Síntese e caracterização de nanofibras poliméricas de Fluoreto de Polivinilideno (PVDF)

dc.contributor.advisorTrindade, Neilo Marcos
dc.contributor.authorSilva, José Augusto Souza Gomes da
dc.date.accessioned2023-10-11T13:48:17Z
dc.date.available2023-10-11T13:48:17Z
dc.date.issued2021-12-15
dc.description.abstractA eletrofiação foi reconhecida como umas das técnicas mais eficientes para a fabricação de nanofibras poliméricas. Vários polímeros foram eletrofiados com sucesso nos últimos anos, obtendo assim fibras ultrafinas e com diversas aplicações. Estudos dessas potenciais aplicações, especificamente na biomedicina, eletrônica, nanofiltros e em sensores vêm sendo realizados por diversos pesquisadores. Com a paralisação das atividades em laboratórios devida a pandemia do SARS-CoV-2, um dos objetivos deste trabalho foi concentrar esforços na realização da revisão bibliográfica da pesquisa e desenvolvimento das aplicações das nanofibras desenvolvidas por eletrofiação, estudando a síntese, caracterização, áreas de utilização, desempenho das fibras poliméricas eletrofiadas e os parâmetros que influenciam no processo. Baseado nessa literatura, foi executado em laboratório, num sistema homemade, todo processo para obtenção do material fibroso. As nanofibras foram eletrofiadas a partir de duas soluções poliméricas de Fluoreto de polivinilideno (PVDF) em pó dissolvido em dimetilformamida (DMF) e acetona. Neste trabalho foram preparadas duas soluções: A primeira (S1) continha 1800 mg de PVDF, 2,5 ml de acetona e 7,5 ml de DMF enquanto a segunda (S2) continha 1505 mg de PVDF, 2,5 ml de acetona e 7,5 ml de DMF. Para a caracterização físico-química do material depositado utilizou-se a espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM) e difração de raios X (DRX). Os resultados do AFM mostraram que as fibras obtidas estão em escala nanométrica, fibras provenientes da S2 estão no intervalo entre 122 nm a 179 nm enquanto as fibras da S1 estão num intervalo entre 160 nm a 215 nm. Os resultados do MEV apresentaram nanofibras aleatoriamente distribuídas, porém bem formadas, longas e com pouca incidência de beads. Com a análise do EDS foi possível verificar que não houve um comportamento específico ou diferenciado no que diz respeito ao mapeamento da composição química elementar dos beads e das fibras uniformes. No DRX das nanofibras eletrofiadas foi possível visualizar picos característicos referentes a fase em 2 β = 22,19º (solução S1) e 2 = 22,26º (solução S2). Na espectroscopia Raman foi possível observar as bandas características referentes a fase β em 420,80 cm-1, 839,70 cm-1, 1280,72 cm-1 para as fibras oriundas da solução S1 e 425,16 cm-1, 9 841,10 cm-1, 1286,23 cm-1 para as fibras da solução S2. Na análise da espectroscopiano infravermelho, para as fibras oriundas da solução S1,foram identificadas as bandas 611,43 cm-1, 761,90 cm-1, 987,60 cm-1 referente a fase α; e as bandas em 442,60 cm-1, 509,21 cm-1, 840,95 cm-1 que são características da fase β. Para as fibrasobtidas a partir da solução S2 foram identificadas as bandas 613,14 cm-1, 761,9 cm-1 e 976 cm-1 para a fase ; e as bandas 447,48 cm-1, 509,20 cm-1 e 840,90 cm-1 para a fase β. As análises por DRX, Raman e FTIR confirmaram a presença da fase β, quesegundo a literatura é responsável pela piezoeletricidade dos materiais compostos por PVDF. Durante a caracterização preliminar da piezoeletricidade foram elaborados dispositivos a partir de laminado tipo FR4 e de poliamida, que mostraram um caminho a ser seguido e aprimorado para o desenvolvimento de um dispositivo que trabalhe com o efeito piezoelétrico direto. Os resultados alcançados revelaram a boa execução da técnica empregada na produção das fibras em escala nanométrica para fins de uso como material piezoelétrico
