Neste trabalho, foram adicionadas diferentes concentrações de polianilina (PANI) a uma solução polimérica de poliétersulfona (PES) e N-metil-pirrolidona (NMP), com o intuito de sintetizar membranas de ultrafiltração a partir do método de inversão de fases. O desafio consistem em combinar alta condutividade elétrica, boas propriedades mecânicas e oxidação eletroquímica, permitindo assim que a oxidação de possíveis contaminantes ocorra ao mesmo tempo em que a membrana atua como uma barreira de filtração seletiva. O efeito da adição de PANI foi avaliado quanto à morfologia da membrana, capacidade de separação e desempenho, em termos de permeabilidade e condutividade. As membranas modificadas apresentaram uma morfologia muito singular quando analisadas pelo Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), poros maiores foram identificados, ausência da camada seletiva, diminuição da camada inferior e grandes fases aglomeradas ao longo da seção transversal. Devido ao aumento do tamanho dos poros, a seletividade das membranas modificadas foi comprometida. Os resultados de porosidade para as membranas modificadas variaram entre 53 e 66%. A permeabilidade e a condutividade das membranas modificadas aumentaram à medida que a concentração de PANI também aumentou. O fluxo mediano obtido para a membrana com concentração de 40% de PANI foi de 835 L.m-2.h-1, cerca de 5 vezes maior do que o fluxo mediano obtido para a membrana controle. Já a condutividade mediana obtida para a mesma membrana modificada foi de 1,7x10-6 S, cerca de 15 vezes maior do que a membrana controle. Durante o teste de voltametria cíclica não foram observadas reações de oxidação-redução, nem da solução de ferro-cianeto nem da própria polianilina, ao aplicar uma tensão variando entre -0,2 V e 0,8 V. Desta forma, a partir dos resultados, pode-se afirmar que a adição de Polianilina alterou a morfologia e o desempenho das membranas modificadas, destacando o incremento na permeabilidade, hidrofilicidade e condutividade, mantendo sua característica de ser uma barreira de filtração seletiva. / In this work, different concentrations of Polyaniline (PANI) were added to a polymer solution made of Polyethersulfone (PES) and N-methylpyrrolidone (NMP), in order to synthesize ultrafiltration membranes by the phase inversion method and the challenge of combine high electrical conductivity, good mechanical properties and electrochemical oxidation, thus allowing the oxidation of matter to occur at the same time that the membrane acts as a selective and reliable filtration barrier. The effect of PANI addition was evaluated regarding the membrane morphology, separation capacity and performance in terms of permeability and conductivity. The modified membranes presented a very unique morphology when analyzed by the Scanning Electron Microscope (SEM), larger pores were identified, absence of the selective layer, decrease of the lower layer and large agglomerated phases with phase contour characterization along the cross section. Due to the increase in pore size, the selectivity of the modified membranes was compromised. The porosity results for the modified membranes are only reflections of the morphology obtained, and the median porosities varied between 53 and 66%. The permeability and conductivity of the modified membranes increased as the PANI concentration also increased. The median flow obtained for the membrane with 40% PANI concentration was 835 L.m-2.h-1, about 5 times higher than the median flow obtained for the control membrane. The median conductivity obtained for the same modified membrane was 1.7x10-6 S, about 15 times higher than the control membrane. During the cyclic voltammetry test, no oxidation-reduction reactions were observed, neither the iron-cyanide solution nor the polyaniline itself, when applying a voltage ranging from -0.2 V to 0.8 V. From the results, it can be affirmed that the addition of polyaniline particles altered the morphology and performance of the modified membranes, highlighting the increase in permeability, hydrophilicity and conductivity, maintaining its characteristics of being a selective filtration barrier.