Modificação pós-­polimerização da polietersulfona UDEL® via acilação de Friedel-Crafts: síntese e caracterização das propriedades físico-­químicas

Abstract

Os polímeros são largamente utilizados pela sociedade em praticamente todos os ramos de aplicação, porém, há uma classe de polímeros de alto desempenho com aplicações mais específicas. Nesta classe estão os polímeros aromáticos e, por sua vez, a polietersulfona (PSU), utilizada principalmente em membranas de separação, utensílios para micro-ondas e etc. Muitos estudos de modificações na superfície deste polímero, blendas e compósitos são reportados na literatura. Entretanto, poucas modificações estruturais são reportadas, entre elas, a nitração e a sulfonação. Este trabalho é organizado em três capítulos, sendo que no Capítulo I é relatada e discutida a síntese dos derivados acilados inéditos da PSU utilizando diferentes cloretos de acila (cloreto de acetila, hexanoila e decanoila) por meio da acilação de Friedel-Crafts. Os métodos de caracterização permitiram identificar o produto da reação e o grau de substituição. No Capítulo II são avaliadas as propriedades térmicas, dinâmico-mecânicas e ópticas dos derivados, sendo produzidas blendas para os testes com filmes. Os resultados indicam que a acilação da PSU é adequada para diminuir a temperatura de transição vítrea e que a mesma varia de acordo com o grau de substituição e o tamanho da cadeia carbônica adicionada de acordo com a equação linear descrita neste trabalho. As propriedades mecânicas dos derivados, medidas a partir das blendas, são significativamente influenciadas pelo processo de acilação, principalmente a resposta viscosa do teste de relaxamento de tensão. As propriedades em solução dos derivados foram objeto de discussão do Capítulo II. Os resultados mostraram que tais propriedades são influenciadas pelo processo de acilação, alterando a solubilidade dos derivados, observados os parâmetros de solubilidade. Obteve-se uma equação linear para os valores do segundo coeficiente do virial de acordo com o grau de substituição e o tamanho da cadeia carbônica dos substituintes. O presente trabalho traz estudos e discussões acerca da relação estrutura/propriedade da PSU Udel® modificada, além de encontrar relações lineares que possibilitam prever propriedades de acordo com o substituinte e grau de substituição desejado. Portanto, este tipo de trabalho tem grande importância para a ciência assim como para a indústria, pois, entender a influência do comportamento micro nas propriedades macro do material permite desenvolver novos materiais à luz dos conhecimentos científicos para benefício da sociedade.

Abstract: Polymers are widely used by society in practically all application, however, there is a class of high performance polymers with more specific applications. In this class are aromatic polymers and, inside that class, the polyethersulfone (PSU), used mainly in separation membranes, microwave utensils, anticorrosive membrane, etc. There are many studies about modification in the surface of this polymer, blends and composites reported in the literature. However, few structural changes are reported, mostly nitration and sulfonation. The present work is organized in three chapters. In Chapter I, the synthesis of the novel acylated derivatives of the PSU are reported and discussed using different acyl chlorides (acetyl, hexanoyl and decanoyl chloride) by means of Friedel-Crafts acylation. The characterization methods allowed to identify the reaction product and the degree of substitution. In Chapter II, the thermal, dynamic-mechanical and optical properties of the derivatives are evaluated, (using blends for tests with films). The results indicates that the acylation of the PSU is adequate to decrease the glass transition temperature and that it varies according to the degree of substitution and the size of the carbon chain added according to the linear equation described in this work. The mechanical properties of the derivatives, measured from the blends, are significantly influenced by the acylation process, mainly the viscous response of the stress relaxation test. The solution properties of the derivatives were discussed in Chapter II. The results showed that such properties are influenced by the acylation process, changing the solubility of the derivatives, observing the solubility parameters. A linear equation was obtained using values of the second virial coefficient according to the degree of substitution and the size of the carbon chain of the substituents. The present work brings studies and discussions about the structure / property relationship of the modified PSU Udel®, in addition to finding linear equations that make it possible to predict properties according to the desired substituent and degree of substitution. Therefore, this type of work is of great importance for science as well for the industry, due to the understanding of the influence from micro behavior in the macro properties of the material, allowing the development of new materials in the light of scientific knowledge for the benefit of society.