Comb-like acrylic-based polymer latexes containing nano-sized crystalline or liquid crystalline domains

306 p.

Studies on water-swellable elastomers .2. Thermal properties and crystalline behavior of amphiphilic graft copolymers with poly(ethylene glycol) side chains

The thermal properties and crystalline structure of the amphiphilic graft copolymers CR-g-PEG600, CR-g-PEG2000, and CR-g-PEG6000 using chloroprene rubber (CR) as the hydrophobic backbone and poly(ethylene glycol) (PEG) with different molecular weights as the hydrophilic side chains were studied by DSC and WAXD. The results showed that a distinct phase-separated structure existed in CR-g-PEGs because of the incompatibility between the backbone segments and the side-chain segments. For all the polymers studied, T-m2, which is the melting point of PEG crystalline domains in CR-g-PEG, decreased compared to that of the corresponding pure PEG and varied little with PEG content. For CR-g-PEG600 and CR-g-PEG2000, T-m1, which is the melting point of the CR crystalline domains, increased with increasing PEG content when the PEG content was not high enough, and at constant PEG content, the longer were the PEG side chains the higher was the T-m1. The crystallite size L-011 of CR in CR-g-PEGs increased compared to that of the pure CR and decreased with increasing PEG content. (C) 1997 John Wiley & Sons, Inc.

LIQUID-CRYSTALLINE POLYSURFACTANT

A new kind of amphiphilic polymer(PAMC(16)B) has been synthesized where the amphiphilic moiety is attached as a side chain via the hydrophilic end to the polymer backbone. DSC, POM, and WAXD study revealed that the polysurfactant formed thermotropic liquid crystalline phase. The liquid crystalline domains appeared after annealed at the melt for a period of time, and evolved with annealing. It was indicated that the thermodynamic effect played a significant role on the self-aggregation of hydrophobic ends, so as to form liquid crystalline structure. X-ray investigation suggested that the mesophase structure could be described as smectic with lamellar type of packing, in which alkyl tails aggregated to form layer, A model of supermolecular structure was given.

The fabrication and application of semi-crystalline and thermoset-thermoplastic composite colloidal particles with well-defined microstructures

Die Zielsetzung der Arbeit besteht darin, neue Ansätze zur Herstellung strukturierter Kompositpartikel in wässrigem Medium zu entwickeln, welche als die Bildung genau definierter heterogener Strukturen in Kolloidsystemen angesehen werden können. Im Allgemeinen wurden zwei verschiedene Herangehensweisen entwickelt, die sich aufgrund des Ursprungs der gebildeten heterogenen Strukturen unterscheiden: Heterogenität oder Homogenität. Der Erste Ansatz basiert auf der Aggregation heterogener Phasen zur Bildung strukturierter Kolloidpartikel mit Heterogenität in der zugrunde liegenden Chemie, während der Zweite Ansatz auf der Bildung heterogener Phasen in Kolloidpartikeln aus homogenen Mischungen heraus durch kontrollierte Phasenseparation beruht.rnIm Detail beschäftigt sich der erste Teil der Dissertation mit einer neuen Herstellungsmethode für teilkristalline Komposit-Kolloidpartikel mit hoher Stabilität basierend auf der Aggregation flüssiger Monomertropfen an teilkristalline Polyacrylnitrilpartikel. Nach der Aggregation wurden hochstabile Dispersionen bestehend aus strukturierten, teilkristallinen Kompositpartikeln durch freie radikalische Polymerisation erhalten, während ein direktes Mischen der PAN Dispersionen mit Methacrylat-Polymerdispersionen zur unmittelbaren Koagulation führte. In Abhängigkeit von der Glastemperatur des Methacrylatpolymers führt die anschließende freie radikalische Polymerisation zur Bildung von Rasberry oder Kern-Schale Partikeln. Die auf diese Weise hergestellten Partikel sind dazu in der Lage, kontinuierliche Filme mit eingebetteten teilkristallinen Phasen zu bilden, welche als Sauerstoffbarriere Anwendung finden können.rnDer zweite Teil der Dissertation beschreibt eine neue Methode zur Herstellung strukturierter Duroplast-Thermoplast Komposit-Kolloidpartikel. Die Bildung eines Duroplastnetzwerks mit einer thermoplastischen Hülle wurde in zwei Schritten durch verschiedene, separate Polymerisationsmechanismen erreicht: Polyaddition und freie radikalische Polymerisation. Es wurden stabile Miniemulsionen erhalten, welche aus Bisphenol-F basiertem Epoxidharz, Phenalkamin-basiertem Härter und Vinlymonomere bestehen. Sie wurden durch Ultraschall mit nachfolgender Härtung bei verschiedenen Temperaturen als sogenannte Seed-Emulsionen hergestellt. Weitere Vinylmonomere wurden hinzugegeben und nachfolgend polymerisiert, was zur Bildung von Kern-Schale, beziehungsweise Duroplast-Thermoplast Kolloidpartikeln führte. Dabei findet in beiden Fällen zwischen der duroplastischen und der thermoplastischen Phase eine chemisch induzierte Phasenseparation statt, welche essenziell für die Bildung heterogener Strukturen ist. Die auf diese Weise hergestellten Kompositpartikel sind dazu in der Lage, transparente Filme zu bilden, welche unter geeigneten Bedingungen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu reinen Duroplastfilmen bereitstellen.rn

