EFEITO DOS DILUENTES NA SÍNTESE DE POLÍMEROS MONOLÍTICOS POROSOS

Resumo

O presente trabalho estudou o efeito dos diluentes na porosidade de polímeros monolíticos à base de Sty e DVB. Os polímeros monolíticos foram sintetizados por polimerização em massa empregado um molde de vidro para obtenção do formato desejado. Na síntese, empregou-se três diluente diferentes e uma mesma razão do agente formador de ligações cruzadas. Os resultados mostraram que o diluente que era um mau solvente para as cadeias do polímero, produziu polímeros monolíticos com maior área superficial e maior volume de poros, enquanto que, o diluente que era um bom solvente, produziu polímeros monolíticos com área superficial e volume de poros baixos. Estes resultados indicam que, com a mudança do diluente, é possível modificar as características da estrutura porosa do polímero monolítico.

Palavras chaves

Polímeros monolíticos; Diluentes; Porosidade

Introdução

Nas últimas décadas, a utilização de polímeros monolíticos porosos vem despertando uma atenção considerável e suas aplicações vem aumentando gradativamente ao longo dos últimos anos (ARRUA et al., 2012; JANDERA, 2013). Estes materiais tiveram um desenvolvimento acelerado nos últimos 15 anos e atualmente, ocupam uma posição central, dentro das ciências de separação, bem como, em outras áreas da química (BUCHMEISER, 2007). Os polímeros monolíticos podem ser definidos como polímeros porosos contínuos, sintetizados por meio da mistura de um agente iniciador, com os monômeros específicos (inclusive o agente formador de ligações cruzadas) e os solventes apropriados (incluindo, neste caso, o agente formador de poros), seguido da polimerização in situ em um molde, como por exemplo, uma coluna capilar ou um dispositivo contendo canais microfluídicos (NORDBORG; HILDER, 2009) ou ainda um recipiente de vidro, que tem a função de conceder ao material polimérico, o seu formato desejado. Todavia, as características porosas desses materiais poderão ser influenciadas pela estequiometria da mistura polimerizada e pelas condições particulares da polimerização (SVEC; TENNIKOVA, 2003), tais como o tipo de solvente, o agente formador de ligações cruzadas, o agente formador de poros, a temperatura de polimerização, entre outros fatores. Assim, por meio do controle destes fatores é possível obter polímeros monolíticos com um conjunto de propriedades físico-químicas que os habilitam a ser utilizado para uma diversas aplicações. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo estudar o efeito dos diluentes na estrutura porosa de polímeros monolíticos à base de estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB).

Material e métodos

Os polímeros monolíticos porosos de Sty-DVB foram sintetizados via polimerização em massa, empregando um template (molde) para obtenção do formato desejado. Em todas as sínteses utilizou-se o Divinilbenzeno (DVB) como agente formador de ligações cruzadas e como agentes porogênicos foram empregados óleo de soja, mistura de tolueno e n-heptano e, por fim 1- pentanol, como diluentes inertes, para obtenção da estrutura porosa. Para a síntese dos polímeros monolíticos empregou-se o peróxido de benzoíla (BPO) como agente iniciador, o qual foi adicionado a um erlenmeyer de 125 mL, seguido da adição de 0,15 mL de Sty e 0,85 mL de DVB. Em seguida, para cada um dos polímeros monolíticos, foi acrescentado 1,0 mL de cada um dos diluentes: óleo de soja ou mistura de tolueno e n-heptano ou 1-pentanol. Após a adição de cada um dos diluentes, cerca de 0,7 mL da mistura reacional, contendo os monômeros o agente iniciador e o diluente, foi então adicionada a um molde de vidro de aproximadamente 5 mL, o qual foi fechado, lacrado e colocado em estufa por um período de 24 horas e aquecido a uma temperatura de 70 ± 5 ºC. Decorrido o tempo de reação os tarugos dos polímeros monolíticos foram retirados dos moldes e purificados com lavagens sucessivas de água, por um período de 3 horas e posteriormente com uma mistura de etanol e água na proporção de 1:1 (v/v) por 24 horas. Este processo foi repetido até que a solução de purificação não apresentasse resíduos monoméricos. Após a etapa de purificação os polímeros monolíticos foram secos em estufa a uma temperatura de 70 ºC durante 24 horas. A Caracterização dos polímeros monolíticos foi realizada por meio de medidas de área superficial, espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR/ATR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Resultado e discussão

