Desenvolvimento de membranas eletrofiadas inteligentes de poli (fluoreto de vinilideno) contendo pigmento termocrômico para uso em sensores de temperatura

Abstract

Os materiais inteligentes (smart materials) são caracterizados por responderem, de forma controlada, à estímulos externos através de mudanças em suas propriedades e têm sido amplamente estudados em razão do seu grande potencial de uso em diferentes aplicações. Dentre esses materiais, em específico, a classe dos termocrômicos vêm ganhando destaque, devido à sua funcionalidade de mudança de coloração instantânea ao detectar uma variação de temperatura. Neste trabalho, foram desenvolvidas membranas de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) contendo 5, 15 e 20%m de pigmento termocrômico por meio da técnica de eletrofiação, para serem utilizadas como sensores inteligentes de temperatura. Inicialmente, o pigmento termocrômico comercial foi caracterizado através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), verificando-se que o mesmo é composto por microcápsulas de morfologia core-shell (núcleo-casca) com diâmetros variando de 0,6 a 5,5 µm. Também foram realizadas análises de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Análises Termogravimétrica (TGA) para investigar sua composição, constatando a presença do corante leuco lactona de violeta cristal (LVC) como formador de cor do sistema termocrômico e da melamina-formaldeído, como matriz de revestimento da microcápsula. A influência da quantidade de pigmento incorporado, na coloração e no efeito de termocromismo das membranas, foi avaliada visualmente e através do Espectrofotômetro de UV-Vis, concluindo-se que as membranas com maior fração mássica de pigmento, apresentaram um termocromismo mais perceptível em razão de sua coloração mais intensa. O uso da técnica de eletrofiação se mostrou satisfatório para fabricação de materiais estímuloresponsivos, pois permitiu o encapsulamento das partículas do pigmento nas fibras de PVDF, sendo que observou-se um aumento significativo no diâmetro médio das fibras com acréscimo no teor de pigmento, comprovado através de análises MEV. As membranas eletrofiadas exibiram um comportamento termocrômico reversível, mesmo após serem submetidas à diversos ciclos de aquecimento e resfriamento, apresentando uma temperatura de transição entre 36 - 37°C, confirmada pela Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), indicando que as mesmas possuem excelentes propriedades para atuarem como sensores de temperatura, auxiliando no acompanhamento de alterações metabólicas no corpo humano.

Smart materials are characterized by responding, in a controlled manner, to external stimuli through changes in their properties and have been widely studied because of their great potential for use in different applications. Among these materials, in specific, the thermochromic class has been gaining importance, due to its functionality of instantaneous color change when detecting a temperature variation. In this work, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membranes containing 5, 15 and 20%wt of thermochromic pigment were developed through the electrospinning technique, to be used as intelligent temperature sensors. Initially, the commercial thermochromic pigment was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), verifying that it is composed of core-shell microcapsules with diameters ranging from 0.6 to 5.5 µm. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Thermogravimetric Analyses (TGA) were also performed to investigate its composition, finding the presence of the leuco dye lactone crystal violet (LVC) as the color-former of the thermochromic system and melamine-formaldehyde as coating matrix of the microcapsule. The influence of the amount of pigment incorporated, in the coloration and the reversible thermochromic effect of the membranes, was evaluated visually and through the UV-Vis Spectrophotometer, concluding that the membranes with a higher mass fraction of pigment obtained a more perceptible thermochromism due to its more intense coloration. The use of the electrospinning technique was satisfactory for the manufacture of stimulus-responsive materials, because it allowed the encapsulation of the particles of the pigment in the PVDF fibers, significantly increasing their average diameter, as verified by SEM analysis. The electrospun membranes exhibited a reversible thermochromic behavior, even after being submitted to several heatingcooling cycles, showing a transition temperature between 36 - 37°C, confirmed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), indicating that they have excellent properties to act as temperature sensors, helping to control metabolic changes in the human body.