Poli(fluoreto de vinilideno)
Rf Fator de retenção
RMN Ressonância magnética nuclear
SDMA Dimetacrilato de sacarose
SMA Metacrilato de sacarose, 1’-O-metacrilato de sacarose
TEM Microscopia eletrônica de transmissão
Tf Temperatura final da transição vítrea (endset)
TFE 2,2,2-trifluoroetanol
TFEM Metacrilato de 2,2,2-trifluoroetila
Tg Temperatura de transição vítrea
TGA Análise termogravimétrica
THF Tetrahidrofurano
Ti Temperatura inicial da transição vítrea (onset)
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xxv
TMS Tetrametilsilano
TrBrEt 2,2,2-Tribromoetanol
VR Volume de eluição
wSMA Fração mássica de SMA
Y Rendimento (expresso em porcentagem)
Conversão
Deslocamento químico
Cp Variação da capacidade calorífica
Tg Largura da transição vítrea
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ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1.1. Possíveis derivados regioseletivos de sacarose sintetizados via
catálise enzimática, classificados quanto a hidroxila substituída (vide Figura 1.6), a
enzima e o produto [47]. ........................................................................................ 12
Tabela 1.2. Valores típicos de distribuição de massa molar para diferentes rotas de
polimerização radicalar [69]................................................................................... 18
Tabela 4.1. Sinais observados para RMN 1H e RMN 13C do monômero SMA. ..... 41
Tabela 4.2. Massa molar (Mn) e grau de polimerização (DP) no planejamento da
síntese dos macroiniciadores poli(metacrilatos de alquila). .................................. 43
Tabela 4.3. Massa molar média numérica calculada por RMN 1H (Mn,RMN),
polidispersidade (PDI), grau de polimerização (DP), rendimento (Y) para os
macroiniciadores PEMA, PBMA e PHMA; conversão máxima (αmax), constante de
polimerização aparente (kap) e coeficiente de determinação (R2) referentes ao
estudo da cinética de polimerização conduzido a volumes de monômero (Vi) de
5,4 mL e 16,7 mL. ................................................................................................. 46
Tabela 4.4. Massa molar média numérica (Mn), massa molar média ponderada
(Mw) e polidispersidade (PDI) determinadas por GPC para os macroiniciadores
sintetizados após precipitação em não solvente. A massa molar foi estimada a
partir de padrões de poliestireno. .......................................................................... 56
Tabela 4.5. Sinais observados por RMN 1H e RMN 13C e fórmula estrutural para o
PEMA133, PBMA102 e PHMA136 .............................................................................. 63
Tabela 4.6. Taticidade para os macroiniciadores PEMA133, PBMA102 e PHMA136
calculada por RMN13C, utilizando duas regiões espectrais distintas. .................... 68
Tabela 4.7. Temperaturas de transição vítrea (Tg), temperatura inicial (Ti),
temperatura final (Tf), variação de temperatura (Tg) e variação de capacidade
calorífica (Cp) envolvidas na transição vítrea. ..................................................... 76
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Tabela 4.8. Solubilidade dos macroiniciadores e do metacrilato de sacarose em
DMF e tolueno. “S”: Solúvel; “I”: Insolúvel ............................................................. 79
Tabela 4.9. Massa molar calculada para os produtos de copolimerização após 1 e
5 dias de reação. Pico (a) e pico (b): vide Figura 4.24. ......................................... 81
Tabela 4.10. Massa molar dos macroiniciadores e dos picos (a) e (b) dos produtos
de copolimerização em meio heterogêneo [P(BMA102-b-SMA)-DMF], e homogêneo
[P(BMA102-b-SMA)-DMF/tolueno], [P(EMA133-b-SMA)-DMF] e [P(HMA136-b-SMA)-
DMF/tolueno]. ........................................................................................................ 83
Tabela 4.11. Rendimento da reação (Yreação) e da etapa de purificação por
extração sólido-líquido (Yext), determinados gravimetricamente; rendimento global
(Yglobal), calculado pela multiplicação de Yreação e Yext. .......................................... 87
Tabela 4.12. Fração molar (fSMA), fração mássica (wSMA) e fração volumétrica
(SMA) de SMA para os copolímeros. ..................................................................... 89
Tabela 4.13. Volume de eluição (VR), massa molar média numérica (Mn) e
polidispersidade (PDI) dos copolímeros e respectivos macroiniciadores obtidos por
análise de GPC, tendo como eluente DMF ou THF. ............................................. 91
Tabela 4.14. Solubilidade dos copolímeros. (+) = solúvel; (-) = insolúvel. ........... 109
Tabela 4.15. Resultado para o ensaio de intumescimento. ................................. 109
Tabela 4.16. Temperaturas de transição vítrea (Tg), temperatura inicial (Ti),
temperatura final (Tf), variação de temperatura (Tg) e variação de capacidade
calorífica (Cp) envolvidas na transição vítrea. ................................................... 115
Tabela 8.1. Resultados do estudo da cinética de polimerização do EMA em
volume reacional de 16,7 mL. [M]0 = 134,35 mmol. ............................................ 137
Tabela 8.2. Resultados do estudo da cinética de polimerização do BMA em
volume reacional de 16,7 mL. [M]0 =105,48 mmol. ............................................. 137
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Tabela 8.3. Resultados do estudo da cinética de polimerização do HMA em
volume reacional de 16,7 mL. [M]0 =84,96 mmol. ............................................... 138
Tabela 8.4. Resultados do estudo da cinética de polimerização do EMA em
volume reacional de 5,4 mL. Primeira duplicata. [M]0 = 43,8 mmol .................... 138
Tabela 8.5. Resultados do estudo da cinética de polimerização do EMA em
volume reacional de 5,4 mL. Segunda duplicata. [M]0 = 43,8 mmol. .................. 138
Tabela 8.6. Resultados do estudo da cinética de polimerização do BMA em
volume reacional de 5,4 mL. Primeira duplicata. [M]0 = 34,2 mmol. ................... 139
Tabela 8.7. Resultados do estudo da cinética de polimerização do BMA em
volume reacional de 5,4 mL. Segunda duplicata. [M]0 = 34,2 mmol. .................. 139
Tabela 8.8. Resultados do estudo da cinética de polimerização do HMA em
volume reacional de 5,4 mL. Primeira duplicata. [M]0 = 27,7 mmol. ................... 139
Tabela 8.9. Resultados do estudo da cinética de polimerização do HMA em
volume reacional de 5,4 mL. Segunda duplicata. [M]0 = 27,7 mmol. .................. 140
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Representação esquemática das possibilidades de distribuição de co-
monômeros em copolímeros. Adaptado da referência [3]. ...................................... 2
Figura 1.2. Representação da formação de agregado micelar a partir de moléculas
de surfactante livres, em meio aquoso. ................................................................... 3
Figura 1.3. Estruturas formadas após a separação de microfases do copolímero
em bloco P(A-b-B). Os números representam a fração volumétrica do bloco PA
(A), para PA=poli(estireno) e PB=poli(isopreno). Adaptado da referência [10]. ..... 4
Figura 1.4. Representação esquemática do perfil de concentração para o limite de
segregação fraca e o limite de segregação forte, para um corte unidimensional da
amostra, em que A representa a fração volumétrica do bloco A do copolímero
hipotético P(A-b-B). Adaptado da referência [11]. ................................................... 6
Figura 1.5. Diagrama de fases para um copolímero dibloco. No diagrama estão
indicadas as regiões de estabilidade das fases desordenada (des), cúbica de
corpo centrado (ccc), hexagonal (hex), lamelar (lam) e bicontínua (bic), em função
do fator de geometria f e o produto , em que representa o parâmetro de
interação de Flory-Huggins e N o grau de polimerização. Adaptado da referência
[8]. ........................................................................................................................... 7
Figura 1.6. Estrutura química da sacarose. ............................................................. 9
Figura 1.7. Arquiteturas possíveis para polímeros sintetizados via CRP. Adaptado
da referência [10]. ................................................................................................. 16
Figura 1.8. Número de artigos publicados sobre polimerização radicalar controlada
através de busca via Web of Science™, com as palavras-chave “controlled radical
