“ESTUDO DAS PROPRIEDADES LUMINESCENTES DE FILMES FINOS TRANSPARENTES DE RESINAS HIDROCARBÔNICAS AROMÁTICAS E ÍON DE TERRA RARA”

M.A Viana Jr.¹(IC), H. F. S. Benichio²(IC), C. A. Alves de Carvalho²(PQ),

E. M. Aricó³(PQ) e R. D. Sinisterra¹(PQ)

¹ Departamento de Química - Universidade Federal de Minas Gerais

²Departamento de Química - Universidade Federal de Ouro Preto.

³Departamento de Materiais – IPEN/CNEN-SP

palavra-chave: európio(III), filmes finos, compósitos

Este trabalho relata o estudo da interação entre um dicetonato de európio(III), altamente luminescente, e uma resina hidrocarbônica aromática, de baixo peso molecular, obtida na unidade de craqueamento de nafta da Petroquímica União.

Esta resina é termoplástica, sólida a temperatura ambiente, com ponto de amolecimento que varia de 80 a 140^oC. Apresenta compatibilidade com diversos materiais poliméricos como elastômeros (SBR, NBR, CR, EPDM, BR, NR, TR, etc.), plásticos (EVA, PVC, PP, etc.) e resinas (alquídicas, epoxi, fenólicas, estirenadas etc.). Pode ser obtida pela reação entre o estireno, o indeno e seus possíveis metil derivados chegando-se a oligômeros resultantes de uma copolimerização feita em meio a um catalisador Friedel-Crafts.

Alguns íons de terras raras trivalentes, particularmente aqueles do meio da série, formam compostos com propriedades luminescentes, ou seja, emitem radiação no visível, quando excitados por luz ultravioleta de comprimento de onda adequado. A radiação assim emitida exibe linhas finas características das transições 4f-4f dos íons Ln³⁺ possibilitando suas aplicações em fósforos e fontes de lasers. Por outro lado, os materiais usados para estes propósitos são praticamente limitados a sólidos inorgânicos de forma que os complexos lantanídicos e também seus compostos organometálicos são excluídos desta aplicação, pois além de apresentarem propriedades mecânicas inadequadas, em muitos casos, exibem instabilidade ao ar e umidade ou ainda alta higroscopicidade, impedindo sua utilização como material luminescente.

Estudou-se a incorporação do composto inorgânico, diaquotris(tenoiltri-fluoroacetonato)európio(III) na resina aromática objetivando-se associar suas propriedades ópticas à compatibilidade que o material polimérico pode apresentar em relação a plásticos, borrachas, tintas, adesivos, etc.

O compósito foi preparado, na forma líquida, através da mistura das respectivas soluções em meio orgânico apropriado, sob agitação, obtendo-se um produto que manteve as propriedades luminescentes características do íon európio(III).

Tanto os materiais de partida como o material compósito foram estudados pelas técnicas IV, DRX, DSC, TG. UV visível e espectroscopia de luminescência. O espectro de absorção na região do infravermelho da resina apresentou picos caraterísticos em 2800-2900 cm^-1, 1400-1500 cm^-1, associados aos estiramentos C-H e C=C respectivamente. A curva TG da resina apresentou um material termicamente estável na faixa de temperatura entre 25° e 380°C, sofrendo posteriormente um processo de perda de massa muito rápida até sua completa termodecomposição. A curva DSC da resina apresentou um pico endotérmico em torno de 88°C, associado à temperatura Tg do termoplástico e um pico exotérmico na faixa de 380-400 °C associado ao processo de termodecomposição completa da resina como registrado pela curva TG da mesma. A análise de seu difratograma de raios-x indicou tratar-se de uma espécie química com caraterísticas altamente amorfas, típicas deste tipo de material. Verificou-se um ponto de amolecimento na faixa de temperatura de 120,8-121,8°C.

Os filmes finos foram obtidos pela solubilização do compósito em solvente orgânico apropriado e posterior imersão de vários materiais tais como vidro, madeira, placas de aço inox, placas de polímeros diversos na solução. Os filmes finos formados sobre as matrizes vítreas foram caracterizadas pelas espectroscopias ultravioleta-vísivel e luminescência. No espectro de emissão do compósito, registrado a temperatura ambiente, estão presentes bandas na faixa espectral característica das transições eletrônicas ⁵D₀®⁷F_0-2, respectivamente. Estas bandas se apresentaram largas como conseqüência também da incorporação do material inorgânico na resina orgânica. A observação da transição ⁵D₀®⁷F₀ indica que o íon Eu³⁺, no compósito, manteve-se em um ambiente de baixa simetria. A transição hipersensível ⁵D₀®⁷F₂ apresentou intensidade relativa maior, sugerindo que o centro metálico encontra-se num ambiente químico sem centro de inversão. Estes resultados confirmaram a presença do íon Eu(III) no filme fino. Os filmes obtidos na superfície dos outros materiais foram caracterizados unicamente através de observação da luminescência vermelha, característica da estrutura de níveis de energia do íon Eu³⁺, usando-se uma lâmpada ultravioleta e comparando-os com os respectivos filmes sem material inorgânico incorporado. Pode-se, desta forma, verificar preliminarmente a obtenção do filme fino luminescente.

Fizeram-se testes de resistência a ataques ácidos e alcalinos, na faixa de pH entre 1 e 12, verificando-se que os filmes finos mantiveram-se aderidos aos substratos após duas semanas de testes. O material foi analisado em um espectrofluorímetro e verificou-se que a propriedade luminescente manteve-se sob aquelas condições de pH.

Pelos resultados acima, pode-se concluir que se obteve um compósito ternário Eu(III):tenoiltrifluoroacetonato:resina aromática. Este material apresentou propriedades mecânicas tais que possibilitaram sua adesão, através de filmes finos transparentes, sobre substratos de diversas porosidades como: madeiras, superfícies metálicas e vítreas. Os filmes, mesmo sob ataque ácido ou alcalino mostraram-se quimicamente resistentes e não perderam sua propriedade luminescente.

[FAPESP, FAPEMIG, Petroquímica UNIÃO]