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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA (CT) CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA (CCET) PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS TESE DE DOUTORADO EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS EM MATRIZ DE POLI (METACRILATO DE METILA) José Kaio Max Alves do Rêgo Orientador: Prof. Dr. Edson Noriyuki Ito Co-orientador: Profª. Drª. Maria Carolina Burgos Costa do Nascimento NATAL/RN 2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA (CT)

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA (CCET)

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS

TESE DE DOUTORADO

EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS EM MATRIZ DE POLI

(METACRILATO DE METILA)

José Kaio Max Alves do Rêgo

Orientador: Prof. Dr. Edson Noriyuki Ito

Co-orientador: Profª. Drª. Maria Carolina Burgos Costa do Nascimento

NATAL/RN

2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS

EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS EM

MATRIZ DE POLI (METACRILATO DE METILA)

José Káio Max Alves do Rêgo

Projeto apresentado ao Programa

de Pós-Graduação em Ciência e

Engenharia de Materiais como

requisito parcial à obtenção do título

de doutor.

Orientador: Prof. Dr. Edson Noriyuki Ito

Co-orientadora: Profª. Drª. Maria Carolina Burgos Costa do Nascimento

Área de Concentração: Polímeros e Compósitos

Agência Financiadora: CAPES

NATAL/RN

2016

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Catalogação da Publicação na Fonte

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Sistema de Bibliotecas

Biblioteca Central Zila Mamede / Setor de Informação e Referência

Rêgo, José Kaio Max Alves do.

Efeito da incorporação de corantes fotocromáticos em matriz de

poli(metacrilato de metila) / Jose Kaio Max Alves do Rego. - Natal,

RN, 2016.

177 f. : il.

Orientador: Prof. Dr. Edson Noriyuki Ito.

Coorientador: Prof.ª Dr.ª Maria Carolina Burgos Costa do

Nascimento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Ciência e

Engenharia de Materiais.

1. Polímeros – Aditivação - Tese. 2. Antraquinona - Tese. 3.

Azocomposto - Tese. 4. Corantes - Tese. 5. Poli(metacrilato de metila)

- Tese. I. Ito, Edson Noriyuki. II. Nascimento, Maria Carolina Burgos

Costa do. III. Título.

RN/UF/BCZM CDU 678.744.33

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iii

“A Esperança não murcha, ela não

cansa, também como ela não sucumbe a

crença, vão-se sonhos nas asas da

descrença, voltam sonhos nas asas da

esperança”

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iv

AGRADECIMENTOS

A cada dia, agradeço a DEUS pelo que conquistei até agora, mas peço a

Ele, sabedoria para conquistar muito mais. Agradeço também a Deus pelas

pessoas que passaram em minha vida, mesmo aquelas que me fizeram sofrer

ou de alguma forma me machucaram, pois com isso aprendi, e agora sei o que

não quero para mim.

Aos meus pais, João Batista do Rego e Lucia Rosa Alves do Rego, a

minha esposa, Renata de Lima Filgueira, pelo carinho e paciência, aos meus

irmãos, José Kalil Maciel do Rego e Jose Kelil Macilil Alves do Rego, pelo

companheirismo e cumplicidade.

Aos meus amigos e familiares por estarem sempre ao meu lado me

incentivando e apoiando.

Ao Professor Edson Noriyuki Ito, pela orientação, apoio, incentivo e

amizade. Aos demais professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência

e Engenharia de Materiais (PPgCEM), Departamento de Engenharia de

Materiais (DEMat) e demais departamentos da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte UFRN pelo exemplo e por todo o ensinamento transmitido.

Aos meus colegas do Laboratório de Reologia e Processamento de

Polimeros (LABPOL) em especial, Adriano Lincoln, Ana Paula, Camilla Thais,

Erik Santos, Jéssica Alves, Juciklécia Reinaldo, Laurenice Martins, Querem

Apuque, Raiza de Freitas e Thatiana Macedo pela convivência, paciência e

colaboração nesse período de transição.

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v

RESUMO

Com o avanço das novas tecnologias surgem necessidades por materiais com

propriedades e características especificas para atender a uma demanda ainda

em crescimento. Os polímeros como uma das principais fontes para atender a

essa demanda, possibilitam a combinação com outros polímeros e/ou aditivos,

o que permitem ampliar e diversificar suas aplicações. O objetivo deste trabalho

foi estudar as influências secundárias dos corantes azoaromáticos (Vermelho

Disperso 1 (DR1), Vermelho Disperso 73 (DR73), Azul Disperso 79 (DB79) e

Preto Disperso 3 (DBL3)) e antraquinônicos (Violeta Disperso 31 (DV31)),

quando misturados ao poli(metacrilato de metila) (PMMA). Esses materiais foram

processados em extrusora de rosca dupla e, posteriormente, conformados em

uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por

injeção. Foram realizadas as caracterizações química (FTIR), física (colorimetria,

UV-Vis e densidade), térmica (TG e DSC), reológica (índice de fluidez, reometria

de torque e reometria de placas a baixas taxas) e mecânica (tração e impacto)

dessas misturas. A colorimetria e a espectroscopia de UV-Vis permitiram

correlacionar os comprimentos de onda absorvidos e a cor aparente apresentada

pelos corantes, quando incorporados ao polímero, além dos comprimentos de

onda favoráveis ao processo de hibridização do corante. O espectrômetro no

infravermelho e os estudos reológicos das misturas apresentaram indícios de

reações do PMMA com os corantes que contenham na sua composição hidroxila

e amina. Verificou-se também a importância das técnicas de análise térmicas

para os corantes, na detecção das temperaturas transição vítrea (Tg), fusão

(Tm), evaporação de umidade molecular (Te) e da massa real dos corantes. Os

corantes apresentaram grande influência na viscosidade do polímero,

provocando mudanças na viscosidade máxima e final com o aumento da

concentração de corante no PMMA, mesmo a baixas concentrações,

apresentaram indicio de reações intermoleculares do tipo polímero-corante

(PMMA/DR1, PMMA/DB79 e PMMA/DBL3) sem influência significativa nas

propriedades mecânicas e polímero-corante-polímero (PMMA/DV31) com a

diminuição da resistência ao impacto Izod. O uso de corantes azoaromáticos e

antraquinônicos apresentaram influencia não só nas propriedades ópticas do

polímero, como também na sua estabilidade e comportamento reológico quando

misturados ao PMMA.

Palavras chave: aditivação de polímeros, antraquinona, azocomposto,

corantes, poli(metacrilato de metila).

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vi

ABSTRACT

With the appearance of new technologies, arise needs per materials with specific

properties and characteristics for meet a demand still growing. The polymers as

a major source to meet this demand, enable combination with other polymers and

/ or additives, which may expand and diversify their applications. The objective of

this work was to study the secondary influences of azo dyes (Disperse Red 1

(DR1), Dispersed Red 73 (DR73), Dispersed Blue 79 (DB79) and Dispersed

Black 3 (DBL3)) and anthraquinone (Disperse Violet 31 (DV31)), when mixed with

poly(methyl methacrylate) (PMMA). These materials were processed in twin

screw extruder and then formed into a single screw extruder with flat ribbon matrix

or injection molded. the chemical characterizations were performed (FTIR),

physical (colorimetry, UV-Vis and density), thermal (TG and DSC), Rheological

(melt flow rate, torque rheometer and rheometer plates at low rates) and

mechanical (tensile and impact) of these mixtures. The colorimetry and UV-Vis

allowed to correlate the wavelengths absorbed and apparent color presented by

dyes, when incorporated into the polymer in addition to the wavelengths

conducive to dye hybridization process. The infrared spectrometer and

rheological studies of mixtures of PMMA showed reactions of evidence with dyes

containing in its hydroxyl and amine composition. It was also verified the

importance of thermal analysis techniques to the dyes in the detection of glass

transition temperature (Tg), melting (Tm), molecular moisture evaporation (Te)

and the actual weight of the dyes. The colorings have great influence on polymer

viscosity, causing changes in maximum viscosity and final by increasing the dye

concentration in the PMMA, even at low concentrations, they showed evidence

of intermolecular reactions of the polymer-dye type (PMMA / DR1, PMMA / DB79

and PMMA / DBL3) without significant influence on the mechanical properties

and dye-polymer-polymer (PMMA / DV31) with decreasing Izod impact strength.

The use of azo compound and anthraquinone dye have not only influences the

optical properties of the polymer, as well as their stability and rheological behavior

when mixed with PMMA.

Keywords: additive polymers, anthraquinone, azo compound, dyes, poly (methyl

methacrylate)

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vii

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS iv

RESUMO v

ABSTRACT vi

SUMÁRIO vii

LISTA DE FIGURAS xii

LISTA DE TABELAS xx

LISTA DE EQUAÇÕES xxii

LISTA DE SIGLAS E SIMBOLOS xxiii

1. INTRODUÇÃO 1

2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS 3

2.1. Química Supramolecular 3

2.2. Fotocromismo 3

2.2.1. Compostos Fotocromáticos 6

2.2.1.1. Compostos Fotocromáticos Termicamente Estáveis (Tipo P) 6

2.2.1.1.1. Diariletenos 6

2.2.1.1.2. Fulgidos 8

2.2.1.2. Compostos Fotocromáticos Termicamente Reversíveis (Tipo T)

9

2.2.1.2.1. Antraquinonas 9

2.2.1.2.2. Azocompostos 10

2.2.1.2.2.1. Tipo Azobenzeno 12

2.2.1.2.2.2. Tipo Amino Azobenzeno 14

2.2.1.2.2.3. Tipo Pseudo Estilbenos 14

2.2.1.2.3. Estilbenos 15

2.2.1.2.4. Espiropiranos 16

2.3. Processos de Transformação Geométrica 17

2.3.1. Isomeria Trans-Cis-Trans 17

2.3.1.1. Isomeria Trans-Cis-Trans em Azocompostos 19

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viii

2.3.2. Abertura e Fechamento de Anel 20

2.3.2.1. Reação Eletrocíclica 20

2.3.2.2. Clivagem 21

2.3.2.2.1. Clivagem Homolítica 21

2.3.2.2.2. Clivagem Heterolítica 21

2.3.3. Tautomerismo 21

2.4. Polímeros 22

2.4.1. Poli(metacrilato de metila) (PMMA) 22

2.4.1.1. Obtenção 23

2.4.1.1.1. Monômero 23

2.4.1.1.2. Polimerização 24

2.4.1.2. Propriedades do PMMA 24

2.5. Aditivação 25

2.5.1. Corantes 25

2.5.2. Colorimetria 27

2.5.2.1. Sistema de cores 28

2.5.2.1.1. Sistema RGB 28

2.5.2.1.2. Brilho 29

2.5.2.1.3. Sistema CIEL*ab 29

2.5.2.1.1. Diferença de Cor (ΔE) 30

3. REVISÃO DA LITERATURA 32

4. MATERIAIS E MÉTODOS 41

4.1. Materiais 41

4.1.1. Polímero 41

4.1.2. Corantes 41

4.1.2.1. Compostos azoaromáticos 41

4.1.2.1.1. Vermelho disperso 1 (DR1) 42

4.1.2.1.2. Vermelho disperso 73 (DR73) 42

4.1.2.1.3. Azul disperso 79 (DB79) 42

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ix

4.1.2.1.1. Preto disperso 3 (DBL3) 43

4.1.2.2. Composto antraquinônico 43

4.1.2.2.1. Violeta disperso 31 (DV31) 43

4.1.3. Solventes 43

4.2. Métodos 44

4.2.1. Processamento 44

4.2.1.1. Mistura por extrusão 44

4.2.1.1.1. Extrusão 44

4.2.1.1.2. Extrusão com Matriz de Fita Plana 45

4.2.1.2. Moldagem por Injeção 46

4.2.1.3. Prensagem 47

4.2.2. Caracterização 48

4.2.2.1. Densidade por Picnometria 48

4.2.2.2. Análise de Espectrofotometria e Colorimetria 49

4.2.2.3. Espectrômetro de UV-Vis 49

4.2.2.4. Espectrômetro de Absorção no Infravermelho 50

4.2.2.5. Análise térmica 50

4.2.2.6. Caracterizações Reológicas 51

4.2.2.6.1. Reômetro de Torque 51

4.2.2.6.2. Medidas de Índice de Fluidez (MFI) 52

4.2.2.6.3. Reometria de Placas a baixas taxas de cisalhamento 52

4.2.2.7. Caracterização Mecânicas 53

4.2.2.7.1. Ensaio de tração 53

4.2.2.7.2. Ensaio de Impacto Izod 53

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 54

5.1. Densidade por Picnometria 54

5.2. Espectroscopia de UV-Vis 54

5.2.1. Vermelho Disperso 1 (DR1) 55

5.2.2. Vermelho Disperso 73 (DR73) 58

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x

5.2.3. Violeta Disperso 31 (DV31) 58

5.2.4. Azul Disperso 79 (DB79) 59

5.2.5. Preto Disperso 3 (DBL3) 60

5.3. Análise Colorimétrica 62

5.3.1. Extrusão com Matriz de Fita Plana 62

5.3.1.1. Diferença de Cor (ΔE) 62

5.3.2. Extrusão e Moldagem por Injeção 63

5.3.2.1. Colorimetria dos Padrões 63

5.3.2.2. Colorimetria das Amostras em Padrão Branco 64

5.3.2.3. Colorimetria das Amostras em Padrão Cinza 66

5.3.2.4. Diferença de Cor (ΔE) 68

5.4. Espectrômetro de Absorção no Infravermelho 69

5.4.1. Poli (metacrilato de metila) PMMA 70

5.4.2. Corantes 71

5.4.2.1. Vermelho Disperso 1 (DR1) 71

5.4.2.2. Vermelho Disperso 73 (DR73) 72

5.4.2.3. Violeta Disperso 31 (DV31) 73

5.4.2.4. Azul Disperso 79 (DB79) 75

5.4.2.5. Preto Disperso 3 (DBL3) 76

5.4.3. Mistura PMMA/Corante 77

5.5. Análise Térmica 81

5.6. Caracterização Reológica 84

5.6.1. Reometria de Torque 84

5.6.1.1. Análises a baixas concentrações (<1,0% em massa) 84

5.6.1.1.1. Resultados de Reometria de Torque em Função da Concentração

84

5.6.1.1.2. Resultados de Reometria de Torque em Função da Composição

88

5.6.1.2. Analises com Altas Concentrações de Corante (≥1,0%) 89

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xi

5.6.1.2.1. Resultados de Reometria de Torque em Função da Concentração

89

5.6.1.2.2. Resultados de Reometria de Torque em Função da Composição

93

5.6.2. Medida do Índice de Fluidez (MFI) 96

5.6.2.1. Medidas dos Índices de Fluidez da Misturas Processadas por Extrusão

96

5.6.2.2. Medidas dos Índice de Fluidez das Amostras do Reometria de Torque

97

5.6.3. Reometria de Placas Paralelas 98

5.7. Propriedades Mecânicas 110

5.7.1. Ensaio de Tração 110

5.7.2. Ensaio de Impacto 111

6. CONCLUSÃO 113

7. TRABALHOS FUTUROS 115

8. BIBLIOGRAFIA 116

APÊNDICE I – Gráficos de reometria de torque, torque máximo das amostras com concentração em massa < 1,0% por concentração

135

APÊNDICE II - Gráficos de reometria de torque, torque máximo das amostras com concentração em massa ≥ 1,0% por composição

136

ANEXO I – Ficha técnica do polímero 139

ANEXO II – Tabela de valores de absorção no espectro de infravermelho para compostos orgânicos

140

ANEXO III - Esquema para interpretação de espectros de substâncias orgânicas na região do infravermelho

148

ANEXO IV - Energias de dissociação (Edis) e distâncias (d) de ligação.

149

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xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Mudança de orbital na aplicação de radiação eletromagnética do (a) estado natural (b) estado excitado.

4

Figura 2 - Espectro de absorção de composto fotocromático, (a) estado natural (b) estado excitado.

4

Figura 3 - Transição dos níveis de orbital 5

Figura 4 - Fotocromismo em diarileteno (a) hexatrieno e (b) ciclohexadieno. 7

Figura 5 - Conformação do diarileteno (a) hexatrieno antiparalelo, (b) hexatrieno antiparalelo e (c) ciclohexadieno.

7

Figura 6 - Estrutura fundamental do anidrido dimetil sucinato. 8

Figura 7 - Composto 7-7a-dihidrobenzofurano (7,7a-DHBF). 9

Figura 8 - Compostos quinonas: (a) 1,2-benzoquinona, (b) 1,4-benzoquinona, (c) 1,2-naftoquinona, (d) 1,4-naftoquinona (e) 9,10-antraquinona.

9

Figura 9 - Estrutura química do 9,10-dione-antraceno. 10

Figura 10 - Composto (a) azoaromático – azobenzeno e (b) benzidina – 4,4’-diaminobifenil.

10

Figura 11 - Rotas possíveis para a produção de azocompostos. 11

Figura 12 – Estrutura química do azobenzeno 12

Figura 13 - Geometria Cis (E) e Trans (Z) do azobenzeno. 13

Figura 14 - Espectro de absorção do E- e Z-azobenzeno [50]. 13

Figura 15 – Estrutura química do 4-aminoazobenzeno 14

Figura 16 – Estrutura química do 4-nitro-4’-aminoazobenzeno 14

Figura 17 - Espectro de absorção do (a) azobenzeno, (b) aminoazobenzeno e (c) pseudo estilbeno [50].

15

Figura 18 - Foto isomerização de estilbeno: (a) isômero trans, (b) estado de transição e (c) isômero cis.

16

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xiii

Figura 19 - Compostos espiropiranos 2-(3’,3’-dimetil-6-nitrospiro[chromene-2,2’-indolina]-1’-il)-etil-5-(1,2-ditiolano-3-il)pentanoato, (a) cadeia aberta (b) cadeia fechada.

17

Figura 20 - Isomerização trans-cis-trans. 17

Figura 21 - Isomerização do ácido urocânico. 18

Figura 22 - Mecanismo simples de fotoisomerização do ácido urocânico. 18

Figura 23 - Transformação geometria do composto azobenzeno Cis↔Trans. 19

Figura 24 – Compostos (a) hexa-1,3,5-trieno e (b) ciclohexa-1,3-dieno 20

Figura 25 - Conversão por radiação eletromagnética do (a) 1,2-dieno-ciclohexano em (b) 1-ciclohexeno-1’-ciclobutano.

20

Figura 26 - Clivagem homolítica do pentano. 21

Figura 27 – Clivagem heterolítica do espiroindolinobenzopirano (BIPS). 21

Figura 28 - Tautomerismo entre as moléculas da acetona e fenol na forma ceto (a > 99,9%; c < 0,1%) e enol (b < 0,1 %; d> 99,9 %).

22

Figura 29 - Sequência e compostos utilizados na produção do monômero de MMA.

24

Figura 30 - Estrutura química do (a) Indigo e (b) Purpura de Tiro (6,6'-dibromo-indigo)

26

Figura 31 – Coordenadas de cores RGB: (a) estão as cores primárias (b) cores secundárias e (c) eixos e respectivas cores.

28

Figura 32 - Diagrama de cores RGB utilizado pela maior parte dos softwares de edição de imagens (palheta retirada do Microsoft Word).

28

Figura 33 - Diagrama de cores CIEL*ab. 30

Figura 34 - Tolerância para os componentes *a e *b, na determinação da diferença de cor.

31

Figura 35 - Caráter básico em ordem decrescente das aminas, da mais forte (amina secundaria) para a mais fraca (amina aromática terciaria).

32

Figura 36 - Estrutura química do DR1 (N-Etil-N-etanol-4-(4-nitrofenilazo)anilina)

33

Figura 37 - Rotas de síntese para a produção do corante DR1. 34

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xiv

Figura 38 - Síntese do química do DR1-AC. 35

Figura 39 – Estrutura química do DR73 (N-(4-(2-ciano-4-nitrofenilazo)fenil)-n-etilamina)propionitrilo).

35

Figura 40 - Rota de síntese proposta para o DR73. 36

Figura 41 - Estrutura química do 1,5-dihidroxietoxi-antraquinona (An7) 37

Figura 42 - Estrutura química do 1,4-diamina-2,3-difenoxi-antraquinona (DV31)

38

Figura 43 - Rota de síntese proposta para o DV31. 38

Figura 44 - Estrutura química do 5'-(bis(2-acetoxietil)amino)-2'-(2-bromo-4,6-dinitrofenilazo)-4-etoxiacetanilide (DB79).

39

Figura 45 - Estrutura química do (a) 4-dimetilamino-azobenzeno e (b) N,N-dimetil-4,4′-azodianilina (DBL3).

39

Figura 46 - Rota de síntese do DBL3 proposta por Kamei e colaboradores [128].

40

Figura 47 - Estrutura química do PMMA 41

Figura 48 - Estrutura química dos compostos azoaromáticos (a) DR1, (b) DR73, (c) DB79 e (d) DBL3

42

Figura 49 - Estrutura química do composto antraquinônico DV31 43

Figura 50 - Fluxograma de mistura 44

Figura 51 - Amostras processados por extrusão com matriz de fita plana de (a) PMMA_P, (b) DR1_BP, (c) DR73_BP, (d) DV31_BP, (e) DB79_BP e (f) DBL3_BP.

46

Figura 52 - Corpos de prova de tração modelo ASTM D-638 tipo I obtidos por injeção, da esquerda para a direita temos: PMMA_VI, PMMA_PI, DR1_BPI, DR73_BPI, DV31_BPI, DB79_BPI e DBL3_BPI.

47

Figura 53 – Modelo das amostras prensadas 47

Figura 54 - Amostras processados por prensagem de (a) PMMA_P, (b) DR1_BP, (c) DR73_BP, (d) DV31_BP, (e) DB79_BP e (f) DBL3_BP.

48

Figura 55 - Resultados de densidade para as amostras retiradas do centro dos corpos de prova de tração não ensaiados com 0,1% em massa de corante.

54

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xv

Figura 56 - Espectro de UV-Vis para as amostras de PMMA virgem (PMMA_V).

55

Figura 57 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DR1_V e DR1_BP.

56

Figura 58 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DR1_V e DR1_BP, (a) região UV e (b) região visível.

57

Figura 59 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DR73_V e DR73_BP.

58

Figura 60 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DV31_V e DV31_BP.

59

Figura 61 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DB79_V e DB79_BP.

60

Figura 62 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA, DBL3 e PMMA/DBL3.

61

Figura 63 - Refletância dos padrões branco e cinza. 64

Figura 64 - Refletância das amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo branco.

66

Figura 65 - Refletância das amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza

68

Figura 66 - Espectroscopia no infravermelho do PMMA_V. 70

Figura 67 - Espectroscopia no infravermelho do vermelho disperso 1 (DR1_V).

72

Figura 68 - Espectroscopia no infravermelho do vermelho disperso 73 (DR73_V).

73

Figura 69 - Espectroscopia no infravermelho do violeta disperso 31 (DV31_V)

74

Figura 70- Espectroscopia no infravermelho do azul disperso 79 (DB79_V) 75

Figura 71- Espectroscopia no infravermelho do preto disperso 3 (DBL3_V) 77

Figura 72 - Espectroscopia no infravermelho do PMMA com 0,1% em massa de DR1 (DR1_BP) e DR73 (DR73_BP).

78

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xvi

Figura 73 - Espectroscopia no infravermelho do PMMA com 0,1% em massa de DV31 (DV31_BP), DB79 (DB79_BP) e DBL3 (DBL3_BP).

79

Figura 74 - Resultados da reação química entre o PMMA e DV31. 80

Figura 75 - Resultados da reação química entre o PMMA e DB79. 80

Figura 76 - Resultados da reação química entre o PMMA e DBL3. 81

Figura 77 - Resultados de TG para o intervalo de 30-100ºC com razão de aquecimento igual a 5°C∙min-1 em atmosfera inerte de nitrogênio (N2).

81

Figura 78 - Resultados de (a) TG e (b) DCS para o intervalo de 90-400ºC com razão de aquecimento igual a 5°C∙min-1 em atmosfera inerte de nitrogênio (N2) para as amostras virgens de PMMA e corantes.

83

Figura 79 - Resultados da curva de torque da amostra de PMMA puro dos reômetros HAAKE Polylab e Rheomix, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos.

84

Figura 80 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR1 em concentração de (A) 0,01 % e (B) 0,1% em massa.

85

Figura 81 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR73 em concentração de (A) 0,01 % e (B) 0,1% em massa.

86

Figura 82 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DV31 em concentração de (A) 0,01 % e (B) 0,1% em massa.

86

Figura 83 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DB79 em concentração de (A) 0,01 % e (B) 0,1% em massa.

87

Figura 84 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DBL3 em concentração de (A) 0,01 % e (B) 0,1% em massa.