As condições de síntese empregadas produziram polímeros monolíticos porosos com um formato padronizado pelo molde (template), que possuíam um formato de tarugos cilíndricos de 0,4 cm de altura em média e raio médio de 0,3 cm. Aparentemente, os mesmos apresentam uma estrutura morfológica de material poroso no estado seco, pois eram opacos e não permitiam a passagem de luz, o que indica a presença de poros em sua superfície. A síntese dos polímeros monolíticos de Sty-DVB foi realizada empregando três tipos de diluentes ou agentes formadores de poros para obtenção da estrutura porosa. A primeira síntese foi realizada empregando óleo de soja, a segunda síntese empregou uma mistura de tolueno e heptano e a terceira e última utilizou o 1-pentanol. O polímero monolítico sintetizado com óleo de soja, apresentou uma área superficial específica (475 m2g-1) e um volume de poros maior (0,53 cm3g-1) que os demais diluentes, visto que o mesmo é um diluente não solvatante para as cadeias do polímero. Já a mistura de tolueno n-heptano, produziu um polímero monolítico com área superficial específica (249 m2g-1) e volume de poros com valores intermediários (0,25 cm3g-1), pois como o tolueno e um bom solvente para as cadeias do polímero e o n-heptano é um mau solvente, a mistura de ambos produziram um material com características intermediárias. Já o 1-pentanol, que é um bom solvente para as cadeias do polímero, produziu um polímero monolítico com menor área superficial específica (160 m2g-1) e baixo volume de poros (0,11 cm3g-1), tais características foram comprovadas pelas micrografias de microscopia eletrônica de varredura. A partir dos resultados obtidos, pode-se observar como a característica do diluente interfere diretamente na estrutura morfológica dos polímeros monolíticos.

Conclusões

Os resultados mostraram que os polímeros monolíticos porosos produzidos apresentaram um formato consistente com o molde empregado e também uma boa resistência mecânica. Os polímeros monolíticos sintetizados empregando um diluente que era mau solvente para a cadeia do polímero apresentou uma maior área superficial e um maior volume de poros, enquanto que o diluente que era um bom solvente para a cadeia do polímero produziu um polímero monolítico com menor área superficial e um menor volume de poros. Estes resultados confirmam que os diluentes interferem na porosidade do polímero produzidos.

Agradecimentos

Os autores agradecem a FAPEG, o IQ da UFG pelas análises de área superficial, ao LabMic pelas análises de MEV e a Coremal pela doação dos monômeros.

Referências

ARRUA, R. Dario; TALEBI, Mohammad; CAUSON, Tim J.; HILDER, Emily F. Review of recent advances in the preparation of organic polymer monoliths for
liquid chromatography of large molecules. Analytica Chimica Acta, v. 738, p. 01-12, 2012.
BUCHMEISER, M. R. Polymeric Monolithic Materials: Syntheses, Properties, Functionalization and Applications, Polymer, v. 48, p. 2187-2198, 2007.
JANDERA, Pavel. Advances in the development of organic polymer monolithic
columns and their applications in food analysis—A review. Journal of Chromatography A, v. 1313, p. 37-53, 2013.
NORDBORG, A.; HILDER, E. F. Recent Advances in Polymer Monoliths for Ion-Exchange Chromatography; Analytical Bioanalytical Chemistry, v. 394, p. 71-84, 2009.
SVEC, F.; TENNIKOVA, T.B.; DEYL, Z. Monolithic Materials: Preparation, Properties, and Applications, Elsevier, Amsterdam, 2003.

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