BR102013008369A2 - PROCESSES FOR PREPARING A PT3MA AND PBS CONDUCTING POLYMERIC MIXTURE, A BIODEGRADABLE CONDUCTIVE MEMBRANE, A PT3MAIPVDFIZNSIO4: MN COMPOSITE, AND AN ELECTROLUMINESCENT DEVICE - Google Patents
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Abstract
"processos de preparação de uma mistura polimérica condutora de pt3ma e pbs, de uma membrana condutora biodegradável, de um compósito de pt3maipvdfiznsio4:mn, e de um dispositivo eletroluminescente". a presente invenção descreve um processo de preparação de mistura polimérica condutora de poli(3-tiofeno acetato de metila) e poli(butileno succinato) (pt3ma e pbs) compreendendo a dissolução de poli(3-tiofeno acetato de metila) e poli(butileno succinato). adicionalmente, a presente invenção se refere a um processo de preparação de uma membrana condutora biodegradável compreendendo a mistura polimérica condutora de pt3ma e pbs. além disso, a presente invenção se refere a um processo de preparação de uma mistura polimérica condutora de poli(3-tiofeno acetato de metila)/poli(fluoreto de vinilideno) (pt3ma e pvdf), e a um processo de preparação de um dispositivo eletroluminescente compreendendo a mistura polimérica condutora de pt3ma e pvdf."processes for preparing a conductive polymer mixture of pt3ma and pbs, a biodegradable conductive membrane, a composite of pt3maipvdfiznsio4: mn, and an electroluminescent device". The present invention describes a process for preparing a poly (3-thiophene acetate methyl) and poly (butylene succinate) (pt3ma and pbs) conductive polymer mixture comprising dissolving poly (3-thiophene acetate) and poly (butylene). succinate). Additionally, the present invention relates to a process for preparing a biodegradable conductive membrane comprising the conductive polymer mixture of pt3ma and pbs. furthermore, the present invention relates to a process for preparing a conductive polymeric mixture of poly (3-thiophene methyl acetate) / poly (vinylidene fluoride) (pt3ma and pvdf), and a process for preparing a device electroluminescent compound comprising the conductive polymer mixture of pt3ma and pvdf.
Description
“PROCESSOS DE PREPARAÇÃO DE UMA MISTURA POLIMÉRICA CONDUTORA DE PT3MA E PBS, DE UMA MEMBRANA CONDUTORA BIODEGRADÁVEL, DE UM COMPÓSITO DE PT3MA/PVDF/ZNSIO4:MN, E DE UM DISPOSITIVO ELETROLUMINESCENTE.“PROCESSES FOR THE PREPARATION OF A CONDUCTIVE POLYMERIC MIXTURE OF PT3MA AND PBS, A BIODEGRADABLE CONDUCTIVE MEMBRANE, A COMPOSITE OF PT3MA / PVDF / ZNSIO 4 : MN, AND AN ELECTRUMUMINESCENT DEVICE.
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION
A presente invenção se refere ao processo de preparação de misturas poliméricas condutoras compreendendo Poli(3-tiofeno acetato de metila) e Poli(butileno succinato) (PT3MA e PBS), às membranas ultrafinas condutores biodegradáveis produzidas a partir das referidas misturas poliméricas. Além disso, 10 a presente invenção se refere a um compósito de Poli(3-tiofeno acetato de metila)/Poli(fluoreto de vinilideno)/Silicato de zinco dopado com manganês (PT3MA/PVDF/ZnSiO4:Mn) e a filmes aplicáveis a dispositivos eletroluminescentes produzidos a partir dos referidas compósitos.The present invention relates to the process of preparing conductive polymeric mixtures comprising Poly (methyl 3-thiophene acetate) and Poly (butylene succinate) (PT3MA and PBS), to the biodegradable conductive ultrafine membranes produced from said polymeric mixtures. In addition, the present invention relates to a composite of Poly (methyl 3-thiophene acetate) / Poly (vinylidene fluoride) / Manganese doped zinc silicate (PT3MA / PVDF / ZnSiO4: Mn) and films applicable to electroluminescent devices produced from said composites.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
Atualmente, uma grande parte dos objetos presentes em nossa vida é constituída por polímeros. As boas propriedades mecânicas, a fácil processabilidade e o baixo custo têm sido as principais causas do extensivo uso de polímeros. Entretanto, os polímeros não têm se restringido apenas a aplicações básicas do cotidiano. Desde o início da década de 80, pesquisas envolvendo 20 estudos das propriedades físico-químicas e elétricas destes têm contribuído para t avanço tecnológico em diversas áreas, como a da medicina e a da microeletrônica.Currently, a large part of the objects present in our lives are made up of polymers. Good mechanical properties, easy processability and low cost have been the main causes of the extensive use of polymers. However, polymers have not been restricted to basic everyday applications. Since the beginning of the 1980s, research involving 20 studies of their physical-chemical and electrical properties has contributed to technological advances in several areas, such as medicine and microelectronics.
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Nesse contexto, uma classe de polímeros muito especial denominada de polímeros condutores têm sido investigada devido às boas propriedades elétricas que possuem. Polianilinas, polipirróis e polítiofenos são alguns dos polímeros estudados por apresentarem boa condutividade elétrica. A condução nestes polímeros ocorre por meio do transporte de cargas ao longo das cadeias poliméricas por rearranjo das ligações duplas e simples dos sistemas pconjugados, quando sob efeito de um campo elétrico. A confecção de dispositivos eletrônicos com estes polímeros tem aumentado nestes últimos anos, dos quais podemos destacar os diodos orgânicos emissores de luz OLEDs, diodos emissores de luz poliméricos PLEDs, dispositivos eletrônicos poliméricos eletroluminescentes e os dispositivos fotovoltaicos.In this context, a very special class of polymers called conductive polymers has been investigated due to their good electrical properties. Polyanilines, polypyrroles and polythiophenes are some of the polymers studied for presenting good electrical conductivity. The conduction in these polymers occurs through the transport of charges along the polymeric chains by rearranging the double and simple connections of the jointed systems, when under the effect of an electric field. The manufacture of electronic devices with these polymers has increased in recent years, of which we can highlight the organic light-emitting diodes OLEDs, PLEDs polymeric light-emitting diodes, electroluminescent polymeric electronic devices and photovoltaic devices.
Em busca da melhor relação polímero/polímero para uma mistura polimérica e polímero/material inorgânico para um compósito, pesquisas sobre as propriedades destes novos materiais têm sido realizadas com o intuito de investigar suas propriedades químicas, mecânicas, elétricas e ópticas. Estes estudos envolvendo misturas de polímeros e inorgânicos têm como objetivo obter um ponto de equilíbrio nas propriedades do produto final para que este esteja adequado para aplicação destinada. Por exemplo, um polímero pobre em condutividade elétrica, mas com boa propriedade mecânica poderá se tornar condutor se a ele for adicionado e misturado outro polímero com a propriedade condutora desejada.In search of the best polymer / polymer ratio for a polymeric mixture and polymer / inorganic material for a composite, research on the properties of these new materials has been carried out in order to investigate their chemical, mechanical, electrical and optical properties. These studies involving mixtures of polymers and inorganics aim to achieve a balance point in the properties of the final product so that it is suitable for its intended application. For example, a polymer poor in electrical conductivity, but with good mechanical property can become conductive if another polymer with the desired conductive property is added and mixed.
Diversos métodos de polimerização de monômeros são conhecidos atualmente, dentre os quais se destacam a síntese química, a sínteseSeveral methods of polymerization of monomers are currently known, among which chemical synthesis, synthesis
3/50 eletroquímica e a síntese fotoquímica. A escolha do método depende do monômero de partida, pois nem todos sofrem polimerização por ambas as técnicas. O politiofeno é um polímero condutor que pode ser sintetizado pelas 3 técnicas.3/50 electrochemistry and photochemical synthesis. The choice of method depends on the starting monomer, as not all undergo polymerization by both techniques. Polythiophene is a conductive polymer that can be synthesized by the 3 techniques.
O polímero Poli(estireno succinato) (PBS), mais conhecido pelo nome comercial Poliéster 4,4, pertencente a classe de poliésteres alifáticos é bastante conhecido pelo seu alto desempenho ecológico como plástico biodegradável.The Poly (styrene succinate) polymer (PBS), better known by the trade name Polyester 4.4, belonging to the class of aliphatic polyesters is well known for its high ecological performance as biodegradable plastic.
Neste sentido, a preparação de uma mistura polimérica PBS/politiofeno abre perspectiva para confecção de um novo material com propriedades 10 condutoras e biodegradável. A presente invenção, portanto, descreve a obtenção de nanomembranas sobre substrato de ITO por spinner usando camada intermediária de um polímero solúvel em etanol (Polímero de sacrifício) que foi usada para obtenção de nanomembranas da mistura polimérica Poli(3-tiofeno acetato de metila)/Poli(estireno succinato) PT3MA/PBS.In this sense, the preparation of a polymeric PBS / polythiophene mixture opens up the prospect of making a new material with conductive and biodegradable properties. The present invention, therefore, describes the obtaining of nanomembranes on ITO substrate by spinner using an intermediate layer of a polymer soluble in ethanol (Sacrifice Polymer) which was used to obtain nanomembranes from the polymeric mixture Poly (methyl 3-thiophene acetate) / Poly (styrene succinate) PT3MA / PBS.
A preparação de membranas condutoras constituídas de politiofenos e polifluorados tem sido objeto de pesquisa de grupos de pesquisadores devido à combinação, respectiva mente, das suas propriedades condutoras e mecânicas. Estudos sobre misturas poliméricas dos polímeros obtidos por síntese template via reação eletroquímica do polímero condutor ou por técnica de mistura reativa sobre condições de aquecimento e resfriamento têm sido reportados na literatura.The preparation of conductive membranes made up of polythiophenes and polyfluorides has been the subject of research by groups of researchers due to the combination, respectively, of their conductive and mechanical properties. Studies on polymeric mixtures of polymers obtained by template synthesis via electrochemical reaction of the conductive polymer or by reactive mixing technique on heating and cooling conditions have been reported in the literature.
Neste sentido, a síntese fotoquímica de politiofenos em soluções aquosas contendo matrizes microporosas de Poliffluoreto de vinilideno) surge como uma opção para o aumento da condutividade nos polifluorados, tipicamente isolantes, eIn this sense, the photochemical synthesis of polythiophenes in aqueous solutions containing microporous matrices of vinylidene polyfluoride) appears as an option to increase the conductivity in polyfluorides, typically insulators, and
4/50 assim obter membranas condutoras desta natureza. Assim, a presente invenção descreve condições de reação de monômeros tiofenos em solução aquosa na presença de luz e a síntese fotoquímica destes em matrizes poliméricas de PVDF sendo comportamento elétrico de suas misturas (Politiofeno/PVDF) avaliado por 5 medidas de condutividade elétrica. A introdução de polímeros em dispositivos eletrônicos, como os dispositivos eletroluminescentes, tem contribuído para diminuir os gastos nos seus processos de fabricação. Estes dispositivos são formados por compósitos geralmente constituídos por um lumínóforo e uma mistura polimérica de um polímero matriz isoiante com boas propriedades 10 mecânicas e um polímero condutor. A patente US 6004686, porexmplo, descreve a preparação de material condutivo eletroluminescente que inclui uma camada de partículas de lumínóforo revestida com óxido inorgânico condutivo (ITO) diferentemente deste dispositivo que usa polímeros que aumentam sua flexibilidade. O documento US 2009/0212690, por sua vez, descreve a construção 15 de dispositivos eletroluminescentes flexíveis constituídos por distintas camadas: polimérica e emissora, diferentemente da tecnologia deste dispositivo que usa apenas uma camada com ambos constituintes.4/50 to obtain conductive membranes of this nature. Thus, the present invention describes reaction conditions of thiophene monomers in aqueous solution in the presence of light and their photochemical synthesis in polymeric PVDF matrices being the electrical behavior of their mixtures (Polithiophene / PVDF) evaluated by 5 electrical conductivity measures. The introduction of polymers in electronic devices, such as electroluminescent devices, has contributed to reduce costs in its manufacturing processes. These devices are made up of composites generally made up of a luminophore and a polymeric mixture of an isoiant matrix polymer with good mechanical properties and a conductive polymer. US patent 6004686, for example, describes the preparation of conductive electroluminescent material that includes a layer of luminophore particles coated with conductive inorganic oxide (ITO) unlike this device which uses polymers that increase its flexibility. US 2009/0212690, in turn, describes the construction 15 of flexible electroluminescent devices consisting of different layers: polymeric and emitter, unlike the technology of this device which uses only one layer with both constituents.
Dessa forma, a fabricação de um dispositivo constitutído pelo compósito Poli(fluoreto de vinilideno)/Poli(3-tiofeno acetato de metilaJ/ZnSiO^Mn, abre 20 perspectiva para obtenção de um novo tipo de dispositivo eletroluminescente.Thus, the manufacture of a device made up of the poly (vinylidene fluoride) / poly (3-thiophene methyl acetate / ZnSiO ^ Mn) composite opens up the prospect of obtaining a new type of electroluminescent device.
Paralelamente à determinação de propriedades elétricas das misturas Politiofeno/PVDF a presente invenção descreve adicionalmente propriedades óptico-elétricas de dispositivos contendo filmes monocamadas sobre substrato deIn parallel to the determination of the electrical properties of the polythene / PVDF mixtures, the present invention additionally describes the optical-electrical properties of devices containing monolayer films on substrate of
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ITO obtido pela adição de silicato de Zinco dopado com manganês em soluções constituídas por misturas poliméricas Politiofeno/PVDF.ITO obtained by adding zinc silicate doped with manganese in solutions consisting of polymeric Polythiophene / PVDF mixtures.
A física, a química e as engenharias são áreas da ciência aplicada que realizam pesquisas com objetivo de buscar novos materiais, especialmente os poliméricos, em substituição àqueles até então denominados convencionais, como por exemplo, os metais e cerâmicos. Estes últimos em geral possuem boas propriedades de resistência mecânica, no entanto na maioria dos casos possuem baixa resistência, difícil processamento e moldabilidade além de elevados custo de produção. Por outro lado, os materiais poliméricos possuem propriedades 10 diferenciadas como leveza, transparência a luz, moldabilidade e alta resistência quimicamente que associados a grande diversidade e ao baixo custo de produção tornam-se bastantes atrativos industrialmente. Devido às propriedades semicondutoras de alguns polímeros, estudos sobre a avaliação de suas propriedades elétricas têm sido realizados. Hoje podem ser vistas aplicações 15 destes em células fotovoltaicas, em dispositivos eletroluminescentes e em eletro, quimio e biosensores. Estes estudos visam a substituição dos materiais condutores inorgânicos e metálicos tradicionais por polímeros eletroativos. Em transdutores piezelétricos, Poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF), seus copolímeros e materiais híbridos (compósitos e misturas poliméricas) têm substituído os 20 tradicionais eletrodos de óxido de zinco e PZT.Physics, chemistry and engineering are areas of applied science that carry out research with the objective of looking for new materials, especially polymeric ones, replacing those hitherto called conventional, such as metals and ceramics. The latter in general have good mechanical resistance properties, however in most cases they have low resistance, difficult processing and moldability in addition to high production costs. On the other hand, polymeric materials have differentiated properties such as lightness, transparency to light, moldability and high chemical resistance which, associated with great diversity and low production cost, become quite attractive industrially. Due to the semiconductor properties of some polymers, studies on the evaluation of their electrical properties have been carried out. Today 15 applications of these can be seen in photovoltaic cells, electroluminescent devices and electro, chemo and biosensors. These studies aim to replace traditional inorganic and metallic conductive materials with electroactive polymers. In piezoelectric transducers, Poly (vinylidene fluoride) (PVDF), its copolymers and hybrid materials (composites and polymeric mixtures) have replaced the 20 traditional zinc oxide and PZT electrodes.
Na construção de células fotovoltaicas, politiofenos e polianilinas têm sido usados, respectivamente, como polímeros eletroativos em substituição aos tradicionais eletrodos de sílica e germânio.In the construction of photovoltaic cells, polythiophenes and polyanilines have been used, respectively, as electroactive polymers to replace traditional silica and germanium electrodes.
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Estudos sobre a biodegradabilidade enzimática destes polímeros vêm sendo realizados atualmente. O polímero biodegradável Poli(butileno succinato) PBS está entre os principais polímeros pesquisados. Estudos morfológicos e de condutividade elétrica de alguns nanocompósitos do polímero são citados na 5 literatura.Studies on the enzymatic biodegradability of these polymers are currently being carried out. The biodegradable polymer Poli (butylene succinate) PBS is among the main polymers researched. Morphological and electrical conductivity studies of some polymer nanocomposites are cited in the literature.
Os politiofenos são membros de uma família de polímeros condutores que possuem ótimas propriedades condutoras, eletroluminescentes e ópticas. Estudos e pesquisas sobre estes polímeros têm sido feitos com o objetivo de solucionar o grande número de problemas encontrados durante seu processamento. Os Poli 10 (3-alquil-tiofenos), politiofenos com ramificação na posição 3 da cadeia principal se destacam por conter grupos hidrofílicos que aumentam significamente sua solubilidade em solventes mais polares. A avaliação da hidroficidade e conformação de cadeias laterais de Poli (3-alquil-tiofenos) vem sendo estudado e reportado na literatura devido ao fato de alguns destes polímeros possuírem fácil 15 solubilidade em água. Estudos envolvendo análises conformacionais e condutividades de Poli (3-alquil-tíofenos) indicam a dependência desta propriedade com o caráter hidrofílico/hidrofóbico e com os efeitos histéricos presentes em suas cadeias laterais.Polythiophenes are members of a family of conductive polymers that have excellent conductive, electroluminescent and optical properties. Studies and research on these polymers have been carried out in order to solve the large number of problems encountered during their processing. The Poly 10 (3-alkyl-thiophenes), polythiophenes with branching in the 3 position of the main chain, stand out for containing hydrophilic groups that significantly increase their solubility in more polar solvents. The evaluation of the hydrophobicity and conformation of Poly (3-alkyl-thiophenes) side chains has been studied and reported in the literature due to the fact that some of these polymers have easy solubility in water. Studies involving conformational analysis and conductivity of Poly (3-alkylthiophenes) indicate the dependence of this property on the hydrophilic / hydrophobic character and on the hysterical effects present in its side chains.