87

Figura 85 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (A) 0,01% em massa de corante. (a) torque máximo e (b) torque em 20 minutos.

88

Figura 86 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (B) 0,1% em massa de corante.

89

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xvii

Figura 87 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR1 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

91

Figura 88- Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR73 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

91

Figura 89 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DV31 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

92

Figura 90 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DB79 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

92

Figura 91 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DBL3 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

93

Figura 92 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras com concentração igual a 1,0% (C).

94

Figura 93 - Resposta da curva de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM, para análise de 20 minutos das amostras de PMMA com corante em concentração de 3,0% (D) em massa.

94

Figura 94 - Resposta da curva de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM, para análise de 20 minutos das amostras de PMMA com corante em concentração de 5,0% (E) em massa.

95

Figura 95 - Resposta da curva de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM, para análise de 20 minutos das amostras de PMMA com corante em concentração de 10,0% (F) em massa.

95

Figura 96 - Resposta de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM, para análise de 20 minutos das amostras de PMMA com corante em concentração de 15,0% (G) em massa.

96

Figura 97 - Resultados das análises de índice de fluidez (MFI) das amostras processadas em extrusora de rosca dupla.

97

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xviii

Figura 98 - Resultado da análise de índice de fluidez das amostras processadas em reômetro de torque por 20 minutos a 230ºC e 60 RPM.

98

Figura 99 - Rota de reação do PMMA e DR1 100

Figura 100 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras com 0,01% em massa de corante sem processamento (A). (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

101

Figura 101 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras com 0,1% em massa de corante sem processamento (B). (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

102

Figura 102 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras com 0,1% em massa de corante com processamento com processamento em extrusora de rosca dupla (BP). (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

103

Figura 103 - Estrutura química dos corantes (a) DV31, (b) DB79 e (c) DBL3. 104

Figura 104 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do DR1 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

105

Figura 105 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do DR73 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

106

Figura 106 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do DV31 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

107

Figura 107 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do DR79 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

108

Figura 108 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do DBL3 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

109

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xix

Figura 109 - Comportamento tensão deformação (a) total e (b) nas regiões de fratura para as amostras de PMMA e PMMA com 0,1% (B) em massa de corante.

111

Figura 110 - Resultados do ensaio de impacto Izod para as amostras de PMMA e PMMA com 0,1% (B) em massa de corante.

112

Figura A. 1 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (A) 0,01% em massa de corante.

135

Figura A. 2 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (B) 0,1% em massa de corante.

135

Figura A. 3 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR1 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

136

Figura A. 4 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR73 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

136

Figura A. 5 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DV31 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

137

Figura A. 6 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DB79 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

137

Figura A. 7 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DBL3 em concentração de (C) 1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

138

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xx

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Energia de transição 6

Tabela 2 - Características do monômero de MMA. 24

Tabela 3 - Propriedades do PMMA. 25

Tabela 4 - Comparação entre pigmentos orgânicos e inorgânicos. 26

Tabela 5 - Formulações das amostras PMMA/Corantes 45

Tabela 6 - Amostras analisadas por Espectroscopia de UV-Vis. 50

Tabela 7 - Programação para análise no TG-DSC. 50

Tabela 8 – Formulações analisadas em reômetro de torque. 51

Tabela 9 - Amostras ensaiadas por reometria de placas paralelas. 52

Tabela 10 - Resultados de colorimetria CIEL*ab, para as amostras de PMMA com corante.

62

Tabela 11 - Resultados de colorimetria convertido para RGB e respectivos valores de brilho, para as amostras de PMMA com corante.

62

Tabela 12 - Diferença de cor (ΔE), para as amostras processadas por extrusão com matriz de fita plana em fundo branco

63

Tabela 13 - Resultado de colorimetria paras os padrões branco e cinza. 63

Tabela 14 - Resultado de colorimetria convertido para RGB e respectivos valores de brilho, para os padrões branco e cinza.

63

Tabela 15 - Resultado de colorimetria paras as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo branco.

65

Tabela 16 - Resultado de colorimetria para as amostras moldadas por injeção, convertido para RGB e respectivos valores de brilho, analisadas em fundo branco.

65

Tabela 17 - Resultado de colorimetria paras as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza.

67

Tabela 18 - Resultado de colorimetria convertido para RGB e respectivos valores de brilho, para as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza.

67

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xxi

Tabela 19 - Diferença de cor, para as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo branco.

69

Tabela 20 - Diferença de cor para as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza.

69

Tabela 21 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do PMMA.

71

Tabela 22 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DR1.

72

Tabela 23 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DR73.

73

Tabela 24 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DV31.

74

Tabela 25 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DB79.

76

Tabela 26 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DBL3.

77

Tabela 27 - Comprimento de onda obtido por FTIR correlacionado com a estrutura química das amostras DV31_BP, DB79_BP e DBL3_BP.

79

Tabela 28 - Massa final e temperatura de fusão e fulgor dos corantes, por técnica combinada de TG-DSC.

82

Tabela 29 - Resultados do ensaio de tração. 110

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xxii

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1 - Calculo da energia de um fóton (E). 4

Equação 2 - Conversão de unidades do sistema RGB para valores de brilho. 29

Equação 3 - Equação para o cálculo da diferença de cor (ΔE) 30

Equação 4 - Equação para o cálculo da densidade por picnometria. 49

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xxiii

LISTA DE SIGLAS E SIMBOLOS

_A ............ Concentração 0,01%

_B ............ Concentração 0,1%

_BP ............ Concentração 0,1% processado

_BPI ............ Concentração 0,1% processado e injetado

_C ............ Concentração 1,0%

_D ............ Concentração 3,0%

_E ............ Concentração 5,0%

_F ............ Concentração 10,0%

_G ............ Concentração 15,0%

_P ............ Processado

_PI ............ Processado e injetado

_V ............ Virgem/Puro/Não processado

_VI ............ Virgem injetado

13C-RMN ............ Ressonância Magnética Nuclear do Carbono

1H-RMN ............ Ressonância Magnética Nuclear do Hidrogênio

4-DMAzo ............ 4-dimetilamino-azobenzeno

7,7a-DHBF ............ 7-7a-dihidrobenzofurano

aC ............ Antes de Cristo

An7 ............ Antraquinona 7

An9 ............ Antraquinona 9

ASTM ............ American Society for Testing and Materials

AU ............ Ácido urocânico

B ............ Gradiente de cor azul (blue)

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xxiv

bar ............ Bar (105 Pa)

BIPS ............ Espiroindolinobenzopirano

Br ............ Bromo

C ............ Carbono

CAS ............ Chemical Abstracts Service

CIEL*ab ............ Commission Internationale d’Eclairage L*ab

cm ............ Centímetro (10-2 m)

cm³ ............ Centímetro cubico (10-6 m3)

D ............ Debye

DAD ............ Doador-receptor-doado

DB79 ............ Azul Disperso 79 (Disperse Blue 79)

DBL3 ............ Preto Disperso 3 (Disperse Black 3)

DR1 ............ Vermelho Disperso 1 (Disperse Red 1)

DR1-AC ............ Vermelho disperso 1 acrilato (Disperse Red 1-Acrilate)

DR65 ............ Vermelho Disperso 65 (Disperse Red 65)

DR73 ............ Vermelho Disperso 73 (Disperse Red 73)

DV31 ............ Violeta Disperso 26 (Disperse Violet 26)

DV31 ............ Violeta Disperso 31 (Disperse Violet 31)

E ............ Forma trans

E*Ag ............ Energia de ativação: no estado gasoso

E*Al ............ Energia de ativação: no estado liquido

E*As ............ Energia de ativação: no estado solido

FTIR ............ Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier

g ............ Gramas

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xxv

G ............ Gradiente de cor verde (green)

h ............ Constante de Planck

H ............ Hidrogênio

HCl ............ Ácido clorídrico

HCN ............ Ácido cianídrico (cianeto de hidrogênio)

Hg ............ Mercúrio

in ............ Polegadas

IUPAC ............ International Union of Pure and Applied Chemistry

J ............ Joules

kg ............ Quilograma (103 g)

kJ ............ Quilo Joules (103 J)

kN ............ Quilo Newton

l ............ Litro

L ............ Luminescência

L/d ............ Razão de comprimento pelo diâmetro

LN2 ............ Nitrogênio líquido

m ............ Metro

m0 ............ Massa do picnometro vazio

m3 ............ Metro cubico

MFI ............ Índice de fluidez do fundido

min ............ Minuto (60 s)

ml ............ Massa do picnometro com o líquido

mm ............ Milímetro (10-3 m)

MMA ............ Metacrilato de metila

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xxvi

mmHg ............ Milímetros de mercúrio

MPa ............ Mega pascal (106 Pa)

ms ............ Massa do picnometro com a amostra

msl ............ Massa do picnometro com a amostra e o liquido

N ............ Nitrogênio

N.m ............ Newton metro

NIR ............ Infravermelho próximo (800 a 2500 nm/12500 a 4000 cm-1)

nm ............ Nanômetro (10-9 m)

O ............ Oxigênio

ºC ............ Graus Celsius

Pa ............ Pascal

PC ............ Policarbonato

PCP ............ Polímero-corante-polímero

PMMA ............ Poli(metacrilato de metila)

PVC ............ Poli(cloreto de vinila)

R ............ Gradiente de cor vermelha (red)

rad ............ Radiano

s ............ Segundo

S ............ Enxofre

t ............ Tempo

T ............ Temperatura

TF ............ Temperatura de fulgor

Tg ............ Temperatura de transição vítrea

Tm ............ Temperatura de fusão

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xxvii

Ton-set ............ Temperatura de início de degradação

UV ............ Ultravioleta

UV-Vis ............ Ultravioleta e visível

ν1 ............ frequência da radiação na direção a b

ν2 ............ frequência da radiação na direção b a

Vis ............ Visível

Z ............ Forma Cis

Δa ............ Variação do eixo a

Δb ............ Variação do eixo b

ΔE ............ Diferença de cor

ΔH ............ Entalpia de formação

ΔHfus ............ Entalpia de fusão

ΔL ............ Variação da luminosidade

ΔT ............ Variação de tempertatura

ηD ............ Índice de refração

λ ............ Comprimento de onda

λmax ............ Absorbância máxima

λmin ............ Absorbância mínima

ρl ............ Densidade do liquido

ρs ............ Densidade do liquido

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1

1. INTRODUÇÃO

Do início do século XX até os dias atuais, uma grande parte das mudanças

tecnológicas realizadas pelo homem se deve ao surgimento dos polímeros sintéticos

como matéria prima alternativa. Certamente as características de materiais

tradicionais e polímeros naturais, como a madeira, o papel, a borracha e as fibras

naturais, não seriam suficientes para suprir as necessidades atuais [1].

Os profissionais que atuam nos vários setores de indústria de polímeros e a

sociedade, certamente têm observado que o surgimento de polímeros sintéticos nas

primeiras décadas do século XX, contribuíram com a revolução tecnológica pela qual

passamos atualmente [1]

Muitos desafios encontram-se em andamento nas áreas de ciência e

tecnologia de polímeros, principalmente o desenvolvimento de propriedades que

venham a ampliar a gama de aplicações desses materiais. Da mesma maneira em

que o desenvolvimento das tecnologias em polímeros vem crescendo, as indústrias

automotivas, eletroeletrônicas e de embalagens continuam a substituir os materiais

tradicionais por materiais com propriedades mais adequadas as suas necessidades

[1].

Novos materiais poliméricos estão constantemente sendo desenvolvidos por

meio da síntese de novos monômeros ou por combinação ou modificação de

polímeros já existentes, gerando produtos com propriedades avançadas quando

comparados aos seus predecessores. O alto custo proveniente da síntese de novos

materiais e a ampla variedade de polímeros já existentes, com diferentes propriedades

que, quando combinadas com outros materiais ou mesmo com outros polímeros,

proporcionam propriedades idênticas ou mesmo superiores às dos polímeros puros.

A busca por novas propriedades, características e comportamento, vêm estimulando

as pesquisas nas áreas de mistura ou modificação de polímeros [2].

A modificação de polímeros já existentes no mercado pode ser realizada por

meio de [3]:

Combinações com outros materiais – metais ou cerâmicas – formando os

compósitos poliméricos;

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2

Mistura física de dois ou mais polímeros – formando as blendas poliméricas;

Adição de compostos químicos visando alterar determinadas propriedades dos

polímeros por meio da dopagem/aditivação.

Combinação desses processos.

Poli (metacrilato de metilo) (PMMA) é, comercialmente, o elemento mais

importante de uma variedade de polímeros acrílicos que podem ser considerados

como estruturalmente derivados do ácido acrílico. A uso comercial do PMMA é devido,

em grande parte, ao processo de produção do monómero a partir de acetona

desenvolvido por Crawford que permitiu ao polímero, ser produzido a um preço

competitivo [4, 5].

O PMMA pode ser misturado com vários aditivos, destes os mais importantes

são os corantes e pigmentos, e estes devem ser estáveis para ambas as condições

de processamento e de serviço. Duas exigências particulares são, em primeiro lugar,

que, quando usado em peças fundidas, não devem prejudicar a reação de

polimerização e, por outro, que eles devem ter boa resistência à intempérie [6].

Este trabalho tem como proposta avaliar o efeito causado pela presença de

corantes fotocromáticos azoaromáticos e antraquinônicos no PMMA, investigando as

mudanças secundárias nas propriedades físicas e químicas do polímero, causadas

pela presença desses corantes. Foram realizadas misturas por diferentes processos,

com o intuito de determinar as condições de reatividade e a capacidade de mistura do

polímero com os corantes, frente à taxa de cisalhamento apresentado por cada técnica

(mistura por extrusão e em reômetro de torque e moldagem por injeção e prensagem).

Com os resultados, serão escolhidas as melhores formulações para cada corante e

avaliados mecanicamente. Ao fim do trabalho, espera-se obter um produto com

característica de múltipla absorção do espectro de luz, sem que para isso seja

necessário sacrificar as características que fazem do PMMA, um produto versátil e

com ampla aplicabilidade.

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3

2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

2.1. Química Supramolecular

As propriedades físicas e químicas dos materiais são primeiramente

determinadas em virtude da sua composição química, microestrutura e distribuição

eletrônica.

A química supramolecular, ou química além da molécula, está relacionada a

entidades organizadas de alta complexidade, resultantes da associação de duas ou

mais espécies químicas, moléculas e/ou íons, unidas por ligações químicas e/ou

interações secundárias, tais como, interações eletrostáticas, ligações de hidrogênio,

forças de van der Waals, entre outras [7-9].

Nos estudos supramoleculares, o comportamento dos compostos químicos

tem despertado grande interesse da classe pesquisadora, em especial ao

comportamento apresentado quando o material é exposto a influências externas [10],

tais como: a reatividade química na presença de uma corrente elétrica [11]; o uso de

ambientes ácidos (pH<6) na abertura de cadeias poliméricas, com a finalidade de

ancoramento de fármacos para liberação controlada [12], na funcionalização de géis

coloidais para a aplicação em ambientes úmidos [13] e produção de proteínas

complexas [14]; o uso do potencial redox como instrumento de transformação do

politiofeno (PT) em um polímero semicondutor [15]; o uso de uma radiação

eletromagnética na modificação das propriedades ópticas de um material, em especial

a luminosa [16], no processo de armazenamento de dados [17] e no estudo das

velocidades de reação [18].

2.2. Fotocromismo

Fotocromismo ou efeito fotocromático é definido, segundo a IUPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry), como sendo a transformação

reversível de uma espécie química, induzida em um ou em ambos os sentidos, por

absorção da radiação eletromagnética entre as duas formas, a e b, tendo as

frequências de radiação e os espectros de absorção diferentes [19, 20], conforme o

apresentado nas Figura 1 e 2.

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4

Figura 1 - Mudança de orbital na aplicação de radiação eletromagnética do (a) estado natural (b) estado excitado.

Figura 2 - Espectro de absorção de composto fotocromático, (a) estado natural (b) estado excitado.

𝐸 = ℎ ∙ 𝜐 (1)

Equação 1 - Calculo da energia de um fóton (E).

Onde, E é a energia do fóton, também conhecida como quantum de energia,

h é a constante de Planck h=6,626x10-34 J∙s e ν é a frequência da radiação.

Os primeiros exemplos de fenômenos fotocrômicos foram descobertos perto

do final do século XIX, em ambos os complexos: inorgânicos ou organometálicos e

substâncias orgânicas. Os termos fototrópico e fototropismo foram empregados para

descrever este fenômeno, mas agora são usados em grande parte para sistemas

biológicos. O termo fotocromismo foi sugerido por por Hirshberg em 1950 [21, 22].

O interesse no fotocromismo de materiais orgânicos começou a aumentar

substancialmente por volta de 1940. Os principais estudos de compostos fotocrómicos

envolvia adquirir uma visão sobre os mecanismos, determinando as estruturas das

formas com e sem cor e o desenvolvimento de métodos sintéticos para a obtenção

desses compostos. Trabalhos pioneiros foram apresentados pela equipe Hirshberg e

Fischer na década de 1950, relacionando a cor do material com a temperatura de

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5

exposição [21-23]. O desenvolvimento da espectroscopia óptica resolvida no tempo

ou de flash por Porter [24] e, mais recentemente, a utilização de laser abriu novas

abordagens para o estudo das espécies em seus estados excitados e transientes [22].

E ainda é um campo ativo de pesquisa, principalmente por causa de suas aplicações

reais e potenciais [25].

Reações fotossensíveis são geralmente baseadas em processos

unimoleculares ou intramolecular de abertura e fechamento de anel, fotoisomerização

cis-trans ou tautomerismo. Em reações fotossensíveis, uma forma

termodinamicamente estável de uma espécie A, sob irradiação com radiação

eletromagnética, é transformada em sua correspondente espécie B. A espécie B pode

retornar ao estado original, espécies A, por meio de processos térmicos ou

fotoquímicos. Normalmente, as espécies estáveis A absorvem a luz de onda curta e é

convertido em espécies B, que absorvem a luz em comprimentos de onda mais

longos. Este efeito é chamado de fotocromismo positivo; em alguns casos, ocorre o

inverso, em que o efeito é denominado fotocromismo negativo [17]. As reações de

reversão podem ocorrer termicamente (Fotocromismo do tipo T) ou fotoquimicamente

(Fotocromismo do tipo P) [26].

As transições eletrônicas são classificadas em termos de orbitais ligantes (σ

e π) e não ligantes (σ*, π* e n), sendo essas transições fortemente empregados na

fotoquímica orgânica e é representado na Figura 3 [17, 27].

Figura 3 - Transição dos níveis de orbital

A Tabela 1 apresenta a ordem de incremento de energia de transição, das

bandas de menor para as de maior energia [28]:

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6

Tabela 1 - Energia de transição

E Transição Compostos

n→π* carbonila

n→σ* oxigênio, nitrogênio, enxofre e halogenios

π→π* alcenos, alcinos, carbonilas, nitrogenio, entre

outros

σ→π* carbonila

σ→σ* alcanos

2.2.1. Compostos Fotocromáticos

2.2.1.1. Compostos Fotocromáticos Termicamente Estáveis (Tipo P)

Os compostos fotorreativos do tipo P são termicamente estáveis, ou seja, não

reversíveis com a aplicação de temperatura, este exige uma condição de reação

fotoquímica para que o isômero retorne a seu estado inicial. São compostos do tipo P

as famílias [26]:

Diariletenos

Fulgidos

2.2.1.1.1. Diariletenos

Os diariletenos contêm anéis heterocíclicos com cinco membros, apresentam

alta sensibilidade à luz. A reação fotossensível nos diariletenos ocorre entre dois

isômeros, o hexatrieno Figura 4(a), geralmente incolor, e o ciclohexadieno Figura 4(b),

coloração amarela, vermelha e azul, dependendo dos substituintes, seguindo os

preceitos proposto por Woodward e Hoffmann [22], que determinam as regras para o

processo de cicloadição do composto [29].

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7

YX

R1

R2

R3

R4

R6

R5

YX

R1

R2

R3

R4

R6

R5

(a) (b)

Figura 4 - Fotocromismo em diarileteno (a) hexatrieno e (b) ciclohexadieno.

A mudança de cor é atribuível às diferentes estruturas elétricas entre o anel

aberto e o isômero de anel fechado. Nos isômeros de anel aberto, existe uma rotação

livre com os grupos eteno e de arilo, de modo que o isómero não planar e os elétrons-

π são localizados nos dois grupos arilo. Além disso, devido às barreiras de energia

rotacional, existem dois isômeros rotacionais, ou seja, foto-reativo (antiparalelos) e

foto-inativa (paralelos), Figura 5 (a) e (b). Por outro lado, o isômero anel fechado,

Figura 5 (c), possui uma elevada capacidade planar, com átomos de carbono

assimetricamente dispostos no local da reação. Refletindo sobre as diferenças entre

essas estruturas geométricas e elétricas, suas propriedades físicas variam de muitas

maneiras.

SS

CH3

RCH3 CH3

CH3

R

R1

R1

R1

(a)

SS

CH3

RCH3 CH3

CH3

R

R1

R1

R1

SS

CH3

CH3

CH3

CH3

R1

R1

R1

RR

(b)

(c)

Figura 5 - Conformação do diarileteno (a) hexatrieno antiparalelo, (b) hexatrieno antiparalelo e (c) ciclohexadieno.

Reações fotossensíveis são sempre acompanhadas por reações secundárias

indesejáveis, o que pode comprometer a utilização destes compostos em aplicações

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8

práticas. Se uma reação fotocromática ocorre com rendimento quântico quase

unitário, acompanhada por uma reação lateral com rendimento quântico de 0,1%,

cerca de 60% da concentração inicial, do composto, irá ser decomposto depois de

1000 ciclos. A maioria dos compostos fotocromáticos tem baixa resistência à fadiga.

Com diariletenos, no entanto, os desempenhos satisfatórios fotossensíveis podem ser

mantidos mesmo depois de mais de 104 ciclos [30].

O tempo de resposta das reações fotossensíveis normalmente é muito curto.

Para diariletenos, por exemplo, a reação eletrocíclica fotoquímica de abertura e

fechamento de anel ocorre no modo contra rotacional, ocorrerá em poucos

picosegundos (10-12 s) tanto em solução quanto no estado sólido [25, 30, 31].

2.2.1.1.2. Fulgidos

Os fulgidos são geralmente sintetizados a partir de derivados do anidrido

dimetil sucinato (Figura 6), utilizando o processo de condensação Stobbe [20, 32].

O

R3

R1

R4

R2

OO

Figura 6 - Estrutura fundamental do anidrido dimetil sucinato.

Grupos carboníla em conjugação com as ligações duplas são responsáveis

pela cor dos fulgidos. Normalmente estes são compostos cristalinos com tonalidades

de amarelo a laranja, quando irradiados com luz ultravioleta, sofrem mudança no

espectro de absorção para laranja, vermelho ou azul. Este efeito fotocromático é

observado tanto em solução, em vidro ou em polímero, em uma ampla gama de

condições e temperaturas [32].

Depois de uma variedade de estudos Hart e Heller, estabeleceram que a

ciclização térmica ou fotoquímica destes compostos, ocorre por meio de um

mecanismo corrotacional de acordo com as regras de Woodward e Hoffmann [33]. O

mecanismo é mostrado na Figura 7 [33, 34].

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9

O

O

CH3

CH3 CH3

CH3

CH3

O

O

O

O

CH3CH3

CH3

O

O

C

CH3

CH3

CH3

Figura 7 - Composto 7-7a-dihidrobenzofurano (7,7a-DHBF).

2.2.1.2. Compostos Fotocromáticos Termicamente Reversíveis (Tipo T)

Compostos fotocromáticos do tipo T são foto e termicamente reversíveis, o

isômero fotogerador, revertesse foto ou termicamente para a forma inicial [26]. São

compostos do tipo T as famílias:

Antraquinonas

Azocompostos

Estilbenos

Espiropiranos

2.2.1.2.1. Antraquinonas

A oxidação de compostos aromáticos gera os grupos quinonas. Como são

constituintes derivados aromáticos, associa-se o nome das quinonas ao número de

anéis aromáticos unidos, sendo classificadas de benzoquinonas, naftoquinonas e

antraquinonas como pode ser observada na Figura 8 [35].

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

(a) (b) (c) (d) (e)

Figura 8 - Compostos quinonas: (a) 1,2-benzoquinona, (b) 1,4-benzoquinona,

(c) 1,2-naftoquinona, (d) 1,4-naftoquinona (e) 9,10-antraquinona.

As estruturas da antraquinona propostas contêm tipicamente um anel central

de remoção de elétrons e alguns grupos doadores de elétrons nos anéis laterais em

forma de doador-receptor-doador (DAD) [35-38].

