Obtenção de fibras funcionais por meio de eletrofiação

Giulia Maria Rodrigues Alvares, egressa do Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados da Universidade Federal do ABC, pesquisou, durante o doutorado, acerca da obtenção de fibras de poli(acrilonitrila-co-acetato de vinila) (PANVA), utilizando-se o processo de eletrofiação.

Um de seus principais objetivos era estudar os parâmetros de obtenção de fibras de PANVA, por meio do uso da técnica de eletrofiação em sua morfologia e diâmetro; realizar sua estabilização térmica oxidativa e, por fim, realizar a caracterização desses materiais.

De acordo com a pesquisadora, dentre os resultados observados, foi mostrado, pela primeira vez, um estudo sistemático sobre o processo de eletrofiação de mantas de PANVA, além de suas propriedades térmicas e mecânicas com e sem tratamento térmico oxidativo. Segundo a egressa, os resultados de sua pesquisa possibilitam a aplicação das referidas mantas em processos de filtração de gases e líquidos, bem como a obtenção de um nanocompósito de PANI-Ag, que pode gerar um material com atividade bactericida.

Além de mestra e doutora em Nanociências e Materiais Avançados pela Universidade Federal do ABC, Giulia é Tecnóloga em Polímeros e Técnica em Plásticos pelo SENAI. Atualmente, atua como pesquisadora.

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Dados | Egressa 

Nome completo 
Giulia Maria Rodrigues Alvares 

Formação acadêmica (cursos e instituições)
∙ Doutorado em Nanociências e Materiais Avançados pela Universidade Federal do ABC (2019);
∙ Mestrado em Nanociências e Materiais Avançados pela Universidade Federal do ABC (2015);
∙ Tecnóloga em Polímeros pela Faculdade SENAI de Tecnologia Ambiental (2011);
∙ Técnica em Plásticos pela Escola SENAI Mario Amato (2008). 

Profissão / experiência profissional 
Pesquisadora. 

Programa de pós-graduação e curso (mestrado ou doutorado) concluído na UFABC 
Doutorado em Nanociências e Materiais Avançados. 

Como sua trajetória neste curso de pós-graduação na UFABC contribuiu para sua formação? 
Todo o conhecimento adquirido ao longo dos anos, tanto no mestrado quanto no doutorado, foi essencial para meu crescimento acadêmico e profissional. Graças à minha formação, hoje sou pesquisadora no Instituto SENAI de Inovação em Materiais Avançados.


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Dados | Tese 

Título
Obtenção de fibras de poli(acrilonitrila-co-acetato de vinila) funcionais utilizando-se o processo de eletrofiação. 

Data da defesa
29 de março de 2019. 

Nomes dos orientadores
Prof. Dr. Roosevelt Droppa Junior (Orientador)
Prof. Dr. Everaldo Carlos Venancio (Coorientador)

Linha de pesquisa
Fibras funcionais. 

Link para a tese 


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Questões | Pesquisa 

Qual o tema da sua pesquisa e por que o escolheu? 
Fibras poliméricas funcionais, obtidas por meio de eletrofiação, para membranas de filtração. O tema foi escolhido por se tratar de uma área do conhecimento referente à minha graduação, e à expertise do meu orientador de mestrado, Prof. Dr. Everaldo Carlos Venâncio. 

Quais eram seus objetivos gerais?
Estudar os parâmetros de obtenção de fibras de PANVA por meio do uso da técnica de eletrofiação, realizar a estabilização térmica oxidativa e, finalmente, realizar a caracterização desses materiais. Funcionalizar as membranas de PANVA através da incorporação de polianilina (PANI) e partículas de prata (Ag), por meio da obtenção de um nanocompósito de PANI-Ag, a fim de obter um material com atividade bactericida. 

Como foi sua realização (materiais e métodos, metodologia, corpus etc.)?
No processo de eletrofiação, foram avaliados o efeito da viscosidade e a taxa de alimentação da solução polimérica, a distância de trabalho e o potencial elétrico aplicado. As nanofibras de PANVA foram, então, submetidas a um tratamento térmico oxidativo na presença de ar, usando-se duas temperaturas diferentes (220 e 260°C), por tempos que variaram entre 30 e 90 minutos. Os resultados de espectroscopia de FT-IR confirmaram que o processo de estabilização envolveu a ciclização da cadeia de PANVA, onde a absorção da nitrila (2244 cm-1) diminuiu e aumentou a absorção das bandas C[1]C e C=N (1585 cm-1) à medida que a temperatura e o tempo de tratamento aumentaram, bem como o aparecimento das bandas D e G nos espectros de Raman da amostra tratada a 260ºC por 90 minutos. Os ensaios mecânicos de tração mostraram que as nanofibras adquirem um comportamento frágil após tratamento. A taxa de aquecimento influenciou na morfologia da amostra, onde se observou a coalescência das fibras para taxas de aquecimento relativamente altas (10°C/minuto) e, com taxas relativamente baixas (1°C/minuto), a morfologia inicial de nanofibras foi preservada. A funcionalização com PANI e PANI-Ag foi realizada com sucesso por meio do uso de um processo realizado em duas etapas: (i) a modificação superficial das nanofibras de PANVA com PANI, seguida da (ii) deposição de partículas de prata na PANI, resultando em um sistema PANVA/PANI-Ag que apresentou propriedades eletroativas, demonstrando a possibilidade de uso deste material em processos de filtração de gases e líquidos. 

Quais foram os desafios enfrentados?
A obtenção de fibras ordenadas e de mantas estáveis; o tempo para a execução da parte experimental e da caracterização; além de recursos limitados. 

Quais foram os principais resultados alcançados?
Foi mostrado, pela primeira vez, um estudo sistemático sobre o processo de eletrofiação de mantas de PANVA, e sobre as propriedades térmicas e mecânicas das mantas obtidas com e sem tratamento térmico oxidativo. Foi demonstrado que tratamentos térmicos oxidativos dessas mantas resultam em um material frágil. Foi demonstrada, também, a funcionalização da superfície das nanofibras de PANVA com PANI e nanopartículas de prata, o que possibilitou a obtenção de mantas funcionais de PANVA com potencial para diferentes aplicações, dentre as quais em processos de filtração. 

Descreva, resumidamente, a importância acadêmica e social de sua pesquisa, isto é, sua contribuição para o universo científico e o cotidiano das pessoas.
A principal motivação para a realização deste projeto foi a possibilidade de obter nanofibras de PANVA, caracterizar suas propriedades térmicas e mecânicas, bem como estudar o efeito da estabilização térmica oxidativa das nanofibras obtidas e avaliar suas propriedades térmicas e mecânicas. Assim, com base nessas informações, estudar a modificação das nanofibras de PANVA com um polímero condutor e com partículas de prata. Essa modificação possibilita a aplicação dessas mantas de nanofibras de PANVA em processos de filtração de gases e líquidos. Além disso, os estudos de estabilização térmica oxidativa permitirão compreender as condições necessárias para a manutenção da morfologia de nanofibras das mantas de PANVA, o que é de interesse para a obtenção de materiais de carbono derivados da PANVA, como, por exemplo, nanofibras de carbono. As mantas de PANVA funcionalizadas com polímero condutor e partículas de prata, bem como os materiais à base de carbono, deverão permitir a realização de outros projetos de pesquisa, cujos objetivos serão focados na aplicação desses materiais, como em processos de filtração (manta de PANVA modificada com polímero condutor e partículas de prata) e armazenamento e conversão de energia e catálise (nanofibras de carbono).