Obtenção e caracterização de nanofibras de carbono a partir de PAN/lignina processadas por eletrofiação

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Cintra, Isabela Luiza Rodrigues
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Poliacrilonitrila; Lignina; Eletrofiação; Estabilização Térmica Oxidativa; Carbonização; Compósitos poliméricos; Carbon nanofibers; Polyacrylonitrile; Lignin; Electrospinning; Carbonization
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/237263

As fibras de carbono têm grande aplicação em diversos segmentos industriais, destacando-se o aeroespacial e o automobilístico. Atualmente, o precursor mais utilizado na obtenção das fibras de carbono é a poliacrilonitrila (PAN) devido ao elevado teor de carbono fixo. No entanto, a PAN é um polímero caro e de origem do petróleo. Precursores oriundos de fontes renováveis tem sido estudados, tais como a lignina Kraft (LK) que é uma macromolécula gerada como resíduo pela indústria de papel e possui em sua composição elevado teor de carbono. Desta forma, blendas de PAN/lignina têm sido muito estudadas para obtenção de fibras de carbono. No entanto, durante o processo de obtenção destas fibras, uma das etapas mais complexas é a estabilização térmica oxidativa. Esta etapa é importante para manter a geometria da fibra durante todo o restante do processo de carbonização, além de tornar as fibras infusíveis. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi obter mantas de carbono utilizando como precursores fibras de PAN/LK, obtidas por eletrofiação, visando um estudo sistemático em relação à etapa de estabili-zação térmica oxidativa. Inicialmente, foram processadas via eletrofiação blendas com diferentes proporções de PAN/LK (90/10 % m/m; 80/20 % m/m; 70/30% m/m; 60/40% m/m e 50/50% m/m) sendo estas caracterizadas quanto à estrutura química por espectroscopia de infraverme-lho com transformada de Fourier (FT-IR), a morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por análises térmicas (calorimetria exploratória diferencial, DSC, e termogravimetria, TGA). Os parâmetros de estabilização térmica oxidativa foram definidos baseando-se em um planejamento fatorial 23. As amostras foram analisadas por FT-IR e DSC e o índice de cicliza-ção foi obtido a partir dessas duas técnicas. A partir dos resultados obtidos foram selecionados os melhores parâmetros para estabilização térmica oxidativa das mantas eletrofiadas e, posteri-ormente, estabelecidos os parâmetros de carbonização mais adequados para a obtenção de man-tas de carbono. As mantas carbonizadas foram caracterizadas em relação à condutividade elétri-ca (espectroscopia de impedância), estrutura química (espectroscopia Raman e FT-IR), estrutura cristalina (DRX) e morfologia (MEV). As mantas carbonizadas apresentaram pouco rendimen-to de material após o processo de carbonização e a diminuição de aproximadamente 70% no diâmetro das fibras. Por meio das análises estruturais (DRX e RAMAN) foi verificado que entre as amostras produzidas a cristalinidade variou de 45% a 57%, e uma estrutura pouco ordenada, indicado pela razão ID/IG que variou de 2,56 a 3,14 para estas amostras.