A preparação de membranas ultrafinas tem recentemente sido objeto de 2 0 pesquisas em ciência e tecnologia de nanomateriais. Ao mesmo tempo, inúmeras estratégias em melhorar a estabilidade e a integridade mecânica de polímeros condutores susceptíveis a dopagem tipo-p têm sido realizadas em virtude de sua limitação como filme fino orgânico, facilmente oxidado na presença de oxigênio eThe preparation of ultrafine membranes has recently been the subject of 20 research in the science and technology of nanomaterials. At the same time, numerous strategies to improve the stability and mechanical integrity of conductive polymers susceptible to p-type doping have been carried out due to their limitation as organic thin film, easily oxidized in the presence of oxygen and
7/50 pobre em propriedade mecânica. Esta última característica limita suas aplicações tecnológicas.7/50 poor in mechanical properties. This last feature limits its technological applications.
As nanomembranas ultrafinas podem ser aplicadas atualmente na confecção de nanomembranas de separação, na montagem de nanosensores e na montagem de eletrodos usados em determinações eletroquímicas.Ultrathin nanomembranes can currently be applied in the manufacture of separation nanomembranes, in the assembly of nanosensors and in the assembly of electrodes used in electrochemical determinations.
Contudo, como poderá ser observado, nenhum documento do estado da técnica descreve ou sugere um processo de produção de membranas ultrafinas constituídas pelas misturas poliméricas 20:80, 80:20 e 50:50 do poliéster biodegradável Poli (butileno succinato) com o politiofeno poli (3-tiofeno acetato de metila), ambos obtidos por síntese química.However, as can be seen, no state-of-the-art document describes or suggests a process for producing ultrafine membranes made up of 20:80, 80:20 and 50:50 polymeric mixtures of biodegradable polyester (poly butylene succinate) with poly polyethylene (Methyl 3-thiophene acetate), both obtained by chemical synthesis.
O poli (fluoreto de vinilideno) é um polímero fluorado conhecido pelas boas propriedades piezelétricas, mecânicas e isolantes. Afácil moldabilidade, a inerente estabilidade e a alta flexibilidade e dureza de seus filmes são algumas das boas propriedades mecânicas do polímero. O PVDF é um polímero semicristalino (aproximadamente 50% amorfo e 50% cristalino) constituído por unidades respectivas. Suas cadeias possuem uma distribuição linear que proporcionam a formação de dipolos permanentes atribuídos à diferença de eletronegatividade existente entre os átomos de flúor e carbono.Poly (vinylidene fluoride) is a fluorinated polymer known for its good piezoelectric, mechanical and insulating properties. Easy moldability, inherent stability and high flexibility and hardness of its films are some of the good mechanical properties of the polymer. PVDF is a semicrystalline polymer (approximately 50% amorphous and 50% crystalline) consisting of respective units. Their chains have a linear distribution that provide the formation of permanent dipoles attributed to the difference in electronegativity between the fluorine and carbon atoms.
Suas unidades monoméricas podem formar cadeias macromoleculares de até 2000 unidades. O polímero é solúvel em solventes como dimetilformamida, dimetilacetamida, tetra hidrofura no, dímetilsulfóxido, acetofenona, benzofenona e n-metil-2-pirrolidona.Its monomeric units can form macromolecular chains of up to 2000 units. The polymer is soluble in solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, acetophenone, benzophenone and n-methyl-2-pyrrolidone.
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Materiais luminescentes compostos por luminóforos têm sido aplicados na construção de mostradores e painéis digitais usados em televisores e computadores. O luminóforo ZnSiO^.Mn tem sido empregado em muitas aplicações industriais como um fósforo emissor de luz de verde. O uso do material como componente verde de painéis de display de plasma vem sendo proposto na literatura. A concentração do dopante magnésio tem papel fundamental na intensidade da emissão da luz verde. No entanto o pouco tempo de vida do comercial ZnSÍO4:Mn tem limitado sua aplicação em aparelhos de televisão.Luminescent materials composed of luminophores have been applied in the construction of digital displays and panels used in televisions and computers. The ZnSiO ^ .Mn luminophore has been used in many industrial applications as a green light emitting phosphor. The use of the material as a green component of plasma display panels has been proposed in the literature. The concentration of magnesium dopant has a fundamental role in the intensity of green light emission. However the short life span of the commercial ZnSÍO 4 : Mn has limited its application in television sets.
Os polímeros são exemplos de materiais alternativos de baixo custo que podem usados na construção de dispositivos eletrônicos. O polímero condutor politiofeno é bastante conhecido pelos altos valores de condutividade elétrica, quando dopado. O poli (fluoreto de vinilideno) PVDF, no entanto, apresenta um caráter isolante, porém com boas propriedades mecânicas.Polymers are examples of low-cost alternative materials that can be used in the construction of electronic devices. The conducting polythiophene polymer is well known for its high electrical conductivity values when doped. The poly (vinylidene fluoride) PVDF, however, has an insulating character, but with good mechanical properties.
Contudo, como poderá ser observado, nenhum documento do estado da técnica descreve ou sugere dispositivos eletroluminescentes monocamada constituídos por filme de um compósito constituído pela mistura polimérica PVDF/P3TMA 80:20 e luminóforo ZnSiO4:Mn, como é descrito na presente invenção.However, as can be seen, no prior art document describes or suggests monolayer electroluminescent devices consisting of a composite film consisting of the PVDF / P3TMA 80:20 polymeric mixture and ZnSiO 4 : Mn luminophore, as described in the present invention.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
A presente invenção descreve um processo de preparação de uma mistura polimérica condutora de poli(3-tiofeno acetato de metila) e polifbutileno succinato) (PT3MA e PBS) compreendendo a dissolução de poli(3-tiofeno acetato de metila) e polifbutileno succinato), na razão mássica em que a quantidade de PT3MA podeThe present invention describes a process for preparing a polymeric conductive mixture of poly (methyl 3-thiophene acetate) and polyfutyl succinate) (PT3MA and PBS) comprising the dissolution of poly (methyl 3-thiophene acetate) and polyfutyl succinate), in the mass ratio in which the amount of PT3MA can
9/50 variar entre 80 e 50, para quantidade de PBS variável entre 20 e 50, sendo a razão mássica preferencial entre eles igual a 80:20, em clorofórmio anidro contendo quantidade de etanol variável entre 0,5 e 1%, resultando em uma solução com concentração variável entre 4% e 145 mg/mL, sendo a concentração preferencial de cerca de 5 mg/ml.9/50 vary between 80 and 50, for a quantity of PBS varying between 20 and 50, with the preferred mass ratio between them being 80:20, in anhydrous chloroform containing a variable amount of ethanol between 0.5 and 1%, resulting in a solution with a variable concentration between 4% and 145 mg / ml, with the preferred concentration being around 5 mg / ml.
É descrito adicionalmente, na presente invenção um processo de preparação de uma membrana condutora biodegradável que compreende as seguintes etapas:In addition, a process for preparing a biodegradable conductive membrane comprising the following steps is described in the present invention:
i) Preparação de uma camada intermediária de sacrifício por centrifugação (1) , sendo empregado o poli(4-hidroestireno) (PHS) como polímero de sacrifício (2) sobre o substrato de ITO (óxido de índio dopado com estanho)(3);i) Preparation of an intermediate sacrifice layer by centrifugation (1), using poly (4-hydro-styrene) (PHS) as a sacrifice polymer (2) on the ITO substrate (tin doped indium oxide) (3) ;
ii) deposição de gotas da solução de misturas políméricas condutoras de PT3MA e PBS previamente produzida sobre o substrato de ITO (óxido de índio dopado com estanho)com PHS, e centrifugação com fluxo de ar (5) em rotação de 1500 a 12000 rpm;ii) deposition of drops of the solution of conductive polymeric mixtures of PT3MA and PBS previously produced on the substrate of ITO (tin doped indium oxide) with PHS, and centrifugation with air flow (5) in rotation from 1500 to 12000 rpm;
iii) os substratos são então colocados sobre chapa aquecida(6)entre 110°C e 130°C, sendo preferencial mente 120°C, por pelo menos 4 minutos, e as membranas (7) são formadas por evaporação do solvente;iii) the substrates are then placed on a heated plate (6) between 110 ° C and 130 ° C, preferably 120 ° C, for at least 4 minutes, and the membranes (7) are formed by evaporation of the solvent;
iv) Em seguida, os substratos são imersos em solução de etanol e as membranas ultrafinas resultantes (8) fínalmente destacadas através de vibrações produzidas no solvente.iv) Subsequently, the substrates are immersed in an ethanol solution and the resulting ultrafine membranes (8) finally detached through vibrations produced in the solvent.
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A presente invenção descreve também um processo de preparação de uma mistura polimérica condutora de Poli(3-tiofeno acetato de metila)/Poli(fluoreto de vinilideno) (PT3MA e PVDF) compreendendo as seguintes etapas:The present invention also describes a process for preparing a conductive polymer mixture of Poly (methyl 3-thiophene acetate) / Poly (vinylidene fluoride) (PT3MA and PVDF) comprising the following steps:
i) dissolução de PVDF em péletes em DMF sob banho-maria até completa dissolução, formando uma solução de concentração variável entre 5 e 250 mg/mL.i) dissolution of PVDF in pellets in DMF under a water bath until complete dissolution, forming a solution of variable concentration between 5 and 250 mg / mL.
ii) em outro recipiente, PT3MA (Poli(3-tiofeno acetato de metila)) dopado com FeCh anidro é dissolvido em DMF (dimetilformamida) e gotas de álcool etílico PA e aquecido em banho Maria a cerca em temperatura variável entre 40°C e 50°C até completa dissolução.ii) in another container, PT3MA (Poly (3-thiophene methyl acetate)) doped with anhydrous FeCh is dissolved in DMF (dimethylformamide) and drops of ethyl alcohol PA and heated in a water bath at about 40 ° C and 50 ° C until complete dissolution.
iii) as soluções obtidas em i) e ii) são misturadas, obtendo-se uma solução polimérica de partida cuja concentração pode variar entre 5 e 149 mg/mL;iii) the solutions obtained in i) and ii) are mixed, obtaining a polymeric starting solution whose concentration can vary between 5 and 149 mg / mL;
iv) a solução obtida na etapa iii) é vertida em um recipiente juntamente com Zn2SiO4 em quantidade variável entre 40 e 240 mg dopado com Mn e mantida sob agitação e aquecimento a cerca em temperatura variável entre 40“C e 60°C por um período de variável entre 12 e 18 horas. Este tempo de agitação é necessário para que ocorra a completa homogeneização da solução.iv) the solution obtained in step iii) is poured into a container together with Zn 2 SiO4 in an amount varying between 40 and 240 mg doped with Mn and kept under agitation and heating at about temperature between 40 “C and 60 ° C for a variable period between 12 and 18 hours. This stirring time is necessary for complete solution homogenization to occur.
Ainda, é um objeto da presente invenção o processo de preparação de um dispositivo eletroluminescente compreende as seguintes etapas: 1) remoção parcial do ITO através de processo de corrosão com Zn em pó e HCI 1:1; 2) limpeza com solventes (acetona, água e álcool isopropílico usando ultrasom); 3) deposição do compósito por spinner ou drop casting; 4) evaporação do solvente em estufa e secagem a vácuo; 5) de posição de alumínio usando evaporadora e máscaras.Still, it is an object of the present invention the process of preparing an electroluminescent device comprises the following steps: 1) partial removal of the ITO through a corrosion process with Zn powder and HCI 1: 1; 2) cleaning with solvents (acetone, water and isopropyl alcohol using ultrasound); 3) deposition of the composite by spinner or drop casting; 4) evaporation of the solvent in an oven and vacuum drying; 5) of aluminum position using evaporator and masks.
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BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
A estrutura e operação da presente invenção, juntamente com vantagens adicionais da mesma poderão ser melhor entendidas mediante referência aos desenhos em anexo e às seguintes descrições:The structure and operation of the present invention, together with additional advantages of the same, can be better understood by reference to the attached drawings and the following descriptions:
A Figura 1 ilustra as etapas do processo de produção das membranas ultrafinas,Figure 1 illustrates the stages of the production process for ultrafine membranes,
A Figura 2 mostra a rota de síntese para a reação de obtenção do PT3MA, em que (A) representa soluções de polímeros e (B) representa filmes por spinner.Figure 2 shows the synthesis route for the reaction to obtain PT3MA, in which (A) represents polymer solutions and (B) represents films per spinner.
A Figura 3 apresenta a rota de síntese para a reação de obtenção do PBS.Figure 3 shows the synthesis route for the reaction to obtain the PBS.
A Figura 4 ilustra: a) ITO sobre vidro recoberto com fotorresiste, b) Polimerização do resiste pela exposição à luz UV imprimindo” padrão de máscara adequado para proteger regiões durante o processo de remoção parcial do ITO.Figure 4 illustrates: a) ITO on glass covered with photoresist, b) Polymerization of the resist by exposure to UV light by printing an “appropriate mask pattern to protect regions during the partial ITO removal process.
A Figura 5 ilustra: a) imagem do dispositivo fotoluminescente; e b) esquema de conexão: cátodo (Al) (1), Camada ativa (2), ânodo (ITO) (3), Vidro (4), emissão de luz (5).Figure 5 illustrates: a) image of the photoluminescent device; and b) connection scheme: cathode (Al) (1), active layer (2), anode (ITO) (3), glass (4), light emission (5).
A Figura 6 mostra o espectro de FTIR-ATR do monômero, dos polímeros e da mistura polimérica.Figure 6 shows the FTIR-ATR spectrum of the monomer, polymers and polymer mixture.
A Figura 7 apresenta o espectro de RMN 1H do PBSFigure 7 shows the PBS 1H NMR spectrum
A Figura 8(a) mostra concentrações usadas para obter a curva de calibração para PT3MA em a) UV-vís dos polímeros e suas misturas.Figure 8 (a) shows concentrations used to obtain the calibration curve for PT3MA in a) UV-vis of the polymers and their mixtures.
A Figura 8(b) mostra concentrações usadas para obter a curva de calibração para PT3MA em b) UV-ws dos polímeros e suas misturas.Figure 8 (b) shows concentrations used to obtain the calibration curve for PT3MA in b) UV-ws of the polymers and their mixtures.
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A Figura 9 mostra a curva de calibração usada para desenvolver a equação da Lei de Beer para ο PT3MA.Figure 9 shows the calibration curve used to develop the Beer Law equation for ο PT3MA.
A Figura 10 ilustra espectros de absorção em UV-v/s de soluções diluídas e concentradas de PT3MA em clorofórmio.Figure 10 illustrates UV-v / s absorption spectra of diluted and concentrated solutions of PT3MA in chloroform.
A Figura 11 mostra um espectro de UV-v/s para soluções diluídas (0,01 mg/ml) de PT3MA em clorofórmio, clorobenzeno e ciclohexanona.Figure 11 shows a UV-v / s spectrum for diluted solutions (0.01 mg / ml) of PT3MA in chloroform, chlorobenzene and cyclohexanone.
A Figura 12 mostra UV-v/s para soluções concentradas de PT3MA (5 mg/ml) em clorofórmio, clorobenzeno e ciclohexano.Figure 12 shows UV-v / s for concentrated PT3MA solutions (5 mg / ml) in chloroform, chlorobenzene and cyclohexane.
A Figura 13 apresenta um espectro de absorção UV-v/s do PT3MA do pado 10 com PSSA (Àmax=254 nm).Figure 13 shows a UV-v / s absorption spectrum of PT3MA from bread 10 with PSSA (À ma x = 254 nm).
A Figura 14 mostra o espectro de UV-v/s para membranas ultrafinas de PT3MA sobre substrato de ITO obtidos por spinner de soluções do polímero variando concentrações de 0,01 a 5,00 mg/ml. Os valores de Àmax estão indicados na figura para cada concentração.Figure 14 shows the UV-v / s spectrum for ultra-thin PT3MA membranes on ITO substrate obtained by spinning polymer solutions ranging from 0.01 to 5.00 mg / ml. The values of À max are shown in the figure for each concentration.
A Figura 15 apresenta a curva de calibração e calculo gráfico do coeficiente dn/dc= 0,144,Figure 15 shows the calibration curve and graphical calculation of the coefficient dn / dc = 0.144,
A Figura 16 apresenta: a) fusão do PBSe formação de bolhas, b) formação das esferulitas de PBS.Figure 16 shows: a) PBS fusion and bubble formation, b) PBS spherulite formation.
A Figura 17 ilustra micrografias por MEV da mistura polimérica 20 PT3MA:PBS 50:50 (a), de PT3MA (b), e de PBS (c).Figure 17 illustrates SEM micrographs of the polymer mixture 20 PT3MA: PBS 50:50 (a), PT3MA (b), and PBS (c).