polymerization” ou “living radical polymerization”. ................................................. 16
Figura 1.9. Estruturas químicas do monômero metacrilato de alquila e do polímero
poli(metacrilato de alquila), em que R representa o grupo lateral alquila. ............. 21
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Figura 3.1. Rota sintética para o metacrilato de sacarose. ................................... 28
Figura 4.1. Espectro de RMN 1H para o monômero SMA em D2O........................ 40
Figura 4.2. Espectro de RMN 13C para o monômero SMA em D2O. ..................... 40
Figura 4.3. Espectros de RMN 1H para alíquotas do meio reacional para a
polimerização do BMA tomadas a diferentes tempos, no intervalo de 15 a 98
minutos. Os espectros foram normalizados com respeito à intensidade do sinal a
4,15 ppm. .............................................................................................................. 45
Figura 4.4. (a) e (b) Cinética de polimerização dos metacrilatos de alquila e (c) e
(d) polidispersidade dos poli(metacrilatos de alquila) obtidos via ATRP, a volumes
reacionais de 5,4 mL [(a) e (c)] e 16,7 mL [(b) e (d)], respectivamente. (■,□) PEMA;
(●,◌) PBMA; (▲, ) PHMA. Os símbolos cheios e vazios para um mesmo
poli(metacrilato de alquila) indicam as duplicatas. ................................................ 47
Figura 4.5. (a) Representação da dependência do grau de polimerização (DP) com
a conversão; (b) cinética de pseudo-primeira ordem para polimerização radicalar
controlada, nos casos de idealidade (──) e iniciação lenta (- - -). Adaptado da
referência [68]. ...................................................................................................... 49
Figura 4.6. Fator f e massa molar média numérica em função da conversão para o
(●, ◌) PHMA, (▲) PBMA e (■, □) PEMA em meio reacional a volume de (a) 5,4 mL
e (b) 16,7 mL. Os pontos referem-se a valores de Mn experimentais obtidos por
GPC, ao passo que as linhas se referem aos valores de Mn,RMN de acordo com a
Equação 4.2. Os símbolos cheios e vazios para um mesmo PMAlq indicam as
duplicatas. Os valores de Mn obtidos por GPC são relativos a padrões de
poliestireno. ........................................................................................................... 50
Figura 4.7. Cromatogramas de GPC em THF para os macroiniciadores
sintetizados a partir de 16,7 mL de monômero. .................................................... 56
Figura 4.8. Estruturas (a) do oligômero formado após a iniciação do TrBrEt com
um monômero MAlq; (b) do iniciador butirato de 2,2,4,4,4-pentaclorometila. ...... 58
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
xxxiii
Figura 4.9. Cromatogramas de GPC no estudo cinético de polimerização de (a)
EMA, (b) BMA e (c) HMA em volume reacional de 16,7 mL. ................................ 60
Figura 4.10. Espectros de RMN 13C dos macroiniciadores (a) PEMA133, (b)
PBMA102 e (c) PHMA136 em CDCl3. ....................................................................... 61
Figura 4.11. Espectros de RMN 1H dos macroiniciadores (a) PEMA133, (b)
PBMA102 e (c) PHMA136 em CDCl3. ....................................................................... 62
Figura 4.12. Difratogramas de DRX para os macroiniciadores PEMA133, PBMA102 e
PHMA136. ............................................................................................................... 65
Figura 4.13. (a) Representação da estrutura dupla-hélice de poli(metacrilato de
metila) isotático; (b) vista superior da dupla-hélice e formação de estrutura
cristalina, em que o grupo lateral são posicionados para o lado externo da hélice.
Adaptado da referência [130]. ............................................................................... 66
Figura 4.14. Espectros de RMN13C com ampliação nas regiões da carbonila e
metila para os macroiniciadores. Em destaque as regiões espectrais das tríades
(rr), (mm) e (mr). .................................................................................................... 67
Figura 4.15. Representação esquemática das tríades isotáticas (mm), sindiotáticas
(rr) e atáticas (mr). ................................................................................................. 67
Figura 4.16. Tipos de acoplamento para polímeros sintéticos: cabeça-cauda,
cabeça-cabeça e cauda-cauda. ............................................................................ 69
Figura 4.17. Cromatogramas de GPC em THF para os macroiniciadores antes e
após a copolimerização, para a avaliação do caráter vivo. ................................... 71
Figura 4.18. (a) Curvas termogravimétricas e (b) primeira derivada das curvas
termogravimétricas, para os macroiniciadores. ..................................................... 72
Figura 4.19. Mecanismo de degradação do grupo éster de polimetacrilatos, com a
formação de ácido carboxílico e alceno. Adaptado da referência [141]. ............... 74
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
xxxiv
Figura 4.20. Curvas de DSC referentes ao segundo aquecimento para os
macroiniciadores PEMA133, PBMA102 e PHMA136. ................................................. 75
Figura 4.21. Representação esquemática da transição vítrea e da forma de
obtenção de Tg, Ti, Tf e Cp. ................................................................................. 76
Figura 4.22. (a) Módulos de armazenamento (E’) e (b) de perda (E’’) para os
macroiniciadores. .................................................................................................. 78
Figura 4.23. Separação de fase líquido-líquido observada para o meio reacional
PBMA/SMA/DMF. .................................................................................................. 80
Figura 4.24. Cromatogramas de GPCTHF para o macroiniciador PBMA102, e para os
produtos de copolimerização após 5 dias de reação, [P(BMA102-b-SMA)-DMF – 5
dias], e após 1 dia de reação [P(BMA102-b-SMA)-DMF-1 dia]. .............................. 81
Figura 4.25. Cromatogramas de GPC em THF para o: (a) PBMA102 e seus
derivados sintetizados em DMF e na mistura DMF/tolueno; (b) PEMA133 e seu
derivado, sintetizado em DMF; (c) PHMA136 e seu derivado, sintetizado na mistura
DMF/tolueno. ......................................................................................................... 83
Figura 4.26. Fração solúvel em THF do produto da copolimerização do (a)
PBMA102 e (b) PHMA136 com SMA. ....................................................................... 84
Figura 4.27. Cromatogramas de GPC da fração insolúvel em THF dos copolímeros
baseados em (a) PBMA102, (b) PEMA133 e (c) PHMA136. ...................................... 85
Figura 4.28. Espectros de RMN 1H da fração solúvel em THF resultante da
extração sólido-líquido do material P(EMA133-b-SMA) em diferentes
deslocamentos químicos; (a) de 9 ppm a 0 ppm; (b) de 6,5 ppm a 4,0 ppm. ........ 86
Figura 4.29. Espectro de RMN 13C do copolímero P(BMA102-b-SMA6)-DMF/tolueno
em DMF-d7. .......................................................................................................... 88
Figura 4.30. Espectros de RMN 13C dos copolímeros em DMF-d7. ...................... 89
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
xxxv
Figura 4.31. Cromatogramas de GPC em DMF dos copolímeros baseados em (a)
PEMA133 e (b) PBMA102. ........................................................................................ 91
Figura 4.32. Representação esquemática da formação de agregados dos
copolímeros em bloco poli(metacrilato de alquila-b-metacrilato de sacarose) em
solução de DMF/THF a 5DMF:95THF (v/v). ............................................................... 93
Figura 4.33. Fórmula estrutural do azul de metileno. ............................................ 95
Figura 4.34. Teste de emulsificação para averiguar o caráter anfifílico dos
copolímeros. Fase superior e incolor = benzeno; fase inferior e azul = solução
aquosa de azul de metileno ou emulsão. A concentração dos copolímeros em
benzeno é de 5 mg mL-1. ....................................................................................... 96
Figura 4.35. Micrografias de contraste de fases (esquerda) e topografia (direita)
obtidas por AFM para o copolímero P(BMA102-b-SMA5)-DMF. ............................. 98
Figura 4.36. Representação do agregado de blocos PSMA dos copolímeros.
