Encapsulação de nanopartículas de níquel obtidas a partir da técnica de polimerização em miniemulsão direita e inversa

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2011
Autor(a) principal: Romio, Ana Paula
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Florianopolis (SC)
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Engenharia quimica
Nanopartículas
Niquel
Polimerização em emulsão
Magnetização
Link de acesso: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/95696
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
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spelling Encapsulação de nanopartículas de níquel obtidas a partir da técnica de polimerização em miniemulsão direita e inversaEngenharia quimicaNanopartículasNiquelPolimerização em emulsãoMagnetizaçãoTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaEste trabalho visa o estudo do processo de polimerização em miniemulsão direta e inversa como rota para encapsulação de nanopartículas de níquel (Ni). As técnicas de polimerização em miniemulsão utilizadas apresentam as vantagens de possibilitar a encapsulação das partículas inorgânicas diretamente nas gotas de monômero quando são polimerizadas. Na análise da composição química e da natureza de superfície do níquel, realizada através de DRX, EDS, XPS e FTIR, foi constatado que as nanopartículas (NPs) de níquel metálico tem estrutura cúbica de face centrada (fcc) e apresentam-se oxidadas em toda a sua superfície. A presença de grupos hidroxilas na superfície do níquel foi confirmada pela espectroscopia de absorção de infravermelho. Através da análise microestrutural, realizada por MET e MEV-FEG, foi possível verificar que as NPs são esféricas e tendem a se aglomerar devido à forte atração magnética. A encapsulação das NPs de níquel recobertas com ácido oléico (AO) através da polimerização do metacrilato de metila (MMA) em miniemulsão direta mostrou ser efetiva quando foi utilizado o co-estabilizador polimérico poliestireno (PS), o qual possui massa molar 175.000 g/mol. Quando utilizado o iniciador hidrossolúvel (KPS) foram observadas partículas de PMMA puro com diâmetro numérico médio (Dpn) 59 nm e partículas com incorporação de NPs de níquel (PMMA/Ni) com Dpn de 198 nm. No sistema em que foi utilizado AIBN como iniciador foi observada a possibilidade de encapsular NPs de níquel na matriz de PMMA, resultando em partículas com um diâmetro numérico médio de 128,7 nm. Também foram observadas partículas puras de PMMA com Dpn de 79,8 nm. Pode ser observado que, mesmo com a redução do diâmetro da gota para o da partícula, a distribuição de tamanho de partícula (DTP) é estreita quando o AIBN é utilizado. Os látices sintetizados com NPs de Ni recobertas com AO, através de polimerização em miniemulsão do monômero MMA, para ambos os iniciadores utilizados, KPS e AIBN, apresentam propriedades predominantemente ferromagnéticas, comprovadas pelas medidas de magnetização de amostra vibrante. As NPs de níquel modificadas com MPS e AO foram encapsuladas através da polimerização do estireno em miniemulsão de forma efetiva, quando o KPS foi utilizado como iniciador. A maior taxa de reação provocada pelo KPS permitiu que as NPs de níquel ficassem presas no interior das partículas de poliestireno, impedindo-as de serem expulsas e resultando em uma alta porcentagem de partículas híbridas de PS/Ni. O diâmetro médio numérico das nanopartículas de PS/Ni foi de aproximadamente 126 nm e das partículas de PS puro foi de 90 nm. O látex, sintetizado com NPs de Ni modificadas com MPS e AO apresenta um comportamento característico de um material com partículas predominantemente ferromagnéticas. As nanopartículas de poliacrilamida/níquel foram sintetizadas através da polimerização em miniemulsão inversa utilizando nitrato de níquel, de zinco e de sódio como lipófobos. A encapsulação das NPs de níquel foi possível, quando utilizado o nitrato de zinco como lipófobo, com um diâmetro numérico médio de 311 nm e com distribuição de tamanhos larga. Quando foi utilizado praticamente o dobro do sal de nitrato de zinco, o diâmetro médio numérico foi maior e a DTP foi mais estreita. As partículas de PAAm/Ni apresentam morfologia de framboesa. No caso do nitrato de níquel foi possível observar a incorporação do níquel na matriz da poliacrilamida para as diferentes concentrações de Brij 76 utilizadas. Para o sistema em que o nitrato de sódio foi utilizado, foram observadas tanto partículas pequenas de PAAm puras quanto nanopartículas de