BR102019003067A2 - POLYMERIC BLEND OF THE SEMI-IPN TYPE BASED ON POLYACRYLATES AND POLYELETROLYTES - Google Patents

POLYMERIC BLEND OF THE SEMI-IPN TYPE BASED ON POLYACRYLATES AND POLYELETROLYTES Download PDF

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BR102019003067A2
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Ricardo Yara
Ossamu Lima Tashiro
Cláudia Sampaio De Andrade Lima
Yago Emídio De Oliveira Silva
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Instituto Tecnológico Das Cadeias Biossustentáveis
Cláudia Sampaio De Andrade Lima
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Abstract

a blenda polimérica do tipo semi-ipn à base de polímeros de poliacrilatos como polieletrólito é uma invenção com potencial utilização como atuador, gerador eletromecânico ou termoelétrico, sensor de movimentos, de pressão e de temperatura, representando um avanço na utilização dos dispositivos no campo das blendas poliméricas. podendo ser explorada sua capacidade de geração elétrica a partir de estímulos mecânicos e térmicos, bem como aproveitar esta eletricidade para identificar e mensurar alterações mecânicas, térmicas ou movimentos de flexão e extensão, ampliando suas aplicações em inúmeras atividades das áreas biomédicas, físicas, químicas, entre outras. ao ser aplicada uma tensão elétrica em corrente contínua, a blenda produz movimento, quando disposta entre dois eletrodos flexíveis sobrepostos ao filme. ao ser aplicada uma pressão mecânica sobre a blenda, é gerada uma diferença de potencial elétrico nas faces do filme polimérico, podendo esta eletricidade ser armazenada, utilizada como sensor de movimento mecânico, sensor de pressão ou amortecedor-gerador, além das funções iniciais de atuador. as ações variantes apresentadas nos ensaios descritos nesta patente sugerem que esta blenda, pode ser utilizada na área biomédica, aeroespacial, mecânica, elétrica, eletrônica, robótica, entre diversas outras aplicações.the semi-ipn polymer blend based on polyacrylate polymers as polyelectrolyte is an invention with potential use as an actuator, electromechanical or thermoelectric generator, motion, pressure and temperature sensor, representing an advance in the use of devices in the field of polymer blends. its electrical generation capacity can be explored from mechanical and thermal stimuli, as well as take advantage of this electricity to identify and measure mechanical, thermal changes or flexion and extension movements, expanding its applications in numerous activities in the biomedical, physical, chemical areas, among others. when an electric voltage is applied in direct current, the blend produces movement, when disposed between two flexible electrodes superimposed on the film. when mechanical pressure is applied to the blend, a difference in electrical potential is generated on the faces of the polymeric film, and this electricity can be stored, used as a mechanical motion sensor, pressure sensor or shock absorber-generator, in addition to the initial actuator functions . the variant actions presented in the tests described in this patent suggest that this blend can be used in the biomedical, aerospace, mechanical, electrical, electronic, robotics areas, among several other applications.

Description

BLENDA POLIMÉRICA DO TIPO SEMI-IPN À BASE DE POLIACRILATOS E POLIELETRÓLITOSPOLYMERIC BLEND OF THE SEMI-IPN TYPE BASED ON POLYACRYLATES AND POLYELETROLYTES CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION