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10

O

O

Figura 9 - Estrutura química do 9,10-dione-antraceno.

Antraquinona e seus derivados, constituem o grupo mais numeroso entre as

quinonas, têm atraído muita atenção por sua excelente estabilidade térmica, cores

ricas e principalmente em aplicações na óptica não-linear. Estas moléculas possuem

estrutura planar de conjugação π, o que causaria intercalação π-π, interações

carbono-hidrogênio (C-H), e pontes de hidrogénio. No ponto de vista da aplicação de

tingimento, as estruturas moleculares rígidas dos corantes de antraquinona, levam a

maiores pontos de fusão e menor solubilidade, o que pode afetar suas propriedades

de tingimento em massa de coloração de fibras sintéticas. Devido às fortes interações

intermoleculares, os corantes de antraquinona dispersos em fibras podem reagir com

a matriz, com a tendência de aceleração na presença de surfactantes [35-37, 39].

2.2.1.2.2. Azocompostos

A maioria das substancias azoaromáticas ou a base de benzidina, Figura 10,

pertencem à categoria geral de azocorante/azocompostos, sendo de origem orgânica,

inorgânica ou organometálica. Estes compostos são responsáveis por 60 a 80% de

todos os corantes orgânicos utilizados até 2004 [40-42].

N

N

(a)

NH2NH2

(b)

Figura 10 - Composto (a) azoaromático – azobenzeno e (b) benzidina – 4,4’-diaminobifenil.

O uso dos corantes azoaromáticos em larga escala está relacionado à

facilidade e variedade das rotas de síntese. Como demonstrado na Figura 11, é

possível atingir o produto final por mais de uma espécie de rota [43, 44].

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11

Azocomposto

Azoimidas

Compostos Azoxis

Azoaminas

Compostos dipolares

Iletos de amonia

Azometina iletos

Imidas carbonila

Iletos cabonila

Azometina imida

Betainas

Óxidos carbonila

Cicloadição

Compostos diazo

Oxidos nitrilicos

Betainas nitrilicas

Nitronas

Imidas nitrilicas

Sulfetos nitrilicos

nitrocompostos

Iletos oxonium

Carbenos vinilicos Zwitterionico

Iletis

Figura 11 - Rotas possíveis para a produção de azocompostos.

A grande variedade de cromóforos de azobenzeno em uso hoje exibe uma

ampla gama de propriedades e pode ser mais eficazmente subdividida em classes de

tipo espectral. Dürr & Bouas-Laurent [25] e Barrett e colaboradores [45] classificaram

os compostos azoaromaticos de acordo com energia das bandas n→π* e π→π* em

três tipos:

Tipo azobenzeno

Não apresentam grupos doadores nem receptores de carga e são

caracterizados por uma banda de baixa energia n→π* localizada na região do

espectro visível e uma banda de alta energia π→π* na região do ultravioleta [22, 43-

45];

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12

Tipo aminoazobenzeno

Caracterizado pela presença de grupo(s) amina(s) (NH2) na molécula de

azobenzeno, possui a característica das bandas n→π* e π→π* estarem muito

próximas uma da outra, sendo praticamente sobrepostas nas regiões do ultravioleta

e/ou da luz visível [22, 43-45];

Tipo pseudo estilbenos

Grupos doadores e receptores de carga ligados à molécula do azobenzeno,

este tipo apresenta os picos de bandas n→π* e π→π* invertido na escala de energia

em relação às moléculas do tipo azobenzeno, portanto a transição n→π* é mais

energética [25, 46-48].

2.2.1.2.2.1. Tipo Azobenzeno

O azobenzeno (Azo), Figura 12, é uma das moléculas azoaromáticas mais

estudadas e, por isso, muitas de suas características físico-químicas são facilmente

encontradas na literatura e servem como referência para o entendimento dos demais

compostos azoaromáticos. Isso se deve ao fato de sua estrutura molecular ser a mais

simples dessa família de compostos.

N

N

Figura 12 – Estrutura química do azobenzeno

O azobenzeno e muitos dos seus derivados são caracterizados por

transformações reversíveis da forma trans geralmente mais estável para a forma cis

menos estáveis após irradiação com UV ou luz visível.

A geometria dos isômeros cis-trans é apresentada na Figura 13, e segue uma

cinética de primeira ordem. Os rendimentos quânticos são geralmente elevados para

a isomerização de azobenzeno e não há reações concorrentes de significância [49].

Na exposição à radiação eletromagnética especifica (≈360nm), o pico de

absorção do azobenzeno na forma trans (320nm) decresce durante o processo de

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13

isomerização, enquanto que o pico de absorção da forma cis (430nm) aumenta [49],

como apresentado na Figura 14.

A isomerização cis-trans do azobenzeno, representa praticamente um

processo modelo fotoquímico em que um estereoisômero (isômero espacial) é

favorecido termicamente e o outro estereoisômero é favorecida fotoquimicamente. A

conversão de um isômero para o outro é virtualmente quantitativo [49].

hv

hv+

NN1

,0 n

m

N

N

0,5

9 n

m

trans cis

Figura 13 - Geometria Cis (E) e Trans (Z) do azobenzeno.

Figura 14 - Espectro de absorção do E- e Z-azobenzeno [50].

A isomeria fotoinduzida do azobenzeno também prossegue com grande

mudança estrutural, que se reflete no momento de dipolo e alteração na geometria. A

isomerização envolve uma diminuição da distância entre os átomos de carbono do

azobenzeno, de aproximadamente de 1,0nm na forma trans para aproximadamente

0,59nm na forma cis, e a contração local pode ser ainda maior. O isômero trans do

azobenzeno não apresenta momento dipolo, μ ≅0,0 D, enquanto que o momento

dipolo do isômero cis não planar é de μ ≅3,0 D [49].

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14

2.2.1.2.2.2. Tipo Amino Azobenzeno

Caracterizado pela presença do grupo substitucional o- ou p-amina (-NH2)

ligado ao azobenzeno. Traz como consequência, o deslocamento da banda de

absorção n→π* para mais próximo da banda π→π*. A Figura 15 apresenta o grupo

mais simples e mais estudado do tipo amino azobenzeno.

N

N NH2

Figura 15 – Estrutura química do 4-aminoazobenzeno

Estes compostos são relativamente sensíveis à polaridade do solvente.

Gerson e Heilbronner [51] demonstraram que o grupo azo está mais preparado para

interagir com os solventes por ponte de hidrogênio ou protonação do que o grupo

amino.

Compostos azo do tipo aminoazobenzeno podem apresentar fluorescência, a

partir da posição da banda de fluorescência no lado vermelho da absorção n→π, em

etanol, a emissão é azul para o 4-aminoazobenzeno [25, 50].

2.2.1.2.2.3. Tipo Pseudo Estilbenos

Os pseudo estilbenos, são caracterizados pelo baixo nível do estado π-π*. A

sequência dos estados electrônicos de azobenzenos pode ser rearranjada para que

do pseudo estilbeno por qualquer aumento de energia no estado (n→π*), por meio de

protonação do azobenzeno, ou diminuição no estado (π→π*), com substituição no

azobenzeno por grupos doador e recebedores de elétrons [25, 50].

N

N NH2

O2N

Figura 16 – Estrutura química do 4-nitro-4’-aminoazobenzeno

Este tipo de substituição, como no composto 4-nitro-4’-aminoazobenzeno,

Figura 16, desloca as bandas (π→π*) para comprimentos de onda ainda mais longos

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15

do que os apresentados pelo 4-aminoazobenzeno e do azobenzeno, como

apresentado pela Figura 17, devido ao aumento do carácter de transferência de carga

da transição. A banda n→π* fraca é sobreposta pela banda π→π*. Estrutura vibratória

é pouco observada nos espectros à temperatura ambiente. Não é de surpreender que

a polaridade do solvente influencia na posição da banda no espectro dos compostos

doadores e receptores substituídos. A maior parte dos corantes azos comercial são

pseudo estilbenos.

Figura 17 - Espectro de absorção do (a) azobenzeno, (b) aminoazobenzeno e (c) pseudo

estilbeno [50].

Alguns pseudo estilbenos emitem fluorescência, que ao contrário dos

estilbenos, uma fluorescencia fraca, mesmo a baixa temperatura em solução sólida

[25].

2.2.1.2.3. Estilbenos

O estilbeno não é um composto de ocorrência natural, no entanto muitos de

seus derivados são extraídos de plantas e apresentam atividades biológicas e

terapêuticas importantes [52].

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16

a c

H

bhv

Figura 18 - Foto isomerização de estilbeno: (a) isômero trans, (b) estado de transição e (c)

isômero cis.

Sendo o mais simples composto desta família, o 1,2-difeniletileno, Figura 18,

amplamente utilizado como um sistema modelo para a investigação das dinâmicas

fotoquímicas relativas à isomerização cis → trans. Este tipo de foto isomerização é de

fundamental importância em muitas áreas de química, física, bioquímica e ciência dos

materiais [53].

A foto isomerização do estilbeno (C14H12), esquematizada na Figura 18, é um

modelo importante para o estudo das reações de isomerização cis-trans. Entre as

características notáveis destes processos destaca-se fato de que pode ser investigado

em diferentes estados de agregação. Esta característica não só permite a

possibilidade de analisar o efeito de vários substituintes no anel aromático, mas este

processo também se transforma em um arquétipo para o estudo das reações de

isomerização em sistemas conjugados [54].

2.2.1.2.4. Espiropiranos

O fotocromismo em espiropiranos, Figura 19, é extensivamente estudado,

teórica e experimentalmente, em diversos ambientes que vão desde a fase de solução

e gás para monocristais, filmes finos, polímeros e monocamadas [55]. Absorção de

UV visível (UV/Vis), espectroscopia de Raman, eletroquímica [56, 57], e cálculos

teóricos [58] têm sido utilizados para investigar o fotocromismo de espiropiranos em

vácuo, em solução, em polímeros, em monocamadas e em conjunto com os materiais

funcionais [55]. Espiropiranos pode existir em qualquer uma de suas formas: de anel

fechado, Figura 19(a), e a merocianina anel aberto, Figura 19(b). Luz UV é usada

geralmente para induzir a abertura do anel, da forma espiropirano à forma

merocianina, que, posteriormente, reverte para a forma espiropirano termicamente ou

por irradiação com luz visível. Estudos recentes apontam a absorção de dois fótons

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17

na região próxima ao infravermelho (NIR), usando pulsos de laser ultra rápidos,

também foi relatado para induzir a conversão entre as formas espiropirano e

merocianina [55, 59].

N

O NH2

OO

S S

a)

NO

-

NH2

OO

S S

b)

UV (365 nm) ou NIR (785 nm)

Vis (520 nm) ou t

Figura 19 - Compostos espiropiranos 2-(3’,3’-dimetil-6-nitrospiro[chromene-2,2’-indolina]-1’-

il)-etil-5-(1,2-ditiolano-3-il)pentanoato, (a) cadeia aberta (b) cadeia fechada.

2.3. Processos de Transformação Geométrica

Os processos fotocromáticos que ocorrem quando esses compostos são

iluminados podem ser divididos em três classes diferentes: isomerização cis-trans-cis,

abertura e fechamento de anel e tautomerismo [18].

2.3.1. Isomeria Trans-Cis-Trans

A isomerização trans-cis-trans envolve a rotação em 180°, Figura 20, sobre o

eixo da ligação do composto químico. Salvo em olefinas cíclicas tensas, a reação é

usualmente auto ativada como um processo térmico, na ausência de catalisadores.

Dependendo da olefina, a fotoisomerização reversível após a excitação direta pode

ocorrer em qualquer uma ou ambos os planos [25].

C C

E

D

B

A

C C

D

E

B

A

Figura 20 - Isomerização trans-cis-trans.

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18

Os isômeros cis e trans têm geralmente diferenças significativas nos

espectros de absorção; no caso do ácido urocânico, Figura 21, o estado trans (E-AU)

apresenta o pico de absorção em 355nm enquanto que o estado cis (Z-AU) apresenta

o pico em 340nm, ambos na região do UV. A isomerização é um processo fotocrómico

embora uma mudança na cor seja percebida apenas quando as alterações ocorrem

na parte visível do espectro [25, 60, 61].

NH N

OH

O

NH N O

OH

E-AU Z-AU

Luz UV

Luz UV

Figura 21 - Isomerização do ácido urocânico.

Os mecanismos para fotoisomerização são classificados como simples ou

triplo de acordo com a multiplicidade do estado excitado em que ocorre a torção.

Segundo Mohammad [60], não existe grupo funcional que influencie o processo de

isomerização. Um exemplo de um mecanismo simples é mostrado na Figura 22, onde

o número de estágios intermediários para a hibridização do ácido urocânico é igual a

um, para amostras expostas a condições de: (a) sem irradiação, (b) irradiação a

355nm sob atmosfera de argônio, (c) irradiação a 355nm, com oxigénio, e (d)

irradiação a 340nm, com oxigénio. O tempo de execução foi de 25 min para cada

cromatograma [25].

E-AU Z-AU

E-AU

E-AU

X

b c

d

O2

a

Figura 22 - Mecanismo simples de fotoisomerização do ácido urocânico.

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19

Fotoisomerização por meio de uma via tripla ocorre quando olefinas são

excitadas por transferência de elétrons de doadores adequados. A razão entre as

constantes de taxa de transferência de excitação para os dois isômeros depende da

energia do dador [62, 25].

2.3.1.1. Isomeria Trans-Cis-Trans em Azocompostos

A isomerização de azobenzeno de acordo com a Figura 23 pode ser efetuada

por meio de luz (E→Z, Z→E) e de calor (Z→E).

A forma trans (E) do azobenzeno é termodinamicamente mais estável do que

a forma cis (Z). Os valores de formação para este composto são: ΔH(E) =

311 KJ mol−1, ΔH(Z) = 367 KJ mol−1, portanto, a diferença de energia é de 56 kJ mol−1.

A forma de Z, no entanto, é estabilizada cineticamente pela energia de ativação: no

estado solido EAs∗ ≈ 223 KJ mol−1, liquido EAl

∗ ≈ 85 a 100 KJ mol−1 e gasoso EAg∗ ≈

112 KJ mol−1. Em todas as três fases o mecanismo de isomerização térmica é igual, a

isomerização térmica pode ser catalisada por iodo e os doadores e receptores de

elétrons [25].

N

N

N N

Figura 23 – Transformação geometria do composto azobenzeno Cis↔Trans.

O fotocromismo nos compostos azo aparece como uma intensificação da cor

da amostra, termicamente equilibrada, quando irradiada no comprimento de onda

mais fortemente absorvida pela forma E, por exemplo, a 366nm no caso de

azobenzeno. A restauração da cor inicial é atingida por meio de aquecimento ou pela

seleção de um comprimento de onda de irradiação preferencialmente absorvido pela

forma de Z, por exemplo, 436nm para o azobenzeno. A fotoisomerização do

azobenzeno é uma das reações mais conhecidas e estudadas [16, 25, 63, 64].

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20

2.3.2. Abertura e Fechamento de Anel

2.3.2.1. Reação Eletrocíclica

As reações eletrocíclicas são um importante grupo de reações direcionadas

para alcenos, ou seja, as reações na qual todo o processo de ligação e/ou quebra de

ligação ocorrerão em uma única etapa de reação. Em reações eletrocíclicas de

fechamento de anel, uma nova ligação do tipo σ é formada entre os átomos terminais

de um sistema de conjugação π; já em reações eletrocíclicas de abertura do anel o

processo é invertido. Um exemplo simples é a conversão cíclica entre o hexa-1,3,5-

trieno e o ciclohexa-1,3-dieno, Figura 24, envolvendo seis sistemas de elétrons (o

número de elétrons submetidos a grande reorganização) [65].

ba

Figura 24 – Compostos (a) hexa-1,3,5-trieno e (b) ciclohexa-1,3-dieno

Estas reações podem ocorrer termicamente ou fotoquimicamente, e as

diferenças entre os dois aparecem de duas maneiras. Em primeiro lugar, uma reação

térmica na direção da mudança será no sentido para o equilíbrio, favorecendo o

composto mais termodinamicamente estável, ao passo que uma reação fotoquímica

na direção da mudança será no sentido de um estado foto estacionário, que favorece

o composto com o coeficiente de absorção inferior. Assim, é normal para os dienos,

conjugados para ser convertido eficientemente em ciclobutanos utilizando

comprimentos de onda que são absorvidos pelo dienos mas não pelo cicloalceno [65].

a b

hv (254nm)

Figura 25 - Conversão por radiação eletromagnética do (a) 1,2-dieno-ciclohexano em (b) 1-

ciclohexeno-1’-ciclobutano.

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21

2.3.2.2. Clivagem

Clivagem é o processo de cisão de uma ligação primária (covalente ou iônica).

Este processo é subdividido de acordo com a distribuição eletrônica final, em clivagem

homolítica e heterolítica [20]:

2.3.2.2.1. Clivagem Homolítica

A quebra de uma ligação, de modo que cada um dos fragmentos moleculares

entre as quais a ligação é quebrada retém um dos elétrons. Uma reação unimolecular

envolvendo uma entidade que contém um número par de elétrons (emparelhado)

resulta na formação de dois radicais [20]:

CH3 CH3 CH3 CH2CH2 CH3+

Figura 26 - Clivagem homolítica do pentano.

2.3.2.2.2. Clivagem Heterolítica

A quebra de uma ligação, que ambos os elétrons de ligação permanecem com

um dos dois fragmentos entre as quais a ligação é quebrada [20].

O-

NO2N

+

CH3CH3

N O

CH3CH3

NO2

Figura 27 – Clivagem heterolítica do espiroindolinobenzopirano (BIPS).

2.3.3. Tautomerismo

A existência de dois ou mais compostos químicos que são capazes de fácil

conversão, em muitos casos, apenas a troca de um átomo hidrogénio entre dois outros

átomos, a qualquer dos quais se forma uma ligação covalente. Ao contrário de outras classes

de isômeros, compostos tautoméricos existem em equilíbrio móvel um com o outro, de modo

que as tentativas para preparar as substâncias separadas resultam habitualmente na

formação de uma mistura que mostra todas as propriedades químicas e físicas de ambas as

formas [20, 66-68].

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22

O tipo mais comum de tautomerismo é o que envolve carbonila, ou ceto e compostos

de hidroxila saturada ou enóis, a mudança estrutural é a mudança de um átomo de hidrogênio

entre os átomos de carbono e oxigênio, como apresentado na Figura 28 [20, 66-68].

CH3 C

O

CH3

(a)CH2 C

OH

CH3

(b)

O(c)

OH(d)

Acetona

Fenol

Figura 28 - Tautomerismo entre as moléculas da acetona e fenol na forma ceto (a > 99,9%;

c < 0,1%) e enol (b < 0,1 %; d> 99,9 %).

Em muitos alifáticos, aldeídos e cetonas, tais como a acetona, a forma ceto é

predominante a um; em fenóis, a forma enol, que é estabilizado pelo carácter aromático do

anel benzeno, é o principal componente [20, 66-68].

2.4. Polímeros

2.4.1. Poli(metacrilato de metila) (PMMA)

O poli(metacrilato de metila) (PMMA) é um material termoplástico, rígido e

transparente, considerado um dos polímeros mais versáteis e com maior qualidade do

mercado. Existem três produtos principais de PMMA produzidos pela indústria de produtos

acrílicos: chapas acrílicas que podem ser produzidas pelo método de extrusão ou casting

(vazamento); resina acrílica, vendida sob a forma de granulado de pequenas dimensões,

normalmente contendo pigmentos e aditivos para aplicações específicas; e soluções e

emulsões acrílicas, para a indústria de tintas, colas, adesivos, e troca iônica [69].

O PMMA é um plástico de engenharia, cujas principais características são suas

inigualáveis propriedades ópticas, transparência, e resistência às intempéries, além de

excepcional dureza e brilho. O PMMA é um polímero utilizado em lentes, janelas de aviões e

à prova de balas, entre outras aplicações, nas quais é exigida alta transmissão de luz e

resistência adequada [70].

Polímeros acrílicos são obtidos a partir da polimerização em cadeia de monômeros

vinílicos contendo grupos carboxílicos. O poli(metacrilato de metila) (PMMA) é o polímero

mais importante da família dos poliacrilatos e polimetacrilatos, sendo, portanto, o mais

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23

estudado. O monômero metacrilato de metila (MMA), utilizado na produção do plástico

transparente PMMA, foi descoberto em 1928. Desde então, várias pesquisas envolvendo a

síntese de PMMA foram realizadas com o objetivo de produzir materiais com as características

citadas acima [69].

2.4.1.1. Obtenção

2.4.1.1.1. Monômero

A produção comercial de metacrilatos começou em 1933 com base em acetona

cianidrina, que é ainda a base para toda a produção atual. Esta tecnologia é bem estabelecida,

e trata-se de um processo firmado em uma metodologia ecologicamente viável. As matérias

primas utilizadas na confecção do monômero estão listadas a seguir [71]:

Acetona;

Ácido Cianídrico (cianeto de hidrogênio - HCN);

Ácido Sulfúrico;

Metanol.

Acetona reage com o ácido cianídrico para formar acetona cianidrina, que na

presença do ácido sulfúrico é facilmente convertido no sal de sulfato de metacrilamida.

Este sal intermediário pode ser convertido diretamente em ácido metacrílico ou

metacrilato de metila por reação com água ou metanol, respectivamente. Na prática

comercial, as duas etapas são geralmente realizadas simultaneamente, com uma

solução aquosa de metanol para produzir uma mistura de ésteres ricos, já que

metacrilato de metila é o produto de maior volume comercial.

A sequência básica utilizada na produção do MMA é mostrada na Figura 29.

Este processo pode sofrer mudanças de acordo com o fabricante e/ou produto final

desejado [71].

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24

CCH3

O

CH3

CCH3

CN

CH3OH

CH N+

H2SO4

C C

CH3

CH2 O

NH2(H2SO4)CH3OHC

C

CH3

CH2

OO

CH3

Figura 29 - Sequência e compostos utilizados na produção do monômero de MMA.

As características do monômero de MMA são mostradas na Tabela 1 [72].

Tabela 2 - Características do monômero de MMA.

Propriedades Unidades/Condições Valores

Temperatura de ebulição °C/760 mmHg 100,5

Densidade g/cm³ 0,936 - 0,940

Índice de refração ηD 1,413 - 1,416

Energia de polimerização kJ/mol 48,5

2.4.1.1.2. Polimerização

Os processos de polimerização do monômero de MMA para a produção do

polímero variam de acordo com a empresa que o está fabricando e os recursos

disponíveis. Com base na economia e considerações ambientais, a água é geralmente

o solvente principal no processo industrial de polimerização. No entanto, a escolha do

processo é geralmente ditada pelas exigências do polímero a ser produzido. Em

soluções aquosas diluídas, a taxa de polimerização é influenciada pelo pH, sendo alta

em pH baixo, caindo rapidamente a um mínimo em pH 6 - 7, e voltando a aumentar

em um pH máximo em torno de 12, para o ácido metacrílico, com uma média de pH

entre 11 e 13. Em altas concentrações de sal ou de monômero, a taxa mínima de

polimerização na faixa de pH 6-7 torna-se menos pronunciada [71].

2.4.1.2. Propriedades do PMMA

As principais propriedades do PMMA estão apresentadas na Tabela 2 [69].

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25

Tabela 3 - Propriedades do PMMA.

Propriedades Unidades Condições Valores

Densidade g·cm-3 - 1,17 - 1,20

Absorção de água % 1/8 in bar, 24h 0,3 - 0,4

Coeficiente de Expansão térmica

- - 2 - 3·10-4 < Tg

6·10-4 > Tg

Índice de refração - - 1,49

Resistência à tração MPa - 48 - 76

Tenacidade à fratura MPa·m1/2 23ºC, Ar

37ºC, Agua 1,21 1,76

Alongamento % - 2 - 10

A maior parte das resinas comerciais de PMMA é do tipo sindiotática,

caracterizada por possuir temperatura de transição vítrea entre 120 e 140ºC, contra

105 a 115ºC das resinas atáticas e 45 a 50ºC das isotáticas [73].

2.5. Aditivação

Aditivo é considerado todo e qualquer composto adicionado ao polímero

matriz, com finalidade de alterar suas propriedades básicas, visando novas aplicações

[3]. O emprego de alguns aditivos data do século passado, como o negro de fumo

adicionado a borracha natural por Charles Goodyear [74] ou a utilização da canfora

por J. W. Hyatt como plastificante para o nitrato de celulose [75].

Os aditivos mais usados para polímeros são as cargas, plastificantes,

antioxidantes, agentes de vulcanização, pigmentos/corantes, retardantes de chama,

agentes antiestáticos, lubrificantes, modificadores de impacto e agentes de expansão.