A Figura 18 mostra a membrana ultrafina obtida por dissolução do polímero de sacrifício.Figure 18 shows the ultra-thin membrane obtained by dissolving the sacrifice polymer.
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A Figura 19 mostra imagens de AFM de PT3MA a) região quebradiça em destaque e b) baixa porosidade. c) Imagem 2D para uma membrana ultrafina de PT3MA/PBS 50:50 preparada por spinner de 3000 rpm em 60s.Figure 19 shows AFM images of PT3MA a) highlighted brittle region and b) low porosity. c) 2D image for a 50:50 ultra-thin PT3MA / PBS membrane prepared by a 3000 rpm spinner in 60s.
A Figura 20 apresenta imagens por MEV de a) uma membrana ultrafina PBS/PT3MA 50:50 e b) seção transversal da mistura polimérica mostrando as diferentes camadas de análise.Figure 20 presents SEM images of a) a 50:50 ultra thin PBS / PT3MA membrane and b) cross section of the polymeric mixture showing the different layers of analysis.
A Figura 21 ilustra termogramas de aquecimento (20°C/min). Curvas obtidas por análise de DSC mostrando o comportamento dos picos de fusão para diferentes amostras PT3MA/PBS.Figure 21 illustrates heating thermograms (20 ° C / min). Curves obtained by DSC analysis showing the behavior of the melting peaks for different PT3MA / PBS samples.
A Figura 22 ilustra termogramas de resfriamento (10°C/min). Curvas obtidas por análise de DSC para diferentes amostras PT3MA/PBS mostrando os picos de cristalização endotérmico.Figure 22 illustrates cooling thermograms (10 ° C / min). Curves obtained by DSC analysis for different PT3MA / PBS samples showing the peaks of endothermic crystallization.
A Figura 23 mostra termogramas de aquecimento (20°C/min) mostrando: ab) temperaturas de transição vítrea dos polímeros e suas misturas e c) Tg, Tm e DHm(J/g-1) da mistura PT3MA/PBS 50:50.Figure 23 shows heating thermograms (20 ° C / min) showing: ab) glass transition temperatures of the polymers and their mixtures and c) Tg, Tm and DHm (J / g-1) of the PT3MA / PBS 50:50 mixture.
A Figura 24 mostra termogramas de TGA de PBS e suas misturas poliméricas.Figure 24 shows TGA thermograms of PBS and their polymer mixtures.
A Figura 25 apresenta micrografias por MEV de uma nanomembrana PT3MA/PBS 50:50 após (a) uma semana e (b) quatro semanas após exposição sobre condições de degradação enzimática.Figure 25 shows SEM micrographs of a 50:50 PT3MA / PBS nanomembrane after (a) one week and (b) four weeks after exposure to enzymatic degradation conditions.
A Figura 26 apresenta micrografias de MEV de células Hep-2 cultivadas durante sete dias sobre superfície de membranas ultrafinas de (a) PT3MA/PBS 50:50 e de (b) PT3MA.Figure 26 shows SEM micrographs of Hep-2 cells cultured for seven days on the surface of ultrafine membranes of (a) PT3MA / PBS 50:50 and (b) PT3MA.
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DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, modalidades preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitara presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui.Although the present invention may be susceptible to different modalities, preferred modalities are shown in the drawings and in the following detailed discussion with the understanding that the present description should be considered an example of the principles of the invention and is not intended to limit the present invention to what has been illustrated and described here.
A principal abordagem dessa invenção está relacionada a um processo de preparação de misturas poliméricas condutoras compreendendo Poli(3-tiofeno acetato de metila) e Poli(butileno succinato) (PT3MA e PBS), às membranas ultrafinas condutoras biodegradáveis produzidas a partir das referidas misturas poliméricas. Além disso, a presente invenção se refere a um compósíto de Poli(3tiofeno acetato de metila)/Poli(fluoreto de vinilideno)/Silicato de zinco dopado com manganês (PT3MA/PVDF/ZnSiC>4:Mn) e a filmes aplicáveis a dispositivos eletroluminescentes produzidos a partir dos referidas compósitos.The main approach of this invention is related to a process for the preparation of conductive polymeric mixtures comprising Poly (methyl 3-thiophene acetate) and Poly (butylene succinate) (PT3MA and PBS), to biodegradable conductive ultrafine membranes produced from said polymeric mixtures . In addition, the present invention relates to a poly (methylthiophene methyl acetate) / poly (vinylidene fluoride) / manganese doped zinc silicate (PT3MA / PVDF / ZnSiC> 4: Mn) composite and films applicable to devices electroluminescents produced from said composites.
Preparação de misturas poliméricas condutoras de PT3MA e PBSPreparation of conductive polymeric mixtures of PT3MA and PBS
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de misturas poliméricas condutoras de poli(3-tiofeno acetato de metila) e poli(butileno succinato) (PT3MA e PBS) compreende a dissolução de poli(3tiofeno acetato de metila) e poli(butileno succinato), na razão mássica em que a quantidade de PT3MA pode variar entre 80 e 50, para quantidade de PBS variável entre 20 e 50, sendo a razão mássica preferencial entre eles igual a 80:20, em clorofórmio anidro contendo quantidade de etanol variável entre 0,5 e 1%,In a preferred embodiment of the present invention, the process for preparing conductive polymeric mixtures of poly (methyl 3-thiophene acetate) and poly (butylene succinate) (PT3MA and PBS) comprises dissolving poly (methyl 3-thiophene acetate) and poly (butylene succinate), in the mass ratio in which the amount of PT3MA can vary between 80 and 50, for the amount of PBS variable between 20 and 50, with the preferred mass ratio between them being equal to 80:20, in anhydrous chloroform containing quantity of ethanol varying between 0.5 and 1%,
15/50 resultando em uma solução com concentração variável entre 4% e 145 mg/mL, sendo a concentração preferencial de cerca de 5 mg/ml.15/50 resulting in a solution with a variable concentration between 4% and 145 mg / mL, with the preferred concentration being about 5 mg / mL.
Processo de preparação de uma membrana condutora biodegradável a partir de mistura polimérica condutora de PT3MA e PBSProcess of preparing a biodegradable conductive membrane from a conductive polymeric mixture of PT3MA and PBS
As etapas correspondentes á preparação de membrana condutora biodegradável ultrafina estão ilustradas na Figura 1.The steps corresponding to the preparation of the ultrafine biodegradable conductive membrane are illustrated in Figure 1.
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de membrana condutora biodegradável compreende as seguintes etapas:In a preferred embodiment of the present invention, the process of preparing a biodegradable conductive membrane comprises the following steps:
i) preparação de polímero a ser aplicado como camada intermediária de sacrifício sobre a qual será depositada a mistura polimérica condutora produzida. O polímero de sacrifício usado foi o poli(4-hidroestireno) (PHS). A preparação da camada intermediária de sacrifício compreende as seguintes etapas:i) preparation of polymer to be applied as an intermediate sacrifice layer on which the conductive polymeric mixture produced will be deposited. The sacrifice polymer used was poly (4-hydro-styrene) (PHS). The preparation of the intermediate sacrifice layer comprises the following steps:
1.1) preparação de uma solução contende entre 4 e 6% em massa de Poli(4hidroestireno) (PHS), pela dissolução do PHS em etanol;1.1) preparation of a solution contains between 4 and 6% by weight of Poly (4hydro-styrene) (PHS), by dissolving the PHS in ethanol;
1.2) deposição de gotas da solução de PHS preparada sobre a superfície de um substrato de ITO (óxido de índio dopado com estanho);1.2) deposition of drops of the PHS solution prepared on the surface of an ITO substrate (tin doped indium oxide);
1.3) espalhamento da solução depositada a uma velocidade variável entre 2500 e 3500 rpm, sendo preferencial mente igual a 3000 rpm, por período variável entre 30 segundos e 1,5 minutos, sendo, preferencialmente, tempo igual 1 minuto. A evaporação completa do solvente foi realizada mantendo a amostra em capela sob exaustão.1.3) spreading of the deposited solution at a variable speed between 2500 and 3500 rpm, being preferably equal to 3000 rpm, for a variable period between 30 seconds and 1.5 minutes, being, preferably, time equal to 1 minute. The complete evaporation of the solvent was carried out keeping the sample in a hood under exhaustion.
16/50 ii) deposição de gotas da solução de misturas poliméricas condutores de PT3MA e PBS previamente produzida sobre o substrato de ITO com PHS, e centrifugação em rotação de 1500 a 12000 rpm, por período variável entre 30 segundos e 1 minuto e 30 segundos, sendo, preferencial mente, tempo igual 1 minuto;16/50 ii) deposition of drops of the solution of conductive polymeric mixtures of PT3MA and PBS previously produced on the ITO substrate with PHS, and centrifugation in rotation from 1500 to 12000 rpm, for a variable period between 30 seconds and 1 minute and 30 seconds , being, preferably, time equal to 1 minute;
iii) os substratos são então colocados sobre chapa aquecida entre 110°C e 130°C, sendo preferencial mente 120°C por período variável entre 4 e 6 minutos, sendo tempo preferencial igual a 5 minutos, e em seguida, imersos em solução de etanol para dissolução do polímero de sacrifício;iii) the substrates are then placed on a heated plate between 110 ° C and 130 ° C, preferably 120 ° C for a period varying between 4 and 6 minutes, with preferential time equal to 5 minutes, and then immersed in a solution of ethanol for dissolving the sacrifice polymer;
iv) após período variável entre 8 e 12 minutos, sendo preferencialmente igual a 10 minutos, de imersão com o auxílio de um instrumento como pinça e/ou espátula, pequenas vibrações são realizadas no conjunto e as membranas ultrafinas resultantes são finalmente destacadas.iv) after a variable period between 8 and 12 minutes, being preferably equal to 10 minutes, immersion with the aid of an instrument such as tweezers and / or spatula, small vibrations are carried out in the set and the resulting ultrafine membranes are finally detached.
A Figura 1 mostra em detalhes o equipamento utilizado para obtenção das membranas ultrafinas por spinner.Figure 1 shows in detail the equipment used to obtain the ultrafine membranes by spinner.
As etapas correspondentes à síntese do Poli(3-tiofeno-metil acetato) encontram-se na Figura 2. Cerca de 30,0 g do monômero 3-tiofeno ácido acético (T3AA) foram dissolvidos em 150 ml de metanol contendo uma gota de ácido sulfúrico e mantido em aquecimento sob refluxo a 90°C por um período de 24 horas. Após término da reação, o metanol foi evaporado e o éster obtido foi lavado com dietil éter e água sucessivas vezes. O resíduo líquido de cor marrom foi posteriormente secado com sulfato de magnésio anidro, filtrado e identificado como 3-tÍofeno-metil acetato (T3MA) com 82% de rendimento de reação.The steps corresponding to the synthesis of the Poly (3-thiophene-methyl acetate) are shown in Figure 2. About 30.0 g of the monomer 3-thiophene acetic acid (T3AA) were dissolved in 150 ml of methanol containing a drop of acid sulfuric and kept under reflux at 90 ° C for a period of 24 hours. After completion of the reaction, methanol was evaporated and the obtained ester was washed with diethyl ether and water successively. The brown liquid residue was subsequently dried with anhydrous magnesium sulfate, filtered and identified as 3-thiophene-methyl acetate (T3MA) with 82% reaction yield.
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O monômero Τ3ΜΑ foi em seguida polimerizado por acoplamento oxidativo químico. Em um balão de três bocas, 16,00g de cloreto férrico anidro foram dissolvidos em 100 ml de clorofórmio em ambiente inerte (nitrogênio). Com auxílio de funil de adição, 4,0 g (25,64 mmol) de T3MA dissolvidos em 60 ml de clorofórmio foram adicionados lentamente ao balão de reação e mantidos sob agitação a temperatura de 0°C por um período de 24 horas. O resíduo azul escuro foi mantido em repouso em 1L de metanol para precipitação do polímero e este lavado sucessivas com etanol e água para remoção de excesso de cloreto férrico. O precipitado marrom claro identificado como PT3MA por FTIR-ATR foi posteriormente secado e mantido em dissecador com sílica. O rendimento da reação foi de 80%.The Τ3ΜΑ monomer was then polymerized by chemical oxidative coupling. In a three-necked flask, 16.00 g of anhydrous ferric chloride were dissolved in 100 ml of chloroform in an inert environment (nitrogen). With the aid of an addition funnel, 4.0 g (25.64 mmol) of T3MA dissolved in 60 ml of chloroform were added slowly to the reaction flask and kept under stirring at 0 ° C for a period of 24 hours. The dark blue residue was kept at rest in 1L of methanol for precipitation of the polymer and this was washed successively with ethanol and water to remove excess ferric chloride. The light brown precipitate identified as PT3MA by FTIR-ATR was subsequently dried and kept in a dissector with silica. The reaction yield was 80%.
Para a síntese do poli(butileno succinato), como ilustrado na Figura 3, cerca de 50g de anidrido succínico e 50g de 1,4-butenodiol foram adicionados a balão de três bocas conectado a um sistema a vácuo e nitrogênio e mantidos sob agitação e aquecimento em banho de óleo de silicone até atingir a temperatura de 190°C. Após essa etapa, 1 g do catalisador tetrabutóxido de titânio foi adicionado ao balão e a temperatura de meio reacional elevada para 210°C mantendo a reação por mais 3 horas de duração. Para eliminar o excesso de 1,4- butanodiol a reação foi estendida por mais 20 horas sob as mesmas condições já citadas. O produto final (sólido de cor branca) foi disperso lentamente em clorofórmio e o polímero obtido lavado por filtração a vácuo. O produto final obtido com 90% de rendimento foi identificado como PBS por RMN1H.For the synthesis of poly (butylene succinate), as illustrated in Figure 3, about 50g of succinic anhydride and 50g of 1,4-butenediol were added to a three-necked flask connected to a vacuum and nitrogen system and kept under agitation and heating in a silicone oil bath until the temperature reaches 190 ° C. After this step, 1 g of the titanium tetrabutoxide catalyst was added to the flask and the temperature of the reaction medium was raised to 210 ° C, maintaining the reaction for another 3 hours. To eliminate excess 1,4-butanediol the reaction was extended for another 20 hours under the same conditions already mentioned. The final product (white solid) was slowly dispersed in chloroform and the polymer obtained was washed by vacuum filtration. The final product obtained with 90% yield was identified as PBS by 1 H NMR.
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Como será observado nos exemplos adiante, A obtenção e a caracterização química, morfológíca, elétrica de misturas poliméricas condutores e biodegradáveis formadas pelos polímeros PBS e PT3MA, obtidos por síntese química, foram avaliadas. A confirmação da síntese dos polímeros foi realizada pelas técnicas de FT1R, RMN 1H e UV-v/s. A técnica de UV-vís mostrou-se uma poderosa ferramenta de trabalho no estudo dos arranjos das cadeias poliméricas e das propriedades elétricas do polímero condutor. Através das análises de UV-v/s foi possível identificar a bandas e os picos de absorção máxima do PT3MA e destas estimar as Eg. Para soluções diluídas nenhum efeito sobre a absorção de transição π-π* do tiofeno é verificada em função da natureza química do solvente usado. Para soluções concentradas um deslocamento para o vermelho é observado, produzindo uma redução da Eg. Os cálculos mecânicos quânticos em fase gasosa indicam que a conformação anti-gauche é mais estável que a ali-trans por 3 Kcal/mol por unidade repetitiva. Os valores calculados para as duas conformações em comparação com os resultados experimentais mostram que para soluções diluídas de PT3MA, a Eg está mais próxima da conformação antigauche de que para a ali-anti. Para soluções concentradas o inverso é observado. Os valores de Eg determinados para os filmes ultrafinos são relativamente menores ao estimados para a molécula ideal planar. Maiores efetivos empacotamentos das cadeias foram obtidos para os filmes preparados com as soluções mais diluídas. A técnica de preparação de nanomembranas usando polímero de sacrifício PHS mostrou-se eficiente para obtenção de membranas ultrafinas da mistura polimérica PT3MA/PBS. Como mostrado anteriormente, aAs will be noted in the examples below, The obtaining and chemical, morphological, electrical characterization of conductive and biodegradable polymeric mixtures formed by the PBS and PT3MA polymers, obtained by chemical synthesis, were evaluated. The confirmation of the synthesis of the polymers was carried out by the techniques of FT1R, 1 H NMR and UV-v / s. The UV-vis technique proved to be a powerful work tool in the study of the arrangements of the polymer chains and the electrical properties of the conducting polymer. Through the UV-v / s analyzes it was possible to identify the bands and the maximum absorption peaks of PT3MA and from these to estimate the Eg. For diluted solutions, no effect on the π-π * transition absorption of thiophene is verified depending on the chemical nature of the solvent used. For concentrated solutions, a red shift is observed, producing a reduction in Eg. Quantum mechanical calculations in the gas phase indicate that the anti-gauche conformation is more stable than the ali-trans by 3 Kcal / mol per repetitive unit. The values calculated for the two conformations in comparison with the experimental results show that for diluted PT3MA solutions, Eg is closer to the ancientuche conformation than to the ali-anti. For concentrated solutions the reverse is observed. The values of Eg determined for the ultrafine films are relatively smaller than those estimated for the ideal planar molecule. Greater effective packaging of the chains was obtained for films prepared with the most diluted solutions. The nanomembrane preparation technique using PHS sacrifice polymer proved to be efficient for obtaining ultrafine membranes from the PT3MA / PBS polymeric mixture. As shown earlier, the
19/50 técnica de deposição de membranas ultrafinas por spinnerteve papel importante no preparo das misturas poliméricas. As imagens de MO permitiram avaliar os domínios e a distribuição dos polímeros nas membranas ultrafinas, assim como as micrografias SEM/FIB estimar a espessura das membranas dos polímeros e das misturas.19/50 technique of deposition of ultrafine membranes by spinnert played an important role in the preparation of polymeric mixtures. The MO images allowed to evaluate the domains and the distribution of the polymers in the ultrafine membranes, as well as the SEM / FIB micrographs to estimate the thickness of the polymer membranes and mixtures.