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-03-08T12:47:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) VersãoFinal_Dissertação Winnie Brandão.pdf: 3866454 bytes, checksum: 7c557a3aa4c5f7cd118decbc7ad66dbb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T12:47:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) VersãoFinal_Dissertação Winnie Brandão.pdf: 3866454 bytes, checksum: 7c557a3aa4c5f7cd118decbc7ad66dbb (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / FACEPE / A extração de DNA a partir de amostras biológicas é um passo necessário em quase todos os processos biotecnológicos. No entanto, não apenas as amostras contendo DNA são geralmente distintas na origem, como não existe um único processo comum para estes métodos de extração, ou mesmo um único material que satisfaça todos os requisitos necessários para realizar estas tarefas. Como consequência, o desenvolvimento de novos materiais ou métodos para a melhoria dos protocolos de extração de DNA, em termos de rendimento, pureza, tempo e custo, continua sendo de grande interesse. Neste trabalho, descrevemos a preparação de um novo tipo de membrana compósita de poliestireno/polianilina (PS/PANI) que não só exibe altos níveis de captura de cadeias de DNA a partir de soluções aquosas, mas também permite essa liberação de maneira simples e eficiente. A membrana compósita consiste de fibras de PS produzidas pela técnica de eletrofiação e modificadas com nanogrãos de PANI depositados através de uma polimerização química in situ. As membranas obtidas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), medidas de ângulo de contato, espectroscopia UV-Vis e por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Utilizamos solução aquosa de DNA de esperma de salmão como um sistema modelo para examinar a capacidade de adsorção destas membranas para moléculas de ácido nucleico. Em experimentos realizados no modo batelada, encontramos uma capacidade máxima de adsorção de 153,8 mg de DNA por grama de PANI, com o limite de saturação sendo alcançado em apenas 9 min. Além disso, demonstramos que é possível conseguir a liberação completa do DNA adsorvido por simples alteração do pH do meio aquoso. Os processos de adsorção e dessorção foram acompanhados por imagens de fluorescência. Realizamos também experimentos de adsorção de DNA através da adaptação da membrana a uma coluna de centrifugação. Os resultados correspondentes indicam que nessa configuração experimental as membranas compósitas de PS/PANI se mostram um material bastante promissor para a purificação de ácidos nucleicos e outras biomoléculas. / Extraction of nucleic acids from biological samples is a necessary step in almost all biotechnological procedures. However, whereas DNA-containing samples are usually distinct in origin and no single common methodology exists for these extraction methods, there is no single material that satisfies the necessary requirements to carry out these tasks. Consequently, the development of new materials or methods to the improvement of DNA extraction protocols (in terms of yield, purity, time, and cost) continues to be of great interest. In this work, we describe the preparation of a novel type of polyaniline/polystyrene (PANI/PS) membrane that not only exhibits high levels of capture of DNA strands dissolved in aqueous solutions but also allows for their simple and efficient posterior release. The composite membrane consists of electrospun PS fibers modified with deposited PANI nanograins through an in situ chemical polymerization. The membranes were characterized by scanning electron microscopy (SEM), contact angle, UV-Vis spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). We have used aqueous solution sodium salt of Salmon Sperm DNA as a model system to examine the adsorption capacity of these membranes for nucleic acid molecules. In batch-mode experiments, we have found a maximum adsorption capacity of 153.8 mg of DNA per gram of PANI, with the saturation limit being reached within only 9 min. In addition, we have demonstrated that it is possible to achieve the complete release of the adsorbed DNA by simple changes on the pH of the aqueous medium. The adsorption and desorption procedures were followed by fluorescence imaging. We also performed DNA adsorption experiments by adapting the composite membrane to a spin column. Under this experimental setup, the PANI/PS composite membranes appear as promising material for the efficient purification of nucleic acids and other valuable biomolecules.