Adaptado da referência [8]. ................................................................................. 100
Figura 4.37. Imagens de contraste de fases da amostra P(BMA102-b-SMA5)-DMF
[DMF], em escala de (a) 0 º a 50 º e (b) 0 º a 10 º............................................... 100
Figura 4.38. Micrografias de AFM para o filme do copolímero P(BMA102-b-SMA5)-
DMF a partir da solução em THF/DMF, sob atmosfera saturada de THF. (a) e (c)
contraste de fases; (b) e (d) topografia. .............................................................. 101
Figura 4.39. Micrografias de contraste de fases (esquerda) e topografia (direita)
obtidas por AFM para o copolímero P(BMA102-b-SMA6)-DMF/tolueno. ............... 103
Figura 4.40. Micrografias de contraste de fases (esquerda) e topografia (direita)
obtidas por AFM para o copolímero P(EMA133-b-SMA8)-DMF. ........................... 104
Figura 4.41. Micrografias de contraste de fases (esquerda) e topografia (direita)
obtidas por AFM para o copolímero P(HMA136-b-SMA30)-DMF/tolueno. ............. 105
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Figura 4.42. Imagem de microscopia óptica com contraste de fases do filme do
copolímero P(HMA136-b-SMA30)-DMF/tolueno formado a partir de solução em DMF
suportado em vidro. ............................................................................................. 106
Figura 4.43. Micrografias de TEM a partir de soluções em DMF dos copolímeros.
............................................................................................................................ 108
Figura 4.44. Curvas de TGA e primeira derivada das curvas de TGA, para os
copolímeros e seus macroiniciadores. ................................................................ 111
Figura 4.45. Mecanismo de degradação térmica por condensação de hidroxilas de
grupos SMA [49]. ................................................................................................. 112
Figura 4.46. Curvas de DSC referentes ao segundo aquecimento para os
copolímeros e macroiniciadores. ......................................................................... 114
Figura 4.47. Módulos de armazenamento (E’) e de perda (E’’) para o copolímero
antes e após purificação por extração sólido-líquido. .......................................... 116
Figura 4.48. Difratograma de raios-X do do macroiniciador PBMA102 e do
copolímero P(BMA102-b-SMA5)-DMF – P ............................................................ 117
Figura 8.1. Espectro de RMN 1H do PEMA em CDCl3. ....................................... 140
Figura 8.2. Espectro de RMN 13C do PEMA em CDCl3. ...................................... 140
Figura 8.3. Espectro de RMN 1H do PBMA em CDCl3. ....................................... 141
Figura 8.4. Espectro de RMN 13C do PBMA em CDCl3. ...................................... 141
Figura 8.5. Espectro de RMN 1H do PHMA em CDCl3. ....................................... 141
Figura 8.6. Espectro de RMN 13C do PHMA em CDCl3. ...................................... 142
Figura 8.7. Espectro de RMN 13C do copolímero P(BMA102-b-SMA5)-DMF em
DMF-d7. .............................................................................................................. 142
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Figura 8.8. Espectro de RMN 13C do copolímero P(EMA133-b-SMA8)-DMF em
DMF-d7. .............................................................................................................. 142
Figura 8.9. Espectro de RMN 13C do copolímero P(HMA136-b-SMA20)-DMF/tolueno
em DMF-d7. ........................................................................................................ 143
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ÍNDICE DE ESQUEMAS
Esquema 1.1 Mecanismo de polimerização via ATRP: X e Y são átomos de
halogênio; Pn● e Pn+m
● são radicais orgânicos; kativ é a constante de ativação; kdesat
é a constante de desativação; kp é a constante de polimerização. ....................... 19
Esquema 4.1. Polimerização ATRP de metacrilato de etila (R = -CH2CH3),
metacrilato de n-butila [R = -CH2(CH2)2CH3] e metacrilato de n-hexila (R = -
CH2(CH2)4CH3) para o sistema CuBr/CuBr2/TrBrEt/HMTETA. .............................. 42
Esquema 4.2. Representação das possíveis adições do radical (R●) à cabeça ou à
cauda do monômero, formando os adutos “cabeça-aduto” ou “cauda-aduto”. ...... 69
Esquema 4.3. Esquema reacional da copolimerização de poli(metacrilato de
alquila) com metacrilato de sacarose. ................................................................... 78
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1
1. INTRODUÇÃO
A busca por materiais de origem natural, chamados de biomateriais, tem
crescido nos últimos anos. Estes materiais, além de sustentáveis, apresentam em
muitos casos propriedades como biodegradabilidade e biocompatibilidade,
tornando-os interessantes do ponto de vista ambiental e sintético.
A sacarose é uma alternativa interessante para a síntese de novos
biomateriais, por ser de baixo custo e abundante, o que viabiliza sua produção em
larga escala e torna factível a produção de seus derivados. Monômeros
insaturados derivados de sacarose são relevantes do ponto de vista sintético, pois
apresentam caráter altamente hidrofílico e podem ser combinados com outros
monômeros, dando origem a polímeros com aplicações e propriedade diversas.
Por exemplo, a combinação com monômeros hidrofóbicos dá origem a
copolímeros anfifílicos, conhecidos por suas propriedades ímpares em solução.
Copolímeros anfifílicos em bloco, em especial, podem ser sintetizados via
polimerização radicalar por transferência de átomo (ATRP), uma técnica sintética
versátil que permite a síntese de polímeros com massa molar e polidispersidade
controladas.
Este trabalho teve como propósito a síntese de copolímeros anfifílicos em
bloco via ATRP, baseados em um derivado de sacarose, o 1’-O-metacrilato de
sacarose (SMA) e uma série homóloga de monômeros hidrofóbicos: metacrilato de
etila (EMA), metacrilato de n-butila (BMA) e metacrilato de n-hexila (HMA). A série
homóloga visa avaliar a influência da hidrofobicidade do grupo lateral nas
propriedades dos copolímeros e na cinética de polimerização ATRP.
Neste capítulo serão abordados os seguintes aspectos relacionados à
temática desta dissertação: copolímeros anfifílicos em bloco e suas propriedades;
sacarose e o ramo de glicopolímeros; polimerização radicalar por transferência de
átomo; polímeros de metacrilatos de alquila.