As imagens de AFM permitiram avaliar a rugosidade do PT3MA e, juntamente com as micrografias MEV e as análises térmicas DSC e TGA dos filmes obtidos por casting, a escolher a composição PBS/PT3MA 20:80 como melhor a relação para se obter um material com boa propriedade mecânica, isto é, com boa flexibilidade (característico do componente poliéster PBS), e ao mesmo tempo com boas propriedades condutoras (característico do componente politiofeno condutor PT3MA). As medidas de condutividade elétrica usando técnica de duas pontas mostram que a membrana ultrafina PBS/PT3MA 20:80 apresenta valores de -10-4 a -10'5 S/cm, valores compatíveis com os de politiofenos semicondutores com grupo ácido carboxílico lateral mencionados na literatura. Os ensaios de degradação, de crescimento e proliferação celular sobre as membranas ultrafinas constituídas pelas misturas dos dois polímeros indicam que o PBS é o principal responsável pela integridade mecânica e que a nova membrana PT3MA/PBS é potencial candidata para aplicação como plataformas bioativas com respostas semicondutoras para engenharia de tecidos. Entretanto, estudos sobre a porcentagem máxima de PT3MA na composição da membrana ultrafina ainda de vem ser realizados devido à baixa bioatividade do polímero em função da toxidade do monômero T3MA.The AFM images made it possible to evaluate the roughness of PT3MA and, together with the SEM micrographs and the thermal analyzes DSC and TGA of the films obtained by casting, to choose the composition PBS / PT3MA 20:80 as the best relation to obtain a material with good mechanical property, that is, with good flexibility (characteristic of the PBS polyester component), and at the same time with good conductive properties (characteristic of the conductive PT3MA polyethylene component). The electrical conductivity measurements using a two-point technique show that the ultra thin PBS / PT3MA 20:80 membrane presents values from -10 -4 to -10 ' 5 S / cm, values compatible with those of semiconductor polythiophenes with lateral carboxylic acid group mentioned in literature. The degradation, growth and cell proliferation tests on the ultrafine membranes made up of mixtures of the two polymers indicate that PBS is the main responsible for mechanical integrity and that the new PT3MA / PBS membrane is a potential candidate for application as bioactive platforms with semiconductor responses for tissue engineering. However, studies on the maximum percentage of PT3MA in the composition of the ultrafine membrane have yet to be carried out due to the low bioactivity of the polymer due to the toxicity of the T3MA monomer.
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Preparação de uma mistura polimérica condutora de PT3MA e PVDFPreparation of a polymeric conductive mixture of PT3MA and PVDF
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de uma mistura polimérica condutora de Poli(3-tiofeno acetato de metila)/Poli(fluoreto de vinilideno) (PT3MA e PVDF) compreende as seguintes etapas:In a preferred embodiment of the present invention, the process for preparing a conductive polymer mixture of Poly (methyl 3-thiophene acetate) / Poly (vinylidene fluoride) (PT3MA and PVDF) comprises the following steps:
i) dissolução de PVDF em péletes em DMF sob banho-maria a cerca de 90°C até completa dissolução, formando uma solução de cerca de 5 g/ml.i) dissolving PVDF in pellets in DMF under a water bath at about 90 ° C until complete dissolution, forming a solution of about 5 g / ml.
ii) em outro recipiente, PT3MA (Poli(3-tiofeno acetato de metila)) dopado com FeCI3 anidro é dissolvido em DMF (dimetilformamida)e gotas de álcool etílico PA e aquecido em banho Maria a cerca de 40°C até completa dissolução.ii) in another container, PT3MA (Poly (3-thiophene methyl acetate)) doped with anhydrous FeCI 3 is dissolved in DMF (dimethylformamide) and drops of ethyl alcohol PA and heated in a water bath at about 40 ° C until complete dissolution .
iii) as soluções obtidas em i) e ii) são misturadas, obtendo-se uma solução polimérica de partida com concentração que pode variar entre 5 e 149 mg/mL;iii) the solutions obtained in i) and ii) are mixed, obtaining a polymeric starting solution with a concentration that can vary between 5 and 149 mg / mL;
iv) a solução obtida na etapa iii) é vertida em um recipiente com Zn2SiO4 em quantidade variável entre 40 e 240 mg dopado com Mn e mantida sob agitação e aquecimento em temperatura variável entre 40°C e 60°C, sendo temperatura preferencial igual a 50°C, por um período entre 12 e 18 horas. Este tempo de agitação é necessário para que ocorra a completa homogeneização da solução.iv) the solution obtained in step iii) is poured into a container with Zn 2 SiO4 in an amount varying between 40 and 240 mg doped with Mn and kept under agitation and heating at a temperature between 40 ° C and 60 ° C, with preferential temperature equal to 50 ° C, for a period between 12 and 18 hours. This stirring time is necessary for complete solution homogenization to occur.
A relação final preferencial de PVDF:PT3MA/Material inorgânico usada para montagem do dispositivo é de 80:20/80.The preferred final ratio of PVDF: PT3MA / inorganic material used for mounting the device is 80: 20/80.
Em uma concretização alternativa da presente invenção, o processo de preparação de soluções poliméricas mais concentradas de PVDF/PT3MA, mantendo-se a relação 80:20, compreende as seguintes etapas:In an alternative embodiment of the present invention, the process of preparing more concentrated polymer solutions of PVDF / PT3MA, maintaining the 80:20 ratio, comprises the following steps:
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i) cerca de 250 mg de PVDF foram completamente diluídos em 1 ml_ de dimetilformamida, a uma temperatura de cerca de 60 °C, sob agitação num período de 24 horas;i) about 250 mg of PVDF were completely diluted in 1 ml of dimethylformamide, at a temperature of about 60 ° C, with stirring over a 24 hour period;
ii) concomitante mente, em outros dois recipientes, 40 mg de PT3MA são diluídos em 0,5 mL de DMF e 8 mg de FeCI3 em 0,5 mL de DMF, respectiva mente, adotando as mesmas condições de tempo, temperatura e agitação usadas na diluição do PVDF.ii) concomitantly, in two other containers, 40 mg of PT3MA are diluted in 0.5 ml of DMF and 8 mg of FeCI 3 in 0.5 ml of DMF, respectively, adopting the same conditions of time, temperature and agitation used in the dilution of PVDF.
iii) as soluções dos recipientes contendo PT3MA e FeClg são misturadas e agitadas por um período de 8 horas para que ocorra a dopagem do polímero;iii) the solutions of the containers containing PT3MA and FeClg are mixed and stirred for a period of 8 hours for the doping of the polymer to occur;
iv) a solução obtida na etapa iii) e a solução contendo PVDF são misturadas e agitadas por cerca de 24 horas.iv) the solution obtained in step iii) and the solution containing PVDF are mixed and stirred for about 24 hours.
v) a solução obtida na etapa iv) é vertida em um recipiente juntamente com 240 mg de Zn2SiO4 dopado com Mn e mantida sob agitação e aquecimento a cerca de 50DC por um período de aproximadamente 12 horasv) the solution obtained in step iv) is poured into a container together with 240 mg of Zn 2 SiO 4 doped with Mn and kept under stirring and heating at about 50 D C for a period of approximately 12 hours
O aumento da concentração torna a mistura mais viscosa e ideal para obtenção de camadas ativas mais espessas, pois forma um colóide com o material inorgânico. A formação do colóide evita que as partículas de material inorgânico precipitem antecipadamente durante a etapa de evaporação do solvente em estufa garantindo a aderência da camada ativa ao substrato de ITO.The increase in concentration makes the mixture more viscous and ideal for obtaining thicker active layers, as it forms a colloid with the inorganic material. The formation of the colloid prevents the particles of inorganic material from precipitating in advance during the evaporation step of the solvent in an oven, guaranteeing the adherence of the active layer to the ITO substrate.
As provas de deposição do compósito para obtenção de filmes espessos foram realizadas sobre o substrato de ITO em repouso. As amostras foram colocadas em uma estufa com recirculação de ar e o solvente evaporado aThe composite deposition tests for obtaining thick films were performed on the ITO substrate at rest. The samples were placed in an oven with air recirculation and the solvent evaporated at
22/50 temperatura ambiente. Posteriormente, estas foram mantidas em vácuo e conservadas em dissecador com sílica.22/50 room temperature. Subsequently, these were kept in a vacuum and kept in a dissector with silica.
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de uma mistura polimérica condutora de PT3MA e PVDF é conduzido sob pressão atmosférica ambiente (não modificada por vácuo, por exemplo). Durante a fase experimental, ao reduzir-se a pressão atmosférica o filme se destacou do ITO devido à rápida evaporação do solvente DMF.In a preferred embodiment of the present invention, the process of preparing a polymeric conductive mixture of PT3MA and PVDF is conducted under ambient atmospheric pressure (not modified by vacuum, for example). During the experimental phase, when the atmospheric pressure was reduced, the film detached itself from the ITO due to the rapid evaporation of the DMF solvent.
As etapas correspondentes à síntese do Poli(3-tiofeno-metil acetato) encontram-se na Figura 2. Cerca de 30,0 g do monômero 3-tiofeno ácido acético (T3AA) foram dissolvidos em 150 ml de metanol contendo uma gota de ácido sulfúrico e mantido em aquecimento sob refluxo a 90°C por um período de 24 horas. Após término da reação, o metanol foi evaporado e o éster obtido foi lavado com dietil éter e água sucessivas vezes. O resíduo líquido de cor marrom foi posteriormente secado com sulfato de magnésio anidro, filtrado e identificado como 3-tiofeno-metil acetato (T3MA) com 82% de rendimento de reação.The steps corresponding to the synthesis of the Poly (3-thiophene-methyl acetate) are shown in Figure 2. About 30.0 g of the monomer 3-thiophene acetic acid (T3AA) were dissolved in 150 ml of methanol containing a drop of acid sulfuric and kept under reflux at 90 ° C for a period of 24 hours. After completion of the reaction, methanol was evaporated and the obtained ester was washed with diethyl ether and water successively. The brown liquid residue was subsequently dried with anhydrous magnesium sulfate, filtered and identified as 3-thiophene-methyl acetate (T3MA) with 82% reaction yield.
O monômero T3MAfoi em seguida polimerizado por acoplamento oxidativo químico. Em um balão de três bocas, 16,00 g de cloreto férrico anidro foram dissolvidos em 100 ml de clorofórmio em ambiente inerte (nitrogênio). Com auxílio de funil de adição, 4,0 g (25,64 mmol) de T3MA dissolvidos em 60 ml de clorofórmio foram adicionados lentamente ao balão de reação e mantidos sob agitação a temperatura de 0°C por um período de 24 horas. O resíduo azul escuro foi mantido em repouso em 1L de metanol para precipitação do polímero e este lavado sucessivas com etanol e água para remoção de excesso de cloreto férrico.The T3MA monomer was then polymerized by chemical oxidative coupling. In a three-necked flask, 16.00 g of anhydrous ferric chloride were dissolved in 100 ml of chloroform in an inert environment (nitrogen). With the aid of an addition funnel, 4.0 g (25.64 mmol) of T3MA dissolved in 60 ml of chloroform were added slowly to the reaction flask and kept under stirring at 0 ° C for a period of 24 hours. The dark blue residue was kept at rest in 1L of methanol for precipitation of the polymer and this was washed successively with ethanol and water to remove excess ferric chloride.
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O precipitado marrom claro identificado como PT3MA por FTIR-ATR foi posteriormente secado e mantido em dissecador com sílica. O rendimento da reação foi de 80%.The light brown precipitate identified as PT3MA by FTIR-ATR was subsequently dried and kept in a dissector with silica. The reaction yield was 80%.
Como será comprovado pelos exemplos apresentados adiante, o método de polimerização por reação fotoquímica permite a síntese dos politiofenos poliânion PT3AA-K e poli(3-tiofeno metil acetato) e a preparação de suas misturas poliméricas com o polímero poli(fluoreto de vinilideno) aumentando a condutividade elétrica do fluoropolímero usado como matriz. A técnica de síntese fotoquímica em solução aquosa, inovadora na preparação de misturas poliméricas condutores constituídas por poli(3-alquÍltiofenos)/Polifluorados, oferece como opção a utilização de uma ferramenta para síntese rápida e com geração de menos resíduos quando comparada com as tradicionais técnicas de síntese química e eletroquímica. A quantidade de polímero condutor incorporado irá depender do tempo da reação, da porosidade da membrana matriz e das dosagens de radiação UV usadas durante reação. As técnicas de caracterização estrutural FTIR e RMN 1H confirmaram as sínteses dos polímeros, respectiva mente, pela presença absorções características atribuídas a seus grupos funcionais e pela ausência de deslocamentos correspondentes aos prótons a do anel aromático. As análises de UV-vis em solução de amostras de PT3MA mostram uma banda de absorção máxima em 407 nm como já observado para o polímero sintetizado quimicamente. As imagens por MEV mostram que a polimerização sobre a superfície da matriz é não uniforme e que esta tende iniciar da superfície para dentro da membrana hospedeira. Os poros com tamanhos de 2As will be shown by the examples presented below, the method of polymerization by photochemical reaction allows the synthesis of polyanion polyanion PT3AA-K and poly (3-thiophene methyl acetate) and the preparation of their polymeric mixtures with the poly (vinylidene fluoride) polymer increasing the electrical conductivity of the fluoropolymer used as a matrix. The technique of photochemical synthesis in aqueous solution, innovative in the preparation of conductive polymeric mixtures consisting of poly (3-alkylthiophenes) / Polyfluorates, offers as an option the use of a tool for rapid synthesis and with the generation of less waste when compared to traditional techniques chemical and electrochemical synthesis. The amount of conductive polymer incorporated will depend on the reaction time, the porosity of the matrix membrane and the dosages of UV radiation used during the reaction. The structural characterization techniques FTIR and 1 H NMR confirmed the syntheses of the polymers, respectively, by the presence of characteristic absorptions attributed to their functional groups and by the absence of displacements corresponding to the a protons of the aromatic ring. Analysis of UV-vis in solution of PT3MA samples shows a maximum absorption band at 407 nm as already observed for the chemically synthesized polymer. The SEM images show that polymerization on the matrix surface is non-uniform and that it tends to start from the surface into the host membrane. Pores with sizes of 2
24/50 a 4 de diâmetro presentes na membrana direcionam o crescimento das cadeias do polímero condutor e limitam a quantidade de material incorporado.24/50 to 4 in diameter present in the membrane direct the growth of the conductive polymer chains and limit the amount of material incorporated.
As análises termogravimétricas indicam um aumento da temperatura de fusão das misturas poliméricas pela presença do produto reacional em seus poros que podem atuar como barreiras de energia a fusão das fases cristalinas do PVDF. As medidas de condutividade elétrica das misturas poliméricas semicondutoras indicam um aumento significativo de condutividade do PVDF puro para a mistura polimérica contendo 26% de PT3AA-K de 1015 para 6 x 10’11 S/cm e mostram que as membranas não tendem sofrer variações significativas de condutividade quando dopadas com TSA.Thermogravimetric analyzes indicate an increase in the melting temperature of the polymeric mixtures due to the presence of the reaction product in their pores that can act as energy barriers to the fusion of the crystalline phases of the PVDF. The electrical conductivity measurements of semiconductor polymeric mixtures indicate a significant increase in conductivity of pure PVDF for the polymeric mixture containing 26% PT3AA-K from 10 15 to 6 x 10 '11 S / cm and show that the membranes do not tend to undergo variations conductivity when doped with TSA.