É verificado que materiais nano/micro estruturado, com morfologia definida possui propriedades melhoradas em relação às formas macro. Essa constatação justifica o crescente número de rotas diferentes para se sintetizar polianilina numa ampla gama de morfologias diferentes e tamanhos definidos, através de variações na síntese padrão de polianilina. Utilizando uma dessas rotas que leva a produto com morfologia esférica, em estudo anterior do nosso grupo foi mostrado que o produto principal é adutos de anilinas constituídos por adutos tipo 1,4-Michael entre anilina e benzoquinona monoimina e segmentos fenazínicos substituídos. Neste trabalho foram feitas modificações nesse protocolo de síntese e os produtos foram caracterizados tanto morfologicamente como estruturalmente. A morfologia dos produtos foi determinada por microscopia eletrônica de varredura enquanto que as técnicas UV-VIS, Raman, IR e Fluorescência forneceram a estrutura dos produtos. A oxidação de anilina por persulfato de amônio sob sete diferentes condições experimentais foram realizadas mantendo o pH da solução reacional constante em 3 ou 4.5. Os produtos das condições experimentais realizadas apresentaram morfologias tipo esféricas (microesferas lisas ou porosas, e microesferas Tipo-Folha) e foram caracterizados como adutos de anilina constituídos por adutos tipo 1,4-Michael e segmentos fenazínicos não substituídos como produto majoritário de síntese. O grau de hidrólise dos nitrogênios imínicos mostrou dependência com o pH de síntese e concentrações dos reagentes. Os resultados sugeriram que o grau hidrólise dos nitrogênios imínicos é um fator importante na determinação de estruturas esféricas, assim como as concentrações dos reagentes, uma vez que estes aspectos podem influenciar na capacidade de interação entre os adutos de anilina que resulta na formação destas estruturas. A verificação de segmentos fenazínicos não substituídos (diferente do verificado no estudo anterior) na constituição dos adutos de anilina chama a atenção para a importância de caracterizar estes segmentos pela técnica de espectroscopia de Fluorescência nos trabalhos anteriores do grupo. A formação de produto de polimerização cabeça-cauda (PANI-ES) foi verificada na condição experimental realizada em pH 4,5 mais concentrada e nas condições experimentais realizadas em pH 3, exceto na condição mais diluída, corroborando a afirmação de que, além do pH reacional, a concentração absoluta dos reagentes influi na determinação do produto final / It is known that nano/micro structured materials with defined morphology has improved properties when compared to bulk forms. This finding justifies the increasing number of different routes to synthesize polyaniline in a wide range of different morphologies and sizes defined by variations in the standard synthesis of polyaniline. Using one of these routes that leads to product with spherical morphology, in a previous study from our group it was shown that the main product is aniline adducts formed by 1,4-Michael type adducts between aniline and benzoquinone monoimine and substituted phenazine segments. In this work, changes were made in this synthesis protocol and the products were characterized both morphologically and structurally. The morphology of the products was determined by scanning electron microscopy while the UV-VIS, Raman, IR and Fluorescence techniques provided the structure of the products. The oxidation of aniline with ammonium persulfate in seven different experimental conditions were carried out maintaining the pH of the reaction solution constant at 3 or 4.5. The products of the experimental conditions showed spherical-type morphologies (smooth or porous microspheres, and flower-like microspheres) and were characterized as aniline adducts formed by 1,4-Michael type adducts and non-substituted phenazine segments as the major synthesis product. The degree of hydrolysis of the imines nitrogen showed dependence on the pH of synthesis and concentration of reactants. The results suggested that the degree of hydrolysis of the imines nitrogen is an important factor in determining spherical structures, as well as the concentrations of reactants, once that these parameters can influence in the interaction ability between the adducts of aniline which results in the formation of such structures. The verification of non-substituted phenazine segments (different from that in the previous study) in the constitution of aniline adducts showed the importance of the use of fluorescence spectroscopy technique in the characterization of these segments. The head-to-tail polymerization of aniline (PANI-ES) was observed in the experimental condition performed at pH 4.5 with high concentration of reagents and on the experimental conditions at pH 3, except in the diluted reagent solution. These results show the role of the absolute concentration of reagents in the nature of the final product

