Estudo de matrizes elastoméricas de borracha natural e PU/PBDO para aplicação tecnológicas

Abstract

Esta tese de doutorado aborda estudos relativos à síntese e caracterização de sistemas elastoméricos de borracha natural e uretano/uréia (PU/PBDO) visando aplicações tecnológicas. Foram investigados diferentes compósitos e/ou sistemas elastoméricos. Sendo caracterizado em função da relação elastômero/dopante e/ou funcionalizações específicas. Assim, cada trabalho seguiu objetivos específicos bem definidos para cada compósito e/ou sistema produzido. Dessa forma podemos dividir os trabalhos em dois grandes grupos, um baseado em amostras contendo a borracha natural outro para amostras produzidas com PU/PBDO. Para o grande grupo da borracha natural, investigou-se o efeito de relaxação inversa em filmes finos dopados com moléculas de azocorante produzidos por casting e submetidos ao processo de fotoalinhamento, onde as anisotropias do substrato combinadas ao processo de secagem produzem a orientação das cadeias poliméricas. Em outro trabalho foram investigados os efeitos de diferentes solventes orgânicos na morfologia de membranas de borracha natural utilizando microscopia de força atômica e análises de leis de escala, onde processos experimentais permitiram obter membranas com baixa rugosidade e/ou altamente rugosas, além disso, uma relação da morfologia com a volatilidade dos solventes foi proposta. Visando propósitos biomédicos, blendas de borracha natural com fosfatos de cálcio (Ca/P) foram produzidas e investigadas, onde buscou-se combinar técnicas experimentais de purificação do processo de centrifugação do látex e incorporação de partículas de Ca/P no volume da matriz de borracha. Neste estudo foram analisadas as interações entre proteínas, na forma de vesículas, remanescentes do látex e partículas de Ca/P, onde verificou-se que as partículas de Ca/P são envolvidas pelas vesículas de proteínas dispersas no volume da matriz polimérica. As propriedades ópticas de membranas de borracha natural, pura e dopada com moléculas orgânicas luminescentes, bem como, a produção por eletrofiação de fibras altamente paralelas com diâmetros micro e sub-micrométricos de borracha natural pura e dopada com luminescente também foram investigadas. Por fim, a fabricação e caracterização de eletrodos elastoméricos pela deposição de nanotubos de carbono, por spray ultrassônico, sobre ?substratos? de borracha natural foram estudadas.Para o sistema elastomérico PU/PBDO realizamos os estudos dasxivpropriedades ópticas, morfológicas e mecânicas para membranas dopadas com diferentes moléculas luminescentes, onde a birrefringência para a membrana pura e a emissão polarizada de um luminescente específico para uma membrana dopada foram testadas em função do alinhamento da matriz polimérica devido a deformação mecânica. Esferas luminescentes com uma face enrugada e outra lisa, chamadas de esferas Janus luminescentes, foram produzidas para o sistema PU/PBDO dopado com Alq3 e caracterizadas via técnicas de microscopia (força atômica, eletrônica de varredura e luminescência óptica) e espectroscopia UV-Vis, além disso, para esse mesmo sistema esferas luminescentes micrométricas foram produzidas pela técnica de microfluídica, onde, para ambos os estudos, o controle das condições experimentais foi alcançado. Por fim, a produção e as caracterizações ópticas de esferas de PU/PBDO luminescentes dopadas com diferentes compostos emissores foram investigadas.<br>

Abstract : This PhD thesis report the studies carried using as elastomeric materials the natural rubber (NR) and the urethane/urea synthetic elastomer (polyurethane/polybutadienediol - PU/PBDO) for technological applications. Different composites and/or elastomeric systems were investigated and characterized according to the specific elastomer/dopant system and/or due to their added functionalizations. Therefor, this study followed a specific well-defined objectives for each composite system produced. In this way we can divide this PhD thesis in two large groups, one based on samples containing natural rubber and another for samples produced with PU / PBDO. For the large group of natural rubber, we investigated the effect of inverse relation in thin films doped with azo-dye molecules produced by casting and subjected to photoalignment process. Where the anisotropy of the substrates combined with the drying process produces the orientation on the polymer chains. In another study we investigate the effects in the morphology for natural rubber membranes produced using different organic solvents. For this analyses we used the atomic force microscopy (AFM) combinated with scaling laws. This investigation allowed the achievement of membranes with low and/or high roughness. Moreover, we propose the dependence of the morphology due to the volatility of the solvents. In other study, blends of NR with calcium/phosphorous compounds (NR-Ca/P) were produced to be used in biomedical applications. In this study the interactions between NR protein-particles with pseudomicellar form that are remained after latex centrifugation process and Ca/P particles were investigated. Confocal laser scanning microscopy was used to observe these interactions and we can see that the Ca/P particles are involved by the NR protein-particles dispersed in the polymer matrix and a model was proposed to explain that. Optical properties of natural rubber membranes undoped and doped with luminescent organic molecules were investigated. Moreover, highly parallel fibers with diameters in the micro and sub-micrometer range produced by electrospinning from NR solutions undoped and doped with luminescent were also investigated. Finally, were studied the fabrication of elastomeric electrodes produced using NR membranes as substrate and depositing single-walled carbon nanotubes (SWNT) by ultrasonic spray deposition.xviFor the large group of PU/PBDO elastomeric system, we have studied the optical, mechanical and morphological properties of PU/PBDO membranes undoped and doped with luminescent organic molecules. The polarized photoemission for PU/PBDO luminescent membranes were tested on function of the polymer matrix alignment by mechanical deformation. In another study, we investigate the production of luminescent spheres with tuned surface, where one side was wrinkled and other has remained smooth. This spheres are called luminescent Janus spheres and were produced from PU/PBDO system doped with Alq3. Morphological and optical properties were characterized, being determinated the best parameters of the Janus obtention. In addition, micrometer spheres were produced from the same PU/PBDO-Alq3 system using the microfluidics technique, where the diameter sizes of this spheres were changed adjusting the experimental conditions. Finally, we investigate others luminescent compounds for production of new luminescent PU/PBDO spheres.