A novel route to the synthesis of mesoporous Titania with full anatase nanocrystalline domains

A porous, high surface area TiO2 with anatase or rutile crystalline domains is advantageous for high efficiency photonic devices. Here, we report a new route to the synthesis of mesoporous titania with full anatase crystalline domains. This route involves the preparation of anatase nanocrystalline seed suspensions as the titania precursor and a block copolymer surfactant, Pluronic P123 as the template for the hydrothermal self-assembly process. A large pore (7 - 8 nm) mesoporous titania with a high surface area of 106 - 150 m(2)/g after calcination at 400degreesC for 4 h in air is achieved. Increasing the hydrothermal temperature decreases the surface area and creates larger pores. Characteristics of the seed precursors as well as the resultant mesoporous titania powder were studied using XRD analysis, N-2-adsorption/desorption analysis, and TEM. We believe these materials will be especially useful for photoelectrochemical solar cell and photocatalysis applications.

High mobility diketopyrrolopyrrole (DPP)-based organic semiconductor materials for organic thin film transistors and photovoltaics

In recent years, the electron-accepting diketopyrrolopyrrole (DPP) moiety has been receiving considerable attention for constructing donor-acceptor (D-A) type organic semiconductors for a variety of applications, particularly for organic thin film transistors (OTFTs) and organic photovoltaics (OPVs). Through association of the DPP unit with appropriate electron donating building blocks, the resulting D-A molecules interact strongly in the solid state through intermolecular D-A and π-π interactions, leading to highly ordered structures at the molecular and microscopic levels. The closely packed molecules and crystalline domains are beneficial for intermolecular and interdomain (or intergranular) charge transport. Furthermore, the energy levels can be readily adjusted, affording p-type, n-type, or ambipolar organic semiconductors with highly efficient charge transport properties in OTFTs. In the past few years, a number of DPP-based small molecular and polymeric semiconductors have been reported to show mobility close to or greater than 1 cm2 V -1 s-1. DPP-based polymer semiconductors have achieved record high mobility values for p-type (hole mobility: 10.5 cm2 V-1 s-1), n-type (electron mobility: 3 cm2 V-1 s-1), and ambipolar (hole/electron mobilities: 1.18/1.86 cm2 V-1 s-1) OTFTs among the known polymer semiconductors. Many DPP-based organic semiconductors have favourable energy levels and band gaps along with high hole mobility, which enable them as promising donor materials for OPVs. Power conversion efficiencies (PCE) of up to 6.05% were achieved for OPVs using DPP-based polymers, demonstrating their potential usefulness for the organic solar cell technology. This article provides an overview of the recent exciting progress made in DPP-containing polymers and small molecules that have shown high charge carrier mobility, around 0.1 cm2 V-1 s-1 or greater. It focuses on the structural design, optoelectronic properties, molecular organization, morphology, as well as performances in OTFTs and OPVs of these high mobility DPP-based materials.