O presente trabalho tem como objetivo estudar a eletropolimerização de polímeros baseados em polianilinas e suas propriedades para a proteção contra a corrosão. Assim, foi utilizada a seguinte divisão: (i) estudo das sínteses eletroquímicas monitoradas espectrofotometria de UV-vis, utilizando perturbações potenciodinâmicas e potenciostáticas em diferentes concentrações monoméricas, sobre um eletrodo de ITO (óxido de titânio dopado com índio). Os resultados mostraram que durante as sínteses a polianilina (PAni) apresenta uma baixa formação de oligômeros e degradação. As sínteses de poli-o-metoxianilina apresentam uma maior quantidade de oligômeros, apresentando uma alta sinal de absorbância em 560 mn. Assim, os espectrociclovoltamogramas e espectropotenciogramas mostraram para todas as sínteses os potenciais onde ocorrem os processos formação de: bipolarons, radicais, oligômeros e a conversão de PAni entre as forma leucoesmeraldina e sal esmeraldina. Portanto, o monitoramento UV-vis foi considerado uma ferramenta muito útil e interessante para o entendimento de reações de polimerizações. (ii) A proteção contra a corrosão do aço 304 foi feita recobrindo o mesmo com polímero por via eletroquímica (voltametria cíclica, VC e potenciostáticas, Pot), com otimizações de potencial, tempo de perturbação e número de ciclos, em soluções de elevadas concentrações monoméricas. Na primeira parte foi utilizado somente Ani; por VC foram observadas dois tipos de morfologia diferente. Na primeira, um filme e nanofibras, enquanto que para Pot, uma morfologia granular foi encontrada. As analises de corrosão mostraram que as melhores proteções foram obtidas para as seguintes condiciones: 0,05 - 1,15 V, por 15 ciclos, e 1,15 V, por 300 segundos. Esses filmes apresentaram deslocamento no potencial de corrosão, aumento na resistência de transferência de carga e potencial de circuito aberto elevado. Além disso, mantiveram uma superfície de aço livre de produto de corrosão. Assim, essas condições de sínteses foram reproduzidas para ometoxianilina (OMA) e Poli(anilina-co-o-metoxianilina). A OMA sintetizada por VC apresentou a melhor proteção, deslocando o potencial de corrosão para valores anódicos e mantendo um potencial mantendo um potencial de circuito aberto elevado, devido à morfologia fechada de microfibras, não ocorrendo corrosão na superfície do aço. / The goal of the present work is to study the electropolymerization polymers of based on polianilines and their corrosion protection properties. So, the following division was applied: (i) study of the electrochemical synthesis coupled to a spectrophotometer of UVvis. Using potenciostatic and potentiodynamic perturbations with different monomeric concentrations, on a ITO electrode (titanium oxide doped with Indium). The results show that polianiline (PAni) during the synthesis process present a low generation of oligomers and a null polymeric degradation. Whereas the synthesis of poli-o-metoxianilina presents an important concentration of oligomers, showing a high absorption signal in 560 nm. In this way, the spectrociclovoltammograms and the spectropotenciograms showed for all the synthesis the potential were occur formation processes of: bi-polaron, radicals, oligomers and the transformation of PAni of the form leucoesmeraldina and esmealdina salt. Thats why the UV-vis monitoring process interesting for the understanding of polymerization reactions. (ii) the validations of corrosion protection of steel-304 were performed covering with polymer in a electrochemical way; ciclic voltammetric (VC) and potenciostatic (Pot), with variations of the potential, time and cycle numbers, in solution with high monomeric concentrations. The first part was just Ani. By VC two different types of growth morphology were observed; a granular film and nano fibers, while for Pot, the morphology were granular. The analysis of corrosion show that the best protections were achieved for: 0,05-1,15 V by 15 cycles of 1,15 V during 300 seconds. Those films present a shift on the corrosion potential, increasing the transfer resistance of charge in high open circuit potential, moreover, keeping the steel surface corrosion-free. Those conditions were reproduced for o-metoxianiline (OMA) e Poli (aniline-co-o-metoxianiline). The synthesized OMA by VC present a better protection, shifting to anodic values the corrosion potential and keeping a high open circuit potential, due to the morphology of the microfibers, not happening corrosion on the steel surface.