[001] Os polímeros inteligentes, são materiais capazes de responder a um estímulo, apresentando mudanças físicas ou químicas em seu comportamento, tendo aplicações biomédicas, industriais, farmacêuticas, alimentícias, hardware, eletrônica entre outras. A presente invenção descreve uma mistura de polímeros iônicos na forma de uma blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de cadeia linear ou ramificada. Esta blenda demonstrou funções variantes de acordo com o tipo de estímulo (elétrico, mecânico ou térmico). Ao ser aplicada uma tensão elétrica em corrente contínua, a blenda produz movimento, quando disposta entre dois eletrodos flexíveis sobrepostos ao filme. Ao ser aplicada uma pressão mecânica sobre a blenda, é gerada uma diferença de potencial elétrico nas faces do filme polimérico, podendo esta eletricidade ser armazenada, utilizada como sensor de movimento mecânico, sensor de pressão ou amortecedor-gerador, além das funções iniciais de atuador. Também apresenta potencial termoelétrico como sensor de temperatura e gerador termoelétrico.[001] Intelligent polymers are materials capable of responding to a stimulus, presenting physical or chemical changes in their behavior, having biomedical, industrial, pharmaceutical, food, hardware, electronics applications, among others. The present invention describes a mixture of ionic polymers in the form of a polymer blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and linear or branched polyelectrolytes. This blend demonstrated variant functions according to the type of stimulus (electrical, mechanical or thermal). When an electric voltage is applied in direct current, the blend produces movement, when disposed between two flexible electrodes superimposed on the film. When mechanical pressure is applied to the blend, a difference in electrical potential is generated on the faces of the polymeric film, and this electricity can be stored, used as a mechanical motion sensor, pressure sensor or shock absorber-generator, in addition to the initial actuator functions . It also has thermoelectric potential as a temperature sensor and thermoelectric generator.

ANTERIORIDADESPREVIOUS

[002] Na síntese convencional de hidrogéis de polímeros de acrilatos utiliza-se polimerização por radicais livres, a partir de monômeros vinílicos ativados como por exemplo o ácido acrílico, ácido metacrílico, 2-hidroxietil metacrilato; acrilamida, metacrilamida, N-Isopropil- acrilamida, diacetona acrilamida, N,N-dimetilacrilamida, 2-hidroxietilmetacrilamida, 2-Acrilamida-2- metilpropano-acido sulfônico. Com esta finalidade, utilizam -se agentes reticulantes como N,N_-metileno bisacrilamida, etileno- diacrilato, etileno glicol dimetacrilato, 1,1,1-trimetilol- propanotriacrilato, metacriloxietil vinil carbonato, trialil- amina e tetra (aliloxi) etano (KÜNZLER, Jay Friedrich. Hydrogels. Encyclopedia of polymer science and technology, v. 2, p.691-722, 2002; BUCHHOLZ, Fredric L. Superabsorbent polymers. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, v. 8, p. 106- 121, 2002). Apesar destes hidrogéis serem utilizados na composição de materiais superabsorventes e como polímeros inteligentes, não existe descrição da utilização destes como parte de atuadores, geradores e sensores poliméricos.[002] In conventional synthesis of hydrogels of acrylate polymers, free radical polymerization is used, from activated vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, 2-hydroxyethyl methacrylate; acrylamide, methacrylamide, N-Isopropyl acrylamide, diacetone acrylamide, N, N-dimethylacrylamide, 2-hydroxyethylmethacrylamide, 2-Acrylamide-2-methylpropane-sulfonic acid. For this purpose, crosslinking agents such as N, N-methylene bisacrylamide, ethylene diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,1,1-trimethylol-propanotriacrylate, methacryloxyethyl vinyl carbonate, trialylamine and tetra (allyloxy) ethane (KÜNZLER) are used , Jay Friedrich. Hydrogels. Encyclopedia of polymer science and technology, v. 2, p.691-722, 2002; BUCHHOLZ, Fredric L. Superabsorbent polymers. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, v. 8, pp. 106- 121, 2002). Although these hydrogels are used in the composition of superabsorbent materials and as smart polymers, there is no description of their use as part of actuators, generators and polymeric sensors.

