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

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Miranda, Gisele dos Santos
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15644
Resumo: Novel non-pollutant materials based on waterborne poly(urethane-urea)s (WPUU) and respective nanocomposites (NWPUU) with inorganic nanoloads were synthesized aiming the obtainment of membranes adequate for separation of components present in aqueous solutions. The monomers employed in the formulations were: hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB), poly(propylene glycol) (PPG), dimethylolpropionic acid (DMPA) and isophorone diisocyanate (IPDI). Hydrazine (HYD) or ethylene diamine (EDA) were employed as chain extenders. The following inorganic compounds were added as nanoloads: hydrophilic montmorilonite clay (Clay Na+), simple wall carbon nanotubes (SWCNT) and hydroxyl-funcionalized graphene oxide (GO-OH). Formulations were developed targeting the production of materials with structural regularity, hydro- and organophilic appropriate characteristics, mechanical resistance and low elongation, minor swelling in water, low contact angle and adequate thermal and chemical resistances. Those are extreme important characteristics concerning to membranes applied in nanofiltration (NF) and inverse osmosis (IO) processes. In the formulations were varied: the length of flexible segment, employing polyethers (PPG) with two different molecular mass values; the proportion of PPG, HTPB and DMPA; the proportion between rigid and flexible segments (R NCO/OH); and the type of chain extender. Effective methods for nanoload dispersion were developed resulting in stable systems against sedimentation. The aqueous dispersions were characterized in terms of solid content (ST), apparent viscosity and average particle size. Cast films obtained from the dispersions were studied by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), termogravimetry (TG), contact angle measurements, swelling in water tests and mechanical assays. Combined results pointed to the most promising materials for possible application as membranes for permeation of aqueous solutions, namely those formulations with: HTPB and DMPA higher contents, HYD as chain extender and R NCO/OH = 2.0. Based on these results, dispersions with 0.5% of nanoloads were synthesized. Two methods were tested to produce of the membranes: phase inversion, using different organic solvents, and casting in polyethersulfone (PES) support. The former were discarded because of the toxicity of the solvents. On the other hand, casting in PES resulted in composed dense membranes based on WPUU and NWPUU. The systems endured pressures up to 25 bar not showing any structural change, which confirmed the high mechanical resistance and structural regularity required for NF and IO processes. The results indicated the potential application of these materials in separation of aqueous micropollutants. In this work, the main parameters for optimization of casting method were detected in order to obtain low thickness composed membranes adequate to permeation processes
id UERJ_bc24fabaf17d6c0fce55eb854fe9fb75
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/15644
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Delpech, Marcia Cerqueirahttp://lattes.cnpq.br/7492555701225765Reis, Rodrigo Azevedo doshttp://lattes.cnpq.br/7710576432746865Dias, Marcos Lopeshttp://lattes.cnpq.br/6048854569786460Garcia, Maria Elizabeth Ferreirahttp://lattes.cnpq.br/2435202795038718Cesar, Deborah Vargashttp://lattes.cnpq.br/1350917983266189Leite, Marcia Christina Amorim Moreirahttp://lattes.cnpq.br/3979767056125140http://lattes.cnpq.br/5553051145952985Miranda, Gisele dos Santos2021-01-07T18:58:40Z2018-06-052015-08-20MIRANDA, Gisele dos Santos. Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água. 2015. 268 f. Tese (Doutorado em Química ambiental; Polímeros) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2015.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15644Novel non-pollutant materials based on waterborne poly(urethane-urea)s (WPUU) and respective nanocomposites (NWPUU) with inorganic nanoloads were synthesized aiming the obtainment of membranes adequate for separation of components present in aqueous solutions. The monomers employed in the formulations were: hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB), poly(propylene glycol) (PPG), dimethylolpropionic acid (DMPA) and isophorone diisocyanate (IPDI). Hydrazine (HYD) or ethylene diamine (EDA) were employed as chain extenders. The following inorganic compounds were added as nanoloads: hydrophilic montmorilonite clay (Clay Na+), simple wall carbon nanotubes (SWCNT) and hydroxyl-funcionalized graphene oxide (GO-OH). Formulations were developed targeting the production of materials with