3,6-Di(furan-2-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione and bithiophene copolymer with rather disordered chain orientation showing high mobility in organic thin film transistors

Pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione or diketopyrrolopyrrole (DPP) is a useful electron-withdrawing fused aromatic moiety for the preparation of donor-acceptor polymers as active semiconductors for organic electronics. This study uses a DPP-furan-containing building block, 3,6-di(furan-2-yl)pyrrolo[3,4- c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione (DBF), to couple with a 2,2′-bithiophene unit, forming a new donor-acceptor copolymer, PDBFBT. Compared to its structural analogue, 3,6-di(thiophen-2-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione (DBT), DBF is found to cause blue shifts of the absorption spectra both in solution and in thin films and a slight reduction of the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level of the resulting PDBFBT. Despite the fact that its thin films are less crystalline and have a rather disordered chain orientation in the crystalline domains, PDBFBT shows very high hole mobility up to 1.54 cm 2 V-1 s-1 in bottom-gate, top-contact organic thin film transistors.

Solid-state assemblies and optical properties of conjugated oligomers combining fluorene and thiophene units

Two conjugated oligomers, representing elementary segments of fluorene-thiophene copolymers, are compared in terms of the microscopic morphology and the optical properties of thin deposits. The atomic force microscopy morphological data and the solid-state absorption and emission spectra are interpreted in terms of the assembly of the conjugated molecules. The compound with a terthiophene central unit and fluorene end-groups shows well-defined monolayer-by-monolayer assembly into micrometer-long stripe-like structures, with a crystalline herringbone-type organization within the monolayers. Polarized confocal microscopy indicates a strong orientation of the crystalline domains within the stripes. In contrast, the compound with a terfluorene central unit and thiophene end groups forms no textured aggregates and the optical spectra in the solid-state are very similar to those recorded in solution, suggesting that the molecules interact only weakly in the solid. The difference in behaviour between the two compounds most probably originates from their different capability to form densely-packed assemblies of interacting π-systems.

Characterization of circumstellar carbonaceous dust analogues produced by pyrolysis of acetylene in a porous graphite reactor

Carbon particles synthesized by acetylene pyrolysis in a porous graphite reactor have been investigated. The intimate chemical and physical structures of the particles were probed by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, infrared Fourier transform spectroscopy and X-ray diffraction. The analysis points towards a chemical structure composed of soluble low-mass aromatics surrounding small insoluble larger aromatic islands bridged by aliphatic groups. The diffraction profile indicates that the particles are mostly amorphous with small crystalline domains of not, vert, similar6.5 Å composed of a few stacked graphene layers. The properties of these particles are compared with these obtained with other types of production methods such as laser pyrolysis and combustion flames. The results are briefly discussed in the context of the evolution of infrared interstellar emitters. Possible uses of the reactor are proposed.

Achieving perpendicular alignment of rigid polythiophene backbones to the substrate by using solvent-vapor treatment

The rigid backbone of the poly(3-butylthiophene) molecule adopts a perpendicular orientation with respect to the substrate by using a solvent-vapor treatment (see figure). Small and closely contacting spherulites instead of conventional whisker-like crystals are achieved. This could be utilized to improve charge-carrier mobility particularly in the direction normal to the film plane by designing and constructing thick crystalline domains in the functional layer.

Studies on the PTC/NTC effect of carbon black filled low density polyethylene composites

The positive temperature coefficient (PTC) and negative temperature coefficient (NTC) effect of carbon black (CB) filled low density polyethylene (LDPE) composites was studied using electrical resistivity spectra, DSC, tensile mechanical analysis (TMA) and small-angle X-ray scattering (SAXS) techniques. The three LDPEs used have a similar crystallinity and different melting index (MI). The experimental results indicate that the CB has no significant effect on the crystallinity and the long spacing of crystalline domains of LDPE. Based upon the TMA and dynamic elastic modulus spectra, it can be concluded that the PTC effect is related to the thermal expansion of the polymer matrix, and the NTC effect is caused by a decrease of the elastic modulus of the polymer at high temperatures. The NTC effect can be reduced by enhancing either the elastic modulus or the interaction between carbon black and matrix. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Physicochemical and drug diffusion analysis of rifampicin containing polyethylene glycol-poly(epsilon-caprolactone) networks designed for medical device applications

