Produção e caracterização de fibras de poliacrilonitrila com partículas de alta entropia obtidas pela técnica solution blowspining

Abstract

Neste trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados compósitos fibrosos de poliacrilonitrila (PAN) incorporados com micropartículas porosas de óxidos de alta entropia (HEO), obtidos por meio da técnica de fiação por sopro em solução (SBS). Inicialmente, foram preparadas dispersões homogêneas de PAN com diferentes concentrações de HEO, buscando avaliar a influência da incorporação dessas partículas na morfologia e propriedades finais das fibras. O processo de SBS foi otimizado eu relação aos ajustes configuracionais e operacionais, para garantir a produção de mantas fibrosas contínuas e uniformes, permitindo uma análise detalhada das amostras obtidas. As melhorias incluíram o aumento da eficiência energética, com a adaptação de controladores de baixo consumo de energia, maior portabilidade do sistema e modificações no bico concêntrico, de modo a favorecer a ejeção da solução de forma regular e constante. As caracterizações morfológicas realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelaram alterações significativas no diâmetro e na superfície das fibras com o aumento da concentração de HEO. Ensaios térmicos (TG/DTG) e espectroscópicos (FTIR) demonstraram que a presença das partículas influencia a estabilidade térmica e a interação química no compósito. Além disso, as análises elétricas por espectroscopia de impedância demonstraram que comportamento elétrico em regime ac é característicos de sólidos desordenado, ou seja, dependente da frequência do campo elétrico demonstrando caráter de materiais dielétricos. A combinação de polímeros com partículas de alta entropia (HEOs) une a processabilidade e flexibilidade polimérica à robustez e multifuncionalidade dos HEOs, resultando em compósitos com propriedades superiores. Essa sinergia promove melhorias mecânicas, térmicas e estruturais, garantindo estabilidade e desempenho avançado em diferentes condições de uso. Os resultados obtidos evidenciam o potencial desses materiais para aplicações em filtração, sensores, armazenamento de energia e biomateriais. Nesse contexto, a técnica de Solution Blow Spinning (SBS) destaca-se como uma abordagem promissora e eficiente. Assim, consolida-se como um método inovador para a produção de compósitos fibrosos multifuncionais.

In this work, fibrous composites of polyacrylonitrile (PAN) incorporated with porous microparticles of high-entropy oxides (HEO) were developed and characterized, obtained through the solution blow spinning (SBS) technique. Initially, homogeneous dispersions of PAN with different concentrations of HEO were prepared to assess the influence of incorporating these particles on the morphology and final properties of the fibers. The SBS process was optimized in relation to configurational and operational adjustments to ensure the production of continuous and uniform fibrous mats, enabling a detailed analysis of the obtained samples. Improvements included increased energy efficiency, with the adaptation of low-energy controllers, greater portability of the system, and modifications to the concentric nozzle to favor the ejection of the solution in a regular and constant manner. Morphological characterizations carried out by scanning electron microscopy (SEM) revealed significant changes in the diameter and surface of the fibers with the increase in HEO concentration. Thermal (TG/DTG) and spectroscopic (FTIR) tests showed that the presence of the particles influences the thermal stability and chemical interaction in the composite. Furthermore, electrical analysis by impedance spectroscopy demonstrated that the electrical behavior in AC regime is characteristic of disordered solids, meaning it is dependent on the frequency of the electric field, showing dielectric material characteristics. The combination of polymers with high-entropy oxide particles (HEOs) merges the processability and flexibility of polymers with the robustness and multifunctionality of HEOs, resulting in composites with superior properties. This synergy promotes mechanical, thermal, and structural improvements, ensuring stability and advanced performance under different usage conditions. The results highlight the potential of these materials for applications in filtration, sensors, energy storage, and biomaterials. In this context, the Solution Blow Spinning (SBS) technique stands out as a promising and efficient approach. Thus, it consolidates itself as an innovative method for producing multifunctional fibrous composites.