Outros aditivos também empregados são abrasivos, catalisadores, ativadores,

aceleradores, agentes de acoplamento, extensores e auxiliares de processamento,

biocidas e compatibilizantes [3].

2.5.1. Corantes

Corantes ou pigmentos são aditivos utilizados para conferir tonalidades de cor

aos materiais poliméricos. Além de conferir cor, os pigmentos podem aumentar o

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26

brilho, a opacidade, ou ocasionar outros efeitos como estabilizante de radiação

ultravioleta [3].

Registros arqueológicos, que datam de 4000 aC, relatam o uso de pigmentos

em tecidos, principalmente o Índigo (Figura 30.a). Registros bíblico de 1500 aC

apresenta o uso de um pigmento foto sensível, Purpura de Tiro (Figura 30.b), em

vestimentas de religiosos (Israel) e políticos (Roma) de alta patente, que ressaltava

sua cor quando expostos a luz do sol [76, 77].

NH

NH

O

O

NH

NH

O

O

Br

Br

(a) (b)

Figura 30 - Estrutura química do (a) Indigo e (b) Purpura de Tiro (6,6'-dibromo-indigo)

Os corantes são classificados de acordo com a sua origem: orgânicos,

inorgânicos, solúveis e especiais. A Tabela 4 apresenta a comparação entre as

propriedades gerais dos pigmentos orgânicos e inorgânicos [3].

Tabela 4 - Comparação entre pigmentos orgânicos e inorgânicos

Critério Inorgânico Orgânicos

Custo Baixo Elevado

Propriedades Opaco Translucido

Dispersabilidade Fácil Difícil

Estabilidade à luz e ao calor Excelente Limitada

Brilho Fosco Brilhoso

Poder de recobrimento Fraco Forte

Tendência de recobrimento Reduzida Elevado

Os pigmentos são geralmente comercializados nas seguintes formas [3, 78]:

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27

Corantes puros:

São fornecidos na forma de pós muito finos que devem ser incorporados a

polímeros também em pó. Os inconvenientes são a dificuldade de mistura a seco e

manipulação, além de problemas de higiene industrial.

Concentrados líquidos:

Utilizados principalmente em termofixos e em suspensão (plastisol) de

poli(cloreto de vinila) (PVC), onde o veículo é um plastificante ou um solvente

apropriado. Neste concentrado os pigmentos apresentam-se completamente

dispersos.

Misturas especiais:

Trata-se de combinações de concentrados de pigmentos inorgânicos

facilmente dispersáveis com pigmentos orgânicos de baixa dispersibilidade. Os

aglomerados orgânicos se quebram e os agregados ou partículas se unem às

partículas inorgânicas.

Concentrados sólidos:

Pigmentos previamente dispersos em um veículo. O concentrado possui cerca

de 30% a 70% de pigmentos e, quando adicionado ao material, é uniformemente

dispersado.

2.5.2. Colorimetria

Diversos autores como Oliveira [79], León e colaboradores [80], Debon [81] e

Minolta [82], referem-se à colorimetria como sendo a ciência e a tecnologia usada para

quantificar e descrever as percepções humanas da cor. A determinação da cor pode

ser realizada por meio de uma inspeção visual (humana) ou usando um instrumento

de medida, como por exemplo, espectrofotômetro ou colorímetro.

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28

2.5.2.1. Sistema de cores

2.5.2.1.1. Sistema RGB

As cores formadas com a luz são baseadas no sistema RGB, abreviação de

R = Red (vermelho), G = Green (verde) e B = Blue (azul), representadas pelos vetores

XYZ, respectivamente, e conhecidas também como valores tristimulus. Neste sistema

são consideradas as três cores primárias [83]. A partir destas três cores é possível

obter diversas combinações, como está ilustrado na Figura 31, onde os pontos XY

representam o amarelo, XZ representa o magenta, YZ representa o ciano, XYZ

representa o branco, e o ponto zero representa o preto.

(a) (b) (c)

Figura 31 – Coordenadas de cores RGB: (a) estão as cores primárias (b) cores secundárias

e (c) eixos e respectivas cores.

A Figura 32 ilustra o diagrama de cores RGB utilizado pela maior parte dos

softwares de edição de imagens.

Figura 32 - Diagrama de cores RGB utilizado pela maior parte dos softwares de edição de

imagens (palheta retirada do Microsoft Word).

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29

2.5.2.1.2. Brilho

É um atributo da percepção visual em que uma fonte parece estar irradiando

ou refletindo luz. Em outras palavras, o brilho é a percepção provocada pela

luminosidade de um alvo visual. Este é um atributo subjetivo / propriedade de um

objeto que está sendo observado [84].

No espaço de cor RGB, brilho pode ser pensado como a média aritmética (μ)

das coordenadas de cor do vermelho, verde e azul [84]. A Equação 1 apresenta a

formula para a conversão dos valores de RGB em valor de brilho.

μ =R+G+B

3 (2)

Equação 2 - Conversão de unidades do sistema RGB para valores de brilho.

2.5.2.1.3. Sistema CIEL*ab

A coloração de um produto é definida por três diferentes parâmetros

representados em um diagrama tridimensional, denominado Diagrama CIEL*ab. Em

1976, a Commission Internationale d’Eclairage (CIE) recomendou o uso da escala de

cor do sistema CIEL*ab, ou CIELAB (X). Nesta escala, o parâmetro L* varia de 0 a

100, onde o máximo valor de L* (100) representa uma perfeita reflexão difusa,

representando a coloração branca, enquanto o valor mínimo (0) representa a

absorção máxima da radiação eletromagnética visível por parte da amostra. Já os

eixos a* e b* não apresentam limites numéricos específicos. A coordenada a* varia do

vermelho (+a*) ao verde (-a*), e a coordenada b* do amarelo (+b*) ao azul (-b*) [85,

86]. O centro é acromático e, à medida que os valores de a* e b* variam e o ponto

move-se para fora partindo do centro, a saturação da cor aumenta. A Figura 33

apresenta o diagrama CIEL*ab [82].

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30

Figura 33 - Diagrama de cores CIEL*ab.

2.5.2.1.1. Diferença de Cor (ΔE)

A diferença de cor entre dois estímulos, por exemplo: um padrão e uma

amostra, é quantificada a partir da distância entre os pontos no diagrama CIEL*ab,

Figura 33, utilizando a Equação 3.

∆E = √∆L2 + ∆a2 + ∆b2 (3)

Equação 3 - Equação para o cálculo da diferença de cor (ΔE)

Onde: ∆E é a diferença de cor, ∆L é a razão entre os valores de 𝐿 do padrão

e 𝐿 da amostra (∆L = L𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜 − 𝐿𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎), ∆a é a razão entre os valores de 𝑎 do padrão

e 𝑎 da amostra (∆a = a𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜 − 𝑎𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎) e ∆b é a razão entre os valores de 𝑏 do

padrão e 𝑏 da amostra (∆b = b𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜 − 𝑏𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎) [82, 87, 88].

Com a diferença de cor, aplica-se a tolerância de cor, que é o limite de

aceitação de o quão grande pode ser a diferença de cor entre a amostra e o padrão.

Usando L*a*b*, os usuários podem correlacionar as diferenças numéricas com sua

percepção visual, permitindo assim aplicar um controle de qualidade do produto a

partir de um referencial visual [82, 89].

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31

Figura 34 - Tolerância para os componentes *a e *b, na determinação da diferença de cor.

Normalmente as tolerâncias devem ser estabelecidas para cada um dos

componentes, ΔL*, Δa*, e Δb*, para identificar quais coordenadas, excederam os

limites. Os valores de tolerância criam uma caixa ao redor do padrão (Figura 34).

Cores que caem dentro dessa caixa são consideradas aprovadas, enquanto que as

cores que caem foram dessa caixa são rejeitadas. O ΔE, também pode ser utilizado

como tolerância, contanto que o usuário também avalie os atributos individuais [82,

89]

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32

3. REVISÃO DA LITERATURA

Carpignano e colaboradores [90] realizaram testes para determinar a melhor

técnica de identificação/caracterização, entre ressonância magnética nuclear do 13C

(13C-RMN), espectrofotométrica, cromatográfica e calorimetria, para uma serie de

corantes azoaromaticos. Em razão da analise relativamente rápida, do baixo consumo

de amostras e da facilidade na interpretação dos resultados, a técnica de 13C-RMN

mostrou-se eficaz na caracterização desses corantes, conseguindo distinguir os

diversos compostos, mesmo com mínimas variações.

As aminas, compostos orgânicos normalmente de carater básico, apresentam

reatividade com diversos grupos funcionais, entre eles se destacam os grupos

cetonas, ao qual o poli(metacrilato de metila) faz parte [91], reatividade esta que

aumenta conforme aumenta o caráter básico desses compostos, conforme mostrado

na Figura 35 [92-94].

Figura 35 - Caráter básico em ordem decrescente das aminas, da mais forte (amina secundaria) para a mais fraca (amina aromática terciaria).

Utilizado normalmente como veículo de modificação [91, 95, 96], os

compostos amínicos tendem a reagir com o PMMA formando pontes de ligação entre

o polímero e os compostos nele contido.

Meinhardt e colaboradores [97], Kozak e colaboradores [98], Gao e

colaboradores [99], Raditoiu e colaboradores [100], Hosseini e colaboradores [101] e

Smokal e colaboradores [102] realizaram a síntese e caracterização do corante

vermelho disperso 1 (DR1, Disperse Red 1, CAS: 2872-52-8, Figura 36). Entre os

resultados em comum, destacam-se os valores de temperaturas (Tg=84ºC,

Tm=158≈164ºC; TF=268°C) e espectros de UV-Vis, FTIR e 1H-RMN [103].

Amina Aromática Terciária

Amina Aromática Secundária

Amina Aromática Primária

AmoniaAmina

TerciáriaAmina

PrimáriaAmina

Secundária

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33

N N

N

O

O

N CH2

CH2CH2CH3 OH

Figura 36 - Estrutura química do DR1 (N-Etil-N-etanol-4-(4-nitrofenilazo)anilina)

Meinhardt e colaboradores [97] registraram o espectro para o corante DR1,

com 95% de pureza no estado solido, e seu comportamento de hibridização para uma

camada fina. O corante apresentou pico de absorção a 488nm e quando exposto a

esse comprimento em especifico é observado um aumento significativo na

transparência óptica.

Kozak e colaboradores [98] determinaram os parâmetros de volatilização e

explosão para uma serie de corantes azoaromáticos. O DR1 apresenta baixa

volatilização, permitindo uma boa mistura do produto no estado fundido e valores

intermediário de explosão, com velocidade e energia de explosão igual a 4.340 m∙s-1

e 2.290 kJ∙kg-1, estes valores estão relacionados a presença de um único grupo nitro

(-NO2) na formulação do corante.

Raditoiu e colaboradores [100] mostraram o comportamento de degradação

térmica em atmosfera inerte (N2) para um grupo de corantes azoaromáticos, desses

o DR1 apresentou maior estabilidade térmica, com temperatura de degradação entre

290 e 352ºC, com a emissão de alguns grupos gasosos (N2, NO2, CO). A emissão do

NO2, confirma o caráter volátil do composto, como proposto por Kozak e

colaboradores.

Smokal e colaboradores [102] expuseram uma rota de síntese para a

produção do corante DR1, onde partindo dos reagentes da 4-nitro-benzenodiazónio

(A), benzoamina (B) e formaldeído (C), em meio ácido, obtem-se o 4-[(4-

nitrofenol)azo]-benzoamina (D), que ao misturar com o 2-(etilfenilamina)-etanol (E),

regem formando o corante, Figura 37.

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34

NH2

N+

N

O

O

N

CH2 O++Cl

-

N N

N

O

O

N CH2

CH2CH2CH3 OH

N N

N

O

O

NH2

N CH2

CH2CH2CH3 OH

+

NH2

N

O

O

+

AB

D

E

F

C

Figura 37 - Rotas de síntese para a produção do corante DR1.

Hosseini e colaboradores [101] exibiram uma rota onde os compostos 4-nitro-

benzenodiazónio (D) e o 2-(etilfenilamina)-etano (E) são os componentes principais

da sintese do corante DR1, Figura 37.

Hosseini e Mohammadi [101, 104], Cinar e colaboradores [105], Canizzo e

colaboradores [106], Feng e colaboradores [107] e Seyaert e colaboradores [108]

sintetizaram e realizaram caracterizações físicas, químicas, térmicas e estruturais do

monômero vermelho disperso 1 acrilato (DR-1-AC, Disperse Red 1 Acrylate, CAS:

13695-46-0, Figura 38) [103]. Esse composto, produto da reação do corante vermelho

disperso 1 com o cloreto acriloíla, apresenta temperaturas (Tm=111≈112ºC; TF=280 ±

29°C) inferiores ao corante puro, o espectro de 1H e 13C-RMN identificaram um pico

de ligação característico, entre o corante e o acriloíla e o espectro de UV-Vis na faixa

de 460nm, para uma solução em álcool etílico absoluto.

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35

NO2

NN

NH2CH2C CH2CH3

OC

CH

O

CH2

NO2

NN

NH2CH2C CH2CH3

OH

OC

CH

O

CH2

Cl

+

Figura 38 - Síntese química do composto DR1-AC.

Gorelik e Lomzakova [109] e Modrow e colaboradores [110] realizaram a

síntese e caracterização do corante azoaromático (N-(4-(2-ciano-4-nitrofenilazo)fenil)-

n-etilamina)propionitrilo) (DR73, Disperse Red 73, CAS: 12270-46-1). O corante é

obitido como produto da reação da 2-amino-5-nitro-benzonitrila com o 3-

(etilfenilamina)-propanonitrila em meio ácido (HCl), Figura 40. Entre os resultados em

comum para este corante, destacam-se os valores de temperaturas de fusão

(Tm=149≈150ºC), solubilidade e espectros de UV-Vis, FTIR e 1H-RMN [103, 111, 112].

N

NC N

NO

O

N

CH2 CH2

C N

CH2 CH3

Figura 39 – Estrutura química do DR73 (N-(4-(2-ciano-4-nitrofenilazo)fenil)-n-etilamina)propionitrilo).

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36

N N

N

O

O

N CH2

CH2CH2CH3 C

C

N

N

N CH2

CH2CH2CH3 C

NNH2

N

O

O

CN

+

Figura 40 - Rota de síntese proposta para o DR73.

Lee e colaboradores [113], realizaram caracterizações microestruturais

(cristalinidade) do corante DR65 e DR73, apresentando detalhes da conformação

molecular incluindo as interações intra e intermoleculares no estado sólido. Para o

DR73, Figura 39, o empilhamento das moléculas ocorre graças a ação conjunta das

pontes de hidrogênio, do agrupamento cabeça cauda e do sistema de hibridização π-

π. Quando comparado os sistemas para ambos os corantes (DR65 e DR73), aquele

que possui uma maior distância intermolecular (DR73), apresentará uma maior

solubilidade [114].

Katsuda e colaboradores [115], realizaram o estudo da fadiga e degradação

fotorreativa do DR73, quando dispersa em matriz de poliéster e exposto a um

comprimento de onda especifico, 316nm, com três espectros distintos. O polímero

puro apresenta susceptibilidade a degradação para esse comprimento de onda.

Quando na presença do corante, registrou-se uma diminuição da fotodegradação do

polímero, enquanto que o corante resistiu a fadiga fotorreativa. Isso acontece em

razão do corante absorver na região do ultravioleta, impedindo assim que a radiação

atinja as cadeias poliméricas.

Tan e colaboradores [116, 117] realizaram a caracterização térmica e química

da mistura com 5 e 10% em massa de corante azoaromáticos, entre eles o DR1 e o

DR73, em matriz de poli(metil metacrilato) (PMMA) e policarbonato (PC), preparado

por dissolução em clorofórmio sob agitação seguido de secagem. A presença dos

corantes provoca uma diminuição na temperatura de transição vítrea dos polímeros.

O comportamento de hibridização do corante foi mantido, para ambos os polímeros,

ocorrendo por dipolo induzido, onde o grupo nitro (-NO2) é o receptor e os grupos

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37

(-N(CH2CH3)(CH2CH2OH) (DR1) e -N(CH2CH3)(CH2CH2CN) (DR73)) são os

doadores.

Pan e colaboradores [118] utilizam de um espectrômetro e uma combinação

de fontes de luz, para estudar filmes preparados por spin-coated e depositados em

vidro de quartzo da mistura do corante 1,5-di(2-hidroxietoxi) antraquinona (An7, CAS:

312753-54-1) [103] em matriz de PMMA. Chegando à conclusão que, para

determinados comprimentos de onda ou faixa de comprimentos de onda incidente, um

mesmo composto apresenta diferentes respostas.

O

O O

O

OH

OH

Figura 41 - Estrutura química do 1,5-dihidroxietoxi-antraquinona (An7)

Meng e colaboradores [36, 119] realizaram a síntese e a caracterização

química e estrutural do corante 1,4-diamina-2,3-difenoxi-antraquinona (DV31/An9,

Disperse Violet 31/Antraquinona 9, CAS: 6408-72-6, Figura 42), avaliando a

capacidade de tingimento por espectroscopia de UV-Vis e reatividade por reometria

de torque e FTIR para com o poli(metacrilato de metila) (PMMA) quando misturados

térmica e mecanicamente. Os resultados mostraram que, para os valores de

configuração e hiperpolarização secundária (diferença de potencial) (φ), é possível

controlar os substituintes ligados aos anéis da antraquinona. A propriedade óptica

não-linear (meios em que a polarização dielétrica P responde de forma não linear ao

campo elétrico E da luz [120]) de terceira ordem do composto foi medida utilizando

uma combinação de sinais (ondas), demonstrando um elevado potencial de aplicação

na óptica não linear e a mudança no comportamento reológico e presença da banda

em 1590nm indicam a reatividade entre o PMMA e o corante estudado.

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38

O

O

NH2

NH2

O

O

Figura 42 - Estrutura química do 1,4-diamina-2,3-difenoxi-antraquinona (DV31)

Wu e colaboradores [121, 122] e Li & Xu [123] apresentaram rotas viáveis

para a síntese do DV31/DV26. Reagindo o 9,10-antracenodiona com o ácido

clorídrico, esta reação produz o 1,4-diamina-2,3-dicloro-antraquinona, que ao reagir

com o fenol, produz o 1,4-diamina-2,3-difenoxi-antraquinon.

O

O

NH2

NH2

O

O

O

O

NH

NH

O

O

NH2

NH2

Cl

Cl

OHClH +

Figura 43 - Rota de síntese proposta para o DV31.

Wu e colaboradores [124] prepararam uma mistura de PMMA com DV31 (An9)

diluída em clorofórmio e depositada em um substrato de vidro. Após centrifugação e

secagem foram realizadas as medidas de não linearidade óptica. Os resultados do

efeito Kerr (resposta a incidência de duas ondas) para o sistema estudado, permitiram

quantificar a magnitude não linear para o composto.

Park e colaboradores [125] estudaram a estrutura de um monocristal de 5'-

(bis(2-acetoxietil)amino)-2'-(2-bromo-4,6-dinitrofenilazo)-4-etoxiacetanilide (DB79,

Disperse Blue 79, CAS: 12239-34-8, Figura 44), concluindo que o uso de solventes

orgânicos tradicionais (acetona, álcool, clorofórmio, ...) não apresentaram efeito na

solubilização do corante. O cristal foi obtido quando utilizado o etanoato de etila

(C4H8O2) como solvente, sendo esse o mais indicado para se tratar/purificar o

corante DB79.

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39

N

N

NHC

CH3

O

NCH2

CH2

OC

CH3

O

CH2CH2

OC

O

CH3

OCH2

CH3

NO O

NO

O

Br

Figura 44 - Estrutura química do 5'-(bis(2-acetoxietil)amino)-2'-(2-bromo-4,6-dinitrofenilazo)-4-etoxiacetanilide (DB79).

Ferri e colaboradores [126] e Cabral e colaboradores [127] determinaram os

parâmetros de solubilidade, por técnicas distintas, e propriedades térmicas para o

corante DB79. Para ambos os trabalhos, o comportamento de se solubilização está

de acordo com a literatura teórica, ou seja, com o aumento da temperatura e da

pressão, o corante tende a aumentar a sua solubilidade nos meios estudados.

Enquanto que o estudo térmico retornou valores de temperatura de fusão e energia

de entalpia de fusão iguais a Tm = 138≈157ºC e ΔHfus= 21≈38,1 kJ∙mol-1.

Kamei e colaboradores [128] realizaram a síntese e caracterização por UV-

Vis e 1H-RMN do 4-dimetilamino-azobenzeno (4-DMAzo, Figura 45-a) e seus

derivados, entre eles o N,N-Dimetil-4,4′-azodianilina (DBL3, Disperse Black 3, CAS:

539-17-3, Figura 45-b), Figura 46.

N N

N

CH3

CH3

NH2

N N

N

CH3

CH3(a) (b)

Figura 45 - Estrutura química do (a) 4-dimetilamino-azobenzeno e (b) N,N-dimetil-4,4′-azodianilina (DBL3).

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40

N N

N

CH3

CH3

NH2

NO

N

CH3

CH3

NH2

NH2

+CH3

COH

O

Figura 46 - Rota de síntese do DBL3 proposta por Kamei e colaboradores [128].

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41

4. MATERIAIS E MÉTODOS

4.1. Materiais

4.1.1. Polímero

Neste trabalho, foi utilizado o poli (metacrilato de metila) puro (ECL100), sem

aditivos, com índice de fluidez de 2,3 g/10min (norma ASTM D-1238) [129], Anexo I,

o polímero foi cedido pela empresa UNIGEL S.A. A Figura 47 apresenta a estrutura

química do PMMA.

CCH2

C

O OCH3

CH3

n

Figura 47 - Estrutura química do PMMA

4.1.2. Corantes

Neste trabalho foram utilizados corantes puros conforme recebido do

distribuidor. Fornecidos pela empresa importadora PCIL Corantes.

4.1.2.1. Compostos azoaromáticos

Os azocorantes utilizados neste trabalho foram o Vermelho Disperso 1,

comercializado pelo nome Escarlate PCILAcete B. Com.; o Vermelho Disperso 73,

comercializado pelo nome Rubi PCILAcete 2G.F.L.; o Azul Disperso 79,

comercializado pelo nome Azul Marinho PCILAcete Gln. e o Preto Disperso 3,

comercializado pelo nome de Preto PCILAcete Rg 300%.

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42

N N

N

O

O

N CH2

CH2CH2CH3 OH

N N

C N

N OO

N CH2

CH2 C

N

CH2CH3

(a) (b)

N

N

NHC

CH3

O

NCH2

CH2

OC

CH3

O

CH2CH2

OC

O

CH3

OCH2

CH3

NO O

NO

O

Br

N N

N

CH3

CH3

NH2

(c) (d)

Figura 48 - Estrutura química dos compostos azoaromáticos (a) DR1, (b) DR73, (c) DB79 e (d) DBL3

4.1.2.1.1. Vermelho disperso 1 (DR1)

O Vermelho Disperso 1 ou Disperse Red 1 é um composto cadastrado sob o

código CAS 2872-52-8 (registro no banco de dados do Chemical Abstracts Service

[130]), com fórmula molecular (C16H18N4O3). Este composto apresenta massa

molecular de 314,34 g∙mol-1, densidade de 1,23 g∙cm-3 (20ºC e 760 mmHg) e ponto

de fusão entre 161°C [97, 103, 131, 132]. A Figura 48-a ilustra a estrutura molecular

deste composto.

4.1.2.1.2. Vermelho disperso 73 (DR73)

O Vermelho Disperso 73 ou Disperse Red 73 é um composto cadastrado sob

o código CAS 12270-46-1, com fórmula molecular (C18H16N6O2). Este composto

apresenta massa molecular de 348,36 g∙mol-1 e densidade de 1,22 g∙cm-3 (20ºC e

760 mmHg) e temperatura de fusão de 150ºC [103, 131-133]. A Figura 48-b ilustra a

estrutura molecular deste composto.

4.1.2.1.3. Azul disperso 79 (DB79)

O Azul Disperso 79 ou Disperse Blue 79 é um composto cadastrado sob o

código CAS 12239-34-8, com fórmula molecular (C24H27BrN6O10). Este composto

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43

apresenta massa molecular de 639,41 g∙mol-1 e densidade de 1,53 g∙cm-3 (20ºC e 760

mmHg). Sua temperatura de fusão é dada como sendo entre 140 e 157ºC [103, 131,

134-136]. A Figura 48-c ilustra a estrutura molecular deste composto.

