53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Materiais

TÍTULO: Síntese de NiFe2O4 pelo método dos precursores poliméricos (PECHINI), para o uso em compósitos a base de PVDF

AUTORES: Trombini, D.C. (UFGD) ; Rubio, F.M. (UFGD) ; Falcao, E.A. (UFGD) ; Caires, A.R.L. (UFGD) ; Botero, E.R. (UFGD)

RESUMO: Nesse trabalho foram sintetizados filmes de Poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), dopados com ferrita de níquel (NiFe2O4) nanopartículada, em diversas razões de concentração, obtidas pelo método de Pechini, e caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para a síntese dos filmes realizou a dissolução do PVDF e da ferrita de níquel, separadamente, em dimetilformamida, com posterior remoção do solvente de maneira controlada, afim de se obter as fases desejadas e íntegras. Os compósitos seram caracterizados estruturalmente por Espectroscopia de Infra-vermelho por Transformada de Fourier (FTIR), e pela análise da distribuição das partículas de NiFe2O4 na matriz do PVDF.

PALAVRAS CHAVES: PVDF; ferrita de níquel; compósitos

INTRODUÇÃO: A sofisticação no desenvolvimento de materiais magnéticos é tanta que já podem ser controladas estruturas em escala nanométrica. É a era da nanotecnologia por isso é cada vez mais necessário compreender os fenômenos que têm sido descobertos nos materiais magnéticos em tal escala assim como desenvolver métodos de síntese destes materiais que permitam controlar as suas propriedades(VALENZUELA, R. ,1994). As propriedades de materiais nanoestruturados podem ser separadas em duas contribuições: uma surge das próprias nanoparículas e outra surge da interação entre elas. Por exemplo, as propriedades magnéticas podem exibir efeitos relacionados com a temperatura e o tamanho da estrutura (Alves, 2011). As ferritas são um grupo de materiais magnéticos muito bem estabelecidos. Contudo, melhoramentos e inovações continuam ocorrendo, novas aplicações, teorias e técnicas de preparação estão em constante desenvolvimento. Cita-se como exemplo destes melhoramentos, as nanopartículas de ferritas magnéticas. Estas nanopartículas sintetizadas quimicamente têm atraído considerável atenção devido ás suas aplicações em: ferrofluidos, revestimentos absorvedores de radar, sistemas magnéticos de gravação para armazenamento de informação, catálise, pigmentos, sensores, melhoramento de imagem por ressonância magnética, distribuidores de drogas guiados magneticamente(MAENSIRI et al., 2007). Entre os métodos de síntese químicos existentes o método Pechini (percussores poliméricos) tem sido visto como um método promissor, uma vez que este possibilita utilizar diferentes faixas de temperatura e diferentes proporções de cátions metálicos, o que é importante para a obtenção de pós com boa homogeneidade, cristalinidade, monofásicos e nanométricos(JUNLIANG et al., 2009).

