Estudo do comportamento de malhas de algodão e viscose funcionalizadas com polipirrol

Abstract

Os têxteis inteligentes surgiram com o objetivo de agregar novas funcionalidades aos substratos fibrosos, respondendo a estímulos externos. Dentre esses têxteis, destacam-se os e-textiles, que têm sido amplamente investigados devido à crescente demanda por eletrônicos portáteis de baixo custo, sendo potenciais componentes em dispositivos wearable. Uma das principais metas de desenvolvimento desses dispositivos é a miniaturização das baterias, permitindo a fabricação de produtos cada vez mais compactos e portáteis. Para o desenvolvimento de têxteis eletrônicos, é necessário incorporar aos substratos fibrosos materiais com propriedades elétricas, como os polímeros condutores. Estes são materiais orgânicos que possuem cadeias conjugadas, permitindo o fluxo livre de polarons e criando um caminho condutivo. Entre os polímeros condutores, o polipirrol se destaca por sua fácil processabilidade, tornando-se um potencial agente condutor para dispositivos eletrônicos e sensores. O objetivo desta dissertação de mestrado é estudar o comportamento de condutividade elétrica de malhas de raporte jersey e rib de algodão e viscose revestidas com polipirrol. Foi realizada a polimerização in situ do polipirrol em todas as estruturas de malhas (jersey e rib, algodão e viscose), utilizando diferentes proporções e tempos. A partir das análises visuais, de ganho de massa e de condutividade, verificou-se que as amostras de jersey de algodão e rib de viscose, com molaridade de 0,08 mol/L polimerizadas por 60 minutos, apresentaram os maiores valores de condutividade. As malhas condutoras selecionadas foram caracterizadas quimicamente via FTIR e morfologicamente, além de serem realizadas análises de resistividade para medir o potencial condutivo das diferentes concentrações utilizadas. Na análise de FTIR, observou-se a presença de bandas características da celulose e da celulose regenerada, e, após a adição do polímero condutor, houve uma sobreposição associada ao revestimento eficiente do polímero condutor sobre o substrato têxtil. A análise térmica revelou mudanças estruturais nas malhas de algodão, mostrando um comportamento similar entre as malhas antes e depois da funcionalização. O ensaio de tração mostrou pouca redução na resistência à ruptura, mas evidenciou um aumento da rigidez devido à polimerização com o polipirrol. Além disso, foi realizada a análise a partir de ciclos de lavagem, simulando a utilização das malhas condutoras em um eletrônico vestível, para medir possíveis alterações na condutividade. Mesmo após múltiplos ciclos de lavagem (1x, 5x e 10x), a condutividade manteve-se na mesma ordem de grandeza, indicando a durabilidade do revestimento. Esses resultados são promissores para a aplicação em têxteis inteligentes, como sensores biomédicos, dispositivos vestíveis e outras tecnologias inovadoras, incentivando estudos futuros para aprimorar a condutividade e estabilidade desses materiais.

Abstract: Smart textiles emerged with the aim of adding new functionalities to fibrous substrates, responding to external stimuli. Among these textiles, e-textiles stand out, having been extensively investigated due to the growing demand for low-cost portable electronics, making them potential components in wearable devices. One of the main goals in developing these devices is the miniaturization of batteries, enabling the manufacture of increasingly compact and portable products. For the development of electronic textiles, it is necessary to incorporate materials with electrical properties, such as conductive polymers, into the fibrous substrates. These are organic materials with conjugated chains, allowing the free flow of polarons and creating a conductive path. Among conductive polymers, polypyrrole stands out for its easy processability, making it a potential conductive agent for electronic devices and sensors. The objective of this work is to study the electrical conductivity behavior of jersey and rib knited fabrics made of cotton and viscose coated with polypyrrole. The in situ polymerization of polypyrrole was carried out on the aforementioned knitted fabrics structures using different concentrations and times. From visual analyses, mass gain, and electrical conductivity, it was found that the cotton jersey and viscose rib samples, with a molarity of 0.08 mol/L polymerized for 60 minutes, presented the highest conductivity values. The selected conductive fabrics were chemically characterized via FTIR and morphologically analyzed, in addition to performing resistivity analyses to measure the conductive potential of the different concentrations used. In the FTIR analysis, the presence of characteristic bands of cellulose and regenerated cellulose was observed, and after the addition of the conductive polymer, there was an overlapping associated with the coating of the conductive polymer on the textile substrate. Thermal analysis revealed structural changes in the cotton fabrics, showing similar behavior between the fabrics before and after functionalization. The tensile test showed little reduction in breaking strength but evidenced an increase in stiffness due to the polypyrrole polymerization. Additionally, fastness test was performed in different washing cycles (1x, 5x, and 10x), simulating the use of conductive fabrics in a wearable, to measure possible changes in conductivity. After multiple washing cycles, the conductivity remained in the same order of magnitude, indicating the durability of the coating. These results are promising for application in smart textiles, such as biomedical sensors, wearable devices, and other innovative technologies, encouraging future studies to improve the conductivity and stability of these materials.