Incorporação Dióxido de Titânio em fibras poliméricas obtidas por eletrofiação.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Giombelli Rosenberger, A. (UNIOESTE) ; Lima, F. (UNIOESTE) ; Ballmann, E. (UNIOESTE) ; Ruyz Medeiros, A. (UNIOESTE) ; Cardoso Dragunski, D. (UNIOESTE) ; Caetano, J. (UNIOESTE)

Resumo

Este trabalho consistiu em produzir fibras poliméricas de poli(butilenoadipatoco-tereftalato) (PBAT) e poli(ácido lático) (PLA) com dióxido de titânio (TiO2) utilizando eletrofiação. As fibras foram caracterizadas usando: MEV,MET,FTIR e EDX.Os resultados obtidos demonstram que as fibras com dióxido de titânio apresentam diâmetro reduzido, porém sua morfologia superficial apresenta-se com maior rugosidades, com o TiO2 visivelmente no interior das fibras. Além disso, a dispersão de titânio nas fibras foi homogênea e os espectros de infravermelho demonstram no material compósito bandas espectrais características da oscilação Ti-O-Ti. A inserção de nanomateriais em matrizes poliméricas tem se mostrado útil e promissora e muitas áreas.

Palavras chaves

electrospinning; titânio; fibras

Introdução

A produção de fios em escala micrométrica ou nanométrica pode ser obtida pela solubilização de um polímero em um solvente adequado e uma força eletrostática(RENEKER; YARIN, 2008). Dentre os aparatos experimentais utilizados, o mais simples é composto por uma fonte de alta tensão, uma solução polimérica e um coletor metálico posicionado à frente da agulha no sentido horizontal(PAL; SINGH; MISHRA, 2017). As características das fibras dependem de diversos fatores tais como: parâmetros da solução, do processo e ambientais(STEPANYAN et al., 2016).Em virtude de os fios poliméricos apresentarem características únicas e exclusivas como elevada área superficial em relação ao seu volume, reduzido tamanho de poros e elevada porosidade(ZUBAIR et al., 2016) as possíveis aplicações deste material incluem sensores(MANESH et al., 2008), baterias(CHEN et al., 2012), liberação controlada de fármacos(IM; BAI; LEE, 2010), biomateriais(MEI et al., 2007), armazenamento de hidrogênio(ZUSSMAN et al., 2006), catálise(WANG et al., 2006), células solares(YANG; LEUNG, 2013), entre outras. Ainda que as fibras eletrofiadas sejam aplicadas em várias áreas há um consenso que seus diâmetros devem ser reduzidos (µm ou nm) para otimizar suas funcionalidades(STEPANYAN et al., 2016). Além destas particularidades, a inserção de outros materiais na matriz polimérica como partículas de TiO2 tem como finalidade aliar as suas propriedades catalíticas, estabilidade físico-química e baixo custo às potencialidades dos fios poliméricos(REIJNDERS, 2009).Desse modo o objetivo deste trabalho consiste em formar fibras poliméricas a base de poli(butilenoadipatoco-tereftalato) (PBAT) e poli(ácido lático) (PLA) com dióxido de titânio e caracteriza-las utilizando técnicas microscópicas e espectrofotométricas.