[003] Polieletrólitos são polímeros que apresentam carga quando estão solubilizados ou imersos em um liquido altamente polar como a água. Pode-se citar nesta categoria o poli (ácido acrílico), (6,6-ioneno) N, poli (2-vinil-piridina), poli (lisina), poli (cloreto de dialildimetilamônio), poli (acrilato de dimetilaminoetil), poli (ácido metacrílico), poli (etileno imina) , poli (ácido estireno sulfônico), poli (ácido glutâmico), poli (sulfato de vinila), poli (ácido de acrilamida-co-acrílico), ácido hialurônico, quitosana, carboximetil celulose e DNA (fita simples) (HOAGLAND, David. Polyelectrolytes. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, v.7, p.439-504, 2002). Entretanto a utilização combinada destas duas categorias de materiais (poliacrilatos e polieletrólitos), não foram descritas para a obtenção de atuadores, geradores e sensores poliméricos.[003] Polyelectrolytes are polymers that present a charge when they are solubilized or immersed in a highly polar liquid such as water. This category includes poly (acrylic acid), (6,6-ionene) N, poly (2-vinyl-pyridine), poly (lysine), poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (dimethylaminoethyl acrylate), poly (methacrylic acid), poly (ethylene imine), poly (styrene sulfonic acid), poly (glutamic acid), poly (vinyl sulfate), poly (acrylamide-co-acrylic acid), hyaluronic acid, chitosan, carboxymethyl cellulose and DNA (single strand) (HOAGLAND, David. Polyelectrolytes. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, v.7, p.439-504, 2002). However, the combined use of these two categories of materials (polyacrylates and polyelectrolytes) have not been described for obtaining actuators, generators and polymeric sensors.

[004] Polímeros eletroativos apresentam, entre outras especificidades, mecanismo de movimentação baseado em migração iônica dentro da malha polimérica (RU, Jie et al., Smart Materials and Structures, v. 27, n. 2, p. 02LT01, 2018). Alguns destes materiais ainda possuem a capacidade de produzir uma diferença de potencial elétrico ao ser aquecido em uma de suas faces/extremidades (CULEBRAS, Mario; GÓMEZ, Clara M.; CANTARERO, Andrés. Materials, v. 7, n. 9, p. 6701-6732, 2014.).[004] Electroactive polymers have, among other specificities, a movement mechanism based on ionic migration within the polymeric mesh (UK, Jie et al., Smart Materials and Structures, v. 27, n. 2, p. 02LT01, 2018). Some of these materials still have the ability to produce a difference in electrical potential when heated on one of their faces / ends (CULEBRAS, Mario; GÓMEZ, Clara M .; CANTARERO, Andrés. Materials, v. 7, n. 9, p . 6701-6732, 2014.).

[005] Esta classe de materiais tem sido estudada para utilização na indústria médico-hospitalar, produzindo músculos artificiais (TOLBAH, Farid A. et al, Research and Education in Mechatronics (REM), 2014 15th International Workshop on. IEEE, 2014. p. 1-7.), órteses para ventrículo (HOSSEINIPOUR, M.; ELAHINIA, M., Bioinspiration, Biomimetics, and Bioreplication 2013. International Society for Optics and Photonics, 2013. p. 86860M.), cateter direcionável (YOON, W. Jong; REINHALL, Per G.; SEIBEL, Eric J., Sensors and Actuators A: Physical, v. 133, n. 2, p. 506-517, 2007.). Entretanto, não foi ainda descrito, nenhum poliacrilato associado a um polieletrólito na forma de blenda polimérica.[005] This class of materials has been studied for use in the medical-hospital industry, producing artificial muscles (TOLBAH, Farid A. et al, Research and Education in Mechatronics (REM), 2014 15th International Workshop on. IEEE, 2014. p 1-7.), Ventricular orthoses (HOSSEINIPOUR, M .; ELAHINIA, M., Bioinspiration, Biomimetics, and Bioreplication 2013. International Society for Optics and Photonics, 2013. p. 86860M.), Targetable catheter (YOON, W Jong; REINHALL, Per G .; SEIBEL, Eric J., Sensors and Actuators A: Physical, v. 133, n. 2, p. 506-517, 2007.). However, no polyacrylate associated with a polyelectrolyte in the form of a polymer blend has yet been described.