This study reports the physicochemical and drug diffusion properties of rifampicin containing poly(epsilon-caprolactone) (PCL)/polyethylene glycol (PEG) networks, designed as bioactive biomaterials. Uniquely, the effects of the states of both rifampicin and PEG and the interplay between these components on these properties are described. PCL matrices containing rifampicin (1-5%, w/w) and PEG 200 (0-15%, w/w) were prepared by casting from an organic solvent (dichloromethane). The films were subsequently characterized in terms of their thermal/thermorheological, surface and tensile properties, biodegradation and drug diffusion/release properties. Incorporation of PEG and/or rifampicin significantly affected the tensile and surface properties of PCL, lowering the ultimate tensile strength, % elongation at break, Young modulus and storage and loss moduli. Both in the absence and presence of PEG, solubilisation of rifampicin within the crystalline domains of PCL was observed. PEG was present as a dispersed liquid phase. The release of rifampicin (3% loading) was unaffected by the presence of PEG. Similarly the release of rifampicin (5%) was unaffected by low concentrations of PEG (5-10%) however, at higher loadings, the release rate of rifampicin was enhanced by the presence of PEG. Rifampicin release (10% loading) was enhanced by the presence of PEG in a concentration dependent fashion. These observations were accredited to enhanced porosity of the matrix. In all cases, diffusion-controlled release of rifampicin occurred which was unaffected by polymer degradation. This study has uniquely illustrated the effect of hydrophilic pore formers on the physicochemical properties of PCL. Interestingly, enhanced diffusion controlled release was only observed from biomaterials containing high loadings of PEG and rifampicin (5, 10%), concentrations that were shown to affect the mechanical properties of the biomaterials. Care should therefore be shown when adopting this strategy to enhance release of bioactive agents from biomaterials. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Upgrading of suberin from cork and birch outer bark