dc.description.abstract2Electrospinning has been recognized as one of the most efficient techniques for manufacturing polymeric nanofibers. Several polymers have been successfully electrospun in recent years, thus obtaining ultra-thin fibers with various applications. Studies of these potential applications, specifically in biomedicine, electronics, nanofillers, and sensors, have been carried out by several researchers. The shutdown of laboratory activities due to the SARS-CoV-2 pandemic made us focus on conducting a literature review of the research and development of nanofiber applications of nanofibers developed by electrospinning, studying the synthesis, characterization, areas of use, performance of the electrospun polymeric fibers, and parameters that influence the process. Based on this literature, the entire process for obtaining the fibrous material was performed in the laboratory, in a homemade system. The nanofibers were electrospun from two polymeric solutions of polyvinylidene fluoride (PVDF) powder dissolved in dimethylformamide (DMF) and acetone. In this work two solutions were prepared: The first (S1) contained 1800 mg of PVDF, 2.5 ml of acetone and 7.5 ml of DMF, while the second (S2) contained 1505 mg of PVDF, 2.5 ml of acetone and 7.5 ml of DMF. For the physical/chemical characterization of the deposited material, we used Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and X ray diffraction (XRD). The AFM results showed that the obtained fibers are in nanoscale, fibers from S2 are in the range between 122 nm to 179 nm whereas fibers from S1 are in a narrower range between 160 nm to 215 nm. The SEM results showed randomly distributed nanofibers but well-formed, continuous and with low incidence of beads. The EDS analysis showed that there was no specific or differentiated behavior regarding the mapping of the elemental chemical composition of the beads and the uniform fibers. The XRD of the electrospun nanofibers showed the characteristic phase peaks (at 2 = 22.19º for solution S1 and 2 = 22.26º for solution S2). The Raman spectroscopy provided the observation of the characteristic bands referring to the phase at 420.80 cm-1 , 839.70 cm-1 , 1280.72 cm-1 for the fibers coming from solution S1 and 425.16 cm-1 , 841.1 cm-1 ,1286.23 cm-1 for the fibers from solution S2. The infrared spectroscopy analysis, for the fibers from solution S1, showed the bands at 611.43 cm-1 , 761.90 cm-1 , 987.60 cm-1 referring to the phase; and the 11 bands at 442.60 cm-1 , 509.21 cm-1 , 840.95 cm-1 that are characteristic of the phase. For the fibers obtained from the S2 solution the bands 613.14 cm-1 , 761.90 cm-1 and 976 cm-1 were identified for the phase; and the bands 447.48 cm-1 , 509.20 cm-1 and 840.90 cm-1 for the phase. XRD, Raman and FTIR analyses confirmed the presence of the β-phase, which according to the literature is responsible for the piezoelectricity of PVDF composite materials. During the preliminary characterization of piezoelectricity, devices were made from FR4 laminate and polyamide, which showed a path to be followed and improved for the development of a device that works with the direct piezoelectric effect. The results achieved revealed an adequate execution of the technique employed in the production of nanoscale fibers for its use as piezoelectric material.
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.bibliographicCitationSILVA, José Augusto Souza Gomes da. Síntese e caracterização de nanofibras poliméricas de Fluoreto de Polivinilideno (PVDF). 2021. 110 f. Dissertação (Mestrado Acadêmico em Engenharia Mecânica) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, São Paulo, 2021.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ifsp.edu.br/handle/123456789/378
dc.identifier2.lattes4443872449153406
dc.publisherIFSP
dc.publisher.campiSÃO PAULO
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação de Mestrado Acadêmico em Engenharia Mecânica
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subject.keywordsEletrofiação
dc.subject.keywordsNanofibras
dc.subject.keywordsFluoreto de polivinilideno
dc.subject.keywordsPiezoeletricidade
dc.subject.keywordsFase β
dc.titleSíntese e caracterização de nanofibras poliméricas de Fluoreto de Polivinilideno (PVDF)
dc.title.alternativeSynthesis and characterization of polymeric Polyvinylidene Fluoride (PVDF) nanofibers
dc.typeTeses e Dissertações
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