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2
1.1. Copolímeros Anfifílicos em Bloco
Polímeros são macromoléculas caracterizadas pela múltipla repetição de
uma ou mais espécies de átomos ou grupos de átomos ligados entre si, podendo
ser classificados como homopolímeros ou copolímeros [1]. Homopolímeros são
constituídos por uma única unidade de repetição, enquanto que copolímeros são
constituídos por duas ou mais unidades de repetição diferentes. Os copolímeros
são classificados de acordo com sua composição em copolímero aleatório,
alternado, gradiente, estrela, de enxertia ou em bloco, podendo este ser dibloco,
tribloco ou multiblocos [2], conforme apresentados na Figura 1.1.
Figura 1.1. Representação esquemática das possibilidades de distribuição de co-
monômeros em copolímeros. Adaptado da referência [3].
Copolímeros em bloco compreendem dois ou mais homopolímeros lineares
conectados covalentemente pelas pontas de cadeia, formando blocos. Eles podem
ser sintetizados pelo simples acoplamento de homopolímeros pré-sintetizados e
funcionalizados ou por polimerização sequencial de monômeros. Várias rotas de
polimerização são possíveis para a síntese de copolímeros, tais como a aniônica,
a catiônica, a radicalar aleatória/livre e polimerização radicalar controlada/viva [4].
A combinação de dois blocos distintos, cada qual com propriedades
específicas, permite a obtenção de materiais com propriedades híbridas.
Copolímeros em bloco que apresentam simultaneamente segmentos hidrofílicos e
hidrofóbicos em sua estrutura são chamados de anfifílicos. A palavra grega
anfifílico significa amphi = “de dois tipos” e philos = “forte atração”. Um exemplo
típico de material anfifílico são os surfactantes, cuja versatilidade permite
aplicações em diversos segmentos, como os de produtos de beleza e higiene
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3
pessoal, a indústria do petróleo, a produção e processamento de alimentos, a
agricultura, a indústria farmacêutica, a produção de tintas e revestimentos, e
outras [5,6].
Os surfactantes são tipicamente compostos por um segmento hidrofóbico,
chamado de cauda, e um segmento hidrofílico, chamado de cabeça. Os
surfactantes apresentam a capacidade de se organizar em solução na forma de
micelas, bastões, lamelas, vesículas e outras estruturas [5]. A forma da estrutura
organizada depende das condições do meio em que o surfactante se encontra,
como o solvente ou a mistura de solventes, a força iônica, a temperatura, o pH, e,
principalmente, a concentração, que deve ser superior à concentração micelar
crítica (CMC). A Figura 1.2 representa esquematicamente a formação de um
agregado micelar ao se atingir a CMC em meio aquoso. Por conta da diferença de
polaridade entre a cauda e o solvente, as moléculas de surfactante se organizam
de maneira a minimizar esse tipo de interação. As interações cabeça-solvente e
cauda-cauda são favoráveis e, assim, a organização leva ao favorecimento
dessas interações.
Figura 1.2. Representação da formação de agregado micelar a partir de moléculas de
surfactante livres, em meio aquoso.
No caso de copolímeros anfifílicos em bloco, a imiscibilidade entre os blocos
dá origem à separação de microfases, seguida da formação de estruturas
organizadas in bulk e em solução [7–9]. A ligação covalente entre os blocos
impede que a separação de fases seja macroscópica. As estruturas organizadas
dependem das propriedades físico-químicas de cada um dos blocos e apresentam
tipicamente dimensões da ordem de 1-100 nm [10]. Para um copolímero anfifílico
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4
em bloco hipotético P(A-b-B), em que as variações de entalpia e entropia de
mistura dos blocos são positiva e próxima de zero, respectivamente, a
minimização de energia é alcançada pela diminuição da área interfacial. Assim, a
formação de estruturas organizadas decorrente da separação de fases está
associada à minimização de energia livre [11].
A Figura 1.3 apresenta as estruturas típicas resultantes da separação de
microfases para o mesmo copolímero em bloco hipotético P(A-b-B), porém com
frações volumétricas de blocos variáveis. Os blocos A e B se segregam, formando
domínios com dimensões uniformes e que se rearranjam de maneira regular.
Como resultado, uma rede organizada aparece. A Figura 1.3 mostra como a
morfologia de copolímeros dibloco (AB) varia com fração volumétrica dos blocos
(A e B). Para a situação em que A B, ocorre a inversão de fases e o
bloco A passa a constituir a matriz polimérica. A morfologia bicontínua ocorre
quando ambos blocos A e B formam fases contínuas, resultando em uma rede
interpenetrante [10].
Figura 1.3. Estruturas formadas após a separação de microfases do copolímero em bloco
P(A-b-B). Os números representam a fração volumétrica do bloco PA (A), para
PA=poli(estireno) e PB=poli(isopreno). Adaptado da referência [10].
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
5
A separação de fases do copolímero dibloco P(A-b-B) depende de três
parâmetros básicos [11]:
Grau de polimerização N, o qual representa a soma do grau de
polimerização de cada bloco, N = NA + NB;
Fração volumétrica dos blocos, o qual descreve o fator de geometria:
fA = NA/N e fB = NB/N;
Parâmetro de interação de Flory-Huggins, .
O parâmetro determina a miscibilidade entre os blocos A e B. A
dependência de com a temperatura e com a energia de interação entre os
blocos ( ) é dada por:
( 1.1 )
Em que z é o número de coordenação por unidade de repetição do polímero,
kB é a constante de Boltzman, é a energia térmica, e , e se referem
a energia de interação para os pares de A-B, A-A e B-B, respectivamente [8].
A extensão da separação de fases varia desde a imiscibilidade (cada uma
das fases é constituída por somente um dos componentes) até a miscibilidade
(mistura caracterizada por uma única fase homogênea). Entre estes dois extremos
deve-se considerar a “miscibilidade parcial” [12], caracterizada pela co-existência
de fases que são misturas homogêneas. A Figura 1.4 ilustra o caso de
miscibilidade parcial, que leva à segregação parcial dos componentes da mistura –
segregação fraca – e o caso da imiscibilidade, que leva a fases com composição e
interface bem definidas – segregação forte.
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Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
6
Figura 1.4. Representação esquemática do perfil de concentração para o limite de
segregação fraca e o limite de segregação forte, para um corte unidimensional da
amostra, em que A representa a fração volumétrica do bloco A do copolímero hipotético
P(A-b-B). Adaptado da referência [11].
A extensão da separação de microfases é determinada pelo produto , tal
como representado no diagrama versus A da Figura 1.5. O aumento de
temperatura e/ou a diminuição de , resulta em uma morfologia desordenada [8].
Quando o produto ultrapassa o valor crítico (ODT = transição ordem-
desordem), os microdomínios dos blocos A e B se formam a partir da separação
ordenada das microfases [4]. Quanto maior o produto , mais acentuada é a
separação das microfases, podendo-se classificar em diferentes regimes [8,11]:
: limite de segregação fraca, com formação de morfologia
instável. A força motriz para a separação de fases é “fraca” (misG ~0), porém
suficiente para ocorrer microseparação de fases.
: limite de segregação forte, em que os domínios
apresentam essencialmente os componentes puros (Figura 1.4). A
imiscibilidade decorre de misG >> 0 e a microseparação de fases resulta em
minimização da energia interfacial.