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de uma membrana condutora PT3MA/PVDF ou PT3AA-k/PVDF conduzida pela polimerização via fotoquímica do monômero T3MA ou T3AA-K compreende as seguintes etapas:In a preferred embodiment of the present invention, the process of preparing a conductive membrane PT3MA / PVDF or PT3AA-k / PVDF conducted by the photochemical polymerization of the T3MA or T3AA-K monomer comprises the following steps:
A reação de esterificação do monômero 3-tíofeno ácido acético (T3AA) foi realizada de acordo com os procedimentos sugeridos por Sugimoto18 e Osada19 conforme (Esquema 1). Cerca de 30,0 g do monômero T3AA foram dissolvidos em 150 ml de metanol contendo uma gota de ácido sulfúrico e mantido em aquecimento sob refluxo a 90°C por um período de 24 horas. Após término da reação, o metanol foi evaporado e o éster obtido lavado com dietil éter e água sucessivas vezes. O líquido viscoso residual de cor marrom foi posteriormente secado com sulfato de magnésio anidro, filtrado e identificado como 3-tiofeno-metil acetato (T3MA) com 82% de rendimento de reação. As etapas correspondentes áThe esterification reaction of the monomer 3-thiophene acetic acid (T3AA) was carried out according to the procedures suggested by Sugimoto 18 and Osada 19 as (Scheme 1). About 30.0 g of T3AA monomer were dissolved in 150 ml of methanol containing a drop of sulfuric acid and kept under heating at reflux at 90 ° C for a period of 24 hours. After completion of the reaction, methanol was evaporated and the obtained ester was washed with diethyl ether and water successively. The brown viscous residual liquid was subsequently dried with anhydrous magnesium sulfate, filtered and identified as 3-thiophene-methyl acetate (T3MA) with 82% reaction yield. The steps corresponding to
25/50 esterificação do monômero 3-tiofeno-metil acetato (T3MA) encontram-se no25/50 esterification of the monomer 3-thiophene-methyl acetate (T3MA) are found in the
Esquema 1Layout 1
T3AA T3MAT3AA T3MA
Esquema 1. Procedimento usado para síntese do T3MA. As reações de síntese fotoquímica foram realizadas em um ambiente fechado, em uma temperatura de 50°C, em estado estacionário usando radiação UV emitida por uma lâmpada de mercúrio de 400 W em intervalos de 5 a 40 minutos. Um exemplo típico de síntese fotoquímica adotado para o monômero 3-tiofeno ácido acético (T3AA) durante os ensaios pode ser descrito da seguinte maneira: 10 ml de solução aquosa do monômero 3-tiofeno ácido acético(0,2 mol L1) foram misturadas com 10 ml de solução de dicromato de potássio (0,6 mol L'1) em pequenos discos circulares Pyrex. Após completa homogeneização, uma amostra de matriz polimérica de poli(fluoreto de vinilídeno) (PVDF) previamente pesada foi submersa na solução monomérica e mantida em repouso, na ausência de luz, por um período de 10 minutos, tempo suficiente para a matriz atingir completa umectação. Após a reação por exposição à luz, o produto não incorporado a matriz e a mistura polimérica formada Poliânion Poli(tiofeno ácido acético)/Poli(fluoreto de vinilídeno) (PT3AA-K e PVDF) são lavados separadamente várias vezes com água para remoção do crômio contaminante, posteriormente secados em estufa a 90°C por 24 horas e guardados emScheme 1. Procedure used for T3MA synthesis. The photochemical synthesis reactions were carried out in a closed environment, at a temperature of 50 ° C, in a steady state using UV radiation emitted by a 400 W mercury lamp at intervals of 5 to 40 minutes. A typical example of photochemical synthesis adopted for the monomer 3-thiophene acetic acid (T3AA) during the tests can be described as follows: 10 ml of aqueous solution of the monomer 3-thiophene acetic acid (0.2 mol L 1 ) were mixed with 10 ml of potassium dichromate solution (0.6 mol L ' 1 ) in small circular Pyrex discs. After complete homogenization, a sample of polymeric matrix of poly (vinylidene fluoride) (PVDF) previously weighed was immersed in the monomeric solution and kept at rest, in the absence of light, for a period of 10 minutes, sufficient time for the matrix to reach complete wetting. After the reaction by exposure to light, the product not incorporated into the matrix and the polymer mixture formed Polyanion Poli (thiophene acetic acid) / Poly (vinylidene fluoride) (PT3AA-K and PVDF) are washed separately several times with water to remove the contaminating chromium, subsequently dried in an oven at 90 ° C for 24 hours and stored in
26/50 dessecador por um período de 3 dias. A mistura polimérica, após secagem, é pesada e a porcentagem de produto incorporada à matriz determinada por análise gravimétrica usando a Equação 1:26/50 desiccator for a period of 3 days. The polymeric mixture, after drying, is weighed and the percentage of product incorporated into the matrix determined by gravimetric analysis using Equation 1:
% PP = (massa da mistura polimérica - massa da matriz PVDF) (1) (massa da mistura polimérica)% PP = (mass of the polymeric mixture - mass of the PVDF matrix) (1) (mass of the polymeric mixture)
Sendo que % PP representa a porcentagem de produto incorporado a matriz.% PP represents the percentage of product incorporated into the matrix.
Procedimentos similares foram adotados para polimerização fotoquímica do monômero T3MA e formação da membrana poli(3-tiofeno acetato de metila)/ poli(fluoreto de vinilideno) (PT3MA e PVDF). Neste caso, as soluções monoméricas usadas nas sínteses foram preparadas por misturas dos solventes água-etanol na proporção 1:1.Similar procedures were adopted for photochemical polymerization of the T3MA monomer and formation of the poly (methyl 3-thiophene acetate) / poly (vinylidene fluoride) membrane (PT3MA and PVDF). In this case, the monomeric solutions used in the syntheses were prepared by mixing water-ethanol solvents in a 1: 1 ratio.
Processo de preparação de dispositivos eletroluminescentesPreparation process of electroluminescent devices
Em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de dispositivos eletroluminescentes a partir de misturas poliméricas condutoras de Poli(3-tiofeno acetato de metila)/Poli(fluoreto de vinilideno) (PT3MA e PVDF) é precedido por um processo de limpeza e remoção parcial do ITO, para garantir a remoção de possíveis contaminantes que pudessem afetar o desempenho o dispositivo, compreendendo as seguintes etapas:In a preferred embodiment of the present invention, the process of preparing electroluminescent devices from conductive polymeric mixtures of Poly (methyl 3-thiophene acetate) / Poly (vinylidene fluoride) (PT3MA and PVDF) is preceded by a cleaning process and partial removal of the ITO, to ensure the removal of possible contaminants that could affect the performance of the device, comprising the following steps:
a) uma placa de ITO é parcialmente coberta com fita adesiva e sua região exposta protegida com esmalte;a) an ITO plate is partially covered with adhesive tape and its exposed region protected with enamel;
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b) após remoção da fita, a placa é colocada em um recipiente com solução de HCI 1:1 e Zn em pó e mantida entre 12 e 18 minutos em ultrassom, sendo período preferencial igual a 15 minutos;b) after removing the tape, the plate is placed in a container with HCI 1: 1 solution and powdered Zn and kept between 12 and 18 minutes in ultrasound, with a preferential period equal to 15 minutes;
c) o ITO sobre a região não protegida é removido por reação de oxiredução;c) ITO on the unprotected region is removed by an oxireduction reaction;
d) a placa é então levada para um processo de limpeza em três etapas: acetona (para remoção do esmalte), álcool ísopropílico variável entre 70 °C e 90°C em água Millipore, por período variável entre 12 e 18 minutos em ultrassom, sendo período preferencial igual a 15 minutos;.d) the plate is then taken for a cleaning process in three stages: acetone (for removing the enamel), isopropyl alcohol variable between 70 ° C and 90 ° C in Millipore water, for a variable period between 12 and 18 minutes in ultrasound, preferential period equal to 15 minutes;
A remoção parcial do ITO da placa de vidro tem como objetivos principais evitar possível curto-circuito provocado pelo contato direto entre os eletrodos do dispositivo seja ele pela migração da camada de Alumínio através da camada ativa ou por perfurações causadas por contatos externos (boca de jacaré e pontas) sofridas durante a caracterização das propriedades elétricas do dispositivo.The partial removal of the ITO from the glass plate has as main objectives to avoid possible short-circuit caused by direct contact between the electrodes of the device, either by migration of the Aluminum layer through the active layer or by perforations caused by external contacts (alligator mouth and tips) suffered during the characterization of the electrical properties of the device.
Um processo de litografia óptica usando fotorresites foi utilizado para tentar gravar um padrão de máscara de proteção durante remoção parcial do ITO. A foto litografia permite demilitar regiões de funcionamento da camada ativa do dispositivo e assim reproduzir desenhos com a luz emitida pelo dispositivo. O processo inicia-se com a deposição de uma camada foto-resistiva por spinner (velocidade de 3000 rpm) sobre toda a superfície do ITO (1). Esta camada, também denominada de fotorresiste (2), é constituída por um líquido orgânico monomérico. Em seguida uma pré-cura do fotorresiste 1518 é realizada numaAn optical lithography process using photoresites was used to attempt to engrave a protective mask pattern during partial removal of the ITO. The photo lithography allows to demilitate regions of functioning of the active layer of the device and thus reproduce drawings with the light emitted by the device. The process begins with the deposition of a photo-resistive layer by spinner (speed of 3000 rpm) on the entire ITO surface (1). This layer, also called photoresist (2), consists of a monomeric organic liquid. Then a pre-cure of photoresist 1518 is performed in a
28/50 chapa quente “hot plate” a uma temperatura de 120eC durante 2 minutos. Um padrão de máscara (fotolito) (3) é alinhado com o substrato (ITO) em uma fotoalinhadora com fonte de luz ultravioleta (Figura 4) que executa a polimerização do fotorresite pela passagem de luz (4) através da região transparente do fotolito que contenha o padrão a ser transferido para o substrato. A região do fotorresiste protegida pela parte opaca do fotolito não sofre polimerização e esta pode ser removida usando um solvente revelador, neste caso, MIF-300.28/50 hot plate “hot plate” at a temperature of 120 and C for 2 minutes. A mask pattern (photolith) (3) is aligned with the substrate (ITO) in a photoaligner with an ultraviolet light source (Figure 4) that performs the photoresist polymerization by passing light (4) through the transparent region of the photolith. contains the pattern to be transferred to the substrate. The photoresist region protected by the opaque part of the photolith is not polymerized and can be removed using a developing solvent, in this case, MIF-300.
As regiões protegidas com fotorresiste não polimerizado não sofrem ataque químico durante o tratamento superficial e podem substituir o método de proteção usando com esmalte como descrito anteriormente.The regions protected with unpolymerized photoresist do not suffer chemical attack during the surface treatment and can replace the method of protection using with enamel as previously described.
Assim, em uma concretização preferencial da presente invenção, o processo de preparação de um dispositivo eletroluminescente compreende as seguintes etapas: 1) remoção parcial do ITO através de processo de corrosão com Zn em pó e HC11:1; 2) limpeza com solventes (acetona, água e álcool isopropílico usando ultrasom); 3) deposição do compósito por spinner or drop casting; 4) evaporação do solvente em estufa e secagem a vácuo; 5) de posição de alumínio usando evaporadora e máscaras.Thus, in a preferred embodiment of the present invention, the process for preparing an electroluminescent device comprises the following steps: 1) partial removal of the ITO through a corrosion process with Zn powder and HC11: 1; 2) cleaning with solvents (acetone, water and isopropyl alcohol using ultrasound); 3) deposition of the composite by spinner or drop casting; 4) evaporation of the solvent in an oven and vacuum drying; 5) of aluminum position using evaporator and masks.
EXEMPLOSEXAMPLES
Exemplo 1 - Espectroscopia no Infravermelho com transformada de FourierExample 1 - Infrared spectroscopy with Fourier transform
Através da análise dos espectros FTIR (Figura 6) foi possível caracterizar e identificar o éster e seu respectivo polímero obtidos pela rota sintética sugerida na Figura 1. A ausência da banda intensa e larga correspondente ao grupo hidroxila para ácidos confirma a esterificação do monômero T3AA em seu respectivo ésterThrough the analysis of FTIR spectra (Figure 6) it was possible to characterize and identify the ester and its respective polymer obtained by the synthetic route suggested in Figure 1. The absence of the intense and wide band corresponding to the hydroxyl group for acids confirms the esterification of the T3AA monomer in their respective ester
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Τ3ΜΑ. A presença de uma absorbância em 3090 cm'1 pode ser atribuída ao estiramento C-H na posição do anel do tiofeno. Esta absorbância está presente no espectro do monômero éster T3MA e ausente no espectro do polímero PT3MA indicando que a reação de polimerização do T3MA realmente ocorreu.Τ3ΜΑ. The presence of an absorbance at 3090 cm ' 1 can be attributed to the CH stretch at the position of the thiophene ring. This absorbance is present in the spectrum of the T3MA ester monomer and absent in the spectrum of the PT3MA polymer indicating that the T3MA polymerization reaction actually occurred.
A presença de picos de baixa intensidade em 764 cm-1 e 710 cm1 correspondentes a deformação C-H fora do plano para o monômero T3MA e ausência destes no espectro do polímero PT3MA também são indicadores que a reação de polimerização tenha ocorrido com sucesso.The presence of low intensity peaks at 764 cm-1 and 710 cm 1 corresponding to CH deformation out of the plane for the T3MA monomer and their absence in the PT3MA polymer spectrum are also indicators that the polymerization reaction has been successful.
Na mesma figura 6, para amostra de PBS foi possível atribuir algumas bandas: grupo C=O em 1714 cnrí1, estiramento C-O em 1150 cm*1 e deformação O-H em 950 cm*1.In the same figure 6, for the PBS sample it was possible to assign some bands: group C = O in 1714 cm 1 , CO stretching at 1150 cm * 1 and OH deformation at 950 cm * 1 .
As demais bandas identificadas e atribuídas a amostra de PT3MA foram: grupo C=O em 1726 cm'1 e deformação assimétrica C-H do grupo metil éster em 1429 cm-1. Análises das membranas constituídas pelas misturas poliméricas PT3MA/PBS 1:1 também foram realizadas. Neste caso, foram observadas bandas em 1713 cm*1 e em 1150 cm*1 impossíveis de serem atribuídas aos polímeros já que estes possuem grupos semelhantes que absorvem na mesma região. As bandas correspondentes aos grupos C=O e C-O do PBS parecem sobressair sobre as bandas do PT3MA.The other bands identified and assigned to the PT3MA sample were: group C = O at 1726 cm ' 1 and asymmetric CH deformation of the methyl ester group at 1429 cm- 1 . Analyzes of membranes made up of 1: 1 PT3MA / PBS polymer mixtures were also performed. In this case, bands were observed at 1713 cm * 1 and at 1150 cm * 1 impossible to be attributed to the polymers since they have similar groups that absorb in the same region. The bands corresponding to the PBS C = O and CO groups seem to stand out over the PT3MA bands.
A Tabela 1 mostra um comparativo das absorções observadas nos espectros de FTIR para os polímeros PT3MA e PBS e para suas misturas nas seguintes proporções PBS/PT3MA 50:50, PBS/PT3MA 80:20 e PBS/PT3MA 20:80. O espectro de PT3MA, já mencionado anteriormente, mostra um picoTable 1 shows a comparison of the absorptions observed in the FTIR spectra for PT3MA and PBS polymers and for their mixtures in the following proportions PBS / PT3MA 50:50, PBS / PT3MA 80:20 and PBS / PT3MA 20:80. The PT3MA spectrum, mentioned earlier, shows a peak
30/50 pequeno e estreito em 3000 cm'1 atribuído às vibrações estiramento C-H correspondente ao hidrogênio do anel tiofeno. Esta banda não está presente nas misturas provavelmente devido sua sobreposição pelas bandas, mais intensas e mais largas, correspondentes as vibrações estiramento C-H (-CH2-) alifáticos do PBS que ocorrem na mesma região (entre 3050 e 2850 cm'1). Vibrações estiramento de grupos C=O para ésteres foram observados em todos os espectros na região entre 1730 e 1710 cm'1, A absorbância atribuída à vibração estiramento do anel em 1429 cm’1 para o espectro de PT3MA foi também observada somente no espectro da blenda PBS/PT3MA 20:80. Nesta mesma região para os espectros de PBS e para os espectros das blendas de PBS/PT3MA 50:50 e PBS/PT3MA 80:20 foi observado uma absorção próxima a 1470 cm'1 correspondente a vibração estiramento C-H alifático dos grupos metileno do poliéster.30/50 small and narrow at 3000 cm ' 1 attributed to vibrations CH stretch corresponding to the hydrogen of the thiophene ring. This band is not present in the mixtures, probably due to its overlap by the bands, more intense and wider, corresponding to the aliphatic CH (-CH 2 -) stretching vibrations of the PBS that occur in the same region (between 3050 and 2850 cm ' 1 ). Stretch vibrations of groups C = O for esters were observed in all spectra in the region between 1730 and 1710 cm ' 1 , The absorbance attributed to the ring stretch vibration at 1429 cm' 1 for the PT3MA spectrum was also observed only in the spectrum of blends PBS / PT3MA 20:80. In this same region for the PBS spectra and the PBS / PT3MA 50:50 and PBS / PT3MA 80:20 blends spectra, an absorption close to 1470 cm ' 1 was observed corresponding to the vibration of the aliphatic CH stretch of the methylene groups of the polyester.
Bandas de absorção entre 1460 e 1400 cm'1 no espectro do PBS e suas blendas foram observadas e atribuídas ao estiramento C-O (versus deformação CH) do ácido carboxílico finalizador de cadeia do PBS. Estas bandas deveríam vir seguidas por outras bandas absorção entre 1320 e 1210 cm'1, porém permanecem sobrepostas pela presença das absorções correspondentes a vibrações estiramento C-O dos grupos ésteres do poliéster e do politiofeno (entre 1260 e 1150 v). Os picos observados em todos os espectros próximos a 1340 cm’1 foram atribuídos a deformação C-H dos grupos metilenos do PBS e dos grupos metílas do P3TMA. A presença de um pico próximo a 950 cm1 foi detectada nos espectros de PBS e suas misturas e atribuído a deformação O-H do grupo ácido carboxílico. Absorções correspondentes a deformações C-H, características deAbsorption bands between 1460 and 1400 cm ' 1 in the PBS spectrum and their blends were observed and attributed to the CO stretch (versus CH deformation) of the PBS chain-ending carboxylic acid. These bands should be followed by other absorption bands between 1320 and 1210 cm ' 1 , however they remain superimposed by the presence of the absorptions corresponding to CO stretching vibrations of the polyester and polyethylene ester groups (between 1260 and 1150 v). The peaks observed in all spectra close to 1340 cm ' 1 were attributed to CH deformation of the PBS methylene groups and the P3TMA methyl groups. The presence of a peak close to 950 cm 1 was detected in the spectra of PBS and its mixtures and attributed to OH deformation of the carboxylic acid group. Absorptions corresponding to CH deformations, characteristics of
31/50 cadeias que contenha em sua estrutura 4 grupos metilenos ou mais ligados, foram observadas próximas a 750 cm'1 e atribuídas aos grupos metilenos do poliéster. Picos correspondentes a deformações C-H aromático para politrofenos foram observados, respectivamente, próximos a 835 e 735 cm-1 para os espectros 5 de P3TMA e suas blendas PBS/PT3MA 50:50 e PBS/PT3MA 20:80 (Tabela 1).31/50 chains containing 4 methylene groups or more linked in their structure, were observed close to 750 cm ' 1 and attributed to the methylene groups of the polyester. Peaks corresponding to aromatic CH deformations for polytrophenes were observed, respectively, close to 835 and 735 cm-1 for spectra 5 of P3TMA and its blends PBS / PT3MA 50:50 and PBS / PT3MA 20:80 (Table 1).