MATERIAL E MÉTODOS: Neste trabalho utilizou o método de Pechini para a síntese de nanopartículas de ferritas de níquel. Para a síntese utilizou-se as seguintes proporções: metal/ ácido cítrico/etileno glicol, 1/3/6. Inicialmente dissolveu 30,06g de ácido cítrico em 120ml de etanol, isto em agitação e em temperatura ambiente, por 15 minutos. Em seguida solubilizou os metais separadamente (Fe(NO3)3•9H2O e NiCl2•6H2O), para ajudar na solubilização adicionou-se 4 gotas de HNO3, sob agitação, com temperatura controlada variando de 60-80ºC por 20 minutos. Depois adicionou-se a solução de nitrato de ferro em seguida a solução de cloreto de níquel no ácido cítrico, agitou-se por 15 minutos com temperatura variando de 60-70ºC, então adicionou-se o etileno glicol aos quelatos sob agitação e aquecimento a temperatura usualmente entre 60-80ºC, ocorrendo assim a formação de um éster, devido a condensação entre o álcool e o quelato ácido. O éster foi então pirolisado com temperatura de 380ºC por 4h. Após a pirólise o material obtido foi moído em um almofariz, e calcinado a temperatura de 5000C, por 4h, promovendo assim a oxidação dos cátions e formando as nanopartículas desejadas. Depois fez-se a dissolução do PVDF e das ferritas de níquel (NiFe2O4) separadamente em dimetilformamida, com posterior remoção do solvente de maneira controlada, com temperatura fixa de 50ºC, tempo de 6h e variando as concentrações, trabalhando com as seguintes proporções 90/10, 80/20 e 70/30 em razão de porcentagem PVDF/Ferrita. Com os filmes dos compósitos foram feitas análises estruturais usando espectroscopia de infra-vermelho à temperatura ambiente diretas sobre os filmes. Para essas análises, utlizou-se medidas de 128 ciclos; resolução de 4,0 cm-1; na região de 4000 a 400 cm-1. Tambem realizou-se as análises de MEV.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Pelo fato de se ter como meta final da produção de ferrita um produto na forma de pó para posterior processo de dispersão em uma matriz polimérica, a microscopia eletrônica de varredura foi útil para avaliação do aspecto microestrutural das amostras tratadas termicamente. A Figura 1 apresenta a morfologia do pó da NiFe2O4 obtida pelo método de Pechini. Com a caracterização do MEV observou-se a formação de aglomerados, mas mesmo assim foi possível verificar estruturas nanopartículadas ao qual apresentou variação de tamanho aproximadamente de 100 a 200 nanometros. Provavelmente a formação de aglomerados é devido ao método de síntese, pois o método dos precursores poliméricos tem este ponto como desvantagem. Pela as análises de espectroscopia de infra-vermelho, como apresentado na Figura 2, das amostras dos compósitos de PVDF/ NiFe2O4 ( 90/10%, 80/20% e 70/30%) , verificou-se bandas deslocadas em 510 e 839 cm-1, que são características da forma β do polímero PVDF. Banda de NiFe2O4 foi encontrada na região de 400 e 600 cm-1, que corresponde a sítios tetraédricos e octaédricos respectivamente [8]. Para determinar a concentração de fase β do PVDF realizou-se cálculos a partir da metodologia proposta por SALIMI[9], isto para as diferentes concentrações, obtendo-se, para cada uma, valores próximos a 70% de fase β. A partir da caracterização do FTIR, e dos cálculos realizados é possível comprovar que há predominância da fase β do PVDF. Este fato revela que outros parâmetros, como a temperatura e o tempo de secagem, o tamanho das partículas e a forma de alojamento na matriz do polímero podem ter influências mais significativas do que as observadas. Obviamente, conclui-se que é possível obter fase β diretamente da solução, quando a temperatura de cristalização é inferior a 70ºC.

Figura 1

MEV da NiFe2O4 tratada à 500ºC.

figura 2

FTIR dos compositos de PVDF com ferrita de niquel

CONCLUSÕES: A partir das análises de FTIR realizadas nos compósitos em diferentes proporções, foi admissível destacar bandas características do PVDF,assim como bandas características da NiFe2O4. Determinou-se a formação predominante da fase β da matriz polimérica,esta que é de grande consideração ao estudar compósitos derivados de PVDF, devido suas propriedades elétricas. Logo as condições de processamento influenciam a morfologia, as fase presente no PVDF e as propriedades dos compósitos. Estudos posteriores sobre a estrutura cristalina, e propriedades magnetoelétrico dos compósitos devem ser realizados.

AGRADECIMENTOS: A CNPQ e aos professores do grupo de Optica.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial. Cartilha sobre nanotecnologia. Resp. Técnico: Professor Oswaldo Luiz Alves. 2011.
JUNLIANG, L.; ZHANG, W.; CUIJING, G.; YANWEI, Z. Synthesis and magnetic properties of quase-single domaim M-type barium hexaferrite powders via sol-gel auto-combustion: Effects of pH and the ratio of citric acid to metal ions (CA/M). Journal of Alloys and Compounds. v.479, p.863-869, 2009.
MAENSIRI, S.; MASINGBOON, C.; BOONCHOM, B.; SERAPHIN, S. A simple route to synthesize nickel ferrite (NiFe2O4) nanoparticles using egg white. Scripta Materialia. v.56, p.797-800, 2007.
SALIMI, A.; YOUSEFI, A.A. Conformational Changes and Phase Transformation Mechanisms in PVDF Solution-Cast Films. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. v.42, p.3487-3495, 2004.
SRIVASTAVA, M.; OJHA, A, K.; CHAUBEY, S.; MATERNY, A. Synthesis and optical characterization of nanocrystalline NiFe2O4 structures. Journal of Alloys and Compounds. v.481, p.515–519, 2009.
VALENZUELA, R. Chemistry of Solid State Materials: Magnetic Ceramics. New York: Cambridge University Press. V.4, 1994.