4.1.2.1.4. Preto disperso 3 (DBL3)

O Preto Disperso 3 ou Disperse Black 3 é um composto cadastrado sob o

código CAS 539-17-3, com fórmula molecular (C14H16N4). Este composto apresenta

massa molecular de 240,3 g∙mol-1, densidade de 1,11 g∙cm-3 (20ºC e 760 mmHg) e

temperatura de fusão entre 190ºC [103, 131, 132, 137]. A Figura 48-d ilustra a

estrutura molecular deste composto.

4.1.2.2. Composto antraquinônico

Neste trabalho foi utilizado o Violeta Disperso 31 comercializado pelo nome

Violeta PCILAcete H-Frl.

O

O

NH2

NH2

O

O

Figura 49 - Estrutura química do composto antraquinônico DV31

4.1.2.2.1. Violeta disperso 31 (DV31)

O Violeta Disperso 31 ou Disperse Violet 31 é um composto cadastrado sob

o código CAS 6408-72-6, com fórmula molecular (C26H18N2O4). Este composto

apresenta massa molecular de 422,43 g∙mol-1 e densidade de 1,39 g∙cm-3 (20ºC e 760

mmHg). Seu ponto de fusão é descrito como sendo 195°C [103, 131]. A Figura 49

ilustra a estrutura molécula deste composto.

4.1.3. Solventes

Neste trabalho utilizou-se o álcool etílico (C2H6O) com densidade igual a

0,79 g∙cm-3 e 99,5% de pureza, acetona (C3H6O) com densidade igual a 0,79 g∙cm-3 e

99,5% de pureza e clorofórmio (CHCl3) com densidade igual a 1,48 g∙cm-3 e 99,5% de

pureza.

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44

4.2. Métodos

4.2.1. Processamento

Durante o processamento, foram utilizados os seguintes equipamentos e

condições de processamento, nas etapas deste trabalho descritas na Figura 50.

Extrusão (formula B)PMMA (99,9%) Corante (0,1%)

Moldagem por Injeção

Extrusão com Matriz de Fita Plana

Micronização em Nitrogênio Liquido

(LN2)

Prensagem

Reometria de Placas a Baixas

Taxas

Temperatura: 110, 160, 170, 180, 190, 200, 200,

210 e 210°C.Rotação da rosca: 300

RPMRotação do alimentador:

40 RPM

Temperatura da Injetora: 230, 240, 245,

250 e 250ºCTemperatura do molde:

40ºCForça de fechamento:

400 kN Tempo de resfriamento:

35 s

Temperaturas da extrusora: 160, 190, 210

e 220ºCTemperatura da Calandra: 25ºC

Rotação da rosca: 40 RPM

Temperatura das placas: 230ºC

Temperatura da água: 20ºC

Figura 50 - Fluxograma de mistura

4.2.1.1. Mistura por extrusão

Utilizou-se neste trabalho duas extrusoras. A primeira, uma extrusora dupla

rosca fabricada pela empresa AX Plásticos Máquinas Técnicas LTDA, com diâmetro

de rosca de 16 mm e relação comprimento/diâmetro (L/D = 40), modelo AX.DR.16.40.

A segunda, uma extrusora de rosca simples, com sistema de matriz de fita plana (slit

die), fabricada pela empresa THERMO SCIENTIFIC, com diâmetro de rosca de 19

mm e relação comprimento/diâmetro (L/D = 25), modelo HAAKE™ Rheomex QC lab

Single Screw Extruders.

4.2.1.1.1. Extrusão

Antes do processamento, o PMMA e os corantes passaram por processo de

secagem em estufa de ar circulante a 70ºC por 48 horas, seguido por secagem em

estufa a vácuo a 60ºC por 48 horas.

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45

Os processamentos das formulações foram realizados em extrusora de rosca

dupla com matriz de fio, utilizando um alimentador volumétrico para controlar a

dosagem de material. A temperatura de processamento utilizada durante a etapa de

mistura, da zona de alimentação a matriz foram de 110, 160, 170, 180, 190, 200, 200,

210 e 210°C, com rotação da rosca entre 275 e 300 RPM e no alimentador de 40

RPM, seguido da granulação. As formulações utilizadas neste trabalho são

apresentadas na Tabela 5.

Tabela 5 - Formulações das amostras PMMA/Corantes

Formulações PMMA (%) Corantes (%) Código

PMMA 100,0 0,0 PMMA_P

PMMA/DR1 99,9 0,1 DR1_BP

PMMA/DR73 99,9 0,1 DR73_BP

PMMA/DV31 99,9 0,1 DV31_BP

PMMA/DB79 99,9 0,1 DB79_BP

PMMA/DBL3 99,9 0,1 DBL3_BP

4.2.1.1.2. Extrusão com Matriz de Fita Plana

Antes do processamento de extrusão com matriz de fita plana, os granulados,

das formulações produzidos na etapa anterior, passaram por processo de secagem

em estufa de ar circulante a 70ºC por 24 horas, seguido por secagem em estufa a

vácuo a 60ºC por 48 horas.

O processamento foi realizado em extrusora de rosca simples com matriz de

fita, configurado com temperaturas, da zona de alimentação a matriz de 160, 190, 210

e 220ºC, utilizou-se rotação de 40 RPM e alimentação volumétrica. A calandra era

resfriada com água a temperatura ambiente, aproximadamente 25ºC, e sua

velocidade foi ajustada de modo a produzir uma placa com 1,0 mm de espessura. As

amostras processadas foram as composições apresentadas na Tabela 5.

Após o processamento, as amostras foram colocadas na estufa por 10 min,

na temperatura de 130ºC sobre compressão e resfriadas lentamente a temperatura

ambiente. O processo de lixamento e polimento foi realizado em ambas as superfícies

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46

dessas amostras de forma a produzir uma placa com superfície com mínimo de

irregularidades, passando por uma sequência de lixas: 240, 320, 400, 600, 1200 e

polimento com pasta abrasiva.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 51 - Amostras processados por extrusão com matriz de fita plana de (a) PMMA_P, (b) DR1_BP, (c) DR73_BP, (d) DV31_BP, (e) DB79_BP e (f) DBL3_BP.

4.2.1.2. Moldagem por Injeção

Uma Injetora da marca Arburg modelo AllRounder 270S 400-100 foi utilizada

para injetar corpos de prova tipo I, segundo a norma ASTM D-638-10. O perfil de

temperatura da alimentação ao bico injetor utilizado foi de 230, 240, 245, 250 e 250ºC,

a temperatura do molde de 40ºC, com força de fechamento máxima de 400 kN e tempo

de resfriamento de 35 segundos.

O material injetado passou pelo mesmo processo de secagem utilizado na

extrusão com matriz de fita plana, as composições foram apresentadas na Tabela 5,

incluindo ainda um PMMA sem processamento (PMMA_V).

Os corpos de prova de PMMA virgem (PMMA_V), PMMA processado

(PMMA_P) e de PMMA com 0,1% em massa de corante (DR1_BP, DR73_BP,

DV31_BP, DB79_BP e DBL3_BP) moldados por injeção, para a caracterização por

ensaios de tração, impacto e colorimetria, estão apresentados na Figura 52.

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47

Figura 52 - Corpos de prova de tração modelo ASTM D-638 tipo I obtidos por injeção, da esquerda para a direita temos: PMMA_VI, PMMA_PI, DR1_BPI, DR73_BPI, DV31_BPI,

DB79_BPI e DBL3_BPI.

4.2.1.3. Prensagem

Os granulados obtidos da mistura por extrusão foram moídos

criogenicamente, com o auxílio de um moinho e de nitrogênio líquido LN2. A

prensagem para a produção do corpo de prova foi realizada em prensa hidráulica

adaptada, aquecida a 200ºC. Os corpos de prova possuem as seguintes dimensões:

25,0 mm de diâmetro e 2,0 ± 0,1 mm de espessura, como apresentado na Figura 53.

25mm

2,0 mm

Figura 53 – Modelo das amostras prensadas

O processamento por prensagem produziu amostras com dimensões

controladas e superfícies planas. A Figura 54 apresenta as amostras de PMMA com

e sem corante.

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48

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 54 - Amostras processados por prensagem de (a) PMMA_P, (b) DR1_BP, (c) DR73_BP, (d) DV31_BP, (e) DB79_BP e (f) DBL3_BP.

As formulações de PMMA com corantes azoaromáticos (DR1, DR73, DB79 e

DBL3) apresentaram boa homogeneidade da cor quando misturados por extrusão

seguida de moldagem por compressão, extrusão em fita plana ou moldagem por

injeção. A mistura do PMMA com o corante antraquinona (DV31) apresentou uma

heterogeneidade da cor quando exposto a um único ciclo de extrusão (mistura por

extrusão seguido de moldagem por compressão), enquanto que para amostras com

dois ciclos (mistura por extrusão seguido por extrusão em fita plana ou moldagem por

injeção) foi observada uma homogeneização da cor.

4.2.2. Caracterização

4.2.2.1. Densidade por Picnometria

A determinação da densidade das amostras foi realizada por picnometria. A

análise da densidade é utilizada como parâmetro de processabilidade além de indicar

o grau de cristalinidade ou, no caso de polímeros amorfos, sua história termomecânica

[138, 139].

O ensaio utilizou um picnometro de 50 mL, seguindo os parâmetros da norma

ASTM D792-08. As pesagens foram realizadas em uma balança de precisão. As

amostras foram retiradas do centro dos corpos de prova injetado, (Tabela 5), por meio

de fratura criogênica. Para calcular a densidade utilizou-se a Equação 4: [138].

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49

ρp = ρl (ms − m0)

(ml− mo)− (msl− ms) (4)

Equação 4 - Equação para o cálculo da densidade por picnometria.

Onde: ρpé a densidade do polímero a ser calculada, m0 é a massa do

picnometro vazio; ml é a massa do picnometro com o líquido (no caso fez-se uso de

álcool etílico 99,5% PA, com densidade conhecida ρl = 0,824 g/ml), ms é a massa da

amostra que somada a do picnometro revelava a massa do picnometro com as

partículas e msl é a massa do picnometro com o líquido e a amostra

Após inserir todos os materiais no picnometro, apenas quando o termômetro

acoplado ao equipamento registrou 23 °C, efetuou-se a pesagem de todo o conjunto.

Tendo todas as massas destacadas anteriormente.

4.2.2.2. Análise de Espectrofotometria e Colorimetria

A análise de colorimetria foi realizada em equipamento da KONICA MINOLTA

modelo CR-400 nas amostras produzidas por extrusão em matriz de fita plana, após

o polimento. A calibração e medidas foram realizadas de acordo com o manual do

equipamento, usando um padrão que acompanha o mesmo.

A análise de espectrofotometria foi realizada em equipamento KONICA

MINOLTA modelo espectrofotômetro CM-2500, nas amostras moldadas por injeção e

por prensagem. Utilizou-se para isso dois fundos de escala, o primeiro um fundo

“branco” e o segundo um fundo cinza

4.2.2.3. Espectrômetro de UV-Vis

O equipamento utilizado foi um espectrofotômetro de UV-Vis da marca

Shimadzu, modelo MultiSpec – 1501. Os dados da absorbância em função dos

comprimentos de onda são obtidos por meio do software Hyper-UV

A análise pelo método UV-Vis foi realizada dissolvendo os corantes, PMMA

virgem e misturas extrudadas (Tabela 5) em clorofórmio, em concentrações de 0,124

g∙l-1 de corante e 0,126 g∙l-1 de polímero (virgem e processado). As amostras

devidamente dissolvidas foram dispostas em uma cubeta, que é acoplada ao

equipamento para análise. A Tabela 6 apresenta as amostras ensaiadas:

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50

Tabela 6 - Amostras analisadas por Espectroscopia de UV-Vis.

Amostras puras Amostras processadas

PMMA_V

DR1_V DR1_BP

DR73_V DR73_BP

DV31_V DV31_BP

DB79_V DB79_BP

DBL3_V DBL3_BP

4.2.2.4. Espectrômetro de Absorção no Infravermelho

A análise de espectroscopia de infravermelho (FTIR) por ATR foi realizada em

equipamento da PERKINELMER modelo SPECTRUM 65, com leitura de 4000 a 400

cm-1. Foram analisados os corantes puros em pó e em matriz de PMMA (Tabela 6)

acrescidas da amostra de PMMA processado (PMMA_P).

4.2.2.5. Análise térmica

A análise térmica foi realizada em equipamento da NETZSCH modelo STA

449 F3 Jupiter, que possibilita a utilização simultânea da técnica de análise

termogravimétrica (TG) e calorimetria diferencial exploratória (DSC). Os corantes

puros em pó (DR1_V, DR73_V, DV31_V, DB79_V e DBL3_V) e o PMMA puro virgem

(PMMA_V), foram previamente secados em estufa a vácuo e submetidos as

condições de analises apresentadas na Tabela 7.

Tabela 7 - Programação para análise no TG-DSC.

Etapa Faixa de Temperatura

(ºC) Velocidade

(ºC/min) Razão

1 Ambiente a 105 10 Desidratação

2 resfriamento

3 90 a 400 5 Análise de degradação

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51

4.2.2.6. Caracterizações Reológicas

4.2.2.6.1. Reômetro de Torque

Dois reômetros de torque foram utilizados neste trabalho, o primeiro, para

amostras com alta concentração de corante (≥1,0%), um misturador interno da

Thermo Scientific modelo HAAKE Rheomix OS, rotores do tipo roller; o segundo, para

amostras com baixa concentração de corante (<1,0%) da Thermo Scientific modelo

HAAKE Polylab QC, rotores do tipo roller. Ambos os processamentos utilizaram

velocidade de rotação de 60 rpm, sob temperatura de 220°C, ambiente atmosférico e

tempo de análise de 20 minutos. O volume total dentro da câmara de mistura foi

mantido constante em 70% do volume total da câmara.

A classificação em relação a concentração de corante (baixa e alta) foi

definida em função do poder de tingimento (luminescência, L) dos corantes para com

o PMMA, sendo que, para 0,1% em massa de DB79 e DBL3 o limite de saturação foi

atingido em espessura igual ou superior a 1,0 mm.

As amostras foram secadas em estufa de ar circulante, por 48 horas a 70ºC,

e em estufa a vácuo por 24 horas a 60ºC e, em seguido, foram preparadas

formulações para cada corante de acordo com a Tabela 8.

Tabela 8 – Formulações analisadas em reômetro de torque.

PMMA (% em massa)

Corante (% em massa)

PMMA/ DR1

PMMA/ DR73

PMMA/ DV31

PMMA/ DB79

PMMA/ DBL3

100 0 - - - - -

99,99 0,01 DR1_A DR73_A DV31_A DB79_A DBL3_A

99,9 0,1 DR1_B DR73_B DV31_B DB79_B DBL3_B

99 1 DR1_C DR73_C DV31_C DB79_C DBL3_C

97 3 DR1_D DR73_D DV31_D DB79_D DBL3_D

95 5 DR1_E DR73_E DV31_E DB79_E DBL3_E

90 10 DR1_F DR73_F DV31_F DB79_F DBL3_F

85 15 DR1_G DR73_G DV31_G DB79_G DBL3_G

Após o processo o material foi resfriado em água e coletado.

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52

4.2.2.6.2. Medidas de Índice de Fluidez (MFI)

As amostras coletadas na extrusora (Tabela 5) e no reômetro de torque

(Tabela 6) foram moídas em moinho criogênico com o auxílio de nitrogênio líquido (-

196ºC) e colocados para secar em estufa a vácuo, antes do ensaio. Os parâmetros

de referência (ASTM D-1238-13) foram temperatura de 230ºC, carga de 3,8Kg e 10

medidas de cada amostra. Este ensaio foi realizado em instrumento de medida de

índice de fluidez fabricado pela CEAST, modelo Melt Flow Modular Line.

4.2.2.6.3. Reometria de Placas a baixas taxas de cisalhamento

Foram realizadas análises em reômetro oscilatório/rotacional da Anton Paar,

modelo Physica MCR 301, com placas de 25mm de diâmetro e distância entre as

placas de 1,0 mm. Os ensaios foram realizados variando a frequência entre 0,1 e 600

rad/s na temperatura de 230ºC. A deformação utilizada foi de 1,0% dentro da região

de viscoelasticidade linear.

Os ensaios de reometria, foram realizados em amostras, com 0,1% de

corante, processadas/extrudadas (Tabela 5) e não processadas/virgem, a fim de

identificar o impacto na viscosidade do PMMA causado pela presença dos diferentes

corantes e em razão do processamento em extrusora dupla rosca. Além disso, foram

realizadas análises em amostras não processadas, com teor de 0,01% em massa de

corante, a fim de comparar o impacto em razão da concentração de corante na

viscosidade do polímero. A Tabela 9 apresenta as amostras ensaiadas nesse

experimento.

Tabela 9 - Amostras ensaiadas por reometria de placas paralelas.

Não processada 0,01% Não processada 0,1% Processada 0,1%

PMMA_V PMMA_P

DR1_A PMMA/DR1_B DR1_BP

DR73_A PMMA/DR73_B DR73_BP

DV31_A PMMA/DV31_B DV31_BP

DB79_A PMMA/DB79_B DB79_BP

DBL3_A PMMA/DBL3_B DBL3_BP

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53

4.2.2.7. Caracterização Mecânicas

4.2.2.7.1. Ensaio de tração

Os ensaios de resistência à tração foram realizados (ASTM D-638-10) nos

corpos de prova produzidos por moldagem por injeção. Utilizou-se para isso uma

máquina universal de ensaios mecânicos da marca Shimadzu, modelo AG-X 300kN.

O ensaio foi realizado com cinco corpos de prova para cada formulação, com

velocidade de 1 mm/min, até deformação de 0,5%, para o cálculo do modulo de

elasticidade e a partir deste ponto, a velocidade de ensaio foi alterada para 5 mm/min.,

até a ruptura do corpo de prova.

4.2.2.7.2. Ensaio de Impacto Izod

Os ensaios de resistência ao impacto foram realizados segundo a norma

ASTM D-256-10, em uma máquina para o ensaio de impacto instrumentado da marca

Ceast, modelo Resil 5.5. O ensaio foi realizado foi realizado com oito corpos de prova

para cada formulação, entalhados com comprimento útil médio de 10,16mm, foi

utilizado um martelo com 2,75J de energia.

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54

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. Densidade por Picnometria

A Figura 55 mostra que não houve uma variação significativa na densidade

do polímero contendo 0,1 % em massa dos corantes, o que pode indicar a baixa

influencia causado pela mistura por extrusão e moldagem por injeção nas

propriedades de densidade do PMMA.

PMM

A_VI

PMM

A_PI

DR1_

BPI

DR73

_BPI

DV31

_BPI

DB79

_BPI

DBL3

_BPI

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Den

sid

ad

e (

g/1

0m

in)

Figura 55 - Resultados de densidade para as amostras retiradas do centro dos corpos de prova de tração não ensaiados com 0,1% em massa de corante.

5.2. Espectroscopia de UV-Vis

A partir dos dados da espectroscopia de UV-Vis, pode-se observar a formação

de compostos entre o PMMA e os corantes estudados, por meio do deslocamento dos

máximos de absorção e/ou alargamento dos picos. Os espectros foram obtidos em

solução, dos corantes puros, PMMA virgem e PMMA processado com 0,1% em massa

de corante, com clorofórmio.

O espectro de UV-Vis apresentado pelo PMMA (Figura 56) é praticamente

imperceptível, na região analisada, enquanto que os corantes apresentaram de um a

três picos de absorção entre as regiões do ultravioleta (UV) próximo, visível e

infravermelho (IR) próximo, apresentando largura e intensidades característicos a

cada composto e composição.

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55

200 300 400 500 600 700 800

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

PMMA

Ab

so

rbân

cia

Comprimento de onda (nm)

UV IR

Figura 56 - Espectro de UV-Vis para as amostras de PMMA virgem (PMMA_V).

Zakerhamidia e colaboradores mostraram que o(s) comprimento(s) de onda,

com maior absorbância, tendem a favorecer o processo de hibridização dos corantes

fotocromáticos, com base nisso, o uso da técnica de UV-Vis, permite determinar, esse

comprimento, com base no meio utilizado, uma vez que o meio influencia diretamente

nos resultados desta técnica [140].

5.2.1. Vermelho Disperso 1 (DR1)

A amostra do vermelho disperso 1 exibiu dois picos proeminentes, um na

região do ultravioleta, com absorbância máxima em λmax=285nm, e o segundo na

região do visível, com absorbância máxima em λmax=475nm, como é possível

constatar na Figura 57. Estes valores podem variar de 450 e 509nm, de acordo com

o solvente utilizado [140].

Page 85: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

56

200 300 400 500 600 700 800

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

DR1_BP

PMMAAb

so

rbân

cia

Comprimento de onda (nm)

475nm

285nm

DR1_V

Figura 57 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DR1_V e DR1_BP.

A amostra de PMMA/DR1 apresentou peculiaridades quando comparada com

a amostra de DR1 puro, entre elas destaca-se: surgimento de pequenos picos na

região do UV (Figura 58-a) e o encurtamento na banda de absorção na região do

visível (Figura 58-b).

Page 86: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

57

250 300 350 4000,0

0,5

1,0

Ab

so

rbâ

nc

ia

Comprimento de onda (nm)

PMMA_V

DR1_BP

268nm278nm

288nm

357nm

364nm

(a)

DR1_V

350 400 450 500 550 600 650 700-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Ab

so

rbâ

nc

ia

Comprimento de onda (nm)

(b)

DR1_V

DR1_BP

PMMA_V

Figura 58 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DR1_V e DR1_BP, (a) região UV e (b) região visível.

5.2.2. Vermelho Disperso 73 (DR73)

A amostra do vermelho disperso 73, exibiu dois picos, o primeiro pico, na

região do ultravioleta, com baixa intensidade, percorrendo o intervalo de 260 a 300nm,

caracterizado por apresentar uma taxa de absorção constante. O segundo, mais

Page 87: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

58

proeminente, na região do visível, com absorbância máxima a λmax=506nm, como é

possível constatar na Figura 59.

200 300 400 500 600 700 800

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5A

bs

orb

ân

cia

Comprimento de onda (nm)

PMMA_V

506nm260~300nm

DR73_V

DR73_BP

Figura 59 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DR73_V e DR73_BP.

5.2.3. Violeta Disperso 31 (DV31)

A amostra do violeta disperso 31, apresentou três picos proeminentes, um na

região do ultravioleta, com absorbância máxima a λmax=256nm e o segundo e terceiro,

na região do visível, com absorbância máxima a λmax=539nm e λmax=577nm

respectivamente e absorção mínima entre picos a λmin=560nm, como é possível

constatar na Figura 60. Estes valores são aproximados aos apresentados por Meng e

colaboradores [36], que encontraram picos de absorbância máxima a λmax=545nm e

λmax=584nm para solução em N, N-dimetilformamida.

Page 88: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

59

200 300 400 500 600 700 800

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

PMMA_V

539nm

Ab

so

rbân

cia

Comprimento de onda (nm)

577nm

256nm

560nm

DV31_V

DV31_BP

Figura 60 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DV31_V e DV31_BP.

5.2.4. Azul Disperso 79 (DB79)

A amostra do azul disperso 79, exibiu dois picos proeminentes, um na região

do ultravioleta, com absorbância máxima a λmax=283nm e o segundo, na região do

visível, com absorbância máxima a λmax=591nm, como é possível constatar na Figura

61. Este valor é aproximado aos apresentados por Zhang e colaboradores [141] e Lin

e colaboradores [142, 143], que encontraram picos de absorbância máxima iguais a

λmax=582nm, λmax=599nm e λmax=602nm em solução com acetona, dióxido de carbono

supercrítico e clorobenzeno, respectivamente.

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60

200 300 400 500 600 700 800

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

DB79_V

DB79_BP

Ab

so

rba

nc

ia

Comprimento de onda (nm)

591nm

PMMA_V

283nm

Figura 61 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA_V, DB79_V e DB79_BP.

5.2.5. Preto Disperso 3 (DBL3)

A amostra do preto disperso 3, mostrou dois picos proeminentes, ambos na

região do visível, com absorbância máxima a λmax=414nm e λmax=580nm e absorção

mínima entre picos a λmin=494nm, como é possível constatar na Figura 62.

Page 90: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

61

200 300 400 500 600 700 800

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

PMMA_V

DBL3_BP

Ab

so

rba

nc

ia

Comprimento de onda (nm)

414nm 580nm

494nmDBL3_V

Figura 62 - Espectro de UV-Vis para as amostras de: PMMA, DBL3 e PMMA/DBL3.

Para todos os casos, os resultados apresentaram valores para os quais os

comprimentos de onda são filtrados, absorvidos, com determinada intensidade e os

demais são refletidos ou transmitidos pela amostra. No caso do PMMA, observa-se a

ausência de filtragem da radiação, seja ela ultravioleta, visível ou infravermelho.