Segregação forte
Segregação fraca
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Figura 1.5. Diagrama de fases para um copolímero dibloco. No diagrama estão indicadas
as regiões de estabilidade das fases desordenada (des), cúbica de corpo centrado (ccc),
hexagonal (hex), lamelar (lam) e bicontínua (bic), em função do fator de geometria f e o
produto , em que representa o parâmetro de interação de Flory-Huggins e N o grau
de polimerização. Adaptado da referência [8].
A formação de estrutura organizada em solução é favorecida ao se empregar
solvente ou mistura de solventes seletivos a um dos blocos. Em solução, o
comportamento de fases dos copolímeros em bloco é controlado pelas interações
entre os segmentos das cadeias do polímero e as moléculas dos solventes, assim
como a interação entre os segmentos do copolímero, o que leva ao aumento do
grau de complexidade do sistema. Por exemplo, para uma solução do copolímero
P(A-b-B) formada pela mistura dos solventes S e N, devem ser considerados seis
parâmetros de interação: , , , , e . A separação e organização
das fases depende, então, destes parâmetros que devidamente combinados
podem resultar em estruturas organizadas, como micelas, lamelas, bastões,
vesículas e outras [4].
Diversos trabalhos da literatura relatam a formação de agregados
organizados de copolímeros anfifílicos em bloco na fase sólida e em solução. Por
exemplo, a formação de agregados micelares esféricos e cilíndricos dos
copolímeros poli[metacrilato de butila-b-metacrilato de 2-(acetoacetoxil)etila], em
-
Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
8
solução de ciclohexano, foi observada por Sigel e colaboradores [13]. Os autores
utilizaram microscopia de força atômica e experimentos de espalhamento de luz
para comprovar a formação de estruturas organizadas para algumas composições
do copolímero.
Agregados micelares esféricos e cilíndricos também foram observados por
Pizarro e colaboradores para os copolímeros de poli(metacrilato de 2-hidroxietila-
b-fenilmaleimida) por microscopia eletrônica de transmissão [14], e por Oss-Ronen
e colaboradores para copolímeros de poli(estireno-b-4-vinilpiridina) por
microscopia eletrônica de transmissão criogênica e experimentos de
espalhamento de nêutrons a baixo ângulo para as amostras em solução [15]. As
estruturas dos agregados formados apresentaram dependência com a massa
molar, fração volumétrica entre os blocos, fração volumétrica dos solventes THF e
DMF e a inserção de água.
A formação de micelas dos copolímeros baseados em metacrilato de 2-
hidroxietila (HEMA) e acrilato de butila (BA), P(BA-b-HEMA) e P(HEMA-b-BA-b-
HEMA), modificados com D-glucosamina em solução aquosa foi investigada por
espalhamento de luz dinâmico e espalhamento de luz a baixo ângulo [16]. A
formação de micelas esféricas também foi observada em outros trabalhos, por
exemplo para copolímeros lineares e cíclicos baseados em poli(óxido de etileno)
(PEO) e acrilato de butila [17], para os copolímeros de enxertia de celulose-g-
PDMAEMA (PDMAEMA = metacrilato de N,N-dimetilamino-2-etila) [18] e para os
copolímeros de PEO-b-PHMA [PHMA = poli(metacrilato de hexila] [19]. Observou-
se formação de estrutura hexagonal na fase sólida do copolímero poli(estireno-b-
L-lactídeo) [20] e também em fase sólida para o copolímero PEO-b-PHMA [19]
com fração mássica de 44% PEO. Já o copolímero PEO-b-PHMA com 68% (m/m)
de PEO apresentou estrutura lamelar [19].
1.2. A Sacarose Como Precursor Polimérico
Materiais baseados em carboidratos têm apresentado especial destaque em
pesquisas devido à crescente tendência pela busca de materiais oriundos de
-
Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
9
fontes sustentáveis e que sejam biodegradáveis e biocompatíveis [21,22]. Tratam-
se de materiais vantajosos do ponto de vista econômico e ambiental, uma vez que
são produzidos em larga escala, naturalmente e a partir de fontes renováveis.
Entre os carboidratos, a sacarose merece especial atenção por ser um
material de baixo custo e produção abundante, considerada o carboidrato de baixa
massa molar de maior abundância mundial [23]. A sacarose é produzida a partir
da beterraba e da cana-de-açúcar, sendo a cana-de-açúcar o insumo responsável
pela produção de três quartos do açúcar mundial [24]. O Brasil é o produtor mais
importante de cana-de-açúcar: estima-se que, para a safra de 2014/15, a
produção seja de 659,10 milhões de toneladas de cana-de-açúcar moída [25].
Embora produzida em abundância, no Brasil seu principal uso é limitado a
finalidades alimentícias e para indústrias de fermentação [24], que consomem em
torno de 46 % e 54 % da sacarose produzida, respectivamente.
A sacarose, comumente conhecida como açúcar, é um dissacarídeo formado
por uma molécula de glicose (C1C6, Figura 1.6) condensada a uma molécula de
frutose (C1’C6’, Figura 1.6) através de ligação glicosídica entre dois carbonos
anoméricos (C1-O-C2’, Figura 1.6), que apresenta caráter altamente hidrofílico
devido à presença de oito hidroxilas livres.
Figura 1.6. Estrutura química da sacarose.
Há três possíveis rotas de transformação da sacarose em produtos de maior
valor agregado [24]: a) degradação da sacarose, através de cisão/formação de
ligações químicasa e desidratação; b) derivatização e rearranjo da estrutura do
a Processo utilizado pela Braskem, por exemplo, para a produção de bioetileno a partir da
conversão da sacarose em bioetanol, seguido de sua desidratação.
-
Dissertação de Mestrado Paula de Almeida
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carboidrato via inversão da sacarose em D-glicose e D-frutoseb e/ou rearranjo da
molécula em outros carboidratosc e c) derivatização mantendo sua estrutura.
Na terceira rota, as hidroxilas reagem com outras moléculas, mantendo a
estrutura original da sacarose. Um exemplo prático de derivatização que mantém
a estrutura é a síntese de ésteres de sacarose, ao reagir a sacarose com um ácido
graxo [26–28]. Os ésteres de sacarose são disponíveis comercialmente e
apresentam aplicações como surfactantes e como carreadores de fármacos [26].
O valor de HLBd (hydrophylic hydrophobic balance) desses surfactantes varia de 3
a 16 para o estearato de sacarose (C18) ao laurato de sacarose (C12),
respectivamente [29].
No entanto, no que tange a síntese de polímeros lineares e não reticulados
em que o sacarídeo não faz parte da cadeia principal, mas é um grupo pendente,
a sacarose não apresenta um grupo reativo passível de polimerização direta (por
exemplo, o grupo olefina) ou um único grupo de fácil derivatização por rotas
orgânicas clássicas para a conversão em outras espécies polimerizáveis (por
exemplo, a carbonila). Assim torna-se necessário a derivatização da sacarose. A
sacarose é uma molécula polifuncional - apresenta oito hidroxilas com reatividades
similares. Tendo isso em vista, deve-se usar condições especiais de síntese para
que a reação seja seletiva à monossubstituição. A obtenção do produto
monossubstituído é importante para a etapa de polimerização, para se atingir um
polímero não reticulado. Do contrário, duas ou mais substituições resultarão em
monômeros polifuncionais (agentes reticulantes) que, ao serem polimerizados,
formarão ligações cruzadas entre as cadeias. Por exemplo, o precursor de
sacarose polissubstituído por olefinas, sintetizado por Desvergnes-Breuil e
colaboradores [30], pode ser aplicado como um agente reticulante na etapa de
polimerização, visto que a reatividade dos substituintes é a mesma.
b A derivatização da sacarose em D-glicose e D-frutose é realizada em meio ácido ou na presença
da enzima -D-invertase. c Por exemplo, o rearranjo da sacarose em isomaltose ou trealose, realizado via catálise
enzimática. d HLB é a medida do grau de hidrofilicidade do surfactante. Em geral, quanto maior seu valor,
maior a hidrofilicidade.