Tabela 1. Comparação das absorções (cm-1) no infravermelho das membranas preparadas a partir dos polímeros e suas misturas por drop casting em solvente clorofórmio.Table 1. Comparison of absorptions (cm -1 ) in the infrared of membranes prepared from polymers and their mixtures by drop casting in chloroform solvent.
Exemplo 2 - Espectros copia de Ressonância Magnética Nuclear RMN 1HExample 2 - 1 H NMR Nuclear Magnetic Resonance spectra
A estrutura do Poli(butileno succinato) (Fórmula l) foi determinada por RMN 1H (Figura 7). Os deslocamentos químicos obtidos pelos espectros foram correlacionados com a estrutura do polímero e com a literatura.The structure of the Poly (butylene succinate) (Formula 1) was determined by 1 H NMR (Figure 7). The chemical shifts obtained by the spectra were correlated with the polymer structure and with the literature.
_T ϊ fl__T ϊ fl_
--OCHjCHjCHjCHjOCCHjCHjC-32/50--OCHjCHjCHjCHjOCCHjCHjC-32/50
Fórmula IFormula I
Os deslocamentos observados no espectro de RMN ’H (Tabela 2) foram: d 7,25 ppm (CDCh), d 4,15 ppm (2H,t,metileno -CH2O(C=O)-R), d 2,45 ppm (2H, t, metileno -CH2-(C-O)-R), d 1,75 ppm (2H,q,metileno R-CH2-R) (Tabela 2).The shifts observed in the 'H NMR spectrum (Table 2) were: d 7.25 ppm (CDCh), d 4.15 ppm (2H, t, methylene -CH 2 O (C = O) -R), d 2 , 45 ppm (2H, t, methylene -CH 2 - (CO) -R), d 1.75 ppm (2H, q, methylene R-CH 2 -R) (Table 2).
Tabela 2 - Deslocamentos químicos (ppm) do PBSTable 2 - Chemical displacements (ppm) of PBS
Exemplo 3 - Espectroscopia de absorção em Ultravioleta VisívelExample 3 - Visible Ultraviolet Absorption Spectroscopy
As análises em UV-ws das amostras de PT3MA em soluções de clorofórmio (Figura 8(a)) foram usadas para auxiliar sua caracterização através da análise de absorções específicas em seus espectros. Após otimização das amostras foi 10 possível selecionar concentrações poliméricas para construir uma curva de calibração para o polímero. As soluções diluídas mostram um pico de absorbâncía máximo para ο PT3MA em 400 nm em clorofórmio. Esta absorção nesta região é característica das transições p- p* do anel tiofeno para maioria dos poli(3-alquiltiofenos). Pela análise dos espectros UV-ws das blendas foi possível observar 15 somente esta banda em menor intensidade de absorção com o aumento gradativo de massa de PBS na mistura (Figura 8(b)).The UV-ws analyzes of PT3MA samples in chloroform solutions (Figure 8 (a)) were used to aid their characterization by analyzing specific absorptions in their spectra. After optimizing the samples, it was possible to select polymer concentrations to build a calibration curve for the polymer. The diluted solutions show a maximum absorbance peak for ο PT3MA at 400 nm in chloroform. This absorption in this region is characteristic of the p-p * transitions of the thiophene ring for most poly (3-alkylthiophenes). By analyzing the UV-ws spectra of the blends, it was possible to observe 15 only this band with lower absorption intensity with the gradual increase in the mass of PBS in the mixture (Figure 8 (b)).
Duas explicações são dadas para este comportamento: a ausência de grupos cromóforos no PBS que absorvam neste comprimento de onda (250-550Two explanations are given for this behavior: the absence of chromophore groups in the PBS that absorb this wavelength (250-550
33/50 nm) e a ausência de interação intermolecular entre PBS e PT3MA conforme mostra à separação de fases (formação de sítios distintos contendo somente um dos polímeros) detectadas nas fotos de Microscopia ótica. A pouca miscibilidade entre os polímeros PT3MA e PBS apontados pelos termogramas de suas misturas (presença de duas Tg distintas e distantes) e ausência de novas absorções ou deslocamentos daquelas já existentes com o aumento gradativo de PBS em sua composição evidenciam ausência de interação entre os grupos funcionais dos polímeros.33/50 nm) and the absence of intermolecular interaction between PBS and PT3MA as shown by the phase separation (formation of distinct sites containing only one of the polymers) detected in the photos of optical microscopy. The little miscibility between the PT3MA and PBS polymers indicated by the thermograms of their mixtures (presence of two distinct and distant Tg) and absence of new absorptions or displacements of those already existing with the gradual increase of PBS in their composition show an absence of interaction between the groups functional properties of polymers.
Os dados de absorbância UV-v/s em 400 nm foram usados para construir a curva de calibração. Para cada concentração 3 medidas foram realizadas. Com os valores médios de absorbância máxima obtidos em cada concentração de solução foi possível traçar a curva de calibração (Figura 8(aJ), absorbância versus concentração de PT3MA em clorofórmio (mol/L) e obter o valor de absortividade molar do polímero (e) através da inclinação da reta do gráfico. A equação usada para traçar a curva segue a lei de Beer, expressa na equação abaixo.The UV-v / s absorbance data at 400 nm was used to construct the calibration curve. For each concentration, 3 measurements were taken. With the average maximum absorbance values obtained at each concentration of solution, it was possible to draw the calibration curve (Figure 8 (aJ), absorbance versus PT3MA concentration in chloroform (mol / L) and obtain the molar absorptivity value of the polymer (and ) through the slope of the graph line. The equation used to draw the curve follows Beer’s law, expressed in the equation below.
A (Àniiix = 4(Χ)ητη) = F-b-c onde A é absorbância medida, b é o caminho percorrido pela amostra e c (mol/L) é a concentração da amostra.A (Àniiix = 4 (Χ) ητη) = F-b-c where A is measured absorbance, b is the path taken by the sample and c (mol / L) is the concentration of the sample.
A expressão A=6193,7c+0.1038 e o valor de e correspondente a 6193,7 mol g^cm’1 foram obtidos a partir curva de calibração (Figura 9). O valor numérico agregado a equação em 0,1038 foi atribuído a erros experimentais sistemáticos oriundos da cuveta, do ar, do solvente entre outros.The expression A = 6193.7c + 0.1038 and the value of e corresponding to 6193.7 mol g ^ cm ' 1 were obtained from the calibration curve (Figure 9). The numerical value added to the equation at 0.1038 was attributed to systematic experimental errors from the cuvette, air, solvent and others.
Exemplo 4 - Efeito das soluções concentradas (0,03 mg/ml a 2,5 mg/ml)Example 4 - Effect of concentrated solutions (0.03 mg / ml to 2.5 mg / ml)
34/5034/50
A reação química entre o polímero e dopante pôde ser observada por mudanças ocorridas no espectro de UV-vis. A Figura 7 compara os espectros de UV-vvs do PT3MA em clorofórmio variando as concentrações de 0,03 mg/ml a 2,5 mg/ml. Uma análise comparativa entre os ÀmáX dos espectros da Figura 8 e 10 foi realizada. A transição π-π* do anel tiofeno mostra um deslocamento para o vermelho com respeito às análises realizadas para soluções mais diluídas indicando que o comprimento de conjugação π aumenta com a concentração do polímero, isto é, a energia requerida para transição π-π* diminui.The chemical reaction between the polymer and the dopant could be observed by changes in the UV-vis spectrum. Figure 7 compares the UV-vvs spectra of PT3MA in chloroform varying the concentrations from 0.03 mg / ml to 2.5 mg / ml. A comparative analysis between the M X of the spectra of Figure 8 , and 10 was performed. The π-π * transition of the thiophene ring shows a red shift with respect to the analyzes performed for more diluted solutions indicating that the π conjugation length increases with the polymer concentration, that is, the energy required for the π-π * transition decreases.
O mesmo comprimento de onda máximo de 400 nm para soluções diluídas é aumentado para 496 nm para a solução mais concentrada. A segunda banda observada nos espectros das soluções concentradas pode ser atribuída à formação de espécies polarons e bipolarons nas cadeias dos polímeros evidenciando a influência do agente dopante.The same maximum wavelength of 400 nm for diluted solutions is increased to 496 nm for the most concentrated solution. The second band observed in the spectra of the concentrated solutions can be attributed to the formation of polaron and bipolaron species in the polymer chains, showing the influence of the doping agent.
Exemplo 5 - Efeitos dos solventesExample 5 - Effects of solvents
Um estudo de influência sobre energia gap (Eg) do polímero por alternância de uso de solventes (clorofórmio, clorobenzeno e ciclohexanona) e variações de suas concentrações foi realizado. Em soluções diluídas (0,01 mg/ml), pouco efeito sobre a banda de absorção π-π* é observada quando solvente clorofórmio é mudado para solventes mais polares e menos voláteis (Figura 11).A study of the influence on the energy gap (Eg) of the polymer by alternating the use of solvents (chloroform, chlorobenzene and cyclohexanone) and variations in their concentrations was carried out. In diluted solutions (0.01 mg / ml), little effect on the π-π * absorption band is observed when chloroform solvent is changed to more polar and less volatile solvents (Figure 11).
Comprimentos de onda com absorção máxima em 400,407 e 400 nm foram observados, respectiva mente, para as soluções de concentração 0,01 mg/ml do PT3MA em clorofórmio, clorobenzeno e ciclohexanona. As bandas gap calculadas pelo comprimento de onda onset ÀonSet do espectro de UV-ws resultam em valores,Wavelengths with maximum absorption at 400.407 and 400 nm were observed, respectively, for the solutions of concentration 0.01 mg / ml of PT3MA in chloroform, chlorobenzene and cyclohexanone. The gap bands calculated by the onset wavelength À onS et of the UV-ws spectrum result in values,
35/50 respectivamente, de 2,56, 2,48 e 2,48 eV, A pequena diferença de valores entre as bandas gaps (menor que 0,1 eV) sugere que o solvente pouco influência na deslocalização do elétron n. Desta maneira, embora a constante dielétrica dos solventes variem de 3,7 (clorofórmio) para 15,6 (ciclohexanona), a natureza das interações soluto-solvente não específicas é similar em todos os casos minimizando os efeitos (ligações hidrogênio entre PT3MA e solventes não são possíveis).35/50, respectively, of 2.56, 2.48 and 2.48 eV. The small difference in values between the gap bands (less than 0.1 eV) suggests that the solvent has little influence on the displacement of electron n. Thus, although the dielectric constant of the solvents varies from 3.7 (chloroform) to 15.6 (cyclohexanone), the nature of the non-specific solute-solvent interactions is similar in all cases, minimizing the effects (hydrogen bonds between PT3MA and solvents are not possible).
Ao contrário, em soluções concentradas (5 mg/ml) o solvente tem um papel importante em suas estruturas eletrônicas. Nestes casos, o solvente afeta a posição do pico da transição π-π*. Os obtidos para transição π-π* do clorofórmio, ciclohexanona e clorobenzeno foram 508, 522, 537 nm, respectiva mente. Os espetros de absorção em UVv/s para soluções concentradas mostram a ocorrência de um deslocamento para o vermelho quando a volatilidade do solvente decresce que resulta em uma redução da energia requerida para transição π-π* (Figura 12).On the contrary, in concentrated solutions (5 mg / ml) the solvent has an important role in its electronic structures. In these cases, the solvent affects the position of the π-π * transition peak. Those obtained for transition π-π * from chloroform, cyclohexanone and chlorobenzene were 508, 522, 537 nm, respectively. The absorption spectra in UVv / s for concentrated solutions show the occurrence of a red shift when the solvent volatility decreases which results in a reduction in the energy required for the π-π * transition (Figure 12).
O valor da Eg calculada para clorofórmio (pressão de vapor de 160mmHga 20°C) é de 2,09 eV, enquanto que os valores para os solventes ciclohexanona (vapor de pressão 3,4 mmHg a 20°C) e clorobenzeno (vapor de pressão 11,8 mmHg a 25°C) diminuem, respectivamente, para 1,91 e 1,89 eV, Os resultados mostram que as interações intramoleculares entre as moléculas dos polímeros são afetadas pela mobilidade dos solventes que por sua vez variam com suas volatilidades. Outra importante característica destas curvas é que a banda deThe value of Eg calculated for chloroform (vapor pressure of 160mmHga 20 ° C) is 2.09 eV, while the values for the solvents cyclohexanone (pressure vapor 3.4 mmHg at 20 ° C) and chlorobenzene (vapor of pressure 11.8 mmHg at 25 ° C) decrease, respectively, to 1.91 and 1.89 eV. The results show that the intramolecular interactions between the molecules of the polymers are affected by the mobility of the solvents which in turn vary with their volatilities . Another important characteristic of these curves is that the
36/50 oxidação em 744 nm somente é observada na solução de clorofórmio (0,050,100% de etanol) confirmando que esta banda corresponde ao complexo FeCh. Exemplo 6 - Efeito produzido pela adição de outros dopantes36/50 oxidation at 744 nm is only observed in the chloroform solution (0.050,100% ethanol) confirming that this band corresponds to the FeCh complex. Example 6 - Effect produced by the addition of other dopants
Gotas de ácido Poli(estireno sulfônico) PSSA e ácido dodecil benzeno sulfônico DBSA foram adicionadas a soluções diluídas (0,001, 0,005 e 0,001 mg/ml) e concentradas (5,0 mg/ml) de PT3MA em clorofórmio para avaliar seus efeitos dopantes. A quantidade de dopante usada nas soluções foi equivalente a 10 % da massa do polímero utilizado no preparo destas. Os espectros de Uv-v/s do PT3MA dopados com PSSA e do DBSA foram semelhantes àqueles obtidos com o cloreto férrico oriundos da polimerizaçâo. Por exemplo, os valores de Àr[iaxe Eg obtidos para o PSSA em solução de clorofórmio (0,01 mg/ml) foram 403 nm e 2,53 eV, respectivamente (Figura 12). Os valores obtidos para o DBSA foram 403 nm e 2,54 eV. Estes valores são muito próximos aos obtidos para ο PT3MA proveniente da polimerizaçâo (Àmax =400 e Eg=2,56).Drops of poly (styrene sulfonic acid) PSSA and dodecyl benzene sulfonic acid DBSA were added to diluted (0.001, 0.005 and 0.001 mg / ml) and concentrated (5.0 mg / ml) solutions of PT3MA in chloroform to assess its doping effects. The amount of dopant used in the solutions was equivalent to 10% of the mass of the polymer used in the preparation of these. The spectra of Uv-v / s of PT3MA doped with PSSA and DBSA were similar to those obtained with ferric chloride from polymerization. For example, the values of À r [iax and Eg obtained for PSSA in chloroform solution (0.01 mg / ml) were 403 nm and 2.53 eV, respectively (Figure 12). The values obtained for DBSA were 403 nm and 2.54 eV. These values are very close to those obtained for ο PT3MA from polymerization (À max = 400 and Eg = 2.56).
Tanto o PSSA como o DBSA mostram pobre comportamento de dopagem para ο PT3MA. Este comportamento é consistente com aquele encontrado na literatura atribuído a curta distância entre a cadeia conjugada e o grupo carboxilato da cadeia lateral.Both PSSA and DBSA show poor doping behavior for ο PT3MA. This behavior is consistent with that found in the literature attributed to the short distance between the conjugated chain and the side chain carboxylate group.
Exemplo 7 - Membranas ultrafinas de PT3MAExample 7 - Ultra-thin PT3MA membranes
A Figura 14 mostra os espectros de absorção de membranas ultrafinas de PT3MA. Os valores de espessuras dos filmes poliméricos foram variados usando concentrações diferenciadas de solução do polímero de 0,01 a 5 mg/ml. Embora os perfis de absorção registrados em estado sólido sejam semelhantes àquelesFigure 14 shows the absorption spectra of PT3MA ultrafine membranes. The thickness values of the polymeric films were varied using different concentrations of polymer solution from 0.01 to 5 mg / ml. Although the absorption profiles recorded in solid state are similar to those
37/50 obtidos em solução, as espessuras dos filmes afetam os picos de absorção e a absorbância. Os comprimentos de onda máximos dos filmes obtidos usando soluções 0,01, 1,00 e 5 mg/ml em clorofórmio foram 482, 433 e 419 nm, respectiva mente. Estes resultados mostram um deslocamento para o azul com o aumento da concentração de PT3MA em solução. As energias gap aumentam com a concentração, de 1,52 para 2,17 eV quando as concentrações são variadas de 0,01 a 5,00 mg/ml. Estes resultados indicam que um melhor e mais efetivo empacotamento de estrutura conjugada π é obtido quando soluções mais diluídas são usadas no preparo dos filmes, além disso, a baixa energia Eg determinada para as membranas ultrafinas produzidas por soluções diluídas indica que os efeitos intermoleculares de comprimentos de conjugação p são mais importantes em estado sólido como foram recentemente preditos por cálculos ab-initio.37/50 obtained in solution, the thickness of the films affects the absorption peaks and absorbance. The maximum wavelengths of the films obtained using solutions 0.01, 1.00 and 5 mg / ml in chloroform were 482, 433 and 419 nm, respectively. These results show a blue shift with increasing PT3MA concentration in solution. The gap energies increase with the concentration, from 1.52 to 2.17 eV when the concentrations are varied from 0.01 to 5.00 mg / ml. These results indicate that a better and more effective packaging of conjugated structure π is obtained when more diluted solutions are used in the preparation of the films, in addition, the low Eg energy determined for the ultra thin membranes produced by diluted solutions indicates that the intermolecular effects of lengths of conjugation p are more important in solid state as they were recently predicted by ab-initio calculations.