structural regularity, hydro- and organophilic appropriate characteristics, mechanical resistance and low elongation, minor swelling in water, low contact angle and adequate thermal and chemical resistances. Those are extreme important characteristics concerning to membranes applied in nanofiltration (NF) and inverse osmosis (IO) processes. In the formulations were varied: the length of flexible segment, employing polyethers (PPG) with two different molecular mass values; the proportion of PPG, HTPB and DMPA; the proportion between rigid and flexible segments (R NCO/OH); and the type of chain extender. Effective methods for nanoload dispersion were developed resulting in stable systems against sedimentation. The aqueous dispersions were characterized in terms of solid content (ST), apparent viscosity and average particle size. Cast films obtained from the dispersions were studied by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), termogravimetry (TG), contact angle measurements, swelling in water tests and mechanical assays. Combined results pointed to the most promising materials for possible application as membranes for permeation of aqueous solutions, namely those formulations with: HTPB and DMPA higher contents, HYD as chain extender and R NCO/OH = 2.0. Based on these results, dispersions with 0.5% of nanoloads were synthesized. Two methods were tested to produce of the membranes: phase inversion, using different organic solvents, and casting in polyethersulfone (PES) support. The former were discarded because of the toxicity of the solvents. On the other hand, casting in PES resulted in composed dense membranes based on WPUU and NWPUU. The systems endured pressures up to 25 bar not showing any structural change, which confirmed the high mechanical resistance and structural regularity required for NF and IO processes. The results indicated the potential application of these materials in separation of aqueous micropollutants. In this work, the main parameters for optimization of casting method were detected in order to obtain low thickness composed membranes adequate to permeation processesNovos materiais não poluentes à base de poli(uretano-ureia)s aquosos e seus nanocompósitos com cargas inorgânicas foram sintetizados visando a obtenção de membranas adequadas para separação de componentes em soluções aquosas. Os monômeros empregados nas diferentes formulações foram: polibutadieno líquido hidroxilado (HTPB), poli(glicol propilênico) (PPG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA) e diisocianato de isoforona (IPDI), tendo hidrazina (HYD) ou etilenodiamina (EDA) como extensores de cadeia. As nanocargas inorgânicas empregadas foram argila montmorilonita sódica, de natureza hidrofílica (Clay Na+), nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT) e óxido de grafeno funcionalizado com grupos hidroxila (GOOH). As diferentes formulações de poli(uretano-ureia)s dispersas em água (WPUU) e seus nanocompósitos (NWPUU) foram desenvolvidas visando a produção de materiais com regularidade estrutural, características hidro- e organofílicas, resistência mecânica e baixo alongamento, pouco inchamento em água, baixo ângulo de contato e boas resistências térmica e química. Tais características são de extrema importância para materiais aplicados na manufatura de membranas, para separação de soluções aquosas em processos de nanofiltração (NF) e osmose inversa (IO). Para isso foram feitas variações no tamanho do segmento flexível: com a utilização de poliéteres (PPG) com duas massas molares diferentes, e pela variação na proporção de PPG, HTPB e DMPA na formulação. A proporção entre os segmentos flexíveis e rígidos (NCO/OH) também foi variada, bem como o tipo de extensor de cadeia. Métodos efetivos de dispersão das nanocargas foram desenvolvidos resultando em sistemas estáveis frente à sedimentação. As dispersões produzidas foram caracterizadas em termos de teor de sólidos (ST), viscosidade aparente e tamanho médio de partículas. Os filmes obtidos após vazamento das dispersões foram caracterizados por espectrometria de absorção no infravermelho (FTIR), difração de raios-X (XRD), microscopia eletrônica de varredura (SEM), medidas de ângulo de contato, termogravimetria (TG), ensaios mecânicos e testes de inchamento em água. Os resultados em conjunto indicaram os materiais mais promissores para a possível aplicação como de membranas para a permeação de soluções aquosas. Os filmes obtidos a partir de WPUU escolhidos para a manufatura das membranas foram aqueles que continham os mais elevados teores de HTPB e de DMPA na formulação, hidrazina como extensor de cadeia, e razão NCO/OH igual a 2,0. Dispersões com 0,5% de nanocargas em relação à massa de prepolímero foram, então, sintetizadas (NWPUU). Dois métodos de produção das membranas foram testados: inversão