Materiais e Métodos 4 Materiais e Métodos 4.1. Síntese dos TTNTs de partida Os TTNTs de partida com estrutura de trititanatos foram produzidos por síntese hidrotérmica alcalina levando em consideração o procedimento descrito por Morgado et al. [6]. Foi utilizado como precursor TiO 2 anatásio em pó, marca Vetec. Os outros reagentes empregados na produção dos TTNTs também foram da marca anterior. A síntese foi realizada em um reator Berghof, equipado com recipiente interior de teflon, resistência elétrica, controle de temperatura, pressão e agitação mecânica. Foram dispersos 8.75 g do precursor em 350 mL de uma solução de NaOH 10 M, mantendo uma relação sólido/líquido de 2.5% e um fator de preenchimento do vaso de teflon de 0.70. O reator foi fechado, aquecido até uma temperatura de 120 °C e a mistura de reação mantida em agitação nestas condições durante 24 h a uma velocidade de 320 rpm. Seis bateladas foram preparadas a fim de coletar suficiente quantidade de material para este trabalho. Na Figura 4.1 se mostra o reator utilizado na produção dos TTNTs. Figura 4.1- Reator Berghof utilizado na produção dos TTNTs de partida.
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Materiais e Métodos
4 Materiais e Métodos
4.1. Síntese dos TTNTs de partida
Os TTNTs de partida com estrutura de trititanatos foram produzidos por
síntese hidrotérmica alcalina levando em consideração o procedimento descrito
por Morgado et al. [6]. Foi utilizado como precursor TiO2 anatásio em pó, marca
Vetec. Os outros reagentes empregados na produção dos TTNTs também foram
da marca anterior.
A síntese foi realizada em um reator Berghof, equipado com recipiente
interior de teflon, resistência elétrica, controle de temperatura, pressão e agitação
mecânica. Foram dispersos 8.75 g do precursor em 350 mL de uma solução de
NaOH 10 M, mantendo uma relação sólido/líquido de 2.5% e um fator de
preenchimento do vaso de teflon de 0.70. O reator foi fechado, aquecido até uma
temperatura de 120 °C e a mistura de reação mantida em agitação nestas
condições durante 24 h a uma velocidade de 320 rpm. Seis bateladas foram
preparadas a fim de coletar suficiente quantidade de material para este trabalho.
Na Figura 4.1 se mostra o reator utilizado na produção dos TTNTs.
Figura 4.1- Reator Berghof utilizado na produção dos TTNTs de partida.
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O material precipitado foi retirado do reator e submetido a uma lavagem
posterior. Para isso, foi depositado em 1 L de água destilada, agitado
magneticamente durante 30 min e depois foi decantado para trocar novamente a
água. Este procedimento foi repetido várias vezes até atingir um pH do material
decantado de aproximadamente 10.5. Finalmente o material foi separado em duas
partes: uma que foi filtrada diretamente em um funil de Buchner acoplado a uma
bomba de vácuo e outra parte que foi lavada com HCl. A lavagem ácida foi
realizada colocando o material decantado em 300 mL de água sob agitação
magnética e o pH foi ajustado até um valor de 1.5 com a adição de uma solução
de HCl 1M. Posteriormente, o volume da solução foi ajustado a 600 mL e novas
adições de HCl foram feitas para manter o valor do pH. A suspensão foi agitada
por mais 1 h, tempo após do qual o pH foi novamente regulado. Este material
também foi filtrado ao vácuo.
Desta maneira, foram produzidos dois tipos de TTNTs:
TTNTs/H: com alto teor de sódio, quando o material decantado foi
lavado somente com água destilada até um pH de aproximadamente
10.5.
TTNTs/L: com baixo teor de sódio, quando o material decantado foi
lavado com HCl até atingir um pH 1.5.
Finalmente ambos os nanotubos foram secos com ar circulante a 120 °C
durante 12 h em uma estufa Labconte, modelo 440-D.
4.2. Funcionalização de TTNTs
Os TTNTs foram funcionalizados com APTES, de pureza ≥ 98%, fornecido
pela Sigma Aldrich.
Foram utilizados dois solventes diferentes como meio de reação: uma
solução solvente orgânico/água e água, com o intuito de avaliar a influência do
meio de reação na quantidade de silano enxertada na superfície dos dois tipos de
TTNTs produzidos. As silanizações em ambos os solventes foram feitas com base
nos protocolos de funcionalização descritos por Hermanson [33] e incluindo um
tratamento dos TTNTs com ultrassom [12, 45, 58] e em um dispersor mecânico,
visando à redução do tamanho inicial dos aglomerados dos TTNTs de partida.
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4.2.1. Cálculo da quantidade de APTES
A quantidade de APTES utilizada na funcionalização dos TTNTs foi obtida
aplicando a eq. (4.1). Esta equação permite calcular a quantidade de silano
necessária para obter uma camada monomolecular na superfície das cargas a
serem funcionalizadas, que resultaria em uma ótima adesão à matriz polimérica
[59] e foi utilizada como uma primeira aproximação para ter um ponto de partida
teórico, mesmo quando a silanização de APTES pelo método da hidrólise pode
formar multicamadas no substrato.
(
) (4.1)
onde:
X: quantidade de silano necessária para obter uma camada monomolecular
na superfície da carga [g].
f: quantidade de carga a ser funcionalizada [g]
A: área superficial específica da carga [m2/g]
w: área específica de molhabilidade do silano [m2/g]
Os valores de área superficial específica dos TTNTs/H e TTNTs/L foram
obtidos por adsorção de nitrogênio aplicando a equação clássica de Brunauer -
Emmett - Teller (BET). As condições desta análise são apresentadas na seção
4.3.6 e os resultados na seção 5.2.
Considerando uma área específica de molhabilidade do APTES de 353 m2/g
[38] e aplicando a equação anterior, se obtiveram as quantidades de silano
necessárias para funcionalizar 1 g de TTNTs, que são mostradas na Tabela 4.1. O
valor de %APTES apresentado corresponde à porcentagem em peso silano/TTNTs
e o volume de APTES foi calculado a partir de um valor de densidade de 0.946
g/mL obtido no catálogo da Sigma Aldrich.
Tabela 4.1- Quantidades de APTES utilizadas na funcionalização dos TTNTs.