Síntese e caracterização de scaffolds compósitos de álcool polivinílico/nanotubos de carbono com poros ordenados por ice-templating

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Membros da banca

Manuel Houmard
Túlio Matêncio

Resumo

Neste trabalho, foi demonstrado que é possível preparar estruturas poliméricas com poros ordenados através do processo ice-templating (modelagem em gelo). Foram utilizadas quatro rotas de congelamento: congelamento unidirecional por nitrogênio líquido, congelamento unidirecional no freezer, congelamento radial e congelamento bidirecional por nitrogênio líquido. O álcool polivinílico (PVA) foi empregado como sistema modelo neste estudo, mas a rota de fabricação proposta pode ser aplicada a outros polímeros. Nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) foram incorporados na matriz do PVA para investigar a influência dessa adição no comportamento mecânico e elétrico do PVA. As estruturas de poros resultantes das quatro diferentes rotas de congelamento afetaram significativamente o comportamento mecânico das amostras. A adição de MWCNTs teve um efeito fortalecedor no PVA, especialmente quando adicionado em frações de até 2% em peso. As amostras preparadas por congelamento unidirecional apresentaram maior módulo de Young e tensão de escoamento. Contudo, materiais derivados de congelamento radial e bidirecional apresentaram maior capacidade de condução elétrica e exibiram um comportamento mais estável eletricamente, numa faixa de frequência mais ampla que as unidirecionais. Esses materiais exibiram porosidade acima de 85%, o que pode ser de grande interesse em aplicações em engenharia de tecidos, processos de separação e supercapacitores.

Abstract

In this work, we demonstrated that it is possible to prepare three-dimensionally ordered macroporous polymer structures by an ice-templating approach. Four freezing routes were used: unidirectional freezing with liquid nitrogen, unidirectional freezing in a domestic freezer, radial freezing, and bidirectional freezing with liquid nitrogen. Polyvinyl alcohol (PVA) has been used as a model system in this study, but the manufacturing route proposed herein can be applied to other polymer systems. Multi- walled carbon nanotubes (MWCNTs) were incorporated into the PVA matrix to investigate the influence of this addition on the mechanical and electrical behavior of PVA. The pore structures resulting from the four different freezing routes significantly affected the mechanical behavior of the samples. The addition of MWCNTs had a strengthening effect on PVA, especially when added at loadings up to 2 wt.%. Samples prepared by unidirectional freezing displayed larger Young´s Modulus and Yield Strength, but the materials derived from radial or bi-directional freezing showed greater electrical conducting capacity and a more stable electrical behavior in a wider frequency range than unidirectional samples. These materials exhibited porosity above 85 %, which can be of great interest in applications in tissue engineering, separation processes and supercapacitors.

Assunto

Materiais, Ciência dos materiais, Nanomateriais, Nanotubos de carbono, Porosidade

Palavras-chave

Álcool polivinílico, Freeze-casting, Ice-templating, Nanomateriais, Scaffolds, Nanotubos de carbono

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