Verdadeiramente, a Eg para os nanofilmes obtidos de uma solução 0,01 mg/ml é 0,37 eV menor que aquele preditos para uma cadeia polimérica isolada em uma conformação planar ideal.Truly, Eg for nanofilms obtained from a 0.01 mg / ml solution is 0.37 eV less than that predicted for an isolated polymeric chain in an ideal planar conformation.
É importante ressaltar também que a Eg medida para a membrana ultrafina obtida por spinner usando solução de 5,00 mg/ml (2,17 eV) é maior que aquela determinada pela análise UV-v/s de uma solução de mesma concentração, independentemente do solvente (1,89-2,09 eV). Assim, para as membranas ultrafinas, a redução da energia gap produzida pelas interações do tipo empilhamento π entre os anéis aromáticos não é suficiente para compensar os efeitos conformacionais negativos sobre o comprimento molecular da conjugação tt. Portanto, o uso de spinner para soluções concentradas produz distorções naIt is also important to note that the Eg measured for the ultrafine membrane obtained by spinner using a 5.00 mg / ml solution (2.17 eV) is greater than that determined by the UV-v / s analysis of a solution of the same concentration, regardless of the solvent (1.89-2.09 eV). Thus, for ultrafine membranes, the reduction in the gap energy produced by the π stacking interactions between the aromatic rings is not sufficient to compensate for the negative conformational effects on the molecular length of the tt conjugation. Therefore, the use of spinner for concentrated solutions produces distortions in the
38/50 forma das cadeias dos polímeros, que não são capazes readaptarem suas conformações devido ao empacotamento das moléculas da vizinhança.38/50 shape of the polymer chains, which are not able to readapt their conformations due to the packaging of the surrounding molecules.
Exemplo 8 - Estudo da influência da conformação molecular nas propriedades eletrônicas do PT3MAExample 8 - Study of the influence of molecular conformation on the electronic properties of PT3MA
A conformação all-anti, situação em que todos os ângulos diédricos entre anéis (Θ definido pela sequência S-C-C-S) adotam o valor de 180°C, foi usada como estrutura inicial em todos os casos para os Cálculos de Mecânica Quântica.The all-anti conformation, situation in which all dihedral angles between rings (Θ defined by the sequence S-C-C-S) adopt the value of 180 ° C, was used as the initial structure in all cases for Quantum Mechanics Calculations.
A Teoria do Funcional de Densidade (DFT) foi utilizada para a otimização geométrica do polímero em função da preferência da conformação do grupo 10 acetato de metila. Para este propósito, Cálculos de Mecânica Quântica sobre 4T3MA foram realizados usando a fase gasosa, condição em que o polímero esteja livre de qualquer tipo de interação com o solvente. Os dois arranjos de menor energia, quase isoenergéticas, estão representados abaixo. A disposição dos grupos acetato de metila que diferem pelas suas disposições foi desenhada para 15 um arranjo anti para todos os ângulos diédricos entre anéis (q =180°).The Density Functional Theory (DFT) was used for the geometric optimization of the polymer according to the preference of the conformation of the methyl 10 acetate group. For this purpose, Quantum Mechanics Calculations on 4T3MA were performed using the gas phase, a condition in which the polymer is free of any type of interaction with the solvent. The two less energy, almost isoenergetic, arrangements are shown below. The arrangement of the methyl acetate groups that differ in their arrangement was designed for an anti-arrangement for all the dihedral angles between rings (q = 180 °).
Os arranjos diferem pela disposição espacial do grupo acetato de metila. O arranjo I mantém a mesma orientação para todas as unidades repetitivas (todasThe arrangements differ by the spatial arrangement of the methyl acetate group. Arrangement I maintains the same orientation for all repetitive units (all
39/50 para cima do plano), enquanto que o arranjo II se diferencia pela alternância das disposições (acima e abaixo do plano). Entretanto, a diferença de energia entre ambas é muito pequena, sendo a primeira estrutura mais estável por 0,1 Kcal/mol. Os ângulos diédricos entre anéis destas duas estruturas tomam um conformação anti-gauche com o ângulo podendo variar de 130 a 132°.39/50 above the plane), while arrangement II differs by alternating the dispositions (above and below the plane). However, the energy difference between the two is very small, the first structure being more stable at 0.1 Kcal / mol. The dihedral angles between the rings of these two structures take on an anti-gauche shape with the angle varying from 130 to 132 °.
Os cálculos mecânicos quânticos realizados para ο Π-Τ3ΜΑ variando as unidades monoméricas repetitivas (n) de 2 a 10 para os arranjos I e II (ambos antigauche) mostram que o valor de energia de desestabilização encontrado é 0,3 Kcal/mol. Esta pequena diferença sugere que a interação entre a cadeia principal do polímero e seu grupo substituinte acetato de metila é muito pequena.The quantum mechanical calculations performed for ο Π-Τ3ΜΑ varying the repetitive monomer units (n) from 2 to 10 for arrangements I and II (both ancientuche) show that the destabilization energy value found is 0.3 Kcal / mol. This small difference suggests that the interaction between the polymer's main chain and its methyl acetate substituent group is very small.
Os mesmos cálculos foram realizados para uma conformação all-anti considerando a mesma disposição dos grupos substituintes laterais atribuídas ao primeiro arranjo (fixação dos ângulos diédricos entre anéis em 180°C). A conformação all-anti mostra-se menos estável que a anti-gauche, uma vez que a energia relativa tende aumentar de 1,9 para 12,8 Kcal/mol quando n varia de 2 para 10.The same calculations were performed for an all-anti conformation considering the same arrangement of the lateral substituting groups attributed to the first arrangement (fixing the dihedral angles between rings at 180 ° C). The all-anti conformation is less stable than the anti-gauche, since the relative energy tends to increase from 1.9 to 12.8 Kcal / mol when it does not vary from 2 to 10.
A Tabela 4 mostra um resumo com os valores de λ max, λ onset e Eg determinados experimentalmente e teoricamente para ο PT3MA em soluções diferentes. Os valores de Eg previstos para uma cadeia infinita de PT3MA para o primeiro arranjo, o segundo arranjo e all-anti são 2,78, 2,93 e 1,89 eV. Estes resultados mostram a influência da conformação da cadeia principal do polímero sobre o PI e a EA usado para estimar o de Eg.Table 4 shows a summary with the values of λ max, λ onset and Eg determined experimentally and theoretically for ο PT3MA in different solutions. The values of Eg predicted for an infinite chain of PT3MA for the first array, the second array and all-anti are 2.78, 2.93 and 1.89 eV. These results show the influence of the conformation of the polymer main chain on the PI and EA used to estimate Eg.
40/5040/50
Como esperado, a Eg diminui quando a planaridade da cadeia principal aumenta, comportamento que pode ser atribuído ao aprimoramento da conjugação produzida quando os ângulos diédricos entre anéis vão em direção de um valor próximo a 180°C. Os valores de Eg obtidos para o primeiro e segundo 5 arranjos estão sobreestimados, respectivamente, por 0,22 e 0,37 eV ao valor calculado para a solução diluída de clorofórmio (solvente apoiar) de Eg=2,56 eV. Em contraste, o valor de Eg da conformação all-anti é subestimado por 0,67 eV. Portanto em solução diluída de clorofórmio, a cadeia principal das moléculas do polímero deve estar em uma conformação intermediária entre a anti-gauche e all10 anti, embora esteja mais próxima da primeira.As expected, Eg decreases when the planarity of the main chain increases, a behavior that can be attributed to the improvement of the conjugation produced when the dihedral angles between rings go towards a value close to 180 ° C. The Eg values obtained for the first and second 5 arrangements are overestimated, respectively, by 0.22 and 0.37 eV to the calculated value for the diluted chloroform solution (backing solvent) of Eg = 2.56 eV. In contrast, the Eg value of the all-anti conformation is underestimated by 0.67 eV. Therefore, in diluted chloroform solution, the main chain of the polymer molecules must be in an intermediate conformation between the anti-gauche and all10 anti, although it is closer to the first.
Em contraste, a Eg prevista para soluções concentradas de clorofórmio (5mg/ml) está mais próxima da conformação alhantido que para a conformação anti-gauche. A diferença é de 0,2 e 0,69 eV, respectiva mente. A explicação para tal comportamento é que, em soluções concentradas, as cadeias de PT3MA 15 tendem adquirir arranjos planares que é totalmente consistente com o deslocamento para o vermelho observado anteriormente para o Àmax, isto é, o comprimento de conjugação aumenta em cadeias de polímero.In contrast, Eg foreseen for concentrated chloroform solutions (5mg / ml) is closer to the alhantido conformation than to the anti-gauche conformation. The difference is 0.2 and 0.69 eV, respectively. The explanation for this behavior is that, in concentrated solutions, the chains of PT3MA 15 tend to acquire planar arrangements that are totally consistent with the red shift observed previously for À ma x, that is, the conjugation length increases in chains of polymer.
Tabela 4 - Valores de Àmax, λοη5θι e Eg para ο PT3MA.Table 4 - Values of Àm ax , λο η5θ ι and E g for ο PT3MA.
41/5041/50
Além disso, esta planaridade aumenta quando a volatilidade do solvente diminui, a Eg prevista para a solução de clorobenzeno concentrada é idêntica àquela calculada para uma conformação ideal all-anti.In addition, this flatness increases when the volatility of the solvent decreases, the Eg predicted for the concentrated chlorobenzene solution is identical to that calculated for an ideal all-anti conformation.
Exemplo 9 - Cromatografia por Permeação em gel (GPC)Example 9 - Gel Permeation Chromatography (GPC)
Uma curva de calibração foi construída com o objetivo de determinar o coeficiente dn/dc (Figura 13) e a massa molar absoluta do polímero. Para este propósito soluções de polímero PT3MA em solvente clorofórmio foram preparadas. A partir de uma solução de 5 mg/ml (solução mãe), soluções com 10 concentrações mais diluídas do polímero foram obtidas utilizando balões de 10 ml e usando a relação Ci x Vf = Cf x Vf, onde os índices i e f representam as concentrações e volumes iniciais e finais do preparo. Três espécies com massas molares diferentes foram observadas na análise com volumes de retenção de 14,6; 14,8 e 19,1 ml. A primeira espécie com a segunda maior fração (44,7 %)A calibration curve was constructed in order to determine the dn / dc coefficient (Figure 13) and the absolute molar mass of the polymer. For this purpose solutions of PT3MA polymer in chloroform solvent were prepared. From a 5 mg / ml solution (stock solution), solutions with 10 more diluted concentrations of the polymer were obtained using 10 ml flasks and using the Ci x Vf = Cf x Vf ratio, where the ief indexes represent the concentrations and initial and final volumes of the preparation. Three species with different molar masses were observed in the analysis with retention volumes of 14.6; 14.8 and 19.1 ml. The first species with the second largest fraction (44.7%)
42/50 correspondente a 400-401 meros apresentou uma massa molar média (Mz) de 7,0 x 104 Da, a segunda espécie com maior fração de 47,9% (380-381 meros) com Mz de 6,8 x 104 Da e a terceira espécie (fração de 7,4% e 21-22 meros) com uma massa molar média de 3,3 x 103 Da.42/50 corresponding to 400-401 mere showed an average molar mass (Mz) of 7.0 x 104 Da, the second species with a greater fraction of 47.9% (380-381 mere) with Mz of 6.8 x 104 Da and the third species (fraction of 7.4% and 21-22 mere) with an average molar mass of 3.3 x 103 Da.
Exemplo 10 - Microscopia ÓpticaExample 10 - Optical Microscopy
A distribuição dos polímeros e das esferulitas de PBS nas membranas pode ser observada através da análise de imagens obtidas por Microscopia Óptica de filmes de PBS/PT3MA 50:50 depositados sobre placas de ITO. Com o auxílio de placa de aquecimento e adição de filtro de cor foi possível também fazer uma avaliação da cristalinidade dos polímeros que compõem as membranas estudadas. A Figura 16 (a) mostra a formação de pequenas bolhas resultantes da fusão do PBS a 109aC durante o aquecimento do filme até a temperatura de 200°C. Após esfriamento do filme a 70°C (Figurai 16 (b)) foi possível observar a formação de pequenas esferulitas resultantes da recristalização do PBS.The distribution of PBS polymers and spherulites in membranes can be observed by analyzing images obtained by optical microscopy of PBS / PT3MA 50:50 films deposited on ITO plates. With the aid of a heating plate and the addition of a color filter, it was also possible to assess the crystallinity of the polymers that make up the studied membranes. Figure 16 (a) shows the formation of small bubbles resulting from the fusion of PBS at 109 C during heating the film to 200 ° C. After cooling the film to 70 ° C (Figure 16 (b)) it was possible to observe the formation of small spherulites resulting from the recrystallization of the PBS.
A análise dos filmes na presença de filtro de cor revelou a formação de três sítios distintos: uma região polimérica amorfa de cor marrom atribuído ao PT3MA, uma segunda região de cor verde-esbranquiçada constituída por esferulitas de PBS e uma terceira região cinza correspondente a um sítio vazio somente com o substrato ITO.The analysis of the films in the presence of a color filter revealed the formation of three distinct sites: a brown amorphous polymeric region attributed to PT3MA, a second whitish-green region consisting of PBS spherulites and a third gray region corresponding to a empty site only with the ITO substrate.
Exemplo 11 - Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)Example 11 - Scanning Electron Microscopy (SEM)
As micrografias por MEV mostram que a distribuição de PT3MA sobre o PBS é completamente homogênea na membrana PBS/PT3MA 50:50. As fases esféricas mostradas nas micrografias foram atribuídas ao PT3MA devido aSEM micrographs show that the distribution of PT3MA over PBS is completely homogeneous on the PBS / PT3MA 50:50 membrane. The spherical phases shown in the micrographs were attributed to PT3MA due to
43/50 concentrações de enxofre detectadas por análises espectroscópicas de energia dispersiva (EDS) Figuras 17(a).43/50 sulfur concentrations detected by dispersive energy spectroscopic analyzes (EDS) Figures 17 (a).
As micrografias por MEV de PT3MA mostradas na Figura 17(b) evidenciam a formação de nanoagregados esféricos de pequenos e médios tamanhos. As membranas formadas por PT3MA não apresentam boas propriedades mecânicas, pois se rompem facilmente ao manuseá-las. Além disso, grandes partículas podem ser observadas destacando-se de sua superfície após algum tempo de sua formação. Entretanto a integridade mecânica é obtida por mistura com o PBS. As membranas de PBS mostram agregados lamelares com certo grau de porosidade (Figura 17(c)). A porosidade apresentada e esperada por estas microestruturas possibilita uma melhor mistura efetiva entre o poliéster e o polímero condutor.The SEM micrographs of PT3MA shown in Figure 17 (b) show the formation of spherical nanoaggregates of small and medium sizes. The membranes formed by PT3MA do not have good mechanical properties, as they break easily when handling them. In addition, large particles can be observed detaching from their surface after some time of their formation. However, mechanical integrity is achieved by mixing with PBS. The PBS membranes show lamellar aggregates with a certain degree of porosity (Figure 17 (c)). The porosity presented and expected by these microstructures allows a better effective mixture between the polyester and the conductive polymer.
O aumento do conteúdo de PBS na membrana PT3MA:PBS aumenta significamente sua flexibilidade. Esta propriedade característica do Polifbutileno succinato) é ainda mais pronunciada quando suas cadeias não são tão longas. Ganho em propriedades mecânicas para misturas poliméricas PBS/Poliestireno já foram observadas pela introdução do poliéster.Increasing the content of PBS in the PT3MA: PBS membrane significantly increases its flexibility. This characteristic property of Polifbutilene succinato) is even more pronounced when its chains are not so long. Gain in mechanical properties for polymeric PBS / Polystyrene mixtures have already been observed by the introduction of polyester.
Exemplo 12 - Imagens digitais das membranas ultrafinasExample 12 - Digital images of ultrafine membranes
Membranas ultrafinas da mistura polimérica PBS/PT3MA nas proporções 50:50, 80:20 e 20:80 podem ser obtidas usando a técnica de spinner sobre substratos de vidro cobertos com camada nanométrica ITO ou sobre disco de silício utilizando uma camada intermediária polimérica do polí (4-hidroxi-estireno)Ultra thin membranes of the polymeric mixture PBS / PT3MA in the proportions 50:50, 80:20 and 20:80 can be obtained using the spinner technique on glass substrates covered with an ITO nanometer layer or on silicon disk using a polymeric intermediate layer of poly (4-hydroxy-styrene)
PHS.PHS.