[006] Estudos na área de sensores e atuadores apontam para a utilização predominante de um polímero perfluorado sulfonado como material que permite a troca de íons, tornando-o o material padrão para tais utilizações (CHATTARAJ, Ritwik et al., Sensors and Actuators A: Physical, v. 270, p. 65-71, 2018). Entretanto, nenhuma menção ao uso de poliacrilato associado a um polieletrólito numa blenda polimérica, foi citada na literatura.[006] Studies in the area of sensors and actuators point to the predominant use of a perfluorinated sulfonated polymer as a material that allows the exchange of ions, making it the standard material for such uses (CHATTARAJ, Ritwik et al., Sensors and Actuators A : Physical, v. 270, p. 65-71, 2018). However, no mention of the use of polyacrylate associated with a polyelectrolyte in a polymer blend has been cited in the literature.

[007] A patente US2015287906 (A1) com o título de POLYMER BLENDS OF ELECTROSTRICTIVE TERPOLYMER WITH OTHER POLYMERS na data 2009-10-15 descreve um atuador que faz uso de uma blenda polimérica à base de fluoreto de polivinilideno somado a um terpolímero derivado do fluoreto de polivinilideno ou polivinilfluoruro. No entanto, esta invenção limita a metodologia de produção a uma blenda multicamadas e não abrange a utilização termoelétrica da blenda de poliacrilato associada a um polieletrólito.[007] The patent US2015287906 (A1) with the title of POLYMER BLENDS OF ELECTROSTRICTIVE TERPOLYMER WITH OTHER POLYMERS on the date 2009-10-15 describes an actuator that makes use of a polymer blend based on polyvinylidene fluoride added to a terpolymer derived from polyvinylidene fluoride or polyvinyl fluoride. However, this invention limits the production methodology to a multilayer blend and does not cover the thermoelectric use of the polyacrylate blend associated with a polyelectrolyte.

[008] A patente US6475639B2 com o título IONIC POLYMER SENSORS AND ACTUATORS descreve o método de produção para um dispositivo com múltiplas aplicações baseado em um compósito que consiste em um filme de polímero perfluorado sulfonado e eletrodos de Lítio depositados quimicamente para ser utilizado como sensor de movimentos ou atuador, não abrangendo a utilização termoelétrica ou de sensor de pressão da blenda de poliacrilato associada a um polieletrólito.[008] US6475639B2 with the title IONIC POLYMER SENSORS AND ACTUATORS describes the production method for a device with multiple applications based on a composite consisting of a sulfonated perfluorinated polymer film and chemically deposited lithium electrodes to be used as a sensor for movements or actuator, not covering the use of a thermoelectric or pressure sensor of the polyacrylate blend associated with a polyelectrolyte.