Quando foram adicionados os corantes vermelhos, os espectros de UV-Vis

apresentaram regiões de absorção com comprimento de onda entre 400 e 600nm da

luz visível, deixando os espectros referentes ao vermelho passar/refletir. Para o caso

do corante DV31 a absorção da radiação entre 450 e 600nm permite a passagem de

radiação visível referente aos espectros azul e vermelho, dando ao corante sua cor

característica. O corante DB79 traz como característica a absorção dos espectros de

luz entre 450 e 700, permitindo apenas a passagem do espectro azul. E o corante

DBL3 tem como característica a absorção em todo o espectro da luz visível, 400 a

700nm.

5.3. Análise Colorimétrica

5.3.1. Extrusão com Matriz de Fita Plana

O ensaio de colorimetria foi realizado nas amostras obtidas por extrusão com

matriz de fita plana com 0,1% em massa de corante, tendo seus valores extraídos na

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62

escala CIEL*ab (Tabela 10) e em seguida convertidos para a escala RGB fazendo uso

do software EasyRGB [144] (Tabela 11). Os corantes foram organizados de forma

crescente em função da força de tingimento (L) no polímero. Em ordem crescente,

tem-se: DR1 < DR73 < DV31 < DB79 < DBL3.

Tabela 10 - Resultados de colorimetria CIEL*ab, para as amostras de PMMA com corante.

L *a *b HTML Cor

PMMA_P 83,27 0,52 0,55 #D1CFCE

DR1_BP 42,62 53,18 43,45 #BA321E

DR73_BP 39,36 51,68 37,36 #AE2C22

DV31_BP 35,25 65,57 -23,11 #8E2779

DB79_BP 17,48 8,45 -5,32 #342733

DBL3_BP 16,67 7,47 0,83 #342528

Tabela 11 - Resultados de colorimetria convertido para RGB e respectivos valores de brilho, para as amostras de PMMA com corante.

R G B Brilho

PMMA_P 209 207 206 207

DR1_BP 186 50 30 89

DR73_BP 174 44 34 84

DV31_BP 160 0 121 94

DB79_BP 52 39 51 47

DBL3_BP 52 37 40 43

5.3.1.1. Diferença de Cor (ΔE)

Com base nos resultados de L*ab, comparou-se a diferença de cor entre as

amostras estudadas para todas as combinações, sendo possível diferenciar as

amostras a olho nu, isto é, ΔE>1,0, cujos valores são apresentados na Tabela 12.

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63

Tabela 12 - Diferença de cor (ΔE), para as amostras processadas por extrusão com matriz de fita plana em fundo branco

PMMA PDR1 PDR73 PDV31 PDB79 PDBL3

PMMA_P 0,0 - - - - -

DR1_BP 79,2 0,0 - - - -

DR73_BP 76,8 7,1 0,0 - - -

DV31_BP 84,2 68,1 62,2 0,0 - -

DB79_BP 66,5 70,8 64,6 62,4 0,0 -

DBL3_BP 67,0 67,7 61,7 65,5 6,3 0,0

5.3.2. Extrusão e Moldagem por Injeção

5.3.2.1. Colorimetria dos Padrões

As amostras injetadas foram analisadas com dois fundos, de modo a extrair o

maior número de componentes possível. O primeiro fundo, nomeado de padrão

branco, apresentou máxima taxa de luminescência (L), porém, este fundo apresenta

desvios de *a e *b, superior a uma unidade, o que provoca alterações nos resultados

finais. O segundo fundo, nomeado de padrão cinza, apresenta uma luminescência

inferior, em compensação, não apresenta desvios significativos de *a e *b. Os valores

apresentados nas Tabelas 13 e 14, representam a média de cinco leituras realizadas

em cada corpo de prova e seus respectivos valores de RGB e brilho.

Tabela 13 - Resultado de colorimetria paras os padrões branco e cinza.

L *a *b HTML Cor

Padrão Branco 94,14 3,24 -15,52 #E5EDFF

Padrão Cinza 79,75 -0,34 0,59 #C5C6C3

Tabela 14 - Resultado de colorimetria convertido para RGB e respectivos valores de brilho, para os padrões branco e cinza.

R G B Brilho

Padrão Branco 229 237 255 240

Padrão Cinza 197 198 197 197

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64

Esta análise também retornou um espectro de refletância dos padrões, onde

é possível constatar que o padrão branco, mesmo atingindo valores superiores de

refletância, o faz de forma inconstante apresentando dois picos, o primeiro a 440nm e

intensidade de 120% e o segundo em comprimento superior a 700nm e intensidade

de 95%, separados por uma região com intensidade mínima de 80%. Enquanto que o

padrão cinza o faz de forma mais constante com refletância média de 55% entre os

comprimentos de onda de 425 a 700nm, região de leitura do equipamento. A Figura

63 apresenta a expressão gráfica do comportamento de ambos os padrões.

400 450 500 550 600 650 700

0

20

40

60

80

100

120

Re

fle

tan

cia

(%

)

Comprimento de Onda (nm

Cinza

Branco

Figura 63 - Refletância dos padrões branco e cinza.

5.3.2.2. Colorimetria das Amostras em Padrão Branco

As amostras moldadas por injeção foram analisadas utilizando como fundo

referencial o padrão branco, com isso retornando os valores de L*ab individual de

cada amostra para uma espessura de aproximadamente 3,15 mm. Os valores

apresentados nas Tabelas 15 e 16, representam a média de cinco leituras realizadas

em cada corpo de prova na escala CIEL*ab e seus respectivos valores de RGB e

brilho. Assim, é possível ordenar os corantes de acordo com a força de tingimento no

polímero, para a espessura utilizada (3,2mm). Em ordem crescente, temos: DR1 <

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65

DR73 < DV31 < DB79 < DBL3, seguindo a mesma ordem das amostras extrudadas

em matriz de fita plana.

Tabela 15 - Resultado de colorimetria paras as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo branco.

L *a *b HTML Cor

Padrão Branco 94,14 3,24 -15,52 #E5EDFF

PMMA_VI 84,60 3,24 -11,41 #D2D5EA

PMMA_PI 84,09 3,23 -10,10 #E2D1C0

DR1_BPI 33,34 38,52 16,83 #893035

DR73_BPI 32,04 32,80 12,76 #7E3438

DV31_BPI 30,85 37,69 -6,17 #792D53

DB79_BPI 23,25 0,52 -6,17 #333840

DBL3_BPI 23,25 0,59 -0,25 #383737

Tabela 16 - Resultado de colorimetria para as amostras moldadas por injeção, convertido para RGB e respectivos valores de brilho, analisadas em fundo branco.

R G B Brilho

Padrão Branco 229 237 255 240

PMMA_VI 207 210 233 217

PMMA_PI 207 209 229 208

DR1_BPI 137 48 54 80

DR73_BPI 126 51 57 78

DV31_BPI 122 45 83 83

DB79_BPI 51 56 65 57

DBL3_BPI 56 55 56 56

Analisando o espectro de refletância das amostras de PMMA, virgem

(PMMA_V) e processado (PMMA_P), moldadas por injeção (Figura 64) observou-se

uma tendência do polímero em atenuar a refletância da luz em aproximadamente 20%

em relação ao padrão, em toda a faixa de análise, isso ocorre devido aos desvios que

a luz sofre quando as ondas atravessam o polímero. Além disso, os espectros das

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66

amostras com corante, permitiram acompanhar os comprimentos de onda refletidos

por cada amostra e, consequentemente, os absorvidos.

400 450 500 550 600 650 700

0

20

40

60

80

100

120

Padrao PMMA_VI PMMA_PI DR1_BPI

DR73_BPI DV31_BPI DB79_BPI PMMA/DBL3

Re

fle

tan

cia

(%

)

Comprimento de Onda (nm)

DB79_BPI

DBL3_BPI

DR73_BPIDV31_BPIDR1_BPI

PMMA_PIPMMA_VI

Padrao

Figura 64 - Refletância das amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo branco.

5.3.2.3. Colorimetria das Amostras em Padrão Cinza

As amostras injetadas foram analisadas utilizando como fundo referencial o

padrão cinza, com isso retornando os valores de L*ab individual para cada amostra.

Os valores apresentados nas Tabelas 17 e 18, representam a média de cinco leituras

realizadas em cada corpo de prova e seus respectivos valores de RGB e brilho, não

sendo observado mudança na ordem de capacidade de tingimento das amostras.

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67

Tabela 17 - Resultado de colorimetria paras as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza.

L *a *b HTML Cor

Padrão Cinza 79,75 -0,34 0,59 #C5C6C3

PMMA_VI 72,6 0,11 1,05 #B3B2B0

PMMA_PI 72 0,18 2,01 #B2B0AD

DR1_BPI 31,11 29,06 11,57 #763539

DR73_BPI 30,13 25,38 9,22 #6F363A

DV31_BPI 29,98 27,92 -3,47 #6C344D

DB79_BPI 24,56 0,32 -0,77 #3A3A3B

DBL3_BPI 24,31 0,34 -0,39 #3A3A3A

Tabela 18 - Resultado de colorimetria convertido para RGB e respectivos valores de brilho, para as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza.

R G B Brilho

Padrão Cinza 197 198 197 197

PMMA_VI 179 178 176 178

PMMA_PI 175 176 173 175

DR1_BPI 118 53 57 76

DR73_BPI 111 54 58 74

DV31_BPI 108 52 77 77

DB79_BPI 58 58 52 56

DBL3_BPI 58 58 58 58

Analisando o espectro de refletância das amostras de PMMA, virgem

(PMMA_V) e processado (PMMA_P), moldadas por injeção (Figura 65) observou-se

uma tendência do polímero sem aditivo em atenuar a refletância da luz em

aproximadamente 20% em relação ao padrão para toda a faixa de análise, utilizando

o fundo cinza.

Para as demais amostras de PMMA com corante, o espectro apresentado por

cada amostra é uma resultante da ação dispersiva da luz no polímero e da capacidade

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68

de absorção inerente a cada corante, em relação aos comprimentos de onda e

intensidade. Sendo necessário estipular a concentração de mínima absorção para

cada corante, nessa espessura de corpo de prova (3,2mm). Os corantes vermelhos

(DR1 e DR73) e o corante roxo (DV31), apresentaram as menores intensidades de

absorção, sendo possível utilizar na concentração estudada de 0,1% em massa de

corante para a espessura em questão (3,2mm). Enquanto que o corante azul (DB79)

e preto (DBL3) apresentaram uma absorção relativamente alta, para as mesmas

condições.

400 450 500 550 600 650 700

0

20

40

60

80

100

120

Re

fle

tan

cia

(%

)

Comprimento de Onda (nm)

Cinza PMMA_V PMMA_P PMMA/DR1

PMMA/DR73 PMMA/DV31 PMMA/DB79 PMMA/DBL3

PMMA/DB79

PMMA/DBL3

PMMA/DR73PMMA/DV31PMMA/DR1

PMMA_PPMMA_V

Padrao

Figura 65 - Refletância das amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza

5.3.2.4. Diferença de Cor (ΔE)

Os resultados de L*ab, foram utilizados para o cálculo da diferença de cor

entre as amostras injetadas para ambos os fundos. Todas as combinações

apresentaram diferença de cor, perceptível a olho nu, com exceção das amostras

DB79 e DBL3, onde o ΔE<1,0 para ambos os fundos. As Tabelas 19 e 20 apresentam

os valores calculados de ΔE para os fundos branco e cinza, respectivamente.

Por se tratar de compostos com características de modificação das

propriedades óticas do polímero, os valores de ΔE<1,0 para as amostras com

corantes já eram esperadas. O valor de ΔE=1,13 e 1,41 para as amostras de PMMA

Page 98: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

69

virgem (PMMA_VI) e PMMA processado (PMMA_PI) (fundo branco e cinza,

respectivamente) indicam uma degradação sofrida pelo polímero resultante do

processamento em extrusora dupla rosca.

Tabela 19 - Diferença de cor, para as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo branco.

PMMA_V PMMA_P PDR1 PDR73 PDV31 PDB79 PDBL3

PMMA_VI 0,0 - - - - - -

PMMA_PI 1,41 0,0 - - - - -

DR1_BPI 68,34 67,42 0,0 - - - -

DR73_BPI 64,97 64,08 7,13 0,0 - - -

DV31_BPI 64,06 63,54 23,16 19,59 0,0 - -

DB79_BPI 62,33 61,62 43,04 36,06 38,33 0,0 -

DBL3_BPI 62,41 61,69 42,80 35,84 38,33 0,45 0,0

Tabela 20 - Diferença de cor para as amostras moldadas por injeção, analisadas em fundo cinza.

PMMA_V PMMA_P PDR1 PDR73 PDV31 PDB79 PDBL3

PMMA_VI 0,0 - - - - - -

PMMA_PI 1,13 0,0 - - - - -

DR1_BPI 51,67 50,96 0,0 - - - -

DR73_BPI 50,09 49,39 4,48 0,0 - - -

DV31_BPI 51,10 50,65 15,13 12,94 0,0 - -

DB79_BPI 48,08 47,52 31,96 27,55 28,26 0,0 -

DBL3_BPI 48,31 47,75 31,85 27,45 28,33 0,45 0,0

5.4. Espectrômetro de Absorção no Infravermelho

A identificação dos picos e bandas de absorção do gráfico de FTIR foi obtida

com a orientação da tabela de valores de absorção no espectro de infravermelho para

compostos orgânicos, Anexo II, e seguindo o esquema proposto por Lopes & Fascio

[145], Anexo III.

Page 99: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

70

5.4.1. Poli (metacrilato de metila) (PMMA)

O espectro de FTIR do poli(metacrilato de metila) (Figura 66) apresentou picos

e bandas de absorção característicos ao polímero em 2994, 1435 e 961 cm-1 (ligação

e movimentação de um oxigênio ligado ao CH3), 2950 e 1387 cm-1 (carbono ligado ao

CH3), 1724 e 1270 e 1238 cm-1 (carbonila), 1481 a 1143 cm-1 (estiramento do -CH2-)

e 1190 cm-1 (ligação éter C=O). Estes valores são condizentes com os apresentados

no Mark [69] e no SciFinder [103]. Não foi observado picos e/ou bandas de absorção

característicos da presença de umidade na amostra. A Tabela 21 apresenta os valores

de comprimentos de onda no infravermelho correlacionados com as ligações químicas

presente no polímero.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

n

A

B

C

D

E

F

G

H

I

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

Comprimento de Onda (cm-1

)

GE

A

B

C

E

DF

G

H

I

Figura 66 - Espectro no infravermelho do PMMA.

Page 100: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

71

Tabela 21 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do PMMA.

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

A 2994 O

CH3 F 1387 C

CH3

B 2950 C

CH3

G 1270; 1238 C O

C 1724 C O

H 1190 C

OC

D 1481 CH2 I 1143 CH2

E 1435; 961 O

CH3

5.4.2. Corantes

A caracterização por FTIR dos corantes em pó, permitiu identificar e confirmar

a estrutura química dos compostos estudados.

5.4.2.1. Vermelho Disperso 1 (DR1)

O espectro de FTIR do corante DR1 (Figura 67) revelou picos e/ou bandas de

absorção em 3650~3000 cm-1 (presença de hidroxila), 1597 cm-1 (grupo azo N=N),

1510 cm-1 (presença e deformação do anel aromático), 1450 e 1390 cm-1 (estiramento

do C-CH3), 1340 cm-1 (presença do nitrox –NO2), 1329 cm-1 (oxigênio ligado ao CH3),

1235 cm-1 (C-N não aromático) e 1140 cm-1 (estiramento do -CH2-). Esses valores

estão próximos aos apresentados por Cinar e colaboradores, no estudo teórico e

experimental realizado no corante DR1-AC [105]. A Tabela 22 apresenta os valores

de comprimentos de onda no infravermelho correlacionados com as ligações químicas

presente no corante.

Page 101: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

72

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

N

N

O2N

N

CH2

CH2 CH2

OH

CH3

A

C

C

D

B

EF

G

G G

G H H

H

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

Comprimento de Onda (cm-1

)

D

G

FE

D

C

A

BH

Figura 67 - Espectro no infravermelho do vermelho disperso 1 (DR1_V).

Tabela 22 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DR1.

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

A 3650 ~ 3000 OH E 1340 O2N

B 1597 N N

F 1329 C O

C 1510 CH

CH

CH

CH

CH

CH

G 1235 C N

D 1450; 1390 CH3 H 1140 CH2

5.4.2.2. Vermelho Disperso 73 (DR73)

O espectro de FTIR do corante DR73 (Figura 68) apresentou picos a 1615,

1575, 1520 e 735 cm-1 (presença e deformação do anel aromático), 1597cm-1 (grupo

azo N=N), 1380 cm-1 (estiramento do C-CH3), 1330 cm-1 (C-N aromático) e

1225 cm-1 (C-N não aromático). Estes valores são condizentes com os apresentados

por Kadam e colaboradores [146], no estudo de biodecomposição do DR73. A Tabela

Page 102: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

73

23 apresenta os valores de comprimentos de onda no infravermelho correlacionados

com as ligações químicas presente no corante.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

N

NC

N

O2N

N

CH2 CH2

C N

CH2 CH3

CB

A

AD

D

ETra

ns

mit

an

cia

(%

)

Comprimento de Onda (cm-1

)

A

A

E

D

B

A

C

Figura 68 - Espectro no infravermelho do vermelho disperso 73 (DR73_V).

Tabela 23 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DR73.

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

Comp. De

Onda (cm-1) Ligação Química

A 1615; 1575;1520 CH

CH

CH

CH

CH

CH

D 1330 C

CH

CH

CH

CH

CH

N

B 1597 N N

E 1225 C N

C 1380 CH3

5.4.2.3. Violeta Disperso 31 (DV31)

O espectro de FTIR do corante DV31 (Figura 69) revelou picos a 1660 cm-1

(presença carbonila), 1600, 1580, 1500 e 1450 cm-1 (presença e deformação do anel

aromático), 1559cm-1 (amina primária), 1340 cm-1 (amina aromática) e 1190 e 1066

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74

cm-1 (função fenol ligada a anel aromático). A Tabela 24 apresenta os valores de

comprimentos de onda no infravermelho correlacionados com as ligações químicas

presente no corante.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

O

O

NH2

O

O

NH2

E

C

D

B B

D

C

E

B

B

A

A

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

Comprimento de Onda (cm-1

)

E

E

D

B

CB

A

B

Figura 69 - Espectro no infravermelho do violeta disperso 31 (DV31_V)

Tabela 24 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DV31.

Compr. de

Onda (cm-1) Ligação Química

Compr. de

Onda (cm-1) Ligação Química

A 1660 C

O

D 1340

N

B 1600, 1580

1500, 1450 CH CH E 1190

1066 O

C 1559 NH2

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75

5.4.2.4. Azul Disperso 79 (DB79)

O espectro de infravermelho do corante DB79 (Figura 70) apresentou picos

em: 3379, 1098 e 1040 cm-1 (presença e deformação da hidroxila –OH e amina –NH),

3070 cm-1 (ligação C-H em alcenos), 1740 cm-1 (presença de grupo ésteres),

1690 cm-1 (grupos amidas), 1615, 1575 e 1520 cm-1 (presença e deformação do anel

aromático), 1597 cm-1 (grupo azo N=N), 1515 cm-1 (grupo nitrox), 1358 cm-1

(deformação angular do –CH3), 1330 cm-1 (C-N aromático), 1225 e 1172 cm-1 (C-N

não aromático) e 615 cm-1 (indicativo da presença de bromo (Br)). A Tabela 25

apresenta os valores de comprimentos de onda no infravermelho correlacionados com

as ligações químicas presente no corante.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

N

N

NHC

CH3

O

NCH2

CH2

OC

CH3

O

CH2CH2

OC

O

CH3

OCH2

CH3

NO2

NO2Br

C

C

D

E

E

F

G

G

IJ

J

L

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

Comprimento de Onda (cm-1

)

E

L

J

H

I

GE

F

D

C

B

A

A

Figura 70- Espectro no infravermelho do azul disperso 79 (DB79_V)

Page 105: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

76

Tabela 25 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DB79.

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

A 3379; 1098; 1040

NH

OH

ou

G 1515 NO2

B 3070 C H

H 1358 CH3

C 1740 C O

O I 1330 C

CH

CH

CH

CH

CH N

D 1690 C NH

O J 1225; 1172 CH2 N

E 1615; 1575; 1520 CH

CH

CH

CH

CH

CH

L 615 Br

F 1597 N N

5.4.2.5. Preto Disperso 3 (DBL3)

O espectro de FTIR do corante DBL 3 (Figura 71) revelou intervalos e picos

em: 3690~3100 cm-1 (presença de aminas primárias, secundárias e/ou terciarias),

1700 cm-1 (aminas N-substituídas ou N,N-substituídas), 1615, 1575, 1515 cm-1

(presença e deformação do anel aromático), 1590 cm-1 (grupo azo N=N), 1390 cm-1

(estiramento de grupo metila -CH3), 1335~1270 cm-1 (N-C aromático) e 1235 cm-1

(N-C não aromático). A Tabela 26 apresenta os valores de comprimentos de onda no

infravermelho correlacionados com as ligações químicas presente no corante.

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77

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

N

N

NH2

N

CH3

CH3

A

A

B C

E

E

F

F

D

Tra

nsm

itan

cia

(%

)

Comprimento de Onda (cm-1

)

CA

B

D

EF

Figura 71- Espectro no infravermelho do preto disperso 3 (DBL3_V)

Tabela 26 - Comprimentos de onda obtidos por FTIR correlacionados com a estrutura química do DBL3.

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

Comp. de

Onda (cm-1) Ligação Química

A 1600 CH

CH

CH

CH

CH

CH

D 1390 CH3

B 1590 N N

E 1310 N

C 1580 NH2 F 1240 C N

5.4.3. Mistura PMMA/Corante

Os espectros de FTIR para as amostras de PMMA com 0,1% em massa de

DR1 (DR1_BP) e DR73 (DR73_BP) não revelaram picos que se destacassem em

relação aos apresentados pelo PMMA puro (PMMA_V). Como é possível constatar na

Figura 72. Além disso, foi observado o desaparecimento das bandas de absorção

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78

entre 3650 e 3000 cm-1, o que pode ser relacionado a liberação de umidade, resultante

do processamento em extrusora dupla rosca em temperaturas superiores a 200ºC.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100T

ran

sm

ita

nc

ia (

%)

Comprimentode Onda (cm-1

)

DR1_BP

DR73_BP

PMMA

Figura 72 - Espectroscopia no infravermelho do PMMA com 0,1% em massa de DR1 (DR1_BP) e DR73 (DR73_BP).

Os espectros de FTIR para as amostras de PMMA com 0,1% em massa de

DV31 (DV31_BP), DB79 (DB79_BP) e DBL3 (DBL3_BP) apresentados na Figura 73,

revelaram duas bandas de absorção que se destacam aos apresentados pelo PMMA

(PMMA_V). O primeiro intervalo entre 1670 e 1530 cm-1 com pico a 1590 cm-1, o que

é indicio de reatividade química entre as aminas primárias (-NH2) e/ou secundárias (-

NHR) dos corantes estudados e o grupo éter (-O-CH3) do PMMA, produzindo como

subproduto desta reação o álcool metílico (HO-CH3) [36]. O segundo intervalo entre

3650 e 3050 cm-1 onde é possível associar as hidroxilas (-OH) e aminas (-NH2) livres,

o que indicaria a presença do álcool residual da reação e/ou aminas que não reagiram

com o polímero. A Tabela 27 apresenta o valor de comprimento de onda no

infravermelho correlacionados com a ligação química existente entre o polímero e os

corantes amínicos.

Page 108: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

79

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

Comprimentode Onda (cm-1

)

DBL3_BP

DV31_BP

DB79_BP PMMA_V

Figura 73 - Espectroscopia no infravermelho do PMMA com 0,1% em massa de DV31 (DV31_BP), DB79 (DB79_BP) e DBL3 (DBL3_BP).

Tabela 27 - Comprimento de onda obtido por FTIR correlacionado com a estrutura química das amostras DV31_BP, DB79_BP e DBL3_BP.

Comprimento de Onda (cm-1) Ligação Química

1590 NCC

O

CH3

CH2

R3

R3

R2

R1

As Figuras 74, 75 e 76 apresentam as possíveis reações do PMMA com os

corantes amínicos DV31, DB79 e DBL3, respectivamente. Para o DV31, observa-se a

existência de até quatro pontos reacionais, duas aminas primárias, podendo reagir,

com uma ou mais moléculas do PMMA permitindo assim um ancoramento da cadeia

polimérica, para o DB79, existe um ponto reacional, uma amina secundária, enquanto

que, para o DBL3 a presença de uma amina primária permite a existência de dois

pontos reacionais.