44/5044/50
As fotos obtidas com a câmera de um microscópio óptico de bancada (Figura 18) mostram o momento em que o filme se destaca da placa de ITO após a dissolução completa do polímero PHS em etanol.The photos obtained with the camera of a bench optical microscope (Figure 18) show the moment when the film detaches from the ITO plate after the complete dissolution of the PHS polymer in ethanol.
Exemplo 13 - Micros copia de Força Atômica (AFM)Example 13 - Atomic Force Microscopy (AFM)
As imagens de AFM (Figura 19 a-b) mostram a topografia de superfície de dois sítios distintos de um mesma membrana de PT3MA depositado sobre substrato de ITO por spinner (8000 rpm, 60s) a partir solução polimérica de concentração 5mg/ml. A Figura 19 c mostra a imagem de uma membrana de PT3MA/PBS 50:50.AFM images (Figure 19 a-b) show the surface topography of two different sites on the same PT3MA membrane deposited on ITO substrate by spinner (8000 rpm, 60s) from 5mg / ml polymeric solution. Figure 19c shows the image of a 50:50 PT3MA / PBS membrane.
A rugosidade média determinada para as duas regiões analisadas (Figura 19 (a) e (b)) foram, respectiva mente, 14 e 8 nm. As imagens também detectaram maiores protuberâncias e pontos de ruptura na primeira região analisada (Figura 19 (a)). Esta notável diferença pode ser atribuída às baixas propriedades mecânicas do politiofeno puro, tais como dureza e rigidez, tomando seus filmes bastante quebradiços. Foi possível também observar nas imagens a baixa porosidade existente nos filmes obtido. A espessura das membranas de PT3MA com PBS (mistura polimérica PT3MA/PBS 50:50) foram determinadas por AFM (Figura 19(c)). Uma curva de calibração (espessura x rotação) com filmes de diferentes espessuras foi montada utilizando um spinner. As provas foram realizadas variando a rotação do equipamento de 1500 a 12000 rpm por períodos de 60 s.The average roughness determined for the two analyzed regions (Figure 19 (a) and (b)) were, respectively, 14 and 8 nm. The images also detected greater protuberances and rupture points in the first region analyzed (Figure 19 (a)). This remarkable difference can be attributed to the low mechanical properties of pure polythiophene, such as hardness and rigidity, making its films quite brittle. It was also possible to observe in the images the low porosity existing in the films obtained. The thickness of the PT3MA membranes with PBS (polymeric mixture PT3MA / PBS 50:50) was determined by AFM (Figure 19 (c)). A calibration curve (thickness x rotation) with films of different thicknesses was created using a spinner. The tests were performed varying the equipment's rotation from 1500 to 12000 rpm for periods of 60 s.
De acordo com a curva, a espessura de uma membrana obtido por rotação de 8000 rpm por 60 s pode estar compreendida entre 20 e 30 nm.According to the curve, the thickness of a membrane obtained by rotating 8000 rpm for 60 s can be between 20 and 30 nm.
45/5045/50
A Figura 20(a) mostra a imagem obtida por MEV da superfície e da seção transversal de uma membrana ultrafina de PBS/PT3MA 50:50 depositado por spinner a 8000 rpm sobre substrato de ITO. Medidas de espessura por FIB para o filme obtido foram realizadas obtendo-se valores próximos a 50 nm Figura 20(b).Figure 20 (a) shows the SEM image of the surface and cross section of an ultra thin PBS / PT3MA 50:50 membrane deposited by spinner at 8000 rpm on ITO substrate. Thickness measurements by FIB for the obtained film were performed obtaining values close to 50 nm Figure 20 (b).
As interferências encontradas durante as medidas e a proximidade dos valores de espessura entre substrato e filme analisado impossibilitaram a determinação com exatidão da espessura dos filmes poliméricos por FIB embora os resultados fossem suficientes para estimar um valor aproximado.The interferences found during the measurements and the proximity of the thickness values between substrate and the analyzed film made it impossible to accurately determine the thickness of the polymeric films by FIB although the results were sufficient to estimate an approximate value.
Exemplo 14 - Análises Térmicas: Calorimetria Diferencial exploratória (DSC) 10 e Análises termogravimétricas (TGA)Example 14 - Thermal Analysis: Differential Scanning Calorimetry (DSC) 10 and Thermogravimetric Analysis (TGA)
A Tabela 5 sumariza as propriedades térmicas dos polímeros e de suas misturas obtidas por análises dos termogramas de DSC e TGA. Os termogramas de aquecimento de DSC mostram que a fusão da fração cristalina de PBS é afetada pela presença do politiofeno. O PBS e suas misturas apresentam dois 15 picos de fusão Tm em 102 e 112,8 °C.Table 5 summarizes the thermal properties of the polymers and their mixtures obtained by analyzing the DSC and TGA thermograms. DSC heating thermograms show that the melting of the crystalline fraction of PBS is affected by the presence of polythiophene. PBS and its mixtures have two 15 melting peaks Tm at 102 and 112.8 ° C.
Estes picos podem ser observados com clareza nos termogramas do PBS puro (Figura 21).These peaks can be clearly seen in the pure PBS thermograms (Figure 21).
Este comportamento pode estar associado a dois fatores. No primeiro caso, o mais provável, à presença dos dois picos pode estar relacionado com a 2 0 existência de duas populações de cristais lamenares com diferentes espessuras (o pico em 102°C correspondería à fusão dos cristais mais finos que ao sofrerem reorganização produziríam um pico exotérmico intermediário). No segundo caso,This behavior can be associated with two factors. In the first case, the most likely, the presence of the two peaks may be related to the existence of two populations of lamenar crystals with different thicknesses (the peak at 102 ° C would correspond to the fusion of the finer crystals that when undergoing reorganization would produce intermediate exothermic peak). In the second case,
46/50 mais especifícamente às misturas, devido aos nanoagregados esféricos de46/50 more specifically to mixtures, due to spherical nanoaggregates of
PT3MA dispersos entre as fases cristalinas de PBS.PT3MA dispersed between the crystalline phases of PBS.
entalpia de fusão e e temperatura de decomposiçãomelting enthalpy and decomposition temperature
Na Figura 21, a presença de um único pico exotérmico próximo a 112°C nos termogramas das misturas sugere um aumento de 10°C de Tm em relação pico exotérmico de 102°C para o PBS puro.In Figure 21, the presence of a single exothermic peak close to 112 ° C in the thermograms of the mixtures suggests an increase of 10 ° C in Tm over the 102 ° C exothermic peak for pure PBS.
Os nanoagregados esféricos de PT3MA presentes na composição da mistura poderíam estar atuando como verdadeiras barreiras exigindo-se maior 10 energia para fundir os cristais de PBS. Casos similares de aumento de Tm para misturas poliméricas com PT3MA são citados na literatura. O número de densidade de domínio de nanoagregados esféricos de politiofeno diminui consideravelmente com aumento da porcentagem de PBS na composição da membrana e novamente dois picos podem ser observados igualmente àqueles 15 obtidos observados para o PBS.The spherical PT3MA nano-aggregates present in the composition of the mixture could be acting as true barriers, requiring more energy to melt the PBS crystals. Similar cases of Tm increase for polymeric mixtures with PT3MA are mentioned in the literature. The domain density number of spherical polythiophene nanoaggregates decreases considerably with an increase in the percentage of PBS in the membrane composition and again two peaks can be observed equally to those 15 obtained observed for PBS.
De acordo com os valores da Tabela 5 e com a análise dos termogramas de resfriamento DSC para diferentes amostras de PT3MA/PBS (Figura 22) éAccording to the values in Table 5 and the analysis of the DSC cooling thermograms for different PT3MA / PBS samples (Figure 22) it is
47/50 possível afirmar que a temperatura de cristalização Tc do PBS é dificultada pela presença do PT3MA. Os picos de cristalização exotérmica Tc e as entalpias de cristalização diminuem quando o conteúdo PT3MA aumenta. Os valores de Tc variam de 93,2 para 62,0°C do PBS puro para a mistura com 80% de PT3MA.47/50 it is possible to state that the PBS Tc crystallization temperature is hampered by the presence of PT3MA. The Tc exothermic crystallization peaks and the crystallization enthalpies decrease when the PT3MA content increases. The Tc values range from 93.2 to 62.0 ° C of the pure PBS for the mixture with 80% PT3MA.
Os termogramas de aquecimento de DSC dos polímeros PBS, PT3MA e suas misturas com as respectivas temperaturas de transição vítrea Tg são mostrados nas Figuras 23 a-c. Os dois valores de Tg observados nos termogramas das misturas poliméricas indicam parcial miscibilidade entre os polímeros estudados.The DSC heating thermograms of the PBS, PT3MA polymers and their mixtures with the respective glass transition temperatures Tg are shown in Figures 23 a-c. The two Tg values observed in the thermograms of the polymeric mixtures indicate partial miscibility between the studied polymers.
As curvas de aquecimento obtidas pelo método convencional de fusão seguido por resfriamento rápido “quenching das misturas poliméricas (Figuras 23 a-b) mostram duas temperaturas de transição vítrea. Este comportamento esperado de temperaturas de transição vítrea está de acordo com a separação de fases visto em microscopia. Seus valores variam de acordo com a composição da mistura da seguinte maneira: a temperatura de transição vítrea associada ao PT3MA decresce com aumento de seu conteúdo na mistura enquanto que a Tg associada ao PBS aumenta quando a concentração de poliéster diminui.The heating curves obtained by the conventional fusion method followed by rapid quenching of the polymeric mixtures (Figures 23 a-b) show two glass transition temperatures. This expected behavior of glass transition temperatures is in accordance with the phase separation seen under microscopy. Its values vary according to the composition of the mixture as follows: the glass transition temperature associated with PT3MA decreases with an increase in its content in the mixture while the Tg associated with PBS increases when the concentration of polyester decreases.
Os termogramas das análises termogravimétricas (Figura 24) dos polímeros e suas misturas mostram um aumento da temperatura de degradação e da massa residual com o aumento do conteúdo PBS nas misturas. Este comportamento pode ser atribuído a maior temperatura de decomposição do PBS (Td=389°C) em relação àquela determinada para ο PT3MA (Tc/-314 °C). O aumento do conteúdo PBS proporciona maior estabilidade à mistura polimérica.The thermograms of the thermogravimetric analyzes (Figure 24) of the polymers and their mixtures show an increase in the degradation temperature and residual mass with an increase in the PBS content in the mixtures. This behavior can be attributed to the higher decomposition temperature of the PBS (Td = 389 ° C) in relation to that determined for ο PT3MA (Tc / -314 ° C). The increase in PBS content provides greater stability to the polymer mixture.
48/5048/50
Exemplo 15 - Medidas de condutividade elétricaExample 15 - Electrical conductivity measurements
As propriedade elétricas das membranas ultrafinas de PT3MA/PBS 80:20 foram avaliadas sobre um substrato isolante usando um Keithley 6430 Sourcemeter, Os valores de condutividade determinados para a membrana ultrafina variaram de -10^ a ~105 S/cm dependendo de sua espessura. Estes valores estão dentro da faixa tipicamente encontrada para politiofenos semicondutores com grupos ácido carboxílico na cadeia lateral. No entanto, não foi possível medir a condutividade das membranas ultrafinas constituídas pelas demais relações de mistura dos polímeros.The electrical properties of the ultra-thin PT3MA / PBS 80:20 membranes were evaluated on an insulating substrate using a Keithley 6430 Sourcemeter. The conductivity values determined for the ultra-thin membrane varied from -10 ^ to ~ 10 5 S / cm depending on its thickness . These values are within the range typically found for semiconductor polythiophenes with carboxylic acid groups on the side chain. However, it was not possible to measure the conductivity of the ultrafine membranes constituted by the other polymer mixing ratios.
Exemplo 16 - Ensaios de degradação enzimáticaExample 16 - Enzymatic degradation tests
Os Estudos de degradação da mistura PT3MA/PBS realizadas com Lipase OS (procedimento usado para verificar a eficiência da degradação de filmes de poliésteres alifáticos) mostram que o processo inicia após uma semana como observado nas micrografias por MEV pelo surgimento sulcos finos na superfície (Figura 25(a)). Após 2 semanas adicionais, os sulcos se transformam em verdadeiras grandes e profundas rachaduras causando o desprendimento dos domínios de PT3MA e a solubílização no meio de produtos de baixa massa molar decorrentes da ação da Lipase sobre o PBS (Figura 25(b)). As membranas ultrafinas constituídas somente de PT3MA não sofrem nenhum tipo de degradação mesmo após 4 semanas de estudo. Estas sofrem um processo de inchamento devido à natureza polar do grupo carboxilato. Estes resultados mostram que o poliéster não é somente essencial para integridade mecânica da membrana, mas também para sua biodegradabilidade.The degradation studies of the PT3MA / PBS mixture carried out with Lipase OS (procedure used to verify the efficiency of the degradation of aliphatic polyester films) show that the process starts after one week as observed in the SEM micrographs by the appearance of fine grooves on the surface (Figure 25 (a)). After an additional 2 weeks, the grooves turn into real large and deep cracks causing the PT3MA domains to detach and solubilization in the middle of low molar mass products due to the action of Lipase on the PBS (Figure 25 (b)). The ultra-thin membranes made up only of PT3MA do not suffer any type of degradation even after 4 weeks of study. These undergo a swelling process due to the polar nature of the carboxylate group. These results show that polyester is not only essential for the mechanical integrity of the membrane, but also for its biodegradability.
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Exemplo 17 - Ensaios de adesão celular e proliferaçãoExample 17 - Cell adhesion and proliferation assays
Uma análise quantitativa comparativa entre membranas ultrafinas de PT3MA, PBS, misturas poliméricas 50:50 como substrato para adesão celular e proliferação foi realizado usando linhagens celulares de epitélio humano HEp-2, Poliestireno sob cultura de tecidos TCPS foi utilizado nos ensaios como substrato de controle. Os resultados mostram que a adesão celular sobre ο PT3MA é menor que aquela verificada sobre substrato de controle TCPS, enquanto que a adesão sobre a mistura polimérica PT3MA/PBS 50:50 e sobre o PBS é similar ao verificado para o TCPS.A comparative quantitative analysis between ultra-thin membranes of PT3MA, PBS, 50:50 polymeric mixtures as substrate for cell adhesion and proliferation was performed using HEp-2 human epithelial cell lines, Polystyrene under TCPS tissue culture was used in the assays as a control substrate . The results show that cell adhesion on ο PT3MA is less than that verified on TCPS control substrate, while adhesion on PT3MA / PBS 50:50 polymeric mixture and on PBS is similar to that verified for TCPS.
Após 7 dias de cultura em condições idênticas, uma análise da atividade celular sobre a superfície de membranas ultrafinas da mistura PT3MA/PBS 50:50 e de PT3MA puro foi realizada. Analisando a micrografias de MEV, é possível observar a formação de uma camada monocelular com amplo espalhamento (indicado por setas) para as membranas constituídas pela mistura PT3MA/PBS 50:50 Figura 25 (a) enquanto para ο PT3MA um grande número de domínios sem células (representados por asteriscos) Figura 25 (b).After 7 days of culture under identical conditions, an analysis of cell activity on the surface of ultrafine membranes of the PT3MA / PBS 50:50 and pure PT3MA mixture was performed. Analyzing the SEM micrographs, it is possible to observe the formation of a monocellular layer with wide spread (indicated by arrows) for the membranes constituted by the mixture PT3MA / PBS 50:50 Figure 25 (a) while for ο PT3MA a large number of domains without cells (represented by asterisks) Figure 25 (b).
O uso de poliéster como biomaterial em aplicações biomédicas é amplamente aceito pela sua biodegradabilidade. A combinação do PBS com o PT3MA permitiu melhorar o uso do poliéster como plataforma bioativa. O politiofeno tem reconhecida compatibilidade, mas seus monômeros são tóxicos. A adesão celular sobre politiofenos tem sido reportada na literatura e favorecida por duas seguintes considerações: sua morfologia é adequada para estabelecerThe use of polyester as a biomaterial in biomedical applications is widely accepted for its biodegradability. The combination of PBS with PT3MA allowed to improve the use of polyester as a bioactive platform. Polythiophene has a recognized compatibility, but its monomers are toxic. Cell adhesion on polythiophenes has been reported in the literature and favored by the following two considerations: its morphology is adequate to establish
50/50 contato entre as células e a troca de ânions entre o polímero condutor e a célula através da membrana celular.50/50 contact between cells and anion exchange between the conductive polymer and the cell across the cell membrane.
Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.Thus, although only some modalities of the present invention have been shown, it will be understood that various omissions, substitutions and changes can be made by a technician versed in the subject, without departing from the spirit and scope of the present invention. The described modalities should be considered in all aspects only as illustrative and not restrictive.
É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas.It is expressly provided that all combinations of elements that perform the same function in substantially the same way to achieve the same results are within the scope of the invention. Substitutions for elements from one modality described to another are also fully intended and contemplated.
Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.It is also necessary to understand that the drawings are not necessarily to scale, but that they are only of a conceptual nature. The intention is therefore to be limited, as indicated by the scope of the appended claims.
Claims (15)
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CN114196174A (en) * | 2021-12-31 | 2022-03-18 | 王晖 | Modified poly (butylene succinate) and preparation method thereof |
CN118454480B (en) * | 2024-05-15 | 2024-11-08 | 上海格氏流体设备科技有限公司 | Virus-removing membrane and preparation method thereof |
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2013
- 2013-06-04 BR BR102013008369-0A patent/BR102013008369A2/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114196174A (en) * | 2021-12-31 | 2022-03-18 | 王晖 | Modified poly (butylene succinate) and preparation method thereof |
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