Filmes baseados em PVA e grafeno para aplicações biomédicas

Abstract

A aplicação de cargas em polímeros, tais como grafite, nanotubos de carbono, fulerenos e mais recentemente o grafeno, tem atraído a atenção de investigadores que procuram a produção de materiais compósitos com propriedades especiais. Para melhorar as propriedades, sobretudo mecânicas, elétricas e térmicas, dos compósitos tem sido estudada a incorporação destas em polímeros e a sua influência sobre as propriedades dos compósitos resultantes. Neste trabalho estudou-se a influência da incorporação de grafite e grafeno em poli(álcool vinílico) (PVA), com o objetivo de produzir filmes de PVA e seus compósitos com propriedades melhoradas. Deste modo, foram produzidos filmes compósitos com PVA e grafite, assim como grafite exfoliada, preparados por uma técnica de mistura em solução. As soluções de grafite exfoliada foram preparadas pela técnica de funcionalização não-covalente em solução aquosa. Foi estimada uma incorporação até 10 wt% de grafite como reforço. As propriedades mecânicas dos filmes foram avaliadas por ensaios de tração uniaxial e foram medidas as propriedades elétricas. Em relação à condutividade elétrica, os valores aumentaram com a incorporação de grafite na matriz polimérica. O contrário sucedeu-se nas propriedades mecânicas que não foram melhoradas, pois os filmes tornaram-se mais frágeis. As caraterísticas térmicas e a estabilidade térmica dos filmes foram avaliadas por calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e análise termogravimétrica (TGA), respetivamente. Os resultados de DSC revelaram que a incorporação de cargas não influenciou as temperaturas de transição vítrea e fusão e não tem um efeito significativo no grau de cristalinidade. No entanto, a partir do ensaio de TGA indicou que a adição de grafite pode levar a um atraso da degradação térmica. Por fim, foi também realizada a análise de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e de permeabilidade ao vapor de água dos filmes produzidos. As imagens SEM revelaram uma boa interface entre o polímero e a matriz polimérica. Relativamente ao ensaio de permeabilidade os filmes compósitos com grafite demonstraram ter um comportamento semelhante à matriz.

The application of fillers in polymers, as graphite, carbon nanotubes, fullerenes and more recently graphene, has attracted the attention of researchers seeking the production of composite materials with special properties. To improve the properties of composite materials, mainly mechanical, electrical and thermal, the incorporation of these and their influence on the properties of resulting composites have been studied. In this work it was studied the influence of the incorporation of graphite and graphene in poly(vinyl alcohol) (PVA), with the purpose of producing PVA films and their composites with improved properties. In this way, composite films with PVA and graphite were produced, as well as exfoliated graphite, prepared by a mixing technique in solution. The exfoliated graphite solutions were prepared by the non-covalent functionalization technique in aqueous solution. It was estimated an incorporation of up to 10 wt% of graphite as reinforcement. The mechanical properties of the films were evaluated by uniaxial tensile tests and the electrical properties were measured. As regards the electrical conductivity, the values increased with the incorporation of graphite in the polymeric matrix. The opposite was observed in mechanical properties, which weren’t improved, since the films became more fragile. The thermal characteristics and the thermal stability of the films were evaluated by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. The DSC results revealed that the incorporation of fillers didn’t influenced the glass transition and fusion temperatures and didn’t have a significant effect on the degree of crystallinity. However, from the TGA test it was possible to conclude that the addition of graphite may lead to a delay of thermal degradation. At last, it were also performed the analysis of scanning electronic microscopy (SEM) and water vapour permeability of the films produced. The SEM images revealed a good interface between the filler and the polymeric matrix. Concerning the water vapour permeability test, the composite films with graphite showed a similar behaviour to the matrix.