Desenvolvimento de membranas eletrofiadas de poli (fluoreto de vinilideno) com polipirrol para aplicação em sensores de compressão

Abstract

Nesta tese foram desenvolvidas membranas eletrofiadas constituídas de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) e polipirrol (PPy) com propriedades eletromecânicas para utilização como materiais eletroativos em sensores de compressão. As membranas eletrofiadas foram preparadas a partir de duas rotas distintas: i) recobrimento da membrana eletrofiada de PVDF com PPy a partir da polimerização oxidativa in situ do monômero; ii) técnica de eletrofiação direta, em que as membranas foram obtidas a partir da eletrofiação de uma mistura contendo o PVDF e o PPy dopado com ácido dodecil benzeno sulfônico (DBSA). Foi investigado o efeito dos diferentes parâmetros de eletrofiação do PVDF, as condições reacionais para o incorporação do PPy na superfície das fibras eletrofiadas de PVDF e o efeito da quantidade de PPy na estrutura e propriedades das membranas eletrofiadas. As propriedades físico-químicas e as variações da resistividade elétrica durante repetidos ciclos de compressão e descompressão das membranas eletrofiadas foram investigadas e comparadas com membranas densas de PVDF/PPy. DBSA. A morfologia, resistividade elétrica, propriedades mecânicas e resposta eletromecânica foram substancialmente influenciadas pelo método de preparação e pela quantidade de PPy presente na membrana. As membranas obtidas pelos diferentes métodos apresentaram variação na resistividade elétrica sob tensão de compressão, porém, a magnitude da resposta e sua reprodutibilidade foi significativamente diferente de acordo com a morfologia e a quantidade de PPy presente na membrana. Membranas eletrofiadas de PVDF/PPy. DBSA obtidas por eletrofiação direta apresentaram variação na resistividade elétrica superior às membranas obtidas pelos outros métodos. A máxima variação na resistividade elétrica foi obtida para a membrana eletrofiada de PVDF/PPy. DBSA contendo 13 %m de PPy. DBSA, com variações de 9 ordens de grandeza, apresentando uma redução de 1016 até 107 O.cm, com a aplicação de tensão de compressão de até 5 MPa. Essa peculiar resposta pode ser atribuída à formação de uma rede condutora induzida pela tensão de compressão. Considerando as significativas mudanças na resistividade e a reprodutibilidade da resposta depois de repetidos ciclos de compressão e descompressão, essas membranas eletrofiadas tem grande potencial para serem utilizadas como materiais sensíveis a esforços compressivos.<br>

Abstract: In this thesis were developed non-woven electrospun mats of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and polypyrrole (PPy) with pressure-sensitive electrical resistivity for pressure sensors applications. The electrospun mats were produced by two different approaches: i) an indirect method, in which the PVDF electrospun mats were coated with PPy through pyrrole oxidative polymerization and ii) direct electrospinning technique, in which fibers were electrospun from a mixture containing PVDF, and PPy particles synthesized by using dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) as a dopant. The effect of PVDF electrospinning parameters, the reaction conditions to coat the electrospun PVDF mats surface with PPy, and the PPy amount on the structure and properties of electrospun mats were investigated. It were investigated the physicochemical properties and the electrical resistivity changes during loading-unloading compressive cycles of electrospun mats and compared with PVDF/PPy. DBSA dense films. The morphology, electrical resistivity, mechanicals properties and electromechanical response were significantly influenced by the preparation method and the PPy amount present on the mat. The mats obtained through different techniques displayed electrical resistivity changes under compressive stress. However, the magnitude of response and the reproducibility were plenty different according to the morphology and PPy amount on the mat. PVDF/PPy. DBSA electropsun mats prepared by direct electrospinning showed higher electrical resistivity changes than the membranes obtained by others techniques. The maximum sensitivity was obtained for the PVDF/PPy. DBSA electrospun mat containing 13 wt% of PPy. DBSA, and manifests an electrical resistivity drop of 9 orders of magnitude, i.e. from 1016 to 107 O.cm under application of a compressive stress of 5 MPa. This peculiar response can be attributed to the formation of stress-induced conducting pathways in the electrospun network. Considering the remarkable resistivity change and the reproducibility of the phenomenon after repeated loading-unloading cycles, these mats have potential to be used as pressure-sensitive materials.