Neste trabalho foram obtidos filmes de polianilina (PAni) por eletropolimerização (voltametria cíclica) sobre aços inoxidáveis austenítico (AISI 304), ferrítico (AISI 430) e martensítico (AISI 420), em meio de ácido oxálico. Os filmes de PAni foram preparados a partir de solução aquosa de ácido oxálico 0,3 mol L-1 contendo 0,1 mol L-1 de anilina a 50 mV s-1. Os valores de carga anódica total obtidos durante os estágios de eletropolimerização evidenciaram diferenças mecanísticas na polimerização da anilina sobre os diferentes aços. Os materiais poliméricos foram caracterizados por resposta eletroquímica, espectroscopias de impedância eletroquímica (EIS), de ultravioleta-visível (UV-vis-NIR), de infravermelho (IV), difração de raios X (DRX), além de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os filmes de PAni sobre aço AISI 420, em relação aos demais aços, apresentam diferenças significativas de morfologia. Adicionalmente, pode também ser observado que os aços com maior quantidade de cromo em sua composição, minimizam a formação de uma camada de oxalato de ferro, a qual é intermediária entre o metal e o filme de PAni. A camada de oxalato de ferro diminui as interações galvânicas entre o polímero e ferro do metal, promovendo a formação de filmes de PAni porosos e menos aderentes. A viabilidade de aplicação dos filmes de PAni dopados e desdopados, na proteção contra a corrosão dos aços inoxidáveis foi observada mediante polarização potenciodinâmica em solução aquosa de NaCl. Os parâmetros eletroquímicos extraídos das curvas demonstraram que o filme de PAni, no estado desdopado, é o que protege mais efetivamente os aços AISI 304 e AISI 430 contra a corrosão. A partir dos ensaios de corrosão e análises de EIS, foi proposto um mecanismo de deposição da PAni, o qual evidencia que a natureza do substrato metálico tem forte influência na formação dos filmes de PAni, quando a composição e a microestrutura dos aços são diferentes. / In this work were obtained polyaniline films from electropolymerization for cyclic voltammeter, on different stainless steels: (AISI-304) austenitic, (AISI-430) ferritic and martensytic (AISI-420), in oxalic acid media. PAni-films were prepared from 0.3 mol L-1 oxalic acid containing 0.1 mol L-1 aniline at 50 mV s-1. The values of total anodic charge obtained during polymerization stages demontrated difference mechanistic in the aniline polymerization on different steels. Polymeric materials were characterized for electrochemistry response and different techniques: electrochemistry impedance (EIS), ultraviolet-visible (UV-vis-NIR), infrared (IR), ray-X diffraction spectroscopes and scanning electronic microscopy (SEM). PAni films on AISI-420 steel demonstrated significant differences in the morphology, when compared another steels. Also, can be observed that the steels with chromium high content in your composition minimize the formation of iron oxalate layer, which is intermediary between the metal and PAni films. Iron oxalate layer diminishes both the galvanic interactions between the polymer and iron ions of metal and it promotes both the porous PAni films formation and lower adherence. The application viability of PAni films, in both doped and undoped states, for the protection against corrosion of stainless steels was investigated for potentiodynamic polarization in NaCl aqueous solution. The electrochemistry parameters extracted of curves demonstrated that undoped PAni films protect the AISI-304 and AISI-430 against corrosion, more effectively. With the corrosion assays and EIS analysis can be proposed a mechanism of PAni deposition, which evidence that the metallic substrate nature has strong influence on PAni films electropolymerization when both the composition and the steels microstructure differ between them.

