Desenvolvimento de um sensor termocrômico baseado em matriz polimérica: síntese, caracterização e aplicações

Abstract

A presente tese visa abordar o desenvolvimento de materiais híbridos orgânico-inorgânicos incorporados em matriz polimérica a fim de fornecer componentes de alto desempenho para aplicações em diversas áreas. Para tanto, no desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se o inorgânico oligoméricos poliédricos silsesquioxanos (POSS) e epóxi como matriz polimérica orgânica. Ainda, realizou-se a incorporação da molécula termocrômica para desenvolvimento de um sensor termocrômico a base de epóxi modificado com um composto orgânico- inorgânico. Com isso, foi proposto um sensor termocrômico híbrido, com o intuito de utilizá-lo em situações específicas, de forma monitorada, atuando em locais de difícil acesso, como por exemplo equipamentos com dificuldade de monitoramento de temperatura de forma direta, sendo possível deste modo verificar visualmente essa alteração por intermédio da cor. A elaboração dos nanocompósitos de epóxi-POSS foi desenvolvida a fim de aumentar a estabilidade térmica da resina epóxi para aplicação como sensor termocrômico, sendo que foi caracterizado por análise Termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia de infravermelho por transformada de fourier (FTIR) e espectroscopia por ressonância magnética nuclear (RMN) a fim de determinar quais concentrações e melhores interações entre POSS e a resina epóxi. Para caracterização do sensor, influência da temperatura, análise de ciclo, intemperismo, salt spray, aderência e envelhecimento em câmara de intemperismo foram avaliadas. Os primeiros resultados obtidos pela caracterização dos nanocompósitos trisilanoisobutil-POSS por FTIR, DSC e RMN sugeriram que o POSS pode estar covalentemente ligado ao anel epóxi. Nas análises de TGA foi observada perda na massa da matriz polimérica de 5% com a adição de POSS em até 180°C. Visualmente foi possível observar a redução do amarelamento da tinta na presença de POSS após o aquecimento, e através das análises de reflectância foi demonstrado maior amarelamento da resina na ausência de aditivos estabilizantes.

Abstract : The present thesis aims to address the development of hybrid organic-inorganic materials incorporated into the polymer matrix to improve material performance. In this work, a polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and epoxy as the polymeric matrix were used. The incorporation of the thermochromic molecule was carried out to develop an epoxy-based thermochromic sensor modified with an organic-inorganic compound to be used as a temperature sensor in equipment with tricky monitoring. The epoxy-POSS nanocomposites were developed in order to increase the thermal stability of the epoxy resin for thermochromic application was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), infrared spectroscopy Fourier transform (FTIR) and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to determine the best reaction conditions and POSS-epoxy resin interactions. The sensor characterization was carried out by thermal resistance, weathering, salt spray, adhesion, and aging in weathering chamber. The results obtained by the characterization of the trisilanoisobutyl-POSS nanocomposites by FTIR, DSC, and NMR suggested that the POSS can be covalently attached to the epoxy ring. From the TGA analyzes 5% of polymer matrix mass loss was observed with the addition of POSS up to 180 °C. Visually it was possible to observe the paint yellowing reduction in the presence of POSS after heating, and through the reflectance analysis, it was observed a higher resin yellowing in the absence of stabilizing additives.