de fases, com o emprego de diferentes solventes orgânicos, e por espalhamento ou casting, para a produção de membranas compostas em suportes de polietersulfona (PES). A inversão de fases foi descartada por não se conseguir solvente não tóxico apropriado para a coagulação e consequente produção de membranas anisotrópicas integrais. Já o espalhamento em suporte de PES permitiu a produção de membranas compostas com pele densa à base de WPUU e NWPUU. As membranas suportaram pressões de até 25 bar sem qualquer alteração de sua integridade confirmando a elevada resistência mecânica e regularidade estrutural dos materiais desenvolvidos para os processos de separação por nanofiltração (NF) e osmose inversa (IO), indicando caminhos promissores para a aplicação desses materiais para a separação de micropoluentes aquosos. Foram identificados os principais parâmetros necessários para ajustes futuros na otimização do método de espalhamento, para proporcionar reduções nas espessuras da pele adequadas aos processos de permeaçãoSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T18:58:40Z No. of bitstreams: 1 Gisele dos Santos Miranda.pdf: 8420882 bytes, checksum: 37f4cc1684b54184bf467e1d38d65ae2 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T18:58:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gisele dos Santos Miranda.pdf: 8420882 bytes, checksum: 37f4cc1684b54184bf467e1d38d65ae2 (MD5) Previous issue date: 2015-08-20Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de QuímicaAqueous dispersionsnanocompositeshydrophilic claycarbon nanotubesgrapheme oxidemembranesaqueous solutions permeationPoli(uretano-ureia)sdispersões aquosasnanocompósitosargila hidrofílicananotubos de carbonoóxido de grafenomembranaspermeação de soluções aquosasCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDESSíntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de águaSynthesis and characterization of aqueous dispersions based on poly (urethane-urea) if their nanocomposites from different inorganic nanofillers for possible use as membranes for separating aqueous solutionsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALGisele dos Santos Miranda.pdfapplication/pdf8420882http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/15644/1/Gisele+dos+Santos+Miranda.pdf37f4cc1684b54184bf467e1d38d65ae2MD511/156442024-02-27 14:47:39.924oai:www.bdtd.uerj.br:1/15644Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:47:39Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Synthesis and characterization of aqueous dispersions based on poly (urethane-urea) if their nanocomposites from different inorganic nanofillers for possible use as membranes for separating aqueous solutions
title Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
spellingShingle Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
Miranda, Gisele dos Santos
Aqueous dispersions
nanocomposites
hydrophilic clay
carbon nanotubes
grapheme oxide
membranes
aqueous solutions permeation
Poli(uretano-ureia)s
dispersões aquosas
nanocompósitos
argila hidrofílica
nanotubos de carbono
óxido de grafeno
membranas
permeação de soluções aquosas
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDES
title_short Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
title_full Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
title_fullStr Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
title_full_unstemmed Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
title_sort Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água
author Miranda, Gisele dos Santos
author_facet Miranda, Gisele dos Santos
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Delpech, Marcia Cerqueira
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7492555701225765
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Reis, Rodrigo Azevedo dos
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7710576432746865
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Dias, Marcos Lopes
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/6048854569786460
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Garcia, Maria Elizabeth Ferreira
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2435202795038718
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Cesar, Deborah Vargas
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1350917983266189
dc.contributor.referee4.fl_str_mv Leite, Marcia Christina Amorim Moreira
dc.contributor.referee4Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/3979767056125140
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5553051145952985
dc.contributor.author.fl_str_mv Miranda, Gisele dos Santos
contributor_str_mv Delpech, Marcia Cerqueira
Reis, Rodrigo Azevedo dos
Dias, Marcos Lopes
Garcia, Maria Elizabeth Ferreira
Cesar, Deborah Vargas
Leite, Marcia Christina Amorim Moreira
