Géis dielétricos nanoestruturados à base de copolímero em bloco para aplicação em músculos artificiais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sousa Junior, Rogério Ramos de
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121754
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Danilo Justino Carastan
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A principal classe estudada como músculos artificiais são os elastômeros dielétricos, sendo essencial que apresentem propriedades como baixo módulo elástico e altos valores de constante dielétrica e capacidade de deformação. Atualmente, os principais materiais utilizados nessa área são os acrílicos elastoméricos, silicones e poliuretanos. Nesse contexto, há a possibilidade de emprego dos copolímeros em bloco estirênicos, materiais de comportamento elastomérico e que possuem como principal diferencial a capacidade de se auto-organizar em estruturas ordenadas, possibilitando ajustes em propriedades mecânicas, elétricas e reológicas. Visando à redução do módulo elástico, o emprego desses materiais como músculos artificiais se dá por meio da formação de géis nanoestruturados, adicionando-se um composto de baixa massa molar que possui interação seletiva ao segmento flexível do copolímero. No entanto, a obtenção desse tipo de gel geralmente implica na redução de sua estabilidade mecânica devido à redução dos sítios de reticulação física. Desta forma, a proposta deste trabalho foi a obtenção de géis dielétricos nanoestruturados a partir do copolímero em bloco SEBS com adição de óleo mineral branco e, visando à melhora da estabilidade mecânica, foi adicionada uma resina hidrocarbônica hidrogenada. Posteriormente, visando ao aumento da constante dielétrica dos géis, também foi adicionada lignina, um biopolímero amorfo com estrutura rica em grupos funcionais como fenóis, carbonilas e hidroxilas. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à morfologia e comportamentos dielétrico, reológico e mecânico. Como principais resultados, verificou-se que a adição de resina hidrocarbônica proporcionou aumento de mais de 800% na resistência à tração e mais de 1000% na elongação, sem alterar de forma significativa o módulo elástico dos géis. A adição de lignina, devido à sua estrutura de caráter polar, proporcionou aumentos na ordem de 50% na constante dielétrica dos géis. Por fim, o comportamento de atuação dos materiais desenvolvidos foi verificado em testes a partir da aplicação de um estímulo elétrico. Os géis apresentaram deformação de área da ordem de 200% sob um campo elétrico relativamente baixo, comprovando a viabilidade desses materiais em aplicações como músculos artificiais.In recent years there has been a growing number of studies involving so-called smart materials. An example is that of electroactive polymers, materials that show a mechanical response from an electrical stimulus, and due to their similarity to natural muscles, are known as artificial muscles. The main group of materials studied as artificial muscles are dielectric elastomers, which essentially must present properties such as low elastic modulus and high values of dielectric constant and stretchability. Currently, the main materials used in this area are acrylic elastomers, silicones and polyurethanes. In this context, there is the possibility of using styrenic block copolymers, materials of elastomeric behavior and which have as their main feature the ability to self-organize in ordered structures, allowing adjustments in mechanical, electrical and rheological properties. To reduce the elastic modulus, the use of these materials as artificial muscles occurs through the formation of nanostructured gels, by adding a low molecular weight compound that has selective interaction to the flexible segment of the copolymer. However, obtaining this type of gel also causes a reduction in their mechanical stability, due to the reduction of their physical cross-linking sites. Thus, the purpose of this work was to obtain nanostructured dielectric gels from the block copolymer SEBS with the addition of white mineral oil and, in order to improve mechanical stability, the a hydrogenated hydrocarbon resin was added. Subsequently, in order to increase the dielectric constant of the gels, lignin was introduced as an additive, an amorphous biopolymer with structure rich in functional groups such as phenols, carbonyls and hydroxyls. The materials obtained were characterized on their morphology and dielectric, rheological and mechanical behaviors. As main results, the addition of hydrocarbon resin caused an increase greater than 800% in tensile strength and greater than 1000% in elongation, without significantly changing the elastic modulus of the gels. And the addition of lignin, due to its polar structure, provided increases in the order of 50% in the dielectric constant of the gels. Finally the actuation behavior of the materials was verified by testing the effect of an electric stimulus. The gels presented an area strain in the order of 200% under a relatively low electric field, demonstrating that these materials could eventually be used in artificial muscle applications.Carastan, Danilo JustinoLanfredi, Alexandre José de CastroSantos, Demétrio Jackson dosAndrade, Ricardo Jorge EspanholVidotti, Suel EricSousa Junior, Rogério Ramos de2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf200 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121754http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121754&midiaext=78404http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121754&midiaext=78403Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=121754porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-24T11:44:16Zoai:BDTD:121754Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-24T11:44:16Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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