Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Miranda, Gisele dos Santos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; BR; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Química
• Palavras-chave em Português: Aqueous dispersions; nanocomposites; hydrophilic clay; carbon nanotubes; grapheme oxide; membranes; aqueous solutions permeation; Poli(uretano-ureia)s; dispersões aquosas; nanocompósitos; argila hidrofílica; nanotubos de carbono; óxido de grafeno; membranas; permeação de soluções aquosas; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDES
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15644

Novos materiais não poluentes à base de poli(uretano-ureia)s aquosos e seus nanocompósitos com cargas inorgânicas foram sintetizados visando a obtenção de membranas adequadas para separação de componentes em soluções aquosas. Os monômeros empregados nas diferentes formulações foram: polibutadieno líquido hidroxilado (HTPB), poli(glicol propilênico) (PPG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA) e diisocianato de isoforona (IPDI), tendo hidrazina (HYD) ou etilenodiamina (EDA) como extensores de cadeia. As nanocargas inorgânicas empregadas foram argila montmorilonita sódica, de natureza hidrofílica (Clay Na+), nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT) e óxido de grafeno funcionalizado com grupos hidroxila (GOOH). As diferentes formulações de poli(uretano-ureia)s dispersas em água (WPUU) e seus nanocompósitos (NWPUU) foram desenvolvidas visando a produção de materiais com regularidade estrutural, características hidro- e organofílicas, resistência mecânica e baixo alongamento, pouco inchamento em água, baixo ângulo de contato e boas resistências térmica e química. Tais características são de extrema importância para materiais aplicados na manufatura de membranas, para separação de soluções aquosas em processos de nanofiltração (NF) e osmose inversa (IO). Para isso foram feitas variações no tamanho do segmento flexível: com a utilização de poliéteres (PPG) com duas massas molares diferentes, e pela variação na proporção de PPG, HTPB e DMPA na formulação. A proporção entre os segmentos flexíveis e rígidos (NCO/OH) também foi variada, bem como o tipo de extensor de cadeia. Métodos efetivos de dispersão das nanocargas foram desenvolvidos resultando em sistemas estáveis frente à sedimentação. As dispersões produzidas foram caracterizadas em termos de teor de sólidos (ST), viscosidade aparente e tamanho médio de partículas. Os filmes obtidos após vazamento das dispersões foram caracterizados por espectrometria de absorção no infravermelho (FTIR), difração de raios-X (XRD), microscopia eletrônica de varredura (SEM), medidas de ângulo de contato, termogravimetria (TG), ensaios mecânicos e testes de inchamento em água. Os resultados em conjunto indicaram os materiais mais promissores para a possível aplicação como de membranas para a permeação de soluções aquosas. Os filmes obtidos a partir de WPUU escolhidos para a manufatura das membranas foram aqueles que continham os mais elevados teores de HTPB e de DMPA na formulação, hidrazina como extensor de cadeia, e razão NCO/OH igual a 2,0. Dispersões com 0,5% de nanocargas em relação à massa de prepolímero foram, então, sintetizadas (NWPUU). Dois métodos de produção das membranas foram testados: inversão de fases, com o emprego de diferentes solventes orgânicos, e por espalhamento ou casting, para a produção de membranas compostas em suportes de polietersulfona (PES). A inversão de fases foi descartada por não se conseguir solvente não tóxico apropriado para a coagulação e consequente produção de membranas anisotrópicas integrais. Já o espalhamento em suporte de PES permitiu a produção de membranas compostas com pele densa à base de WPUU e NWPUU. As membranas suportaram pressões de até 25 bar sem qualquer alteração de sua integridade confirmando a elevada resistência mecânica e regularidade estrutural dos materiais desenvolvidos para os processos de separação por nanofiltração (NF) e osmose inversa (IO), indicando caminhos promissores para a aplicação desses materiais para a separação de micropoluentes aquosos. Foram identificados os principais parâmetros necessários para ajustes futuros na otimização do método de espalhamento, para proporcionar reduções nas espessuras da pele adequadas aos processos de permeação