Obtenção e caracterização de IPMC´S tendo como material eletroativo nanocompósitos de copolímeros tribloco estireno-butadieno-estireno/nanocristais de celulose

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Gall, Paulo Oliveira
Orientador(a): Scuracchio, Carlos Henrique lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/21537
Resumo: Ionomeric Polymer-Metal Composites (IPMC) are versatile materials with applications in various fields, including robotics, medicine, actuator and sensor technology. These composites consist of a layer of ionomeric electroactive polymer sandwiched between two metallic electrodes. When subjected to an electrical stimulus, they deform in response to the applied voltage, and conversely, they can produce an electrical response when mechanically deformed. Nafion, a sulfonated polymer with a perfluorinated chain, is a commonly used material in IPMC studies due to its excellent ionic conduction properties. However, Nafion has drawbacks such as high cost, poor recyclability, biodegradability issues, and reduced conductivity in low-humidity or high-temperature conditions. To address these limitations, researchers have explored sulfonating other polymers to achieve desirable conductive properties and modify the interaction between constituent monomers, creating nanostructures to enhance conduction. The usage of block polymers like styrene-butadiene-styrene (SBS) makes it possible to control the morphology of the composite and adds versatility to the material. Another area of interest involves incorporating renewable fillers to modify both mechanical properties and ionic conduction mechanisms. Cellulose nanocrystals, with their high hydrophilic character, can improve ionic conduction and mechanical properties while contributing to the sustainability of the material. This approach aligns with the goal of creating sensors based on renewable resources. In the context of this project, sulfonation of the styrenic phase of an SBS-type copolymer, incorporation and dispersion of cellulose nanocrystals, and usage of the resulting composite to manufacture IPMCs is proposed, as well as the impact of incorporating nanocellulose on its properties.
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When subjected to an electrical stimulus, they deform in response to the applied voltage, and conversely, they can produce an electrical response when mechanically deformed. Nafion, a sulfonated polymer with a perfluorinated chain, is a commonly used material in IPMC studies due to its excellent ionic conduction properties. However, Nafion has drawbacks such as high cost, poor recyclability, biodegradability issues, and reduced conductivity in low-humidity or high-temperature conditions. To address these limitations, researchers have explored sulfonating other polymers to achieve desirable conductive properties and modify the interaction between constituent monomers, creating nanostructures to enhance conduction. The usage of block polymers like styrene-butadiene-styrene (SBS) makes it possible to control the morphology of the composite and adds versatility to the material. Another area of interest involves incorporating renewable fillers to modify both mechanical properties and ionic conduction mechanisms. Cellulose nanocrystals, with their high hydrophilic character, can improve ionic conduction and mechanical properties while contributing to the sustainability of the material. This approach aligns with the goal of creating sensors based on renewable resources. In the context of this project, sulfonation of the styrenic phase of an SBS-type copolymer, incorporation and dispersion of cellulose nanocrystals, and usage of the resulting composite to manufacture IPMCs is proposed, as well as the impact of incorporating nanocellulose on its properties.Os Compósitos Ionoméricos de Polímero-Metal (IPMC) são materiais versáteis com aplicações em vários campos, incluindo robótica, medicina, tecnologia de atuadores e sensores. Esses compósitos consistem em uma camada de polímero eletroativo ionomérico entre dois eletrodos metálicos. Quando submetidos a um estímulo elétrico, eles se deformam em resposta à tensão aplicada e, inversamente, podem produzir uma resposta elétrica quando deformados mecanicamente. O Nafion, um polímero sulfonado com cadeia perfluorada, é um material comumente utilizado em estudos de IPMC devido às suas excelentes propriedades de condução iônica. No entanto, o Nafion tem desvantagens como alto custo, baixa reciclabilidade, problemas de biodegradabilidade e condutividade reduzida em condições de baixa umidade ou alta temperatura. Para resolver essas limitações, pesquisadores exploraram a sulfonação de outros polímeros para alcançar propriedades condutoras desejáveis e modificar a interação entre os monômeros constituintes, criando nanoestruturas para melhorar a condução. O uso de polímeros em bloco como estireno-butadieno-estireno (SBS) viabiliza o controle da morfologia do compósito e agrega versatilidade ao material. Outra área de interesse envolve a incorporação de cargas renováveis para modificar as propriedades mecânicas e os mecanismos de condução iônica. Os nanocristais de celulose, com seu alto caráter hidrofílico, podem melhorar a condução iônica e as propriedades mecânicas, ao mesmo tempo que contribuem para a sustentabilidade do material. Esta abordagem está alinhada com o objetivo de criar sensores baseados em recursos renováveis. No contexto deste projeto, propõe-se sulfonar a fase estirênica de um copolímero do tipo SBS, introduzir e dispersar nanocristais de celulose e utilizar o compósito resultante para fabricar IPMCs. O projeto visa caracterizar o desempenho do compósito como atuador mecânico bem como o impacto da adição de nanocelulose como nanocarga.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo n° 88887.704455/2022-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° 2022/14231-3, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBlock copolymerSulfonationNanocelluloseElectroactive polymersENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOESIPMCCopolímero em blocoSulfonaçãoNanocelulosePolímeros eletroativosObtenção e caracterização de IPMC´S tendo como material eletroativo nanocompósitos de copolímeros tribloco estireno-butadieno-estireno/nanocristais de celuloseObtaining and characterizing IPMCs using nanocomposites of styrene-butadiene-styrene triblock copolymers/cellulose nanocrystals as electroactive materialinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/908dc7e2-5982-4980-8c4d-70b93989ae6a/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD52falseAnonymousREADTEXTPaulo Oliveira Gall - Dissertação .pdf.txtPaulo Oliveira Gall - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain104887https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/69f72f4d-5931-4051-bdf0-a898223a6985/download2682f56302a2d667d2419a457abd9999MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILPaulo Oliveira Gall - Dissertação .pdf.jpgPaulo Oliveira Gall - Dissertação .pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4381https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4d3bdd57-b588-4d66-97cb-8c24578dbd29/downloadb887a7fc72bf5f6b1cbe813c4eba0fefMD54falseAnonymousREADORIGINALPaulo Oliveira Gall - Dissertação .pdfPaulo Oliveira Gall - Dissertação .pdfapplication/pdf15046447https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/db8db14b-11de-4133-a852-2fe61f3af265/downloade54ca6bd3556dde2d30635cf615c64fdMD51trueAnonymousREAD20.500.14289/215372025-03-13 00:25:35.95http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21537https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-03-13T03:25:35Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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