Preparation and characterization of polyanilin nanocomposite films and cellulose nanofibers with manganese (ii) / iron (ii) and graphene hybrids

The search for materials from renewable sources has always aroused great interest from the scientific community. Cellulose-based materials have stood out due to their peculiar characteristics and their ability to interact with various materials, such as conducting polymers, magnetic nanoparticles, graphene, among others. Cellulose-based materials, such as cellulose nanofibers, are considered environmentally friendly and have stood out in the market for providing an increase in their physical and mechanical properties due to their nanometric structure. In this work, composite films were produced using cellulose nanofibers (CNF), polyaniline (PANI), magnetic nanoparticles (MNP) and oxidized and reduced graphene (RGO). PANI was synthesized in the presence of cellulose nanofibers and was thus deposited on the surface of the fibers. For the preparation of the final composites, the NPM and RGO were subsequently added, following a factorial design where the MNP and RGO content varied from 0.54% to 17.46%. The MPN used were manganese ferrite (MnFe2O4). The RGO was synthesized by the modified Hummers method, exfoliated in an ultrasonic processor and reduced with hydrazine. The composite films were obtained by vacuum filtration in a Büchner funnel, which was then taken to dry in metal sheets at 50 ° C under pressure of 1 ton. The thickness of the films remained around 0.166 mm. The main analyzes performed for the characterization of the compounds were SEM, RAMAN, conductivity analysis by the method of four ready-made and effective shielding against microwave radiation (EMI). In the SEM, the morphologies of the composite materials were observed, showing the way in which the RGO was deposited on the surface of the PANI-CNF forming clusters. The exfoliation suffered in graphite was also notorious, which was effectively reduced to RGO due to the various layers visualized in SEM,a fact also proven in RAMAN by the displacements of bands D and G. In the analysis of four tips, higher conductivity values were obtained for the composites with a higher RGO content in their composition, they were also more effective against EMI shielding obtaining better results. From the experimental results obtained, it was possible to make an analogy that PANI-CNF composites with RGO have excellent conductivity and are more efficient in EMI microwave shielding. Keywords: Cellulose nanofibers, polyaniline, graphene, magnetic nanoparticles.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)A busca por materiais de fontes renováveis sempre despertou grande interesse da comunidade científica. Os materiais à base de celulose vêm se destacando diante das suas características peculiares e sua capacidade de interação com diversos materiais, tais como polímeros condutores, nanopartículas magnéticas, grafeno, dentre outros. Materiais à base de celulose, como as nanofibras de celulose são consideradas ecologicamente corretas e vêm se destacando no mercado por conferir um aumento de suas propriedades físicas e mecânicas devido a sua estrutura nanométrica. Neste trabalho, foram produzidos filmes compósitos de nanofibras de celulose (CNF), polianilina (PANI), nanopartículas magnéticas (NPM) e grafeno oxidado e reduzido (RGO). A PANI foi sintetizada na presença das nanofibras de celulose sendo assim depositada na superfície das fibras. Para a preparação dos compósitos finais foram adicionadas posteriormente as NPM e o RGO seguindo um planejamento fatorial onde o teor das NPM e de RGO variaram de 0,54% a 17,46%. As NPM utilizadas foram de ferrita de mangânes (MnFe2O4). O RGO foi sintetizado pelo método de Hummers modificado, esfoliado em um processador ultrassônico e reduzido com hidrazina. Os filmes compósitos foram obtidos por filtração à vácuo num funil de Büchner, que em seguida foi levado para secagem em chapas metálicas a 50°C sob pressão de 1 ton. A espessura dos filmes se mantiveram em torno de 0,166 mm. As principais análises realizadas para a caracterização dos compostos foram MEV, RAMAN, análise de condutividade pelo método de quatro prontas e blindagem efetiva contra radiação microondas (EMI). No MEV foram observadas as morfologias dos materiais compósitos, sendo possível constatar a maneira que o RGO se depositou na superfície da PANI-CNF formando aglomerados. A esfoliação sofrida pelo grafite também foi observada, sendo este efetivamente reduzido para RGO devido às várias camadas visualizadas no MEV, fato também comprovado no RAMAN pelos deslocamentos das bandas D e G. Na análise de quatro pontas foram obtidos maiores valores de condutividade para os compósitos com maior teor de RGO em sua composição, estes também se mostraram mais eficazes contra blindagem de EMI obtendo melhores resultados. Dos resultados experimentais obtidos, pôde-se fazer a analogia de que compósitos PANI-CNF com RGO são detentores de excelente condutividade e possuem mais eficiência na blindagem EMI de microondas