Orientador: Maria Isabel Felisberti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T14:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandrino_EvandroMendes_M.pdf: 5484383 bytes, checksum: 6b7a12479a8a08d807230df845e7bd12 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A combinação de polianilina (PAni) com termoplásticos, elastômeros e termorrígidos na forma de compósitos e blendas tem sido amplamente estudada nas últimas duas décadas. Entretanto, a utilização de termoplásticos de alto desempenho térmico em compósitos ou blendas com polianilina tem sido pouco explorada devido às altas temperaturas de processamento destes termoplásticos e no fato de que, nestas condições, a PAni se apresenta termicamente instável de acordo com a natureza do dopante utilizado. A poli(éter imida) (PEI) é um termoplástico de engenharia que apresenta boas propriedades térmicas e mecânicas, porém apresenta altas temperaturas de processamento. Nesta dissertação de Mestrado, PAni foi sintetizada em escala laboratorial através de oxidação química, gerando a PAni dopada com ácido clorídrico (PAni HCl). A PAni HCl foi desdopada e redopada para obtenção de PAni dopada com ácido p-tolueno sulfônico (PAni APTS) ou com um complexo de cobalto com acetonitrila (PAni CoAcn). Foram preparados compósitos de PEI com PAni APTS, com teor de PAni entre 2,5 a 20% em massa, por extrusão em uma mini-extrusora dupla rosca. Compósitos de PEI plastificada (PEIR) com resorcinol bis(difenil fosfato) (RDP) também foram preparados com PAni APTS ou PAni CoAcn, com a mesma faixa de concentração em massa. As PAni sintetizadas e os compósitos foram caracterizados por métodos térmicos, morfológicos, mecânicos e elétricos. Os compósitos apresentam boas propriedades mecânicas e térmicas, principalmente os compósitos com PAni CoAcn, porém eles apresentam características de materiais isolantes / Abstract: The combination of polyaniline (PAni) with thermoplastics, thermosets and elastomers as composites and blends has been widely studied in the last two decades. However, the use of high thermal performance thermoplastic in composites or blends with polyaniline has been little explored due to the high processing temperatures of these thermoplastics and the fact that under these conditions the PAni presents thermal instability according to the nature of the dopant used. The polyetherimide (PEI) is an engineering thermoplastic presenting good thermal and mechanical properties, however, it is processed in the melting state at high temperatures. In this dissertation, PAni was synthesized in laboratory scale by chemical oxidation, leading to hydrochloric acid doped PAni (PAni HCl) was dedoped and redoped to obtain p-toluene sulfonic acid doped PAni (PAni APTS) or a cobalt - acetonitrile complex doped PAni (PAni CoAcn). PEI composites were prepared with PAni APTS, in the composition range of 2.5 to 20wt%, by extrusion in a twin screw mini-compounder. PEI plasticized composites (PEIR) with resorcinol bis(diphenyl phosphate) (RDP), were also prepared with PAni APTS and PAni CoAcn, at the same composition range. The PAni synthesized and the composites were characterized by thermal, morphological, mechanical and electrical methods. The composite exhibited good mechanical and thermal properties, especially those with PAni CoAcn, nevertheless they still stand as insulating materials / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T05:15:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_JoyceRodriguesde_D.pdf: 3671133 bytes, checksum: c0208a3fbc4c962177c7cf09361d5293 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Materiais antiestáticos têm aplicações tecnológicas muito diversificadas. Seu principal objetivo é dissipar a eletricidade estática que pode acumular em sua superfície reduzindo o risco de ocorrência de faíscas. Trabalhos anteriores mostraram que a fibra de Curauá atua como agente de reforço em matrizes termoplásticas, como polietileno, polipropileno e poliamida-6. Comprovada a eficiência da fibra de Curauá em promover o efeito de reforço em matrizes termoplásticas com vantagens em relação a outras fibras vegetais, buscou-se neste trabalho aliar propriedades elétricas às excelentes propriedades mecânicas destes compósitos recobrindo as fibras vegetais com um polímero condutor, a polianilina, PAni. Na primeira parte deste trabalho, os compósitos foram processados em uma mini-extrusora contra-rotatória utilizando baixo teor de FC-PAni (de 5 a 15 wt%). Além de promover condutividade elétrica, foi observado que as fibras modificadas aumentaram a eficácia do efeito de reforço das fibras de curauá na matriz poliamida-6 devido ao aumento da adesão interfacial entre a matriz e a fibra. Na segunda parte deste trabalho, foi desenvolvido o método de preparação em escala piloto da FC-PAni e as mesmas foram incorporadas à matriz polimérica (em teores de 5 até 30 wt%) em uma extrusora dupla-rosca co-rotante interpenetrante e os corpos de prova foram moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por