níquel encapsuladas pela poliacrilamida, o qual também é observado na superfície do polímero. As curvas de magnetização da PAAm/Ni mostram que a magnetização de saturação é ligeiramente inferior ao das NPs de níquel puroThis work aims the study of the process of direct and inverse miniemulsion polymerization as a route to obtain latex containing nickel nanoparticles in its constitution. The miniemulsion polymerization techniques used in this work have the advantage of enabling the encapsulation of inorganic particles directly in the monomer drops when polymerization occurs. In the analysis of chemical composition and nature of the nickel surface, performed by XRD, EDS, XPS and FTIR, it was found that metallic nickel nanoparticles (NPs) have face-centered cubic structure and present oxidation in the surface. The presence of hydroxyl groups on nickel#s surface was confirmed by infrared absorption spectroscopy. Through the microstructural analysis, performed with MET and MEV-FEG, we found that the nanoparticles are spherical and have a tendency to agglomerate due to strong attraction. The encapsulation of nickel nanoparticles covered by oleic acid (AO) by methyl methacrylate (MMA) miniemulsion polymerization was effective when PS was used as a stabilizer, which has a molecular weight of 175,000 g/mol. When the water soluble initiator (KPS) was used, pure particles of PMMA with an average numeric diameter (Dpn) of 59 nm and particles containing nickel nanoparticles (PMMA/Ni) were observed with a Dpn of 198 nm. The system in which AIBN was used as initiator, the ability to encapsulate nickel nanoparticles in the PMMA matrix was observed, resulting in particles with an average numeric diameter of 128,7 nm. Pure PMMA particles were also observed, with a Dpn of 79,8 nm. Even with the reduction of the drop diameter to the particle diameter, the particle size distribution (PDI) is narrower when AIBN is used. The lattices which were synthesized with nickel nanoparticles covered by AO, using miniemulsion polymerization of MMA with both initiators (KPS and AIBN) showed, predominantly, ferromagnetic properties, which was proved by vibrating sample magnetization measures. Nickel nanoparticles modified with MPS and AO were encapsulated by styrene miniemulsion polymerization, when KPS was used as initiator. The highest reaction rate, caused by KPS, allowed nickel nanoparticles trapped inside the polystyrene particles, preventing them from being expelled, resulting in a high percentage of hybrid particles of PS/Ni. The average numeric diameter of NI/PS nanoparticles was about 126 nm and pure PS particles was about 90 nm. The latex, synthesized with nickel nanoparticles modified with MPS and AO, shows a characteristic behavior of a material composed by, predominantly, ferromagnetic particles. The nickel/polyacrylamide nanoparticles were synthesized by inverse miniemulsion polymerization, using nickel nitrate, zinc nitrate and sodium nitrate as lipophobe. The encapsulation of nickel nanoparticles was possible when zinc nitrate was used as lipophobe, with an average numeric diameter of 311 nm and with a large size distribution. When almost double of zinc nitrate salt was used, the average numeric diameter was higher and the particle size distribution (PDI) was narrower. The PAAm/Ni particles presented raspberry morphology. In the case of nickel nitrate it was possible to realize the incorporation of nickel in the polyacrylamide matrix for different Brij 76 concentrations. For the system in which sodium nitrate was used, pure PAAm particles and nickel nanoparticles encapsulated by polyacrylamide were observed. The nickel nanoparticles are observed on the polymer surface. Magnetization curves show that the saturation magnetization of polyacrylamide/nickel particles is only slightly below that of the pure nickel nanoparticlesFlorianopolis (SC)Araújo, Pedro Henrique Hermes deSayer, ClaudiaUniversidade Federal de Santa CatarinaRomio, Ana Paula2012-10-26T05:06:08Z2012-10-26T05:06:08Z20112011info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis1 v.| il., grafs., tabs.application/pdf299944http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/95696porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2013-05-02T22:55:05Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/95696Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732013-05-02T22:55:05Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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