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Há duas alternativas sintéticas para a síntese de monômeros
monossubstituídos: a catálise não enzimática, que envolve etapas de
proteção/desproteção das hidroxilas, por exemplo [31–34] e a enzimática.
A catálise não enzimática é a mais trabalhosa para a produção de
monômeros, uma vez que envolve elevado consumo de reagentes, várias etapas
de reação [35,36] e dificuldade experimental. Por exemplo, a síntese do
metacrilato de sacarose via rota química deve ser iniciada rigorosamente a 0 ºC
após lenta adição do reagente anidrido metacrílico [33]. Já a catálise enzimática
aparece como uma solução para se obter um produto regiosseletivo. A
versatilidade, seletividade e rendimento da catálise enzimática despertaram
grande interesse no ramo de síntese, marcando-a como a principal rota sintética
para obtenção de sacarose modificada monosubstituída [37–46]. Os principais
pontos discutidos nesses trabalhos são acerca da escolha adequada do solvente,
que solubilize a sacarose e seja atóxico à enzima, a seletividade a apenas uma
hidroxila e a otimização das condições para monosubstituição no menor tempo
possível.
Daudé e colaboradores descrevem em seu artigo de revisão [47] a inserção
de grupos fosfatos, benzoatos, cetonas, ésteres, éteres e acetatos, bem como a
inserção de outros carboidratos, como a lactose, a galactose, a frutose e outros, à
molécula da sacarose. Ainda em seu artigo, os autores associam a enzima com a
hidroxila de maior atividade, conforme resumido na Tabela 1.1.
Em relação a derivados de sacarose com potencial de aplicação na síntese
de polímeros, a síntese do monômero 1’-O-metacrilato de sacarose (SMA) foi
otimizada pelo Grupo de Pesquisa em Polímeros (GPPol), empregando a enzima
Proteinase-N [48,49] e baseado em trabalhos da literatura [50,51]. A otimização foi
realizada em termos de rendimento do monômero monossubstituído frente ao
dissubstituído. Esse monômero mantém as características hidrofílicas da sacarose
com apenas uma única substituição na hidroxila 1’.
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Tabela 1.1. Possíveis derivados regioseletivos de sacarose sintetizados via catálise
enzimática, classificados quanto a hidroxila substituída (vide Figura 1.6), a enzima e o
produto [47].
Hidroxila Enzima Produto
2 Metalloprotease Éster
Pyranose oxidase Cetona
3 -galactosidase Galactose-C3
Pyranose dehydrogenase Cetona
4
Fructansucrases ou
-galactosidase Frutose-C4
Levansucrase Glicose-C4
6
Sucrose phosphotransferase Fosfato
Lipase Éster
-galactosidase Galactose-C6
-fructofuranosidase Frutose-C6
1’ Protease Éster
Fructosyltransferase Frutose-C1’
4’ Serine Protease Éster
6’ -fructofuranosidase Frutose-C6’
Lipase Éster
A literatura descreve outros possíveis precursores poliméricos a partir da
sacarose, como o 1’-acrilato de sacarose empregando a enzima Optimase M-440
[52] e 6-vinil-éster de sacarose utilizando a enzima Lipase [41]. Além desses,
todos os trabalhos envolvendo a síntese de ésteres de sacarose, como por
exemplo os trabalhos de Riva e colaboradores [37], de Yang e colaboradores [39],
de Kim e colaboradores [44] e de Rich e colaboradores [45], podem ser adaptados
para sintetizar monômeros pela substituição do reagente (éster) por um que
apresente a ligação C=C (ésteres acrílicos ou vinílicos), por exemplo.
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Polímeros derivados de sacarose são classificados como glicopolímeros –
macromoléculas que apresentam grupo sacarídeo como grupo pendente [53]. Os
glicopolímeros são sintetizados através da polimerização direta dos
glicomonômeros, ou através da inserção de grupos sacarídicos no polímero pré-
sintetizado. Essa classe de materiais tem crescido muito nos últimos tempos, visto
o grande número de artigos de revisão sobre o assunto [54–58]. Os artigos
atribuem aos glicopolímeros diversas aplicações, como carreadores de fármacos,
sistema para reconhecimento de lectinase, calabouços para engenharia tecidual,
usos terapêuticos, surfactantes, detergentes e outras.
A inserção de grupos sacarídicos, incluindo a sacarose, ao poli(estireno-co-
anidrido maleico) foi realizada por Galgali [59]. Por se tratar de um material
proveniente de fonte natural, é esperado que as moléculas sacarídicas inseridas
ao copolímero atuassem como fonte de carbono a microrganismos e, assim,
promovessem a biodegradabilidade parcial do material. De fato constatou-se que
a inserção de 3 % em massa de sacarose ao copolímero resultou em perda de
massa de 10, 14 e 20 % dos polímeros frente à degradação pelos fungos
Penicillium ochro-cloron, Pullularia pullulans e Trichoderma sp., respectivamente,
ao passo que o copolímero não modificado não apresentou perda de massa,
comprovando a capacidade da sacarose na indução da biodegradabilidade a
materiais não biodegradáveis.
Barros e colaboradores [31] realizaram a copolimerização de derivados de
sacarose e estireno via polimerização radicalar livre e avaliaram a
biodegradabilidade dos copolímeros frente ao fungo Aspergillus niger. O
copolímero de 6-O-metacriloila de sacarose submetido a ensaios de
biodegradação apresentou redução da massa consideravelmente superior ao
poliestireno puro, com formação de resíduo rico em poliestireno. A
biodegradabilidade também foi avaliada em termos de crescimento celular dos
fungos, visto que os polímeros podem atuar como fonte de carbono. Para o
copolímero derivado de sacarose observou-se o crescimento celular de cerca de
e Lectina é uma classe de proteínas capaz de se ligar a carboidratos. Os mecanismos da interação
carboidrato-lectina ainda são desconhecidos e, por isso, amplamente investigados.
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60 % maior ao verificado para o poliestireno, indicando que a sacarose favorece o
ambiente para a proliferação de microorganismos que promovem a
biodegradação. Em outro trabalho, Barros e colaboradores [33] sintetizaram
copolímeros de estireno, metacrilato de metila ou - e -pinenos com o acrilato de
sacarose, sendo as hidroxilas da sacarose na forma desprotegida ou protegida.
Por protegida se entende as hidroxilas que foram acetiladas, ao passo que
desprotegidas significa as hidroxilas que estão livres. Observou-se que os
copolímeros com as hidroxilas da sacarose desprotegidas promovem maior
crescimento celular do fungo A. niger que os copolímeros com as hidroxilas da
sacarose protegidas [33]. Assim, no caso em que se deseja materiais
biodegradáveis, é interessante a manutenção das hidroxilas da sacarose após a
derivatização.
Glicopolímeros de sacarose apresentam aplicação como hidrogéis, dado o
caráter hidrofílico da sacarose. Hidrogéis de copolímeros baseados em glicidil-
metacrilato de sacarose e metacrilato de hidroxietila foram sintetizados por
Ferreira e colaboradores [60]. O aumento da fração molar de sacarose de 0 a 0,6,
elevou o grau de intumescimento em água de 40 % a 60 %, respectivamente.