Material e métodos

Para as soluções poliméricas, dissolveu-se o polímero PBAT/PLA na proporção de 15%(m/v) em relação ao volume da solução numa mistura de solventes (5mL) de clorofórmio(85%v/v) e dimetilformamida(15%v/v).Para caracterizar as fibras obtidas e compara-las foram preparadas duas soluções poliméricas conforme descrito anteriormente, nas quais em uma delas adicionou-se 10% de partículas TiO2. Após o preparo as soluções foram mantidas por 48horas em agitação magnética para completa solubilização. Em seguida, as soluções poliméricas foramdepositadasseringas de vidro com agulha do tipo Hamilton com orifício de0,70mm e os fios poliméricos com e sem partículas de TiO2eletrofiados separadamente. Para tanto, empregou-se uma vazão de 1,80mL h-1 no controlador de vazão, 16cm dedistância entre a ponta da agulha e o coletor metálico e na fonte de alta tensão uma diferença de potencial constante de 18kV. As condições ambientais foram mantidas em uma temperatura média de 25ºC e umidade relativa do ar de 50%.Para avaliar a geometria, uniformidade e diferenciar as fibras em relação a sua composição superficial, os filmes poliméricos com e sem TiO2 foram analisados por Microscopia Eletrônica de Varredura(MEV)com ampliação de 1000vezes) e Espectroscopia de Energia Dispersiva(EDS). Após a verificação da estrutura superficial das fibras analisou-se a disposição das partículas de TiO2utilizando para isso a técnica de Microscopia Eletrônica de Transmissão(MET) com ampliação de 250vezes. A partir das imagens de MEV foi possível medir o diâmetro das fibras utilizando o software QuantikovImageAnalyzer 10.1, sendo escolhidas 20 fibras aleatoriamente. Os filmes poliméricos foram ainda caracterizados estruturalmente pela análise deespectroscopia de infravermelho com transformada de Fourrier(FTIR).

Resultado e discussão

As caracterizações das fibras permitem observar as possíveis alterações causadas pela inserção das partículas semicondutoras de TiO2 aos fios poliméricos de PBAT/PLA.As imagens de MEV (Figura 1 (a) (b))demonstram que as fibras sem adição de TiO2 são uniformes, homogêneas e apresentam um diâmetro médio de 1,139±0,341 μm. Após a inserção de partículas de TiO2ás fibras poliméricas, nota-se que o diâmetro das fibras apresenta-se ligeiramente inferior(1,122±0,256 μm) e semelhante às fibras de PBAT/PLA, contudo as fibras passam a apresentar rugosidades devido a dispersão das partículas deste semicondutor.Na Tabela 1 encontram-se os valores obtidos por EDS a partir dos espectros nas três regiões analisadas. Pode-se observar que a porcentagem atômica é semelhante e mostra principalmente uma homogeneidade na distribuição de Ti nas fibras poliméricas. A Figura 1 (c) demonstra que os cristais de TiO2estão dispersos preferencialmente no interior da fibra polimérica. Isso ocorre, pois a solução polimérica de PBAT/PLA envolve as partículas de TiO2durante o processo de eletrofiação. Os espectros de infravermelho (Figura 2) demonstra que as fibras poliméricas com e sem partículas de TiO2 são semelhantes, contudo se diferenciam abaixo da região de 1000cm¹, na qual háa presença de uma banda espectral atribuída a vibração Ti-O-Ti. O material compósito produzido será testado posteriormente em estudos de fotodegradação, nos quais, fibras com propriedades catalíticas podem beneficiar a degradação de contaminantes ambientais.

Figura 1filme de PBAT/PLA sem (a) e com (b) TiO2 em ampliações de 10000x.Imagens de MET de fios poliméricos de PBAT/PLA/TiO2nas ampliações de 25000x


Figura 2. Espectros vibracionais FTIR-ATR dos fios poliméricos de PBAT/PLA (■) e PBAT/PLA/TiO2 (■)

Conclusões

A partir da técnica de eletrofiação foi possível produzir fibras poliméricas com TiO2(PBAT/PLA/TiO2) e compara-las às fibras de PBAT/PLA. As fibras com TiO2apresentam superfície rugosa devido à dispersão deste semicondutor e seu diâmetro médio foi reduzido. A dispersão das partículas das fibras produzidas pela eletrofiação, mostrou-se homogênea em relação a presença de titânio nas fibras, apesar do polímero envolver as partículas. As fibras compósitas podem ser promissoras em muitas áreas que em que estabilidade físico-química e as propriedades catalíticas são requeridas.

Agradecimentos

CNPq, Capes, Fundação Araucária e Unioeste

Referências

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