Page 109: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

80

n

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

NH2

O

O

O

O

NH2

+=

n

n

N

O

O

O

O

N

C

CH3

C O

CH2CH2 C

CH3

C O

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

CH2 C

CH3

C O

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

CH2 C

C

CH3

O

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

n

n

Figura 74 – Resultados da reação química entre o PMMA e DV31.

=

n

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

+N

N

NHC

CH3

O

NCH2

CH2

OC

CH3

O

CH2CH2

OC

O

CH3

OCH2

CH3

NO O

NO

O

Br

n n

C

CH3

C O

CH2CH2 C

CH3

C O

O

CH3

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

N

N

NC

CH3

O

NCH2

CH2

OC

CH3

O

CH2CH2

OC

O

CH3

OCH2

CH3

NO O

NO

O

Br

Figura 75 - Resultados da reação química entre o PMMA e DB79.

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81

=

n

C

CH3

C O

CH2CH2 C

CH3

CO

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

N

N

N

NCH3 CH3

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

n

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

+

N N

N

CH3

CH3

NH2

n

Figura 76 - Resultados da reação química entre o PMMA e DBL3.

5.5. Análise Térmica

A redução de massa constatada nos resultados de analise térmica (Figura 77)

é referente a evaporação de compostos de baixa massa molar, incluindo a água,

durante o primeiro ciclo de aquecimento (Etapa 1), que representavam uma parte

percentual das massas das amostras analisadas: PMMA_V (0,4%), DR1_V (5,5%),

DR73_V (7,4%), DV31_V (4,3%), DB79_V (4,9%) e DBL3_V (4,3%).

30 40 50 60 70 80 90 10090

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

DR73_V

DBL3_VDB79_V

DV31_V

DR1_VTG

(%

)

Temperatura (؛C)

PMMA_V DR1_V DR73_V

DV31_V DB79_V DBL3_V

PMMA_V

Figura 77 - Resultados de TG para o intervalo de 30-100ºC com razão de aquecimento igual a 5°C∙min-1 em atmosfera inerte de nitrogênio (N2).

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82

Os resultados de termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial

(DSC) para os corantes DR1, DR73, DV31, DB79 e DBL3 (Figura 78), mostram uma

perda de umidade em temperaturas até cerca de 200ºC, a partir desta temperatura

observou-se uma queda abrupta em todos os corantes azoaromáticos (DR1, DR73,

DB79 e DBL3), a qual pode estar relacionada à temperatura de evaporação molecular,

indiciando uma mudança abrupta na fase fundida do corante. A Tabela 28 apresenta

os valores de massa a 400ºC, temperatura de fusão e de fulgor (TF), temperatura na

qual ocorre a quebra de algumas ligações químicas, dos corantes estudados, cujos

valores corroboram com os valores apresentados na revisão da literatura [97] [98]

[100] [101] [102] [104] [105] [106] [107] [126] [127].

A amostra de PMMA puro apresentou temperatura de degradação (Ton-set)

de 281ºC e uma massa residual de aproximadamente 1,0% a 400ºC, indicando uma

total degradação térmica do polímero como mostrado na Figura 78.

Tabela 28 - Massa final e temperatura de fusão e fulgor dos corantes, por técnica combinada de TG-DSC.

Corante

Perda de

massa a 400ºC

(%)

Pico

endotérmico

Tm (ºC)

Temperatura

da Literatura

Tm (ºC)*

Pico exotérmico

TF (ºC)

DR1_V 23,9 150 160 267

DR73_V 22,3 132 151 276

DV31_V 13,8 130 195 >400

DB79_V 31,7 135 140-157 255

DBL3_V 34,9 120 190 236

* Fonte: [94, 100, 128-134]

O DV31 foi o único a apresentar um pico exotérmico a uma temperatura

superior a faixa analisada, em razão da estabilidade térmica gerada pelos anéis

aromáticos da antraquinona.

Os picos exotérmicos estão relacionados a temperatura de fulgor, para os

corantes estudados, essa temperatura provoca a quebra das ramificações e radicais

ligados aos anéis aromáticos, presentes em todos os compostos. Kozak e

colaboradores [98] e Raditoiu e colaboradores [100] apresentaram em seus estudos,

uma caracterização química dos compostos liberados pelos corantes DR1 e DR73

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83

(entre 290 e 352ºC), identificando principalmente os gases nitrogênio (N2), monóxido

e dióxido de carbono (CO e CO2) e o nitroxi (NO2).

Figura 78 - Resultados de (a) TG e (b) DCS para o intervalo de 90-400ºC com razão de

aquecimento igual a 5°C∙min-1 em atmosfera inerte de nitrogênio (N2) para as amostras

virgens de PMMA e corantes.

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84

5.6. Caracterização Reológica

5.6.1. Reometria de Torque

Neste trabalho utilizou-se dois modelos de reômetro de torque, cujos os

resultados (Figura 79) foram comparados e verificados que o torque máximo do PMMA

puro para os ambas as máquinas foi de 71,1 e 92,3 N∙m e o torque após 20 minutos

foi de 7,4 e 7,7 N∙m para os equipamentos modelo Polylab (utilizado para baixas

concentrações de corantes <1,0% em massa) e Rheomix (utilizado para altas

concentrações de corantes ≥1,0% em massa), respectivamente. Assim, os resultados

foram analisados separadamente em função dos equipamentos utilizados.

0 2 4 6 8 10

20

40

60

80

100

HAAKE Polylab

HAAKE Rheomix

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 204

5

6

7

8

9

10

11

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

Figura 79 - Resultados da curva de torque da amostra de PMMA puro dos reômetros

HAAKE Polylab e Rheomix, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20

minutos.

5.6.1.1. Análises a baixas concentrações (<1,0% em massa)

5.6.1.1.1. Resultados de Reometria de Torque em Função da

Concentração

De acordo com os resultados de reometria de torque para baixas

concentrações em massa de corante, 0,01% (A) e 0,1% (B), com exceção da amostra

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85

de PMMA com DR1 (Figura 80), as demais amostras, com DR73 (Figura 81), DV31

(Figura 82), DB79 (Figura 83) e DBL3 (Figura 84) apresentaram uma variação do

torque com o aumento da concentração de corante de 0,01% (A) para 0,1% (B) em

massa. Em praticamente todos os casos, a concentração de corante com 0,01% (A)

não representou impacto significativo no torque final do polímero, mas para a

concentração de 0,1% (B) em massa chegou a causar uma redução de até 20% no

torque do polímero após 20 minutos, como identificado nas amostras de PMMA com

DR73, DB79 e DBL3.

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

PMMA 7,4 N.m

DR1_A 7,4 N.m

DR1_B 7,4 N.m

Figura 80 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR1 em concentração de (A)

0,01 % e (B) 0,1% em massa.

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86

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DR73_B 6,1 N.m

PMMA 7,4 N.m

DR73_A 7,4 N.m

Figura 81 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR73 em concentração de (A)

0,01 % e (B) 0,1% em massa.

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

PMMA 7,4 N.m

DV31_A 7,3 N.m

DV31_B 6,9 N.m

Figura 82 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DV31 em concentração de (A)

0,01 % e (B) 0,1% em massa.

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87

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_B 6,3 N.m

PMMA 7,4 N.m

DB79_A 7,3 N.m

Figura 83 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DB79 em concentração de (A)

0,01 % e (B) 0,1% em massa.

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

PMMA 7,4 N.m

DBL3_A 7,3N.m

DBL3_B 6,6N.m

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

Figura 84 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DBL3 em concentração de (A)

0,01 % e (B) 0,1% em massa.

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88

5.6.1.1.2. Resultados de Reometria de Torque em Função da

Composição

Os resultados obtidos a partir de uma mesma concentração em massa de

corante permitiram comparar qual destes apresentaram maior efeito na viscosidade.

Foi observado a tendência do DBL3 em apresentar maior influência nos valores de

torque, seguido pelos DR73 e DB79. Enquanto que as amostras com DR1 e DV31

sofreram pouca com esses corantes. As e Figura 86 apresentam os resultados de

reometria de torque para cada concentração em massa (0,01% e 0,1%) dos corantes

com PMMA.

De forma geral a presença de maiores concentrações de corante, provoca um

efeito de plastificação no polímero. Efeito esse constatado com a diminuição da

viscosidade das misturas com maior concentração de corante (Figura 86) em

comparação as amostras com menor concentração (Figura 85).

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DV31_A

DB79_A

DBL3_A

PMMA

DR1_A

DR73_A

Figura 85 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (A) 0,01% em massa de corante.

(a) torque máximo e (b) torque em 20 minutos.

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89

0 4 8 12 16 20

5

6

7

8

9

10

DB79_BDR73_B

DBL3_B

DV31_B

DR1_B

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

PMMA

Figura 86 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (B) 0,1% em massa de corante.

Como constatado na Figura 86, as amostras com DR1 e DV31 presenciaram

estabilização do gráfico antes dos 20 minutos, sendo esse resultado de estabilização

do polímero por parte desses corantes. As amostras contendo DR73, DB79 e DBL3,

não atingiram estabilidade durante o ensaio, o que pode ser indicio de cisão de cadeia,

consequência da presença desses corantes.

5.6.1.2. Analises com Altas Concentrações de Corante (≥1,0%)

5.6.1.2.1. Resultados de Reometria de Torque em Função da

Concentração

Os resultados de reometria de torque obtidos a partir de um mesmo corante

apresentaram um comportamento de variação do torque máximo e tendência de

decréscimo do torque final com o aumento da concentração em massa de corante,

frente aos valores apresentados pelo PMMA puro. As Figuras 87, 88, 89, 90 e 91,

apresentam os resultados de reometria de torque para cada corante por concentração

em massa para o PMMA.

As formulações com os corantes DR1 e DBL3 (Figura 87 e Figura 91)

apresentaram valores de torque máximo e torque final decrescentes com o aumento

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90

da concentração da fase dispersa, o que seria indicio de uma alteração nas

propriedades de viscosidade do PMMA. O comportamento apresentado pelas

formulações do DR73 (Figura 88) demonstrou um baixo impacto na viscosidade

máxima e final causado pelo corante. O acréscimo da fase DB79 (Figura 90) não

apresentou uma alteração significativa no torque máximo, mas uma influência

significativa foi observado no torque final quando comparado com o DR1 e DBL3.

O comportamento apresentado pelas formulações de PMMA com DV31

(Figura 91), demonstrou um aumento gradativo do torque máximo com o aumento da

fase DV31 e uma redução menos acentuada do torque final da mistura. Esse

comportamento pode ser associado a capacidade do corante em formar múltiplas

ligações covalentes entre seguimentos distintos do PMMA, como já demonstrado na

Figura 74. A variação no torque máximo apresentada pela concentração de 10% em

massa de DV31 (DV31_F), está relacionada ao atraso no comando de fechamento da

câmara de mistura do reômetro de torque, conduzindo a plastificação de parte do

material antes do fechamento e consequentemente reduzindo o torque máximo

quando comparado com as demais formulações, sem consequências ao torque final

dessa formulação.

Os valores de torque final apresentados por todas as formulações

(APENDICE II) podem ser relacionados ao aumento da fase dispersa de corante em

relação a fase matriz de PMMA, o que acarreta um efeito de plastificação no polímero,

diminuindo a viscosidade do sistema. Esse comportamento é atenuado nas misturas

com o DV31 em função das ligações intermoleculares polímero-corante-polímero

(PCP) e DR73 em razão da não reatividade entre o PMMA e o corante.

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91

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

DR1_H 5,1 N.m

DR1_F 6,0 N.m

DR1_E 6,9 N.m

DR1_D 7,3 N.m

DR1_C 7,5 N.m

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

PMMA 7,7 N.m

Figura 87 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR1 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DR73_H 6,5 N.mDR73_C 6,5 N.mDR73_F 7,0 N.m

DR73_E 7,2 N.m

DR73_D 7,4 N.m PMMA 7,7 N.m

Figura 88- Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR73 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

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92

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DV31_H 6,8 N.mDV31_F 7,2 N.m

DV31_E 7,4 N.mDV31_D 7,3 N.m

DV31_C 7,6 N.m

PMMA 7,7 N.m

Figura 89 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DV31 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

PMMA 7,7 N.m

DB79_C 7,5 N.m

DB79_D 6,9 N.m

DB79_E 6,8 N.m

DB79_F 6,1 N.m

DB79_G 5,4 N.m

Figura 90 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DB79 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

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93

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DBL3_G 4,4 N.m

DBL3_F 5,3 N.m

DBL3_E 6,5 N.m

DBL3_D 6,8 N.m

DBL3_C 7,0 N.m

PMMA 7,7 N.m

Figura 91 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DBL3 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

5.6.1.2.2. Resultados de Reometria de Torque em Função da

Composição

Os resultados obtidos a partir de uma mesma concentração de corante em

PMMA mostraram qual corante exerce maior influência na viscosidade do polímero.

O corante DBL3 apresentou maior impacto na viscosidade do polímero com

decréscimos mais acentuados nos valores de torque máximo e torque final, seguido

pelos DR1 e DB79, o que pode estar relacionado com caráter reativo desses corantes

com o PMMA. O DR73 apresentou baixa influência nos valores de torque. O DV31

apresentou um aumento significativo do torque máximo e um menor decréscimo nos

valores de torque final do PMMA, sendo um indicio de reatividade.

As Figuras 92, 93, 94, 95 e 96 apresentam os resultados de reometria de

torque para cada corante por concentração em massa de corante para polímero.

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94

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

DB79_C 7,5 N.m

DR73_C 6,5 N.m

DV31_C 7,6 N.m

DBL3_C 7,0 N.mTo

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DR1_C 7,5 N.mPMMA 7,7 N.m

Figura 92 - Resultados da curva de torque, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de

ensaio de 20 minutos, das amostras com concentração igual a 1,0% (C) em massa.

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_D 6,9 N.mDBL3_D 6,8 N.m

DV31_D 7,3 N.mDR73_D 7,3 N.mDR1_D 7,3 N.mPMMA 7,7 N.m

Figura 93 - Resposta da curva de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM e tempo de ensaio

de 20 minutos, das amostras com concentração igual a 3,0% (D) em massa.

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95

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_E 6,8 N.mDBL3_E 6,5 N.m

DV31_E 7,2 N.mDR73_E 7,4 N.m

DR1_E 6,9 N.m

PMMA 7,7 N.m

Figura 94 - Resposta da curva de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM e tempo de ensaio

de 20 minutos, das amostras com concentração igual a 5,0% (E) em massa.

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_F 6,1 N.m

DBL3_F 5,3 N.m

DV31_F 7,0 N.m

DR73_F 7,2 N.m

DR1_F 6,0 N.m

PMMA 7,7 N.m

Figura 95 - Resposta da curva de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM e tempo de ensaio

de 20 minutos, das amostras com concentração igual a 10,0% (F) em massa.

Page 125: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

96

0 4 8 12 16 204

6

8

10

12

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_G 5,4 N.m

DBL3_E 4,4 N.m

DV31_G 6,8 N.m

DR73_G 6,8 N.m

DR1_G 5,1 N.m

PMMA 7,7 N.m

Figura 96 - Resposta de torque à 220ºC e velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20

minutos, das amostras com concentração igual a 15,0% (G) em massa.

De todos os corantes o que apresentou maior interferência nos valores de

torque foi o DBL3, seguido pelo DR1, DB79, DR73 e o DV31.

5.6.2. Medida do Índice de Fluidez (MFI)

A análise de índice de fluidez do material processado por extrusão em

extrusora dupla rosca e, também, por reômetro de torque, foi realizada para

determinar o efeito dos corantes na fluidez do polímero em função do processo

utilizado. As formulações foram comparadas quanto ao efeito causado pelo

processamento, corante e concentração utilizada.

5.6.2.1. Medidas dos Índices de Fluidez da Misturas Processadas por

Extrusão

Os resultados apresentados pelas amostras que passaram pelo processo de

mistura por extrusão permitiram constatar um decréscimo nos valores de MFI do

material processado, quando comparado ao material virgem, pois o PMMA utilizado

já se encontra em pó, como entregue pelo distribuidor, obtido diretamente da etapa

de síntese por emulsão, não passando por beneficiamento/purificação antes da

Page 126: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

97

distribuição, mantendo dessa forma resíduos do processo de síntese. Esse resíduo

na forma de agentes de polimerização e monômeros residuais que tendem a diminuir

a viscosidade do polímero, podem evaporar durante a extrusão ou completar a

polimerização, aumentando a massa molar do polímero, o que causaria o aumento da

viscosidade e consequentemente a diminuição da fluidez do polímero.

A presença dos corantes acarretou um leve aumento nos valores de fluidez

das misturas em relação ao PMMA processado. O comportamento dos valores é

condizente com os resultados obtidos no reômetro de torque para a mesma

concentração (0,1% em massa) (Figura 86). As amostras com fluidez ligeiramente

mais alta, apresentam como principal característica em comum a presença da amina

(-NH2) em sua composição. A Figura 97 apresenta os valores de fluidez para as

amostras de PMMA virgem, PMMA processado e PMMA com 0,1% dos corantes.

PMMA_V

PMMA_P

DR1_BP

DR73_BP

DV31_BP

DB79_BP

DBL3_BP

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

1,23

±0,0

2

1,28

±0,0

6

1,20

±0,0

1

1,22

±0,0

1

1,14

±0,0

1

1,13

±0,0

4

MF

I (g

/10

min

)

2,08

±0,0

6

Figura 97 - Resultados das análises de índice de fluidez (MFI) das amostras processadas

em extrusora de rosca dupla.

5.6.2.2. Medidas dos Índice de Fluidez das Amostras do Reometria de

Torque

A Figura 98 apresenta os valores de MFI para as amostras de PMMA e

PMMA/corante, processados em reômetro de torque em diferentes concentrações. Foi

Page 127: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

98

observado um aumento expressivo no valor de fluidez das amostras processadas em

reômetro de torque quando comparados com os valores obtidos das amostras

processadas em extrusora dupla rosca (Figura 97). Isto ocorre provavelmente em

razão da degradação termoxidativa sofrida pelo PMMA, devido à exposição à

temperatura e a taxa de cisalhamento por um maior tempo.

Os resultados apresentados mostraram e confirmaram a tendência dos

corantes amínicos em impactar mais expressivamente na viscosidade do polímero,

diminuindo ou estabilizando seus valores com o aumento da concentração de corante.

Com 1,0% em massa, os corantes apresentam características unicamente de

estabilização, mas com o decorrer do aumento da concentração, estes passam a

interagir de formas distintas, sendo que a 15,0% em massa o corante é pouco eficaz,

alterando em sua maioria as propriedades reológicas do polímero.

0 3 6 9 12 151

2

3

4

5

6

7

8

9

10GF

E

D

PMMA

PMMA/DV31

PMMA/DR73

PMMA/DR1

PMMA/DBL3

MF

I (g

/10

min

)

Concentraçao (% em massa)

PMMA/DB79

C

Figura 98 - Resultado da análise de índice de fluidez das amostras processadas em

reômetro de torque por 20 minutos a 230ºC e 60 RPM.

5.6.3. Reometria de Placas Paralelas

As amostras com 0,01 e 0,1% em massa de corante, sem processamento e

0,1% em massa de corante, processado em extrusora dupla rosca, foram analisadas

por reometria de placas paralelas.

Page 128: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

99

O caráter reativo dos corantes e sua concentração são os principais

parâmetros que influenciam na viscosidade complexa a baixas taxas de cisalhamento

medidas em modo dinâmico oscilatório do PMMA. Para uma mesma concentração de

corantes e histórico térmico, os valores de viscosidade complexa (η*) variam com a

tipo e o número de grupos reativos presentes no corante, sendo mais expressivo para

amostras com uma amina primária e secundária em sua composição, DBL3 e DB79

respectivamente.

Comparando os dois corantes de composição mais simples DR1 e DBL3, para

as três condições de análise (0,01% virgem, 0,1% virgem e 0,1% processado) (Figuras

100, 101 e 102) é verificado uma disparidade no comportamento viscoso, o que pode

estar relacionado as ligações formadas entre os corantes e o polímero. Para o DR1,

como visto na Figura 99 [147, 148], as ligações de acoplamento entre o seguimento

do polímero e o seguimento do corante é do tipo carbono-oxigênio (C-O) com força e

distancia de ligação igual a 358 kJ∙mol-1 e 1,43∙10-10 m, enquanto que, para o DBL3

(Figura 76) as ligações de acoplamento entre o seguimento do polímero e do corante

são do tipo carbono-nitrogênio (C-N), com força e distância de ligação igual a

305 kJ∙mol-1 e 1,47∙10-10 m. Quando esses valores são comparados aos apresentados

pelas ligações do tipo carbono-carbono (C-C) e carbono-hidrogênio (C-H), com forças

de ligações iguais a 346 kJ∙mol-1 e 411 kJ∙mol-1 e distancias de ligações iguais a

1,54∙10-10 m e 1,01∙10-10 m [149], respectivamente, que formam as demais ligações

presentes nos compostos estudados, as ligações carbono-nitrogênio tendem a sofrer

mais com a quebra de ligação que as demais, em razão da menor energia associada

a mesma, fazendo com que as ligações entre o polímero e os corantes amínicos sejam

mais susceptíveis a processos de degradação.

Em caso de quebra da ligação, o corante poderia retornar ao mesmo carbono,

desde que ancorado por outros pontos, ou atacar um outro grupo carboxílico,

deixando um ponto reativo no polímero, que poderia atacar outro corante ou mesmo

o próprio polímero, diminuindo a viscosidade do sistema. A ligação carbono-oxigênio

apresenta maior estabilidade que as ligações carbono-carbono, diminuindo assim a

susceptibilidade a quebra dessa ligação, uma vez que as ligações carbono-carbono

seriam atacadas antes das ligações carbono-oxigênio.

Page 129: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

100

=

n n

C

CH3

C O

CH2CH2 C

CH3

C O

O

CH3

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

O

NN

N

O

O

NCH2

CH2 CH2CH3

n

CH2 C

CH3

C O

O

CH3

+

NN

N

O

O

NCH2

CH2 CH2CH3

OH

Figura 99 - Resultados da reação química entre o PMMA e DR1.

Quando comparado o comportamento viscoso das amostras de PMMA com

DR1 e DV31 para as mesmas concentrações, é observado uma tendência desses

corantes em apresentar uma viscosidade superior ao polímero puro para as três

condições de processo (Figuras 100, 101 e 102). O comportamento do DV31 está

relacionado a natureza reativa do par de aminas primárias presentes no composto, o

que possibilita o surgimento de ligações intermoleculares (PCP) entre duas ou mais

cadeias ou trechos de cadeias do polímero, como apresentado na Figura 74. Mesmo

para uma ligação polímero corante mais fraca do que a apresentada pelo DR1, o

ancoramento provocado pelos diversos pontos reativos, quatro para o DV31, evita o

deslocamento do corante em relação ao polímero, e essa amarração da cadeia

polimérica dificulta seu movimento e consequentemente aumenta a viscosidade do

sistema. A ligação do corante DR1 a cadeia do polímero acarreta a presença de uma

ramificação volumosa e rígida, o que aumenta a força de arraste e consequentemente

a viscosidade do sistema polimérico.

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101

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

PMMA_V

DR1_A

DR73_A

DV31_A

DB79_A

DBL3_A

0,1 1 10

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10000

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

DR1_ADV31_A

DBL3_A

DR73_APMMA_V

DB79_A

Figura 100 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras com 0,01% em massa de corante sem

processamento (A). (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

Page 131: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

102

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

PMMA

DR1_B

DR73_B

DV31_B

DB79_B

DBL3_B

Vis

co

sid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa

.s)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

0,1 1 10

7000

8000

9000

10000

Vis

co

sid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa

.s)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

PMMA

DB79_B

DR73_B

DBL3_B

DR1_B

DV31_B

Figura 101 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras com 0,1% em massa de corante sem

processamento (B). (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

Page 132: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

103

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

PMMA_P

DR1_BP

DR73_BP

DV31_BP

DB79_BP

DBL3_BP

Vis

co

sid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa

.s)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

0,1 1 10

4000

5000

6000

7000

8000

DB79_BP

DR73_BP

DBL3_BP

Vis

co

sid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa

.s)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

PMMA_P

DR1_BP

DV31_BP

Figura 102 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras com 0,1% em massa de corante com

processamento com processamento em extrusora de rosca dupla (BP). (a) resultados de 0,1

a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10 rad/s.

