Síntese e caracterização de polímeros parcialmente fluorados (PVDF) como materiais porosos

Abstract

Fluoropolymers are a unique class of materials with several interesting properties due to their chemical structures formed by strong carbon-carbon and carbon-fluorine bonds. With various application areas, from membrane distillation, smart sensors and tissue engineering to the biomedical field. In this sense, the present work aimed to synthesize and characterize porous polymers of partially fluorinated PVDF, through different delivery routes. Polyvinylidene Kynar® Fluoride, Sodium Chloride (NaCl) and Corn Starch were used to prepare films and membranes. The starch-doped PVDF films were synthesized by the casting method, while the NaCl-doped films were obtained by the hot pressing method, both films underwent a washing process after obtaining, and the PVDF membranes were synthesized by the casting method. and immersed in deionized water. After synthesizing the optical characterizations of FTIR and UV-vis, thermal characterization of DSC and TG, analyzes were carried out to verify the porosity of the material by density and SEM. Through characterization by FTIR, we observed a greater amount of peaks characteristic of the α phase, with no significant difference for both films and membranes. Through the calculation of the β phase, the presented values were relatively low, varying between 42.80% and 45.50%. The membranes adhered by the casting method showed visible characteristics of porosity and were confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and the decrease in density. In the films obtained by the mechanical route with the use of the NaCl material, the satisfaction was favorable, they presented porosity in the material after the washing process. For the films obtained by the starch-doped casting method, there were some pores in the samples, however, the interaction of PVDF and starch in the formation of a blend was observed. It was observed that the properties of PVDF prevailed, according to the characterizations performed. Through the UV-vis results, the sharpest peaks after 215 nm and close to 220 nm may be correlated with the electronic transition in fluorocarbons (F-C), a characteristic factor of PVDF. The direct bandgap was obtained by UV-vis analysis, around 5.22 to 5.81 eV and indirect bandgap between 2.62 and 4.54 eV. It is possible to observe a significant decrease of 30% in the indirect bandgap of PVDF/Starch 10% and 10% washed. For washed PVDF/NaCl 10% and PVDF/NaCl 10% films, there was a variation of approximately 39% in indirect bandgap, a factor resulting from the presence of unstructured volume defects. Considering the significant variation in the curves of the DSC/TG graphs, the crystallization point is observed around 156°C and from 420°C, the beginning of material degradation. Finally, the results reveal that the different obtaining routes showed porosity after the washing process, being potential candidates for applications in the food industry and in filtering systems.

Los fluoropolímeros son una clase única de materiales con varias propiedades interesantes debido a sus estructuras químicas formadas por fuertes enlaces carbono-carbono y carbono-flúor. Con diversas áreas de aplicación, desde destilación por membrana, sensores inteligentes e ingeniería de tejidos hasta el campo biomédico. En este sentido, el presente trabajo tuvo como objetivo sintetizar y caracterizar polímeros porosos de PVDF parcialmente fluorado, a través de diferentes vías de entrega. Se utilizaron fluoruro de polivinilideno Kynar®, cloruro de sodio (NaCl) y almidón de maíz para preparar películas y membranas. Las películas de PVDF dopadas con almidón se sintetizaron por el método de fundición, mientras que las películas dopadas con NaCl se obtuvieron por el método de prensado en caliente, ambas películas se sometieron a un proceso de lavado después de su obtención, y las membranas de PVDF se sintetizaron por el método de fundición y se sumergieron en agua desionizada. Luego de sintetizar las caracterizaciones ópticas de FTIR y UV-vis, caracterización térmica de DSC y TG, se realizaron análisis para verificar la porosidad del material por densidad y SEM. Mediante la caracterización por FTIR se observó una mayor cantidad de picos característicos de la fase α, sin diferencia significativa tanto para películas como para membranas. Mediante el cálculo de la fase β, los valores presentados fueron relativamente bajos, variando entre 42,80% y 45,50%. Las membranas adheridas por el método de fundición mostraron características visibles de porosidad y fueron confirmadas por microscopía electrónica de barrido (SEM) y la disminución de la densidad. En las películas obtenidas por vía mecánica con el uso del material NaCl la satisfacción fue favorable, presentaron porosidad en el material después del proceso de lavado. Para las películas obtenidas por el método de fundición dopada con almidón, hubo algunos poros en las muestras, sin embargo, se observó la interacción de PVDF y almidón en la formación de una mezcla. Se observó que prevalecieron las propiedades del PVDF, según las caracterizaciones realizadas. A través de los resultados de UV-vis, los picos más agudos después de 215 nm y cerca de 220 nm pueden correlacionarse con la transición electrónica en fluorocarbonos (F-C), un factor característico del PVDF. El bandgap directo se obtuvo por análisis UV-vis, entre 5,22 y 5,81 eV y el bandgap indirecto entre 2,62 y 4,54 eV. Es posible observar una disminución significativa del 30% en el bandgap indirecto de PVDF/Almidón 10% y 10% lavado. Para las películas lavadas de PVDF/NaCl al 10 % y PVDF/NaCl al 10 %, hubo una variación de aproximadamente el 39 % en la banda prohibida indirecta, un factor resultante de la presencia de defectos de volumen no estructurados. Considerando la variación significativa en las curvas de los gráficos DSC/TG, se observa el punto de cristalización alrededor de los 156°C ya partir de los 420°C, el inicio de la degradación del material. Finalmente, los resultados revelan que las diferentes vías de obtención presentan porosidad tras el proceso de lavado, siendo potenciales candidatas para aplicaciones en la industria alimentaria y en sistemas de filtrado.