[009] A exemplo de dispositivos com função de sensor e atuador, foi desenvolvido um compósito de grafeno e polianilina (KHMELNITSKIY, Ivan K. et al., Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. IEEE, 2018. p. 419-422). Como atuador e gerador utilizou-se um polímero perfluorado sulfonado e prata (ZHAO, Yang et al., Polymers (20734360), v. 10, n. 7, 2018). Como gerador termoelétrico utilizou-se um compósito à base de polieterimida e nanotubos de carbono (TZOUNIS, Lazaros et al., Composites Science and Technology, v. 156, p. 158-165, 2018). Como sensor térmico utilizou-se polivinilfluorideno (PARKER, Adrian et al., Journal of Polymer Science & Applications, v. 2018, 2018) ou como sensor de pressão utilizou-se um compósito baseado em poliimida e nanotubos de carbono (NELA, Luca et al., Nano letters, v. 18, n. 3, p. 2054-2059, 2018). Em nenhum destes trabalhos foi utilizada uma blenda polimérica à base de poliacrilato associada a um polieletrólito. O experimento utilizando poliacrilamida associada a cloreto de sódio para formar um hidrogel iônico (KEPLINGER, Christoph et al., Science, v. 341, n. 6149, p. 984-987, 2013), apresentou resposta sob alta tensão elétrica (acima de 3 kV), tornando-o pouco viável para diversos usos práticos, não sendo produzida blenda polimérica ou compósito utilizando um poliacrilato associado a um polieletrólito.[009] Like devices with sensor and actuator function, a graphene and polyaniline composite was developed (KHMELNITSKIY, Ivan K. et al., Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. IEEE, 2018. p. 419-422) . As an actuator and generator, a sulfonated and silver perfluorinated polymer was used (ZHAO, Yang et al., Polymers (20734360), v. 10, n. 7, 2018). As a thermoelectric generator, a composite based on polyetherimide and carbon nanotubes was used (TZOUNIS, Lazaros et al., Composites Science and Technology, v. 156, p. 158-165, 2018). As a thermal sensor, polyvinylfluoridene was used (PARKER, Adrian et al., Journal of Polymer Science & Applications, v. 2018, 2018) or as a pressure sensor, a composite based on polyimide and carbon nanotubes (NELA, Luca et al., Nano letters, v. 18, n. 3, p. 2054-2059, 2018). In none of these works was a polymer blend based on polyacrylate associated with a polyelectrolyte. The experiment using polyacrylamide associated with sodium chloride to form an ionic hydrogel (KEPLINGER, Christoph et al., Science, v. 341, n. 6149, p. 984-987, 2013), showed a response under high electrical voltage (above 3 kV), making it not viable for several practical uses, and no polymer blend or composite is produced using a polyacrylate associated with a polyelectrolyte.

[010] Não há estudos publicados na área onde polímeros inteligentes exerçam simultaneamente com as funções múltiplas de atuador, gerador eletromecânico, gerador termoelétrico, sensor térmico e de pressão. Todos os trabalhos apresentados até o momento não utilizam um único material com a função simultânea de atuador, gerador eletromecânico ou sensor mecânico, tampouco utilizam uma blenda polimérica baseada em poliacrilatos e polieletrólitos.[010] There are no published studies in the area where intelligent polymers exercise simultaneously with the multiple functions of actuator, electromechanical generator, thermoelectric generator, thermal and pressure sensor. All the works presented so far do not use a single material with the simultaneous function of an actuator, electromechanical generator or mechanical sensor, nor do they use a polymer blend based on polyacrylates and polyelectrolytes.

DESCRIÇÃO GERALGENERAL DESCRIPTION

[011] A presente invenção descreve a produção de uma blenda polimérica do tipo semi-IPN (Figura 1) utilizada como atuador, gerador flexogelelétrico, gerador termoelétrico, sensor mecânico e sensor de temperatura. A Figura 1 representa graficamente a organização de uma blenda polimérica do tipo semi-IPN, onde o polímero base é a poliacrilamida (Figura 1-A), ou outro polímero do grupo dos acrilatos do tipo hidrogel que é formado pela ação de um agente reticulante (Figura 1-B), e um segundo polímero, o poli-4-estirenossulfonato de sódio, ou outro polímero de cadeia linear do tipo polieletrólito (Figura 1-C).O filme polimérico apresenta-se na forma de hidrogel, cuja cadeia reticulada (Figura 2) retém o polímero de cadeia linear, juntamente com a água solvatada, dentro de sua malha. Tal arquitetura permite a migração do polieletrólito, da água solvatada, bem como do sal acrescido à solução precursora da blenda, de acordo com o campo elétrico, movimento ou temperatura aplicados ao filme.Para a síntese do polímero reticulado (Figura 2) é realizada uma reação de poliadição do tipo sol-gel onde meros de acrilamida (ou de outro mero hidrofílico da família do acrilato) (Figura 2-A) reagem entre si e com o agente reticulante bis-acrilamida (ou outro agente reticulante) (Figura 2-B) e a consequente produção da poliacrilamida reticulada (Figura 2-C).O polímero de cadeia linear do tipo polieletrólito (no caso o poli-4-estirenossulfonato de sódio) (Figura 3) do sistema semi-IPN é acrescido antes da reação inicial, podendo este possuir propriedades catiônicas (Figura 3-A) ou aniônicas (Figura 3-B).[011] The present invention describes the production of a semi-IPN polymer blend (Figure 1) used as an actuator, flexogelelectric generator, thermoelectric generator, mechanical sensor and temperature sensor. Figure 1 graphically represents the organization of a polymer blend of the semi-IPN type, where the base polymer is polyacrylamide (Figure 1-A), or another polymer in the group of acrylates of the hydrogel type that is formed by the action of a crosslinking agent (Figure 1-B), and a second polymer, sodium poly-4-styrenesulfonate, or another straight-chain polymer of the polyelectrolyte type (Figure 1-C). The polymeric film is in the form of a hydrogel, whose chain cross-linked (Figure 2) retains the linear chain polymer, together with solvated water, within its mesh. Such architecture allows the migration of the polyelectrolyte, the solvated water, as well as the salt added to the precursor solution of the blend, according to the electric field, movement or temperature applied to the film. For the synthesis of the cross-linked polymer (Figure 2), a polyaddition reaction of the sol-gel type where acrylamide (or other hydrophilic mere of the acrylate family) (Figure 2-A) react with each other and with the bis-acrylamide crosslinking agent (or other crosslinking agent) (Figure 2- B) and the consequent production of the cross-linked polyacrylamide (Figure 2-C). The linear polymer of the polyelectrolyte type (in this case the sodium poly-4-styrenesulfonate) (Figure 3) of the semi-IPN system is added before the reaction initial, which may have cationic (Figure 3-A) or anionic (Figure 3-B) properties.