ensaios mecânicos, ensaios de índice de fluidez do fundido, condutividade elétrica e microscopia eletrônica de varredura. As propriedades eletroquímicas dos compósitos e da PAni pura foram investigadas por voltametria cíclica, enquanto que o estado de oxidação da PAni foi verificado por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X e UV-visível. Os resultados obtidos mostraram que o recobrimento das fibras com a polianilina ocorreu de maneira uniforme e promoveu um aumento da interação entre as fibras e a poliamida-6 devido à hidrofilicidade de ambos / Abstract: Antistatic materials have very diverse technological applications. Its main purpose is to dissipate static electricity that can accumulate on the surface of a polymer, reducing the risk of sparks. Previous studies have shown that Curauá fibers act as a reinforcing agent for thermoplastic matrices, such as polyethylene, polypropylene and polyamide-6. Proven efficiency of Curauá fibers in promoting the reinforcement effect, with advantages in relation to other vegetable fibers, the aim of this study is to combine the mechanical properties of these fibers with the electrical properties of the polyaniline, PAni. In the first part of this work, the composites were prepared in a counter-rotating mini-extruder using low content of CF-PAni (5 to 15 wt%). The addition of PAni coated curauá fibers to the polyamide-6 generated electrical conductivity and also improved the reinforcement effect of the fiber in the matrix due to the improvement of matrix-fiber interfacial adhesion. In the second part of this work, polyaniline was prepared and deposited on the surface of the fibers on a pilot plant scale and the composites were prepared by extrusion and injection molding (fiber content of 5 to 30 wt%) . The composites were characterized by electrical conductivity measurements using the four-probe method. The electrochemical properties and the doping degree of the PAni coated curauá fibers were evaluated by cyclic voltammetry and UV-vis spectroscopy. The effect of the PAni coating on the mechanical properties of the composites was evaluated by tensile, flexural and impact tests. The morphology was studied by scanning electron microscopy. The chemical interaction between polyaniline, polyamide-6 and curauá fibers was analyzed by infrared spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy. The results showed that the polyaniline coating was uniform and increased the chemical interaction between the fibers and polyamide-6 due to the hydrophilicity of both / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutora em Ciências

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This thesis describes the development of high performing low-cost and low-power ammonia sensors on plastic substrates using solution processing techniques. As a part of the Marie Curie Initial Training Networks, FlexSmell project aimed at the realisation of such sensors as elements of a sensing system on flexible tags for wireless compatible applications. Ammonia was selected as the target analyte due to its importance in many application fields including food industry, air and water quality monitoring. Polyaniline, a conjugated polymer, was used as the sensing layer for chemiresistive detection of ammonia because of its well-known gas sensing properties. Two distinctive strategies were adapted to tackle doped polyaniline’s lack of solution processablity. Firstly, dopant engineering was utilised to prepare doped polyaniline formulations in aprotic solvents such as n-methyl-2-pyrrolidone. Hybrid composites were then prepared by simply mixing the polyaniline solutions and carbon nanoparticles. Sensors made by spin coating the polyaniline hybrid composites on plastic substrates operating at ~80 °C showed sensitivities more than 6 times higher than that of a commercial metal oxide sensor when exposed to sub-ppm concentrations of ammonia in air. The incompatibility of the multifunctional dopants used in this method with printed electronics, as well as the high boiling point and toxicity of the solvent led to the second approach. A two-step vapour-phase deposition polymerisation method was exploited to in-situ polymerise different polymeric acid-doped polyaniline thin films on plastic substrates. Polyaniline sensors doped with poly(4-styrenesulphonic acid), demonstrated sensitive response to sub-ppm concentrations of ammonia vapour under both dry and humid conditions. These sensors showed enhanced recovery and repeatability when operated at elevated temperatures. Moreover, room temperature ammonia sensors were realised using Nafion as the dopant. Finally, ammonia sensors were made on small (~1 mm^2) printed polymeric micro-hotplates using a vapour-phase deposited polyaniline sensing layer in order to allow reliable operation at ~95 °C with power consumptions as low as 35 mW. Such low-cost, low-power, sensitive and selective ammonia chemiresistors may be incorporated in smart RFID tags for food, air and water quality monitoring.

