Polimerização em miniemulsão do estireno usando um líquido iônico heptacloro-bis-ferrato de 1-n-butil-3-n-metilimidazólio (BMI.Fe2Cl7) como iniciador

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo investigar o uso do líquido iôni-co BMI.Fe2Cl7 como iniciador da polimerização catiônica do estireno em miniemulsão visando avaliar suas características e propriedades físico-químicas para futuras aplicações. Inicialmente, foram investiga-das reações de polimerização em massa e em miniemulsão usando dife-rentes temperaturas e concentrações de BMI.Fe2Cl7. O líquido iônico (LI) estudado mostrou ser tolerante a água e eficiente na polimerização doestireno usando uma baixa concentração de iniciador (1:1000 ini:mon) e sem qualquer adição de outro iniciador. Foram observadas diferenças nas taxas de reação para o sistema de polimerização em mas-sa e em miniemulsão. A polimerização em massa apresentou maior taxa de reação levando a 100% de conversão em 15 min de reação. Nas po-limerizações em miniemulsão foi avaliado o efeito do tipo de surfactan-te, não iônico Lutensol AT80 e catiônicos Brometo de Cetiltrimetilamô-nio (CTAB) e Brometo de Dodeciltrimetilamônio (DTAB). Dentre eles, os surfactantes catiônicos propiciaram maior estabilidade ao meio reaci-onal e resultaram em maior rendimento, 88 % ± 1 para CTAB e 73 % ± 1 para DTAB. Adicionalmente, em todas as reações em miniemulsão foram alcançados alto pesos moleculares viscosimétricos, na ordem de 2200 kDa, enquanto todas as reações em massa resultaram em baixos pesos moleculares (5,5 kDa). A estrutura química do polímero obtido foi analisada por FTIR e RMN, e apresentarou padrões característicos para o poliestireno (PS). As temperaturas de transição vítrea do PS, antes e após purificação para remoção do LI, foram respectivamente, 88 oC e 112 oC. As análises de Espalhamento de Luz dinâmico (DLS) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) confirmaram a formação de nanopartículas com morfologia esférica com diâmetros em torno de 150 172 nm (CTAB) e 128 167 nm (DTAB). Estes resultados, indi-cam que é possível realizar polimerizações catiônicas de estireno em miniemulsão, usando água como fase contínua e o líquido iônico BMI.Fe2Cl7 como iniciador, resultando na formação de polímero de elevado peso molecular.

Abstract : The present work aimed to investigate the use of the ionic liquid BMI.Fe2Cl7 as initiator in cationic polymerization of styrene in miniemulsion and to evaluate its characteristics and physico-chemical properties for future applications. Initially, bulk polymerization and miniemulsion polymerization reactions were investigated using different temperatures and concentrations of BMI.Fe2Cl7. The ionic liquid (LI) studied showed to be water tolerant and efficient for polymerization of styrene using low concentration 1: 1000 (ini:mon) and without the addition of any other initiator. Quite different reaction rates were observed for bulk and miniemulsion polymerizations. Bulk polymerization showed higher reaction rate leading to 100 % conversion at 15 min of reaction. In the miniemulsion polymerizations the effect of non-ionic surfactant type Lutensol AT80 and cationic cetyltrime-thylammonium bromide (CTAB) and dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB) was evaluated. Among them, cationic surfactants provided greater stability to the reaction medium and resulted in higher yield, 88 % ± 1 for CTAB and 73 % ± 1 for DTAB. Additionally, in all miniemulsion reactions high viscosimetric molecular weights, of the order of 2200 kDa, were achieved, while all bulk reactions resulted in low molecular weight (5.5 kDa). The chemical structure of the obtained polymer was analyzed by FTIR and NMR. The glass transition tempera-tures of PS, before and after purification for LI removal were respective-ly, 88 °C and 112 °C. The Dynamic Light Scattering (DLS) and Elec-tron Transmission Microscopy (TEM) analyses confirmed the formation of spherical nanoparticles morphology with diameters around 150 - 172 nm (CTAB) and 128 - 167 nm (DTAB). These results indicate that it is possible to carry out cationic polymerizations of styrene in miniemul-sion using water as continuous phase and ionic liquid BMI.Fe2Cl7 as initiator, resulting in high molecular weight polymer.