MODALIDADES PREFERIDASPREFERRED EMBODIMENTS

[012] Produção da blenda polimérica do tipo semi-IPN, confeccionado com poliacrilamida como polímero base e poli-4-estirenossulfonato de sódio como fração termoplástica. Para tanto foram utilizados Acrilamida, Bis-Acrilamida, Poli-4-estirenossulfonato de sódio, Cloreto de Sódio, Água tipo I, Persulfato de Sódio e TEMED cujas quantidades definem variações físico-químicas da blenda. Os reagentes são acrescidos na ordem descrita acima, sendo misturadas até a completa homogeneização dos mesmos. Por último é acrescido o TEMED de modo a permitir sua ação como catalisador da reação de poliadição da acrilamida com a bis-acrilamida prendendo o poli-4-estirenossulfonato de sódio em sua malha polimérica, formando a blenda descrita inicialmente as quantidades que podem ser utilizadas são as seguintes:. entre 0,355 e 35,5 g de acrilamida (monômero)· entre 0,01277 e 1,927 g de N,N'-metilenobisacrilamida - bis-acrilamida (formador de ligações cruzadas)· 1.000 μL de solução entre 1% e 30% de poli-4-estirenossulfonato de sódio (polímero iônico) • 250 μL de solução inferior a 6,16 mol.L-1 de Cloreto de Sódio (sal)· entre 1,0422 e 104,22 mL de água tipo I (solvente)· 1.328 μL de solução entre 1% e 54,5% de persulfato de sódio (agente oxidante)· entre 1 e 100 μL de Tetrametilenodiamina - TEMED (agente catalisador da reação de adição).O dispositivo obtido através da elaboração do filme polimérico apresentou características físicas e químicas que permitem sua utilização como atuador quando associado a eletrodos em suas faces.[012] Production of the polymer blend of the semi-IPN type, made with polyacrylamide as the base polymer and sodium poly-4-styrenesulfonate as the thermoplastic fraction. For this purpose, Acrylamide, Bis-Acrylamide, Sodium Poly-4-styrenesulfonate, Sodium Chloride, Water type I, Sodium Persulfate and TEMED were used, whose quantities define the physicochemical variations of the blend. The reagents are added in the order described above, being mixed until completely homogenized. Finally, TEMED is added in order to allow its action as a catalyst for the polyaddition reaction of acrylamide with bis-acrylamide, trapping sodium poly-4-styrenesulfonate in its polymeric mesh, forming the blend initially described as the quantities that can be used. are the following:. between 0.355 and 35.5 g of acrylamide (monomer) · between 0.01277 and 1.927 g of N, N'-methylenebisacrylamide - bis-acrylamide (cross-linker) · 1,000 μL of solution between 1% and 30% poly Sodium -4-styrenesulfonate (ionic polymer) • 250 μL of solution less than 6.16 mol.L-1 of Sodium Chloride (salt) · between 1.0422 and 104.22 mL of type I water (solvent) · 1,328 μL of solution between 1% and 54.5% of sodium persulfate (oxidizing agent) · between 1 and 100 μL of Tetramethylenediamine - TEMED (catalyst for the addition reaction). The device obtained through the elaboration of the polymeric film presented characteristics physical and chemical properties that allow its use as an actuator when associated with electrodes on their faces.

