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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.46.2021.tde-08112021-150345
Documento
Autor
Nome completo
Bruno Soares Dário
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Petri, Denise Freitas Siqueira (Presidente)
Barrios, Silmar Balsamo
Ramos, Ana Paula
Título em português
Estudo de adsorção de surfactantes sobre partículas de dióxido de titânio e seu desempenho na estabilização de dispersões aquosas
Palavras-chave em português
Coloides
Dióxido de titânio
Dispersão
Estabilidade
Tensoativos
Resumo em português
Dióxido de titânio (TiO2 ) é um dos óxidos metálicos mais utilizados no mundo em diferentes aplicações acadêmicas e industriais. Porém, frequentemente seu uso requer que ele seja disperso e estabilizado no meio desejado. Poli(acrilato de sódio) é comumente utilizado como dispersante de TiO2 na formulação de tintas, contudo, leva a efeitos adversos nos filmes devido ao seu caráter hidrofílico. Esta dissertação apresenta o estudo de adsorção de dois tensoativos (um neutro e outro negativamente carregado) de cadeia hidrofóbica volumosa e de poli(acrilato de sódio) sobre a superfície do dióxido de titânio e o seu desempenho como dispersantes em dispersões concentradas de partículas comerciais de TiO2 em meio aquoso. As partículas de TiO2 apresentaram padrão de difração típico de rutilo, diâmetro médio de (350 ± 100) nm, ponto de carga zero entre 4,5 e 5,5. Análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) indicaram a presença de Ti, Al, Si, O e C na superfície das partículas. A adsorção dos tensoativos e do poli(acrilato de sódio) sobre as partículas de TiO2 foi estudada por espectrofotometria na região UV/Visível em diferentes pHs e força iônica. As isotermas de adsorção dos tensoativos foram ajustadas com modelos de Langmuir e Freundlich. Os parâmetros do modelo de Freundlich indicaram que o pH e o aumento da força iônica podem influenciar a afinidade dos dispersantes com a superfície da partícula. Os resultados sugerem que a adsorção dos surfactantes é dirigida por forças intermoleculares de van der Waals enquanto que a adsorção do poli(acrilato de sódio) ocorre por forças elétricas. A estabilidade coloidal de dispersões concentradas de dióxido de titânio foi avaliada em pH levemente básico (pH 8,0 9,5) a 25 °C e 52 °C por 30 dias por meio de medidas de tamanho de partícula e viscosidade. A estabilidade coloidal acelerada das dispersões foi analisada em centrifuga analítica e os resultados foram comparados com os resultados de estabilidade por 30 dias. As dispersões contendo o tensoativo negativamente carregado (a 2 %) e o poli(acrilato) de sódio (a 2 %) levaram a dispersões concentradas de TiO2 com comportamentos e desempenhos semelhantes.
Título em inglês
Study on the adsorption of surfactants on titanium dioxide particles and their performance in stabilizing aqueous dispersions
Palavras-chave em inglês
Colloid
Dispersion
Stability
Surfactants
Titanium dioxide
Resumo em inglês
Titanium dioxide (TiO2) is one of the most used metal oxides in the world in academic and industrial applications. However, its use often requires that it be dispersed and stabilized in the desired medium. Sodium polyacrylate is often used as a dispersant of TiO2 in the formulations of paints, but it leads to undesirable effects on paint films due to its hydrophilicity. This dissertation presents the study of adsorption of two surfactants (one neutral and the other one negatively charged) of a bulky hydrophobic chain and of sodium polyacrylate on the surface of titanium dioxide and their performance as dispersants in concentrated dispersions of commercial TiO2 in aqueous medium. The TiO2 particles presented diffraction pattern typical of rutile, average diameter of (350 ± 100) nm and point of zero charge between 4.5 and 5.5. X- ray photoelectron spectroscopy (XPS) indicated the presence of Ti, Al, Si, O and C on the surface of the particles. The adsorption of surfactants and of sodium polyacrylate on TiO2 particles was studied by spectrophotometry in the UV / Visible region at different pH and ionic strength. The adsorption isotherms of the surfactants were adjusted using Langmuir and Freundlich models. The parameters obtained from Freundlichs model indicated that the pH and he ionic strength can influence the affinity of the dispersants with the particles surface. The results suggest that the adsorption of the surfactants is driven by van de Waals intermolecular forces while the adsorption of the sodium polyacrylate occurs via electric forces. The colloidal stability of concentrated titanium dioxide dispersions was evaluated at slightly basic pH (pH 8.0 - 9.5) at 25 ° C and 52 ° C for 30 days using measurements of particle size and viscosity. The accelerated colloidal stability of the dispersions was analyzed in an analytical centrifuge and the results were compared with the 30 days stability results. Dispersions containing the negatively charged surfactant (at 2 %) and sodium polyacrylate (at 2 %) led to concentrated dispersions of TiO2 with similar behavior and performance.
 
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Data de Publicação
2021-11-23
 
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