Fotopolimerização de estruturas acrílicas funcionalizadas com compostos opticamente ativos: preparação, caracterização e potenciais aplicações

Abstract

Estruturas poliméricas opticamente ativas são, frequentemente, objeto de diversos estudos visando potenciais aplicações em dispositivos. A grande vantagem desses materiais está relacionada ao fácil e rápido processo de preparação das amostras, quando comparada à preparação de outros materiais opticamente ativos. Por exemplo, a funcionalização seletiva de monômeros acrílicos possibilita propriedades peculiares aos futuros dispositivos que serão confeccionados. Dispositivos miniaturizados são facilmente confeccionados utilizando técnicas de polimerização fotoinduzida, possibilitando formas com resolução micrométrica, característica importante para muitas aplicações tecnológicas. Contudo, ainda é frequente e necessária a busca por dispositivos emissores de luz, que possuam dimensão miniaturizada, mas preservando as propriedades ópticas, que são comparáveis com as de estruturas macroscópicas. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é preparar resinas fotopolimerizáveis que, após solidificada, apresente um espectro de emissão largo, similar ao espectro de emissão de uma lâmpada branca comercial. Nesse trabalho, foram preparados discos macroscópicos e microestruturas utilizando como fonte de excitação, respectivamente, uma lâmpada de luz UV (com comprimento de onda central em 365 nm) e um laser contínuo (405 nm), para posteriormente avaliar suas propriedades físico-químicas, como por exemplo, resistência mecânica e propriedades ópticas. As amostras são inicialmente preparadas a partir da igual proporção de dois monômeros acrílicos, que posteriormente foram misturados com um fotoiniciador característico. Finalmente a resina hospedeira é funcionalizada com três compostos opticamente ativos, sendo um deles o ácido cítrico termicamente modificado, e outros dois, corantes orgânicos, comumente conhecidos como fluoresceína dissódica B e rodamina B. Cada composto emite em uma faixa bem definida do espectro de cores (azul, verde e vermelho, respectivamente), e, portanto, ajustando as concentrações, foi possível obter uma emissão similar ao branco de lâmpadas comerciais.

Optically active polymeric structures are often the subject of several studies aiming potential applications in technological devices. The great advantage of these materials is that they are easily prepared, when compared to the preparation of other optically active materials. For example, the selective functionalization of acrylate monomers allows specific properties for the future fabricated devices. Miniaturized devices can be produced using photoinduced polymerization techniques, enabling shapes with micrometric resolution, an important feature for many technological applications. However, the search for light-emitting devices with miniaturized dimensions while preserving optical properties comparable to those of macroscopic structures is still frequent and necessary. The aim of this work is to prepare light-curing resins, which have a broad emission spectrum after the polymerization, similar to the emission spectrum of a commercial white device. In this work, macroscopic bulks and microstructures were prepared using a UV lamp (with a central wavelength of 365 nm) and a CW laser (405 nm) as the excitation source, respectively, in order to evaluate their physicochemical properties, such as mechanical resistance and optical properties. The samples are prepared from a mixture of two acrylate monomers together with a commercial photoinitiator. Finally, the host resin is functionalized with three optically active compounds, one of which is thermally modified citric acid, and the other two, organic dyes, commonly known as disodium fluorescein B and rhodamine B. Each compound have emission in a well-defined range of the color spectrum (blue, green and red, respectively), and therefore, by adjusting the concentrations, it was possible to obtain an emission similar to the white of commercial lamps.