dc.subject.eng.fl_str_mv Aqueous dispersions
nanocomposites
hydrophilic clay
carbon nanotubes
grapheme oxide
membranes
aqueous solutions permeation
topic Aqueous dispersions
nanocomposites
hydrophilic clay
carbon nanotubes
grapheme oxide
membranes
aqueous solutions permeation
Poli(uretano-ureia)s
dispersões aquosas
nanocompósitos
argila hidrofílica
nanotubos de carbono
óxido de grafeno
membranas
permeação de soluções aquosas
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDES
dc.subject.por.fl_str_mv Poli(uretano-ureia)s
dispersões aquosas
nanocompósitos
argila hidrofílica
nanotubos de carbono
óxido de grafeno
membranas
permeação de soluções aquosas
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDES
description Novel non-pollutant materials based on waterborne poly(urethane-urea)s (WPUU) and respective nanocomposites (NWPUU) with inorganic nanoloads were synthesized aiming the obtainment of membranes adequate for separation of components present in aqueous solutions. The monomers employed in the formulations were: hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB), poly(propylene glycol) (PPG), dimethylolpropionic acid (DMPA) and isophorone diisocyanate (IPDI). Hydrazine (HYD) or ethylene diamine (EDA) were employed as chain extenders. The following inorganic compounds were added as nanoloads: hydrophilic montmorilonite clay (Clay Na+), simple wall carbon nanotubes (SWCNT) and hydroxyl-funcionalized graphene oxide (GO-OH). Formulations were developed targeting the production of materials with structural regularity, hydro- and organophilic appropriate characteristics, mechanical resistance and low elongation, minor swelling in water, low contact angle and adequate thermal and chemical resistances. Those are extreme important characteristics concerning to membranes applied in nanofiltration (NF) and inverse osmosis (IO) processes. In the formulations were varied: the length of flexible segment, employing polyethers (PPG) with two different molecular mass values; the proportion of PPG, HTPB and DMPA; the proportion between rigid and flexible segments (R NCO/OH); and the type of chain extender. Effective methods for nanoload dispersion were developed resulting in stable systems against sedimentation. The aqueous dispersions were characterized in terms of solid content (ST), apparent viscosity and average particle size. Cast films obtained from the dispersions were studied by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), termogravimetry (TG), contact angle measurements, swelling in water tests and mechanical assays. Combined results pointed to the most promising materials for possible application as membranes for permeation of aqueous solutions, namely those formulations with: HTPB and DMPA higher contents, HYD as chain extender and R NCO/OH = 2.0. Based on these results, dispersions with 0.5% of nanoloads were synthesized. Two methods were tested to produce of the membranes: phase inversion, using different organic solvents, and casting in polyethersulfone (PES) support. The former were discarded because of the toxicity of the solvents. On the other hand, casting in PES resulted in composed dense membranes based on WPUU and NWPUU. The systems endured pressures up to 25 bar not showing any structural change, which confirmed the high mechanical resistance and structural regularity required for NF and IO processes. The results indicated the potential application of these materials in separation of aqueous micropollutants. In this work, the main parameters for optimization of casting method were detected in order to obtain low thickness composed membranes adequate to permeation processes
publishDate 2015
dc.date.issued.fl_str_mv 2015-08-20
dc.date.available.fl_str_mv 2018-06-05
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-01-07T18:58:40Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv MIRANDA, Gisele dos Santos. Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água. 2015. 268 f. Tese (Doutorado em Química ambiental; Polímeros) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2015.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15644
identifier_str_mv MIRANDA, Gisele dos Santos. Síntese e caracterização de dispersões aquosas à base de poli(uretano-ureia)s e seus nanocompósitos com diferentes cargas inorgânicas para aplicação como membranas para tratamento de água. 2015. 268 f. Tese (Doutorado em Química ambiental; Polímeros) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2015.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15644
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Química
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/15644/1/Gisele+dos+Santos+Miranda.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 37f4cc1684b54184bf467e1d38d65ae2
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1811728690047877120