Os hidrogéis superporosos de poli(glicidil-acrilato de sacarose) modificados
com surfactantes, sintetizados por Chen e Park, apresentaram elevado grau de
intumescimento em água e alta taxa de degradação em solução básica [61].
A sacarose é uma substância que apresenta capacidade de desviar o plano
da luz polarizada devido à presença de centros quirais. Barros e Siñeriz [62]
observaram que, para os copolímeros derivados de acrilato de sacarose e
comonômeros de estireno (S) ou metacrilato de metila (MMA), a rotação óptica
diminui progressivamente com o aumento da fração molar do comonômero não
ativo opticamente, no caso o MMA e o S. O mesmo comportamento foi observado
por Barros e colaboradores para os copolímeros aleatórios de estireno e derivado
de sacarose [31].
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Copolímeros aleatórios baseados em metacrilato de sacarose (SMA) e N-
isopropilacrilamida (NIPAAm) ou MMA, sintetizados por Oliveira e Felisberti [48],
apresentaram propriedades físico-químicas dependentes da composição, tais
como temperatura de transição vítrea, solubilidade, intumescimento e estabilidade
térmica. Além disso, soluções aquosas dos copolímeros de SMA e NIPAAm
apresentam comportamento LCST (Lower Critical Solution Temperature). Além
destes, outros copolímeros de SMA com os monômeros metacrilato de laurila
(LMA) ou acetato de vinila (AV) [63], e hidrogéis baseados em SMA e nos
comonômeros NIPAAm [64], ácido acrílico, metacrilato de dietileno glicol metil éter
e acrilato de dimetilaminoetila [65], foram sintetizados por polimerização radicalar
livre pelo grupo. Copolímeros em bloco de P(SMA-b-MMA) também foram
sintetizados via polimerização radicalar controlada [66]. Neste último caso, o
caráter anfifílico dos copolímeros confere organização do polímero em solução.
Estes trabalhos mostraram que o SMA, mesmo em pequenas quantidades,
contribui para mudanças drásticas de hidrofilicidade dos copolímeros.
1.3. Polimerização Radicalar Controlada
A polimerização via radical livre é uma das mais simples e importantes
técnicas para produção de polímeros. Apresenta, porém, uma limitação quanto ao
controle de alguns elementos-chave do polímero como a massa molar, a
polidispersidade e a arquitetura da cadeia. A dificuldade no controle das
propriedades é devido, em grande parte, ao caráter aleatório da reação,
consequência da elevada reatividade dos radicais e pela impossibilidade de evitar
que reações de término aconteçam.
Polímeros com estrutura bem definidas têm sido obtidos através de uma rota
sintética promissora: a polimerização radicalar controlada (CRP, do inglês
controlled radical polymerization) [67]. Polímeros com topologia e estrutura
complexas podem ser sintetizados empregando CRP. A Figura 1.7 apresenta as
arquiteturas passíveis de serem obtidas via CRP.
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Figura 1.7. Arquiteturas possíveis para polímeros sintetizados via CRP. Adaptado da
referência [10].
A polimerização radicalar controlada é um dos tópicos de maior crescimento
na área de ciências de polímeros. A Figura 1.8 apresenta o número de artigos
publicados nos últimos 19 anosf contendo as palavras-chave “controlled radical
polymerization” ou “living radical polymerization”, empregando a ferramenta de
busca Web of Science™. É notável o aumento do número de publicações no
período, sendo o total acumulado de 1995 até o presente de quase 15.000 artigos.
Figura 1.8. Número de artigos publicados sobre polimerização radicalar controlada
através de busca via Web of Science™, com as palavras-chave “controlled radical
polymerization” ou “living radical polymerization”.
f Pesquisa realizada no dia 6 de janeiro de 2015.
0
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400
600
800
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ado
s
Ano
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Vários requisitos devem ser cumpridos para caracterizar uma polimerização
como controlada/viva. Solomon e Moad [2] e Matyjaszewski [68] descrevem quatro
requisitos essenciais em caso de idealidade:
(a) A massa molar deve aumentar linearmente com a conversão.
(b) A polimerização deve seguir cinética de pseudo-primeira ordem em
relação à concentração de monômero, cuja lei de velocidade integrada é dada
pela equação 1.2:
(1.2)
Em que [M]t é a concentração de monômero no tempo t, [M]0 é a
concentração inicial de monômero, kap é a constante aparente de polimerização e t
representa o tempo de polimerização.
(c) O polímero deve apresentar distribuição estreita de massa molar. O valor
máximo de polidispersidade aceito é 1,5, pois é o menor valor alcançado por uma
polimerização radicalar livre, polimerização em que não há controle de
polidispersidade (PDI). A polimerização radicalar controlada ideal resulta em
polímeros cuja distribuição de massa molar pode ser descrita pela Lei de Poisson
(equação 1.3) [2]. Assim, quanto maior o grau de polimerização (DP), situação de
alta conversão, menor o valor de PDI.
(1.3)
Os valores típicos de polidispersidade conferida a polímeros sintetizados por
diferentes rotas são apresentados na Tabela 1.2 [69]. Comparativamente, a
polimerização aniônica é a que mais se aproxima da CRP em termos de
polidispersidade.
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Tabela 1.2. Valores típicos de distribuição de massa molar para diferentes rotas de
polimerização radicalar [69].
Rota Polidispersidade
Polimerização controlada 1,0 – 1,5
Catálise enzimática (proteínas naturais) 1,0
Polimerização aniônica 1,02 – 1,5
Polimerização radicalar 1,5 – 3,0
Catálise Ziegler-Natta 2 – 40
Catálise metalocênica 2 – 2,5
(d) A funcionalidade, caracterizada pela presença de um grupo funcional
terminal, deve ser preservada. Assim, a polimerização ocorre até o pleno consumo
de monômero e deve continuar no caso da adição de mais monômero.
Atualmente existem diversos tipos de CRP, por exemplo RAFT (do inglês,
reversible-addition-fragmentation chain-transfer polymerization), NMP (do inglês,
nitroxide mediated polymerization) [67], e ATRP [70] (do inglês, atom transfer
radical polymerization), desenvolvida por Wang e Matyjaszewski [71]. A ATRP é
uma das técnicas mais versáteis empregadas para se ter controle em
polimerização radicalar [2,3,66,68,70–72].
A ATRP se baseia no equilíbrio de uma espécie dormente e uma espécie
ativa [70]. O Esquema 1.1 resume o mecanismo geral de ATRP. Os radicais Pn●
(espécies ativas) são gerados a partir da espécie dormente (Pn-X, onde
X=halogênio) através de um processo redox reversível, catalisado por um
complexo de metal de transição (MeL-Y/Ligante). Em geral, o metal de transição e
o ligante são o cobre (I) e uma amina terciária polifuncional, respectivamente. A
espécie dormente, como próprio nome sugere, é uma cadeia que não está em
crescimento, mas que poderá momentaneamente ser ativada (kativ), para (re)iniciar
a polimerização. Nesta etapa, a ligação carbono-halogênio da espécie dormente
(geralmente um brometo de alquila) sofre cisão homolítica. Ocorre então a
formação da espécie propagadora radicalar, ou espécie ativa (Pn●). A espécie
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ativa participa da etapa de propagação da polimerização e promove o crescimento
da cadeia (sob constante cinética kp) ao reagir com m monômeros M, formando a
espécie radicalar Pn+m●. O crescimento é interrompido quando a espécie ativa (Pn●
ou Pn+m●) reage com o catalisador na forma oxidada, a espécie (X-MeL+1-
Y/Ligante), gerando novamente a espécie dormente (Pn-X), sob constante cinética
kdesat. A constante de desativação kdesat é muito maior que a constante de ativação
kativ para a polimerização ATRP. Assim, a espécie ativa existe por um curto
intervalo de tempo, de forma que sua concentração no meio reacional se mantém
sempre baixa, impossibilitando a ocorrência de reações de terminação (kt) [70].