[013] Com o acréscimo de suspensão contendo pó de grafite na confecção da blenda, em substituição à água tipo I, como descrito na modalidade 1, este compósito passa a se comportar como eletrodo com baixa resistência elétrica.[013] With the addition of a suspension containing graphite powder in the making of the blend, replacing type I water, as described in mode 1, this composite starts to behave as an electrode with low electrical resistance.

[014] A blenda produzida na primeira modalidade preferida é confeccionada no formato de filme polimérico e associada a eletrodos flexíveis do tipo folhas metálicas por exemplo, alumínio e ouro, gerando um dispositivo do tipo atuador e gerador.O material produzido apresenta grande deformação na presença de uma baixa tensão elétrica (Figura 4) e baixa impedância. Eletricamente, possui o comportamento de um circuito Capacitivo-Resistivo. A Figura 4 representa um esboço em perspectiva de um dispositivo com funções de atuador, gerador e sensor, baseado na blenda polimérica do tipo Semi-IPN produzida. Onde visualiza-se um filme condutor (4-A) e um polímero eletrolítico sólido (4-B) e o tipo de movimentação após excitação elétrica como atuador (4-C).A movimentação do dispositivo ocorreu após utilização de um suporte fixo acoplado a dois eletrodos ligados a uma fonte de tensão elétrica de corrente contínua, com reversão manual. A FIGURA 5 representa a movimentação apresentada pelo dispositivo desenvolvido. Observa-se sua capacidade de movimentação quando exposto a baixas tensões, partindo do repouso a 0 V (5-A), a 8,4 V (5-B) e a -8,4 V (5-C). O dispositivo apresentou movimento reversível com amplitude maior que 3 cm, sob uma tensão de 8,4 V.[014] The blend produced in the first preferred modality is made in the format of polymeric film and associated with flexible electrodes of the type metallic foils, for example, aluminum and gold, generating an actuator and generator type device. The produced material presents great deformation in the presence low electrical voltage (Figure 4) and low impedance. Electrically, it has the behavior of a Capacitive-Resistive circuit. Figure 4 represents a perspective sketch of a device with actuator, generator and sensor functions, based on the polymeric blend of the Semi-IPN type produced. Where you can see a conductive film (4-A) and a solid electrolytic polymer (4-B) and the type of movement after electrical excitation as an actuator (4-C). The movement of the device occurred after using a fixed coupled support two electrodes connected to a DC voltage source, with manual reversal. FIGURE 5 represents the movement presented by the developed device. Its ability to move is observed when exposed to low voltages, starting from rest at 0 V (5-A), 8.4 V (5-B) and -8.4 V (5-C). The device had a reversible movement with an amplitude greater than 3 cm, under a voltage of 8.4 V.

[015] O dispositivo descrito na terceira modalidade preferida apresenta tensão elétrica ao ser movimentado caracterizando então o efeito flexogelelétrico, produzindo uma diferença de potencial em seus eletrodos após ser movimentado mecanicamente.[015] The device described in the third preferred modality presents electrical voltage when moved, thus characterizing the flexogelelectric effect, producing a potential difference in its electrodes after being moved mechanically.