O trabalho aqui apresentado teve como principal propósito o estudo do potencial da suberina como fonte de produtos de química fina e como precursor de novos materiais macromoleculares de origem renovável. O interesse na suberina reside, não só na sua ubiquidade e nas suas propriedades únicas em termos de composição química e hidrofobicidade, mas também no facto de ser um dos principais componentes macromoleculares dos subprodutos da indústria corticeira de Quercus suber L. no Sul da Europa, e da indústria de pasta de papel do Norte da Europa, que utiliza a Betula pendula Roth como matéria-prima. A primeira parte do presente trabalho consistiu no estudo detalhado da composição química da cortiça de Quercus suber L. e respectivos resíduos industriais bem como da casca de Betula pendula Roth recorrendo a diferentes técnicas de caracterização, nomeadamente GC-MS, IV, RMN de 1H e de 13C, DSC, termomicroscopia, TGA e difracção de raios-X. Os resultados mostraram que os produtos de despolimerização da suberina representam tipicamente uma fracção substancial de todas as amostras. Para além da suberina, foram também identificados nas diversas amostras quantidades variáveis de compostos triterpénicos, lenhina, polissacarídeos e matéria inorgânica. Os principais resultados da análise por GC-MS mostraram que todas as amostras de suberina despolimerizada são fontes abundantes de ω-hidroxiácidos e de ácidos dicarboxílicos, bem como dos correspondentes derivados epóxidados. No entanto, as quantidades relativas de cada componente identificado foram significativamente diferentes entre amostras. Por exemplo, em amostras de suberina da casca de Quercus suber L. isoladas por metanólise alcalina o composto maioritário encontrado foi o ácido 22-hidroxidocosanóico, enquanto que a suberina também proveniente da cortiça, mas isolada por hidrólise alcalina era composta maioritariamente pelo ácido 9,10-dihidroxioctadecanóico. Já no caso da amostra de suberina despolimerizada proveniente da casca externa da bétula o composto identificado como mais abundante foi o ácido 9,10-epoxi-18-hidroxioctadecanóico. A caracterização das diversas amostras de suberina despolimerizada por FTIR e RMN de 1H e de 13C foram concordantes com os resultados de GC-MS, evidenciando a sua natureza predominantemente lipofílica. Foi ainda determinada a razão entre os grupos CO2H/OH e CO2CH3/OH por RMN de 1H das amostras convenientemente derivatizadas com isocianato de tricloroacetilo, verificando-se que a suberina despolimerizada possuía quantidades não-estequiométricas destes grupos funcionais. A investigação do comportamento térmico das amostras de suberina despolimerizada, por DSC e termomicroscopia, bem como a análise por difracção de raios-X, permitiu concluir que algumas amostras de suberina despolimerizada possuíam importantes domínios cristalinos e pontos de fusão bem definidos, tipicamente próximos de 70 oC, enquanto outras amostras eram essencialmente amorfa. Factores como a fonte de suberina ou as condições de despolimerização estiveram na origem destas diferenças. iv Neste trabalho estudaram-se também os extractáveis lipofílicos da cortiça e dos seus resíduos industriais, em particular os do pó industrial de cortiça e dos condensados negros, mostrando que os extractáveis lipofílicos são uma fonte abundante de compostos triterpénicos, em particular de ácido betulínico e de friedelina. Foram ainda identificadas fracções abundantes de ω-hidroxiácidos e de ácidos dicarboxílicos no condensado negro. A segunda parte deste trabalho abordou a síntese e a caracterização de novos poliésteres alifáticos derivados de suberina. Estes materiais foram sintetizados utilizando, quer misturas de suberina despolimerizada, quer monómeros modelo estruturalmente análogos aos existentes na suberina. Recorreu-se para o efeito a duas aproximações distintas de polimerização por passos, a policondensação e a politransesterificação. Procurou-se em simultâneo maximizar a eficiência da polimerização em termos de peso molecular e de extensão da reacção e utilizar condições de reacção de química “verdes”. Neste sentido, utilizou-se a policondensação em emulsão utilizando um tensioactivo como catalisador e a policondensação em massa utilizando a lipase B de Candida antarctica. Adicionalmente foram também testado os catalisadores trifluorometanosulfonato de bismuto(III) no caso da policondensação, e ainda os catalisadores clássicos óxido de antimónio(III) e o carbonato de potássio no caso da politransesterificação. Os poliésteres resultantes foram caracterizados através de várias técnicas, tais como IV, RMN (de 1H e de 13C), DSC, DMA, TGA, difracção de raios-X e medidas dos ângulos de contacto. Verificou-se que os catalisadores trifluorometanosulfonato de bismuto (III), óxido de antimónio(III) e carbonato de potássio conduziram aos rendimentos de isolamento dos polímeros resultantes mais elevados. No caso dos poliésteres derivados da suberina os resultados em termos de rendimentos e pesos moleculares sofreram um incremento substancial quando a estequiometria da reacção de polimerização foi adequadamente balanceada (r=1) com a adição de uma quantidade extra de um comonómero. Verificou-se a predominância de diferentes estruturas consoante a amostra de suberina utilizada e as condições de síntese adoptada, predominando as cadeias lineares ou então quantidades substanciais de estruturas reticuladas. Globalmente, este primeiro estudo sistemático da utilização de suberina como um precursor de novos poliésteres alifáticos confirmou o elevado potencial deste recurso abundante e renovável como precursor para preparar materiais macromoleculares.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

Investigation by Combined Solid-State NMR and SAXS Methods of the Morphology and Domain Size in Polystyrene-b-Polyethylene Oxide-b-Polystyrene Triblock Copolymers

The microphase structure of a series of polystyrene-b-polyethylene oxide-b-polystyrene (SEOS) triblock copolymers with different compositions and molecular weights has been studied by solid-state NMR, DSC, wide and small angle X-ray scattering (WAXS and SAXS). WAXS and DSC measurements were used to detect the presence of crystalline domains of polyethyleneoxide (PEO) blocks at room temperature as a function of the copolymer chemical composition. Furthermore, DSC experiments allowed the determination of the melting temperatures of the crystalline part of the PEO blocks. SAXS measurements, performed above and below the melting temperature of the PEO blocks, revealed the formation of periodic structures, but the absence or the weakness of high order reflections peaks did not allow a clear assessment of the morphological structure of the copolymers. This information was inferred by combining the results obtained by SAXS and (1)H NMR spin diffusion experiments, which also provided an estimation of the size of the dispersed phases of the nanostructured copolymers. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 48:55-64,2010