O comportamento apresentado pelas misturas de PMMA com os corantes

DV31, DB79 e DBL3 (Figura 103), com o mesmo grupo reativo (amina), apresentaram

Page 133: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

104

influências diferentes do comportamento viscoso do polímero analisado por reometria

de placas (Figuras 100, 101 e 102). Isso está relacionado ao número e a classificação

química do grupo amina (primária ou secundária). O DB79 apresenta um

comportamento próximo ao DBL3, diferenciado por apresentar uma amina secundária

(um ponto reativo) na sua estrutura, enquanto que o DBL3 apresenta uma amina

primária (dois pontos reativos). A presença da amina com apenas um ponto reativo

com baixa força de ligação em relação as demais, acarreta uma maior fragilidade no

ancoramento do corante em relação ao polímero e consequentemente, uma maior

susceptibilidade ao deslocamento após o rompimento da ligação, enquanto que a

presença de dois ou mais pontos reativos, permitiria o ancoramento do corante e a

possibilidade da ligação ser refeita. Entre os corantes estudados, o DBL 3 pode

apresentar até um ancoramento e o DV31 até três ancoramentos.

O

O

NH2

NH2

O

O

(a)

N

N

NHC

CH3

O

NCH2

CH2

OC

CH3

O

CH2CH2

OC

O

CH3

OCH2

CH3

NO O

NO

O

Br

(b)

N N

N

CH3

CH3

NH2

(c)

Figura 103 - Estrutura química dos corantes (a) DV31, (b) DB79 e (c) DBL3.

As misturas de polímero e corante com concentração igual a 0,1% em massa,

com e sem processamento (Figuras 104, 105, 106, 107 e 108), apresentaram uma

tendência do corante em atenuar a queda da viscosidade complexa do polímero

causado pelo processamento. Uma exceção a esse comportamento é o DB79, que

apresenta um aumento na queda da viscosidade complexa do polímero, podendo este

comportamento está ligado a dificuldade de ancoramento do composto, deixando para

traz pontos reativos que aceleram a degradação do polímero.

Page 134: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

105

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

Vis

co

sid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa

.s)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

PMMA_V

PMMA_P

DR1_B

DR1_BP

0,1 1 10

5000

6000

7000

8000

9000

10000

PMMA_P

DR1_BP

PMMA_V

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

DR1_B

Figura 104 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do

DR1 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a 10

rad/s.

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106

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

PMMA_V

PMMA_P

DR73_B

DR73_BP

0,1 1 10

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

PMMA_V

DR73_B

DR73_BP

PMMA_P

Figura 105 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do

DR73 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a

10 rad/s.

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107

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

PMMA_V

PMMA_P

DV31_B

DV31_BP

0,1 1 10

5000

6000

7000

8000

9000

10000

PMMA_P

DV31_BP

PMMA_V

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

DV31_B

Figura 106 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do

DV31 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a

10 rad/s.

Page 137: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

108

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

PMMA_V

PMMA_P

DB79_B

DB79_BP

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

0,1 1 10

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

DB79_BP

PMMA_P

DB79_B

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

PMMA_V

Figura 107 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do

DR79 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a

10 rad/s.

Page 138: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

109

0,1 1 10 100 1000

100

1000

10000

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(a)

PMMA_V

PMMA_P

DBL3_B

DBL3_BP

0,1 1 10

5000

6000

7000

8000

9000

10000

PMMA_P

DBL3_BP

DBL3_B

Vis

cosid

ad

e C

om

ple

xa

(Pa.s

)

Frequencia Angular (rad/s)

(b)

PMMA_V

Figura 108 - Viscosidade complexa à 230ºC, com deformação de 1,0% e varredura dinâmica

de frequência de 0,1 a 600 rad/s das amostras de PMMA puro e com 0,1% em massa do

DBL3 com e sem processamento. (a) resultados de 0,1 a 600 rad/s (b) resultados de 0,1 a

10 rad/s.

Page 139: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

110

5.7. Propriedades Mecânicas

5.7.1. Ensaio de Tração

A Figura 109 mostra a curva de tensão deformação média das amostras

ensaiadas por tração, cujos os valores são apresentados na Tabela 29. Quando

comparamos o comportamento apresentado pelo PMMA virgem e processado, vemos

uma elevação nas propriedades mecânicas gerais do PMMA processado em

comparação ao PMMA virgem, esse comportamento pode ser relacionado ao

aumento da viscosidade do polímero com o processamento, como visto nos

resultados de MFI (Figura 97), consequência da evaporação do monômero residual e

eventuais oligômero. As amostras processadas apresentaram menores valores de

alongamento na ruptura, maiores valores de modulo de elasticidade e resistência

máxima quando comparado ao PMMA virgem injetado, uma vez que os monômeros

residuais e os oligômeros agem como elementos de plastificação do polímero.

Entre as amostras processadas, aquelas contendo corante apresentaram

valores superiores a amostra de PMMA puro, indicando uma maior estabilidade que

os corantes proporcionam ao polímero, como constatado no ensaio de reometria de

placas. Pôde-se observar que a presença dos corantes propiciou uma maior

estabilidade mecânica das amostras ensaiadas.

Tabela 29 - Resultados do ensaio de tração.

Modulo de

Elasticidade (GPa)

Tensão Máxima (MPa)

Tensão de

Ruptura (MPa)

Alongamento na Tensão

Máxima (%)

Alongamento na Ruptura

(%)

PMMAV 2,23 ± 0,29 57,8 ± 0,6 56,7 ± 1,5 5,2 ± 0,5 6,6 ± 1,2

PMMAP 2,53 ± 0,03 59,9 ± 0,4 59,6 ± 0,4 4,6 ± 0,2 4,6 ± 0,3

DR1 2,53 ± 0,06 60,6 ± 0,3 60,4 ± 0,3 5,1 ± 0,3 5,5 ± 0,7

DR73 2,58 ± 0,03 60,9 ± 0,3 60,8 ± 0,3 5,0 ± 0,2 5,3 ± 0,5

DV31 2,60 ± 0,04 61,4 ± 0,2 61,3 ± 0,2 5,0 ± 0,2 5,2 ± 0,4

DB79 2,63 ± 0,03 61,4 ± 0,2 61,3 ± 0,2 4,8 ± 0,2 5,0 ± 0,5

DBL3 2,57 ± 0,01 61,3 ± 0,3 61,2 ± 0,3 5,3 ± 0,1 5,6 ± 0,3

Page 140: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

111

0 1 2 3 4 5 6 7 80

10

20

30

40

50

60

70

PMMA_V

PMMA_P

DR1_BPI

DR73_BPI

DV31_BPI

DB79_BPI

DBL3_BPI

Te

ns

ao

(M

Pa)

Alongamento (%)

(a)

4 5 6 7 8

56

58

60

62

64

DR73_BPI

PMMA_PI

DR1_BPI

DV31_BPI

DB79_BPI

DBL3_BPI

Ten

sao

(M

Pa)

Alongamento (%)

(b)

PMMA_V

Figura 109 - Comportamento tensão deformação (a) total e (b) nas regiões de fratura para

as amostras de PMMA e PMMA com 0,1% (B) em massa de corante.

5.7.2. Ensaio de Impacto

Os resultados de resistência ao impacto Izod da maioria das amostras

ensaiadas não apresentaram variação considerável, quando comparados entre si.

Page 141: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

112

Apenas a amostra com DV31 foge à média dos resultados com diminuição da energia

de impacto absorvida, o que seria uma evidencia de aumento da fragilidade,

consequência do rearranjo químico, em virtude da existência de ligações

intermoleculares do tipo PCP, como visto na Figura 74

PMMA_VI

PMMA_PI

DR1_BPI

DR73_BPI

DV31_BPI

DB79_BPI

DBL3_BPI

0

1

2

3

4

5

6

7

En

erg

ia d

e I

mp

acto

(J

/m)

Media

Figura 110 - Resultados do ensaio de impacto Izod para as amostras de PMMA e PMMA

com 0,1% (B) em massa de corante.

Page 142: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

113

6. CONCLUSÃO

A partir dos estudos realizados das misturas de PMMA e corantes, evidenciou-

se que o uso de compostos com grupos reativos amínicos e hidroxílicos acarreta

mudanças reológicas significativas ao polímero.

Com base nos resultados de luminescência (L*), obtidos por colorimetria, foi

possível determinar a capacidade de tingimento de um corante, de forma quantitativa,

para o PMMA em uma determinada concentração de corante.

Os comprimentos de onda de absorção de cada material, obtidos por

espectroscopia de UV-Vis, delimitaram as condições de luminosidade que favorecem

o processo de hibridização dos corantes estudados.

As caracterizações por meio de colorimetria e espectroscopia de UV-Vis

permitiram avaliar a relação entre os comprimentos de onda absorvidos e a cor

apresentada pelas amostras, ao final do processo de mistura.

Em análise de espectroscopia de infravermelho constatou-se indícios de

reação do PMMA com os corantes amínicos (DV31, DB79 e DBL3), não sendo

possível encontrar indícios de reatividade entre o PMMA e o DR1 e DR73.

A reometria de torque demonstrou a influência da concentração dos corantes

e da presença dos grupos reacionais no torque máximo e torque final dos sistemas

estudados, sendo verificado um decréscimo nos valores de torque nas amostras que

apresentam um grupo reativo (DR1, DB79 e DBL3), frente aos corantes sem grupo

reativo (DR73) e com dois grupos reativos (DV31).

Observou-se que a viscosidade medida por reometria de placas paralelas a

baixas taxas de cisalhamento, varia de acordo com o composto reativo presente nos

corantes, sendo mais expressivo para a hidroxila (DR1) que para as aminas (DV31,

DB79 e DBL3) e que, para compostos amínicos, o número e o tipo da amina

influenciam fortemente na viscosidade final do polímero.

As propriedades das misturas polímero/corante avaliadas nos ensaios de

tração e impacto Izod, apresentaram um indício de estabilização dos valores, não

sendo possível distinguir grandes diferenças em função da sensibilidade das técnicas

de caracterização mecânica.

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114

O uso de corantes e/ou compostos amínicos e hidroxílicos no PMMA

apresentam grandes aplicabilidades, em razão da possibilidade de inserir novas

funcionalidades no polímero. Para os corantes estudados DR1, DR73 e DV31 são

possíveis de uso para espessuras maiores que 1,0 mm em concentração igual ou

inferior a 0,1% em massa. Os corantes DB79 e DBL3, necessitam de concentrações

menores do que 0,1% em massa, para atingir funcionalidade de coloração semelhante

aos corantes DR1, DR73 e DV31.

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115

7. TRABALHOS FUTUROS

Relacionar, quantitativamente, a capacidade de tingimento do corante no

polímero, correlacionando a transmitância de luz ou a luminescência com a

concentração de cada corante na mistura.

Comparar os resultados de UV-Vis e FTIR, das amostras processadas em

extrusora e reômetro, com as amostras preparadas em solução.

Expandir os resultados de termogravimetria e calorimetria exploratória

diferencial, para as amostras puras e processadas.

Expandir as análises de reometria de placas paralelas para outras

concentrações de corantes, visando acompanhar o impacto nas propriedades do

polímero.

Realizar caracterizações por espectroscopia RAMAN, visando identificar os

grupos de ligações entre o PMMA e o DR1, e confirmar a não existência de interação

química entre o PMMA e o DR73.

Buscar outras combinações de grupos reativos em corantes, avaliando o

impacto nas propriedades do PMMA.

Determinar a capacidade e velocidade hibridização das amostras reativas

(PMMA/DR1, PMMA/DV31, PMMA/DB79 e PMMA/DBL3).

Expandir o estudo para outros polímeros vítreos, determinando a influência de

tingimento, capacidade e velocidade de hibridização.

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135

APÊNDICE I – Gráficos de reometria de torque, torque máximo das amostras com

concentração em massa < 1,0% por concentração

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0

20

40

60

80

100

PMMA DR1_A DR73_A

DV31_A DB79_A DBL3_A

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_A 89,8 N.m

DBL3_A 88,0 N.m

DR73_A 87,6 N.m

DR1_A 79,5 N.m

DV31_A 75,9 N.m

PMMA 71,1 N.m

Figura A. 1 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (A) 0,01% em massa de corante.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0

20

40

60

80

100

PMMA DR1_B DR73_B

DV31_B DB79_B DBL3_B

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DR73_A 102,1 N.m

DR1_A 93,6 N.m

DB79_A 93,3 N.m

DV31_A 91,5 N.m

DBL3_A 85,8 N.m

PMMA 71,1 N.m

Figura A. 2 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA contendo (B) 0,1% em massa de corante.

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136

APÊNDICE II - Gráficos de reometria de torque, torque máximo das amostras com

concentração em massa ≥ 1,0% por composição

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

DR1_G 59,5 N.m

DR1_F 75,0 N.m

DR1_E 85,5 N.m

DR1_D 89,3 N.m

DR1_C 96,5 N.m

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

PMMA 96,0 N.m

Figura A. 3 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR1 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00

20

40

60

80

100

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

(a)

DR73_C 96,4 N.m

DR73_D 93,6 N.m

DR73_F 93,2 N.m

DR73_E 89,4 N.m

DR73_G 82,4 N.m

PMMA 96,0 N.m

Figura A. 4 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DR73 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

Page 166: EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CORANTES FOTOCROMÁTICOS … · uma extrusora de rosca simples com matriz de fita plana ou moldados por injeção. Foram realizadas as caracterizações

137

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00

20

40

60

80

100

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DV31_E 108,9 N.m

DV31_G 105,2 N.m

DV31_D 104,9 N.m

DV31_C 95,7 N.m

DV31_F 88,8 N.m

PMMA 96,0 N.m

Figura A. 5 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DV31 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00

20

40

60

80

100

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DB79_C 98,4 N.m

DB79_F 96,6 N.m

DB79_H 93,6 N.m

DB79_D 92,8 N.m

DB79_E 86,8 N.m

PMMA 96,0 N.m

Figura A. 6 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DB79 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

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138

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00

20

40

60

80

100

To

rqu

e (

N.m

)

Tempo (min)

DBL3_C 97,7 N.m

DBL3_D 91,1 N.m

DBL3_E 89,9 N.m

DBL3_F 67,2 N.m

DBL3_G 53,0 N.m

PMMA 96,0 N.m

Figura A. 7 - Resultados de torque máximo, à 220ºC, velocidade de 60RPM e tempo de ensaio de 20 minutos, das amostras de PMMA com corante DBL3 em concentração de (C)

1,0%, (D) 3,0%, (E) 5,0%, (F) 10,0% e (G) 15,0% em massa.

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139

ANEXO I – Ficha técnica do polímero

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140

ANEXO II – Tabela de valores de absorção no espectro de infravermelho para

compostos orgânicos

1) 3.600 - 2.700 cm-1

A absorção nesta região é associada às vibrações de deformação axial nos átomos

de hidrogênio ligados a carbono, oxigênio e nitrog6enio (C-H, O-H e N-H). Cuidados

devem ser tomados quanto à interpretação de bandas de fraca intensidade, uma vez

que estas podem ser harmônicas (2 vezes a frequência de bandas fortes na região de

1.900 - 1550 cm-1).

Número de

onda (cm-1)

Grupo

funcional Comentários

3.640 - 3.610 O-H (livre) Banda fina, mais forte quando medida em

solução diluída.

3.600 - 3.200 O-H

(associado)

3.600 - 3.500: Banda fina resultante de

ligações diméricas.

3.400 - 3.200: Banda forte, larga, resultante

da associação polimérica. A intensidade da

banda depende da concentração.

3.200 - 2.500 O-H (quelato)

Ligação de hidrogênio intramolecular com

C=O, NO2: Banda larga, de intensidade

normalmente fraca e a

frequência é inversamente proporcional à

força da ligação.

3.500 - 3.070 N-H

NH2 livre em aminas primárias

o Aminas primárias alifáticas: ~ 3.500

o Aminas aromáticas: ~ 3.400

NH2 livre em amidas: 3.500 - 3.400

NH2 associado em aminas primárias

o Aminas alifáticas e aromáticas: 3.400 -

3.100

NH2 associado em amidas: 3.350 - 3.100

NH livre em aminas secundárias:

o aminas primárias alifáticas: 3.350 - 3.300

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141

o aminas aromáticas: ~ 3.450

o pirróis, indóis: ~ 3.490

NH livre em amidas: 3.460 - 3.420

NH associado em aminas secundárias: 3.400

- 3.100

NH associado em amidas: 3.320 - 3.070

~ 3.300 C-H de

alcinos

Confirmado pela presença de uma banda de

2.260 - 2.100 (C C).

3.080 - 3.020 C-H de

alcenos

~ 3.030 C-H de

aromáticos Muitas vezes obscurecida.

2.960 - 2.850 C-H alifáticos

CH3, CH2 (carbonos prim. e sec.): 2.960 -

2.850

CH (carbono terc.): 2.890 - 2.880

2.820 e

2.720

C-H de

aldeídos

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142

2) 2.300 - 1.900 cm-1

A absorção nesta região é associada às vibrações de deformação axial de triplas

ligações e duplas acumuladas.

Número de

onda (cm-1)

Grupo

funcional Comentários

2.275 - 2.250 N=C=O

(isocianatos) Banda de forte intensidade.

2.260 - 2.200 C N (nitrilas) Nitrilas conjugadas: 2.235 - 2.210

Nitrilas não conjugadas: 2.260 - 2.240

2.260 - 2.100 C C Pode estar ausente em acetilenos

simétricos.

~ 2.260 N N (sais de

diazônio)

2.175 - 2.140 S-C N

(tiocianatos)

2.160 - 2.120 -N=N=N

(azidas)

~ 2.150 C=C=O

(cetenas)

2.140 - 1.990 N=C=S

(isotiocianatos) Banda larga e intensa.

~ 1950 C=C=C

(alenos)

Duas bandas para alenos terminais ou

ligados

a grupos de efeito -I.

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143

3) 2.300 - 1.900 cm-1

A absorção nesta região é associada às vibrações de deformação axial de duplas

ligações (não acumuladas) e deformações angulares de N-H e -NH2. Na maioria dos

casos, a posição da banda pode ser alterada por efeitos de conjugação ou efeito

indutivo dos grupos substituintes.

Número de

onda (cm-1)

Grupo

funcional Comentários

1.820 e

1.760

C=O de

anidridos

Aparecem duas bandas, correspondentes aos

dois grupos C=O.

1.815 - 1.790

C=O de

cloreto de

acila

Conjugação desloca a banda cerca de 20 cm-

1 para frequência mais baixa.

1.760 e

1.710

C=O de ác.

carboxílicos

O monômero tem banda de 1.760 e o dímero, ~

1.710. Às vezes não se observa essa banda em

solventes polares.

1.750 - 1.740 C=O de

ésteres

Absorção sujeita a efeitos de conjugação e de

efeito indutivo.

1.740 - 1.720 C=O de

aldeídos

Absorção sujeita a efeitos de conjugação e de

efeito indutivo.

1.720 - 1.700 C=O de

cetonas Somente para cetonas acíclicas (dialquil-cetonas).

1.700 - 1.630 C=O de

amidas

a) Amidas não substituídas

o livres: ~ 1.690 associadas: ~ 1.650

Efeito de conjugação ou efeitos indutivos causam

deslocamento de cerca de 15 cm-1 para frequência

mais alta. Em amidas cíclicas a frequência é

aumentada de cerca de 40 cm-1 por unidade de

decréscimo do tamanho do anel.

Amidas N-substituídas: 1.700 - 1.630

Amidas N,N-substituídas: 1.670 - 1.630

Apresentam uma única banda.

1.675 - 1.645 C=C Intensidade usualmente de fraca a média. As

bandas estão ausentes em alcenos simétricos. A

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144

presença de uma ou duas bandas adicionais de

1.650 - 1.600 ocorre em alcenos conjugados.

1.600

1.580

1.500

1.450

C=C de

aromáticos

Vibrações de núcleos aromáticos. A banda de

1.580 é intensa quando o grupo fenila é conjugado

com insaturações ou mesmo ligado a átomos com

pares de elétrons livres. A banda de 1.450

geralmente é obscurecida e a banda de 1.500 é

normalmente mais forte.

1.590 - 1.550 NH2 Banda média a forte, correspondente à

deformação angular simétrica no plano.

1.560 e

1.350 NO2

Bandas fortes de deformação axial assimétrica e

simétrica, respectivamente. Ambas estão sujeitas

a efeitos de conjugação. (a banda cai -30cm-1).

1.580 - 1495 N-H

Banda fraca de deformação angular, muitas vezes

obscurecida pela banda de 1.560 de aromáticos.

Esta banda também é usada para caracterizar

aminas e amidas secundárias.

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145

4) 1.500 - 600 cm-1

A absorção nesta região é associada a diversos tipos de vibração: deformações axiais

e angulares de ligações C-O, C-N, C-C e C-X.

Número de

onda (cm-1)

Grupo

funcional Comentários

1.470 - 1.430 CH2

Deformação angular de -(CH2)n- sendo que

para n > 3 a banda aparece na região por

volta de 720 (deformação angular de cadeia).

~ 1.420

CH2

adjacente a

carbonila

Deformação angular.

1.390 - 1.370 CH3

Deformação angular. Em caso de dimetil

geminal,

a banda aparecerá como um duplete.

1.400 - 500 C-X (X =

halogênio)

C-F: 1.400-1.000

C-Cl: 800-600

C-Br: 750-500

C-I: ~ 500

1.350 - 1.310

1.140 - 1.200 SO2 (sulfona)

Bandas intensas de deformação axial

assimétrica

e simétrica, respectivamente.

1.420

1.300 - 1.200

C-O de ác.

carboxílicos

Aparecem duas bandas de deformação axial,

devido ao acoplamento da deformação

angular no plano da ligação O-H e a

deformação axial de C-O.

1.300 - 1.050 C-O de

ésteres

Ésteres saturados: 1.300 - 1.050

Ésteres insaturados e aromáticos: 2 bandas

(1.300 - 1.250 e 1.200 - 1.050)

1.275 - 1.020 C-O de

éteres

Éteres alifáticos: 1.070 - 1.150

Éteres aromáticos e vinílicos: 2 bandas

(1.200 - 1.275 e 1.020 - 1.075)

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146

1.200 - 1.050

C-O de

álcoois e

fenóis

Álcool prim: ~ 1.050

Álcool sec: ~ 1.100

Álcool terc: ~ 1.150

Fenóis: ~ 1.200

1.340 - 1250 C-N de

aromáticos

1.280 - 1.180 C-N de

alifáticos

1.060 - 1.040 S=O

(sulfóxido)

Esta banda é deslocada de 10 a 20 cm-1 para

frequência mais baixa por efeito de

conjugação.

Grupos metileno na posição alfa dão origem

a uma banda de ~ 1.415.

990 e 910 RCH=CH2 Deformação angular fora do plano.

970 - 960 -CH=CH-

~ 920 O-H

Banda larga (deformação angular) de média

intensidade, devido à deformação angular

fora do plano da C=O de ác. carboxílicos.

895 - 885 R2C=CH2

840 - 790 R2C=CHR C-H fora do plano.

730 - 675 -CH=CH- C-H fora do plano.

770 – 730

710 - 690

Anel

aromático

Deformação angular de 5 H adjacentes

(anéis monossubstituídos).

770 - 735 Anel

aromático

Deformação angular de 4 H adjacentes

(anéis orto-substituídos). Outros exemplos:

piridina orto-substituída , naftalenos não

substituídos em um dos anéis.

810 – 750

710 - 690

Anel

aromático

Deformação angular de 3 H adjacentes

(anéis meta-substituídos e 1,2,3-

trissubstituídos). Outros exemplos:

naftalenos monossubstituídos na posição

alfa.

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147

860 - 800 Anel

aromático

2 H adjacentes (anéis para-substituídos e

1,2,3,4-tetrassubstituídos).

900 - 860 Anel

aromático

H isolado: pode estar presente no benzeno

meta-dissubstituído, além de outros

aromáticos.

A banda tem intensidade fraca.

790 - 730 Grupos etila

e propila

Deformação angular ("rocking").

a) Etila: 790 – 720

b) Propila: 745 - 730

~ 720 -(CH2)n

(para n > 3) Deformação angular de cadeia ("rocking").

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148

ANEXO III - Esquema para interpretação de espectros de substâncias orgânicas na

região do infravermelho

Lopes e Facio apresentam um fluxograma a ser seguido para interpretação

dos resultados de FTIR [145].

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149

ANEXO IV - Energias de dissociação (Edis) e distâncias (d) de ligação.

Valores de energia de ligação para algumas ligações covalentes orgânicas

[149].

Ligação O.L. d (Å = 10-

10m) Edis (kJ/mol)

H-H 1 0,74 432

C-H 1 1,09 411

C-C 1 1,54 346

C=C 2 1,34 602

C≡C 3 1,2 835

C-N 1 1,47 305

C=N 2 1,29# 615

C-O 1 1,43 358

C=O 2 1,2 799

N=N 2 1,25 418

N≡N 3 1,1 942