Esquema 1.1 Mecanismo de polimerização via ATRP: X e Y são átomos de halogênio;
Pn● e Pn+m
● são radicais orgânicos; kativ é a constante de ativação; kdesat é a constante de
desativação; kp é a constante de polimerização.
Como observado no Esquema 1.1, a técnica ATRP é composta por um
sistema multicomponente, envolvendo tipicamente o monômero, o catalisador, o
iniciador e o ligante. Aditivos podem também ser utilizados, como o desativador e
o solvente.
Monômero
Diversos monômeros são passíveis de polimerização por ATRP, sendo que a
reatividade dos monômeros segue a ordem: acrilonitrila > metacrilatos > estireno ~
acrilatos > acrilamidas >> cloreto de vinila > acetato de vinila. Os monômeros
apresentam reatividades distintas em função da estabilidade do radical, polaridade
do monômero e efeitos estéricos [3].
+ +kativ
kdesatespéciedormente
catalisador
Pn●
kp mM
Pn+m●
Pn-X MeL-Y/Ligante X-MeL+1-Y/Ligante
espécieativa
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Catalisador
O catalisador é a espécie responsável pelo equilíbrio entre a espécie
dormente e a espécie ativa. Um grande número de complexos de metais de
transição é aplicável a ATRP. O cobre é um dos mais relatados na literatura
devido à sua versatilidade e custo [70].
Iniciador
Em geral, são haletos de alquila, cuja principal função é determinar o número
de espécies em crescimento. Dois parâmetros são importantes na escolha do
iniciador: (i) a iniciação deve ser rápida em comparação à propagação e (ii) a
probabilidade de reações laterais ocorrerem deve ser baixa [70].
A iniciação deve ser rápida e quantitativa para que o número de espécies em
crescimento seja constante e igual à concentração inicial do iniciador. Assim, o
grau de polimerização (DP) e a massa molar teórica aumentam linearmente com a
conversão, conforme equação (1.4) [70].
(1.4)
Ligante
O principal papel do ligante é solubilizar o catalisador (sal de metal de
transição) no meio reacional e ajustar a reatividade do metal central ao variar seu
potencial redox. O potencial redox é modelado de acordo com a estrutura do
ligante, que afeta o equilíbrio entre a espécie dormente e espécie ativa [70].
Aditivos
Vários aditivos podem ser empregados em ATRP. A adição de pequena
quantidade de Cu(II) pode favorecer maior controle da reação, pois este atua no
sentido de deslocar o equilíbrio em favorecimento da espécie dormente. Neste
caso, o Cu(II) atua como desativador.
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O uso de solventes é importante principalmente quando o polímero obtido é
insolúvel em seu monômero ou este último é sólido. Deve-se levar em
consideração a possibilidade de que a estrutura do complexo catalítico possa ser
afetada na presença de solvente. Vários solventes são empregados para a
polimerização de diversos monômeros, como benzeno, tolueno, anilose, difenil
éter, acetato de etila, água, dimetilformamida e outros [70].
1.4. Polímeros de Metacrilato de Alquila
Metacrilatos são ésteres formados por um grupo carbonila, uma insaturação
e dois grupos substituintes, geralmente grupos alquilas, como mostrado na Figura
1.9. Os metacrilatos de alquila (MAlq) estudados nesse trabalho são o metacrilato
de etila (EMA, R = -CH2CH3), o metacrilato de n-butila (BMA, R = -CH2(CH2)2CH3)
e o metacrilato de n-hexila (HMA, R = -CH2(CH2)4CH3) e seus polímeros, o
poli(metacrilato de etila) [PEMA], o poli(metacrilato de n-butila) [PBMA], e o
poli(metacrilato de n-hexila) [PHMA].
CCH2
CH3
C O
OR
CH2 C
C
CH3
H
O
O
R
Hn
Polimerização
Metacrilato de alquila Poli(metacrilato de alquila)
Figura 1.9. Estruturas químicas do monômero metacrilato de alquila e do polímero
poli(metacrilato de alquila), em que R representa o grupo lateral alquila.
Historicamente, o primeiro trabalho a respeito de polimetacrilatos foi
publicado em 1877, por Fitting e Paul. Mas apenas em 1901 o potencial técnico de
polimetacrilatos foi reconhecido pelo alemão Röhm, que depositou uma patente
em 1914. Sua empresa, a Röhm & Haas, passou então a produzir o
poli(metacrilato de metila) a partir de 1934, e logo a seguir outras empresas,
como a americana DuPont e a britânica Imperial Chemical Industries também
começaram a produzir os chamados vidros acrílicos ou vidros orgânicos [75].
Metacrilatos de alquila podem ser polimerizados via polimerização radicalar livre,
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polimerização aniônica e polimerização controlada, in bulk, em solução, em
suspensão e em emulsão [75].
Os polimetacrilatos, em geral, apresentam propriedades interessantes, como
transparência, resistência a intempéries, baixa absorção no ultravioleta, boas
propriedades mecânicas e facilidade para termomoldagem. São amplamente
empregados como substituintes de vidro, como luminárias, janelas, painéis de
construção e proteção, prótese dentária, lente de contato e fibras ópticas [75,76].
Poli(metacrilatos de n-alquila) são comprovadamente biocompatíveis e estáveis in
vivo e, assim, apresentam aplicações na área biomédica [77–79] e em sistemas
de liberação de fármacos [80,81].
Os metacrilatos de alquila EMA, BMA e HMA são empregados na síntese de
diversos copolímeros. Na literatura existem relatos de copolímeros compostos por
metacrilato de alquila e os comonômeros acrilonitrila [82,83], metacrilatos [13,84],
ácido metacrílico [85], estireno [86], N-vinil pirrolidona [80], metacrilamida [87].
Também existem relatos de copolimerização de metacrilatos de alquila com
produtos naturais, como por exemplo o amido [88–90], a amilose [91], derivados
de glicose (metacrilato de 2-{[(D-glucosamin-2-N-il)carbonil]oxi}etila) [92],
derivados de furanose (3-O-metacriloil-1,2:5,6-di-O-isopropilideno--D-
glucofuranose) [93], quitosana [94], etc. No entanto, não foram encontrados
relatos de copolímeros constituídos pelos metacrilatos de alquila desse trabalho e
o metacrilato de sacarose. As aplicações de copolímeros de poli(metacrilatos de
alquila), em geral, envolvem o desenvolvimento de nanocompósitos [95–97], de
blendas [98–103], de redes interpenetrantes [104,105], de membranas eletrofiadas
[78], de materiais para a área biomédica [84], de filmes com propriedades elétricas
[106] e outras.
O estudo de uma série homóloga de MAlq é comum na literatura quando se
quer avaliar o reflexo do grupo lateral no comportamento do material, já que as
propriedades de poli(metacrilatos de alquila) vari