O estudo de polímeros condutores desperta um enorme interesse científico e tecnológico devido às diversas aplicações possíveis para esses materiais, como o desenvolvimento de dispositivos eletro-eletrônicos e sensores. Através de processos de dopagem esses polímeros tornam-se eletroativos, possibilitando por meio de técnicas eletroquímicas a determinação de diversas substâncias. Na agropecuária, a utilização intensiva e crescente de produtos químicos como pesticidas e fertilizantes, tem provocado diversas contaminações e agressões, despertando interesse na utilização de sensores para o monitoramento dessas substâncias em tempo real. Os eletrodos modificados com polímeros condutores têm-se apresentado como uma alternativa devido a algumas peculiaridades como alta estabilidade física e química e excelentes possibilidades analíticas devido à versatilidade da polimerização eletroquímica. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de novos materiais de eletrodos modificados com polímeros condutores para a determinação eletroanalítica de pesticidas. Os pesticidas estudados foram os herbicidas 2,4-D, bentazon, glifosato, paraquat e o inseticida paration metílico. Foram realizadas medidas voltamétricas e de impedância com eletrodos de carbono vítreo, pasta de carbono e eletrodos modificados com polianilina e polipirrol, visando a obtenção de sensores para a detecção destes pesticidas. Estudos de interação dos pesticidas com os polímeros foram realizados utilizando-se a técnica de espectrofotometria de UV-visível para a determinação da concentração dos pesticidas em estudos cinéticos. Também utilizou-se a espectroscopia de impedância eletroquímica para auxiliar no entendimento das interações entre os pesticidas e os polímeros condutores. Adicionalmente foi aplicada uma metodologia de análise de fluxo descontínuo (BIA), utilizada com sucesso na determinação de metais, para a determinação de pesticidas. Os resultados mostraram uma seletividade nas interações entre os polímeros condutores e os pesticidas. Por meio da resposta voltamétrica dos polímeros condutores, os eletrodos de pasta modificados com polianilina e polipirrol mostraram-se hábeis na detecção dos pesticidas não eletroativos como o 2,4-D, o bentazon e o glifosato, bem como na determinação do paraquat. Estes resultados atribuem aos eletrodos modificados desenvolvidos neste trabalho a característica de sensores de diagnóstico da presença destes pesticidas em solução. A metodologia de BIA na determinação de pesticidas, apresentou inúmeras vantagens do ponto de vista analítico, como a não renovação da superfície de eletrodo, micro-volumes de injeção de amostra, dezenas de análise sem troca do eletrólito suporte, tempos de análise inferiores a um segundo bem como a possibilidade de utilização de dispositivo portátil para análises em campo. / Studies of conducting polymers have great technological and scientific interest due to many possibilities of applications like the development of electronic devices and sensors. By means of a doping process these polymers became electroactives, allowing the determination of substances that specifically interact with the polymers. In agriculture the intensive and constant use of chemical substances as pesticides and fertilizers are causing several environmental contamination and the development of sensors for real time analysis has been a research field of intense interest. Electrodes modified with conducting polymers have several interesting characteristics as their high physical and chemical stability and excellent analytical possibilities, due to the versatility of the electrochemical polymerization. The objective of the present work was the development of electrode materials modified with conducting polymers for the electroanalytical determination of pesticides. The pesticides studied were the herbicide 2,4-D, bentazon, gliphosate and paraquat and the insecticide methylparathion. Voltammetric measurements were performed on glassy carbon and carbon paste electrodes modified with polianiline and polipirrol to obtain a procedure for the pesticides measurement. Studies of interaction between the pesticides and the polymers were performed using UV-visible spectrophotometry for pesticide concentration determination kinetic sorption experiments and the electrochemical impedance technique was also used to evaluate such sorption processes. Batch Injection Analysis (BIA), a technique successfully used for the analysis of metals, was also tested for the determination of the herbicide paraquat. Results obtained from the kinetic studies and the voltammetric and impedance experiments showed some selectivity for the interaction of the pesticide with the two polymers. By means of the voltammetric response of the polymers, the carbon paste electrode modified with polianiline showed to be very suitable for the detection of the herbicide 2,4-D, bentazon and gliphosate, but not for paraquat and methilparathion. On the other hand the carbon paste electrode modified with polipirrol detect only the gliphosate and paraquat. The results shows that the detection of the paraquat and the gliphosate by the polipirrol are not influenced by protonation, whereas the detection of the 2,4-D, bentazon and gliphosate by the polianiline are due to sorption and consequent doping of the polymer by the pesticides, which have acidic behavior. The BIA technique used for the detection of the pesticide paraquat, showed a good sensitivity and could be used in the future for the analysis of such substances with many advantages when compared with conventional electroanalytical procedures.