[016] O dispositivo descrito na terceira modalidade preferida apresenta efeito ‘Seebeck’ após ser aquecido a cerca de 69° C, apresentando um pico de tensão de 1.675 mV, podendo esta tensão ser armazenada, utilizada para alimentar microdispositivos ou como um sensor de temperatura.[016] The device described in the third preferred mode has a 'Seebeck' effect after being heated to about 69 ° C, with a voltage peak of 1,675 mV, which voltage can be stored, used to power microdevices or as a temperature sensor .

[017] O material apresenta capacitância compatível com outras funcionalidades diferentes de um capacitor. Tais quais, a de manutenção de baixas tensões elétricas constantes, equivalente a uma pilha ou bateria eletroquímica. Ao ser excitada eletricamente com uma tensão de 5 Vca, em 30 Hz, a blenda eleva a tensão do circuito (fonte de tensão acoplada a um seguidor de tensão) em que está inserido para 50 Vca (pico a pico).[017] The material has capacitance compatible with other functionalities other than a capacitor. Such as the maintenance of constant low electrical voltages, equivalent to a cell or electrochemical battery. When being electrically excited with a voltage of 5 Vac, at 30 Hz, the blend raises the circuit voltage (voltage source coupled to a voltage follower) in which it is inserted to 50 Vac (peak to peak).

Claims (9)

Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos, caracterizada por utilizar monômeros de acrilatos para formação e reticulação da cadeia polimérica, polieletrólito de cadeia linear ou ramificada e sais para fabricação de blendas do tipo hidrogel.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes, characterized by using acrylate monomers for formation and crosslinking of the polymeric chain, linear or branched chain polyelectrolyte and salts for the manufacture of hydrogel-type blends. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos, caracterizada por síntese utilizando acrilamida/bisacrilamida como poliacrilamida de cadeia reticulada e poli-4-estirenossulfonato de sódio como polieletrólito de cadeia linear para fabricação de blenda do tipo hidrogel.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes, characterized by synthesis using acrylamide / bisacrylamide as cross-linked polyacrylamide and sodium poly-4-styrenesulfonate as linear chain polyelectrolyte for the manufacture of hydrogel-type blends. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo acréscimo de suspensão de pó de grafite para a confecção de compósito condutor.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by the addition of graphite powder suspension for the manufacture of conductive composite. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por ser sintetizada na forma de filmes e associada a eletrodos flexíveis para a produção de dispositivos eletro-mecânicos.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by being synthesized in the form of films and associated with flexible electrodes for the production of electro-mechanical devices. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por ser sintetizada na forma de filmes e estar associada a eletrodos flexíveis para sensor táctil eletromecânico.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by being synthesized in the form of films and associated with flexible electrodes for electromechanical tactile sensor. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por estar associada a eletrodos para a produção dispositivos do tipo gerador.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by being associated with electrodes for the production of generator-type devices. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por estar associada a eletrodos para a produção de sensores de temperatura.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by being associated with electrodes for the production of temperature sensors. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por estar associada a eletrodos para a produção de geradores termoelétricos.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by being associated with electrodes for the production of thermoelectric generators. Blenda polimérica do tipo semi-IPN à base de poliacrilatos e polieletrólitos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por possuir propriedades capacitivas, quando associada a eletrodos, para a produção de um dispositivo equivalente a uma pilha ou bateria eletroquímica.Polymeric blend of the semi-IPN type based on polyacrylates and polyelectrolytes according to claim 1 or 2, characterized by having capacitive properties, when associated with electrodes, for the production of a device equivalent to an electrochemical battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20210119100A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 Kookmin University Industry Academy Cooperation Foundation Organic thermoelectric material and thermoelectric generator including the same
US11637231B2 (en) * 2019-10-18 2023-04-25 Kookmin University Industry Academy Cooperation Foundation Organic thermoelectric material and thermoelectric generator including the same

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