OBTENÇÃO DE NANOPARTÍCULAS HÍBRIDAS DE SÍLICA EM SISTEMAS MICELARES. Eliane Ribeiro Januário (Universidade de Franca) Eduardo José Nassar ( Universidade de Franca) Kátia Jorge Ciuffi (Universidade de Franca) Paulo Sérgio Calefi (Universidade de Franca) INTRODUÇÃO A nanotecnologia é uma área da ciência que atualmente vem despertando muito interesse, pois permite trabalhar em escala atômica. Dentro desse contexto, nanopartículas de sílica vem mostrando grande importância no desenvolvimento de novos materiais, já que apresentam propriedades especificas, como a capacidade de formar um sistema híbrido orgânico(biológico)-inorgânico, que combina as propriedades da matriz inorgânica com as das moléculas orgânicas(biológicas), que como exemplo tem-se os biosensores. Estes materiais são estudados para encapsulamento e liberação de fármacos. OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo estudar as variáveis para obtenção de nanopartículas de sílica com propriedades bem definidas, como: tamanho, porosidade, uniformidade, etc, alterando o meio reacional para obtenção das mesmas. Para isso, utiliza-se o processo Sol-Gel hidrolítico com o uso de um surfactante e catalisador (Metodologia de Stobër). METODOLOGIA Foram feitas sínteses variando o precursor de SiO 2 (TEOS, TEOS/APTES, APTES), quantidade de catalisador, surfactante (iônico, catiônico, não iônico, anfóteros) e tempo de reação. Até o presente momento, utilizou-se o surfactante 1
Não iônico (Triton X-) e diferentes quantidades do catalisador Hidróxido de Amônio (NH 4 OH). Segue abaixo o diagrama com a rota de síntese das para obtenção das partículas : Dimetilformamida (DMF) + Tetraetilortosilicato (TEOS) e/ou Aminopropiltrietoxisilano (APTES) n-hexanol + Cicloexano + Água destilada + Surfactante Adicionar hidróxido de amônio e deixar sob agitação durante vários dias Centrifugar, lavar e secar as partículas Figura 1: Organograma esquemático do processo reacional RESULTADOS E DISCUSSÃO 95 85 75 0 200 400 600 0 0 2
Figura 2 Análise Termogravimétrica de nanopartículas obtidas a partir do TEOS com 0,120 ml de NH 4 OH. 95 85 75 0 200 400 600 0 0 Figura 3 Análise Termogravimétrica de nanopartículas obtidas a partir do TEOS com 0,240 ml de NH 4 OH. 95 85 75 65 60 0 200 400 600 0 0 3
Figura 4- Análise Termogravimétrica de nanopartículas obtidas a partir do TEOS/APTES com 0,120 ml de NH 4 OH. 95 85 75 65 60 55 0 200 400 600 0 0 Figura 5- Análise Termogravimétrica de nanopartículas obtidas a partir do TEOS/APTES com 0,240 ml de NH 4 OH. 60 50 40 30 0 200 400 600 0 0 Figura 6- Análise Termogravimétrica de nanopartículas obtidas a partir do APTES com 0,120 ml de NH 4 OH. 4
60 50 40 0 200 400 600 0 0 Figura 7 -Análise Termogravimétrica de nanopartículas obtidas a partir do APTES com 0,240 ml de NH 4 OH. As análises termogravimétricas (TG e ) para as nanopartículas apresentaram estágios de perda de massa em temperaturas inferiores a 150 ºC, atribuídas à desidratação; entre 150 e 300ºC, associada á eliminação de solventes (hexanol e cicloexano). Na faixa de 300 a 500 ºC, ocorre a maior perda de massa, atribuída a eliminação de matéria orgânica (surfactante, grupos alcóxidos não hidrolisados e, no caso das partículas obtidas com APTES, o grupo aminopropil). A perda de massa ocorrida em temperaturas superiores a 600ºC é referente a desidroxilação e condensação dos grupos silanóis. As análises de área superficial foram feitas somente para os materiais obtidos a partir do TEOS e TEOS/ APTES, os quais apresentaram os seguintes resultados : Amostra Área Superficial Volume de Diâmetro de (m²/g ) Poros (cm³/g) Poros (Å) TEOS NH 4 OH:Si (1:2) TEOS NH 4 OH:Si (1:1) TEOS/APTES NH 4 OH:Si (1:2) TEOS/APTES NH 4 OH:Si (1:1) 14,14 0,07 203,40 3,04 0,01 144,58 15,49 0,08 204,72 2,26 0,01 91,03 5
Tabela 1 -Tabela comparativa dos valores obtidos das amostras alterando a concentração de catalisador. A análise de área superficial (BET) das partículas também evidenciou a influencia da quantidade de catalisador. Os materiais preparados com menor quantidade de catalisador apresentam maior área superficial, maior volume e diâmetro de poros, conforme apresentado na Tabela 1. A partir dos dados fornecidos pela análise de área, construíram-se as curvas de isotermas de absorção de nitrogênio, onde se observou a formação de uma curva característica de materiais mesoporosos. As amostras analisadas por microscopia de transmissão (MET) foram as obtidas pela mistura dos precursores de TEOS/APTES, conforme figuras abaixo : Figura 8 - Microscopia do material obtido da mistura TEOS/APTES com 0,120 ml de NH 4 OH. 6
Figura 9- Microscopia do material obtido da mistura TEOS/APTES com 0,120 ml de NH 4 OH. Figura 10 - Microscopia do material obtido da mistura TEOS/APTES com 0,240 ml de NH 4 OH. Figura 11 -Microscopia do material obtido da mistura TEOS/APTES com 0,240 ml de NH 4 OH. Por meio da caracterização por microscopia eletrônica, pode-se verificar que o material obtido possui morfologia diferente do esperado, pois durante a sua formação, ocorre aglomeração das partículas. Tal fato estar ligado à velocidade e tempo de reação, pois durante a nucleação para formação das partículas, as mesmas são formadas em escala nanométricas e devido à formação de cargas 7
eletrostáticas e por influência de algum solvente, essas partículas se aglomeram para a formação de um sólido mais estável. CONCLUSÃO Através das análises realizadas conclui-se que a concentração de amônia pode ser utilizada como ferramenta para controle da morfologia de nanopartículas de sílica. O tamanho e o formato das partículas observadas nas análises de área superficial mostram que as estruturas possuem escala nanométrica, mas houve a aglomeração das partículas, o que não é desejável. Após os estudos destes resultados, alterou-se a rota de síntese, para a obtenção de materiais monodispersos e nanométricos. REFERÊNCIAS LLANOS, M. E.;T. Lopez and R. Gómez, Langmuir 1997, 13, 974-978 SAKKA, Samio, Handbook of Sol- Gel Science and technology: Processing Characterization and Applications, Vol.2, 2004. LIVAGE J. Sol Gel processes, Current Opinion in Solid state & Materials Science, 2 (1997) 132-138 8