Desenvolvimento de membranas eletrofiadas de poli(ácido lático) (PLA) reforçadas com grafeno e reticuladas para potencial aplicação em coletes de proteção balística

Abstract

A segurança pessoal e a proteção contra ameaças são prioridades globais que impulsionam avanços tecnológicos em materiais de defesa. Coletes balísticos são essenciais para segurança pública, mas enfrentam desafios como rigidez, desconforto e dependência de fibras importadas, como Kevlar e Dyneema. Isso motiva o desenvolvimento de alternativas nacionais e sustentáveis. Há uma lacuna no uso de materiais sustentáveis e de fácil acesso, como o poliácido lático (PLA), em aplicações de proteção balística. Embora promissor, o PLA carece de propriedades mecânicas suficientes para competir com materiais tradicionais. Neste contexto, o objetivo desse trabalho é desenvolver membranas eletrofiadas de PLA reforçadas com grafeno e reticuladas, visando melhorar propriedades mecânicas e possibilitar sua aplicação em coletes de proteção balística. Para isso, membranas de PLA foram produzidas por eletrofiação com a menor porosidade possível e reforçadas com grafeno. A reticulação foi aplicada para melhorar a resistência mecânica. Caracterizações físico-químicas incluíram análises morfológicas (MEV) e de propriedades mecânicas. As membranas eletrofiadas apresentaram porosidade variando entre 60 e 95% dependendo das condições experimentais, variou-se a vazão, tensão, distância e velocidade de translação para avaliar a influência destas na porosidade e todas as variáveis afetaram a porosidade. As melhores condições de eletrofiação foram obtidas com 0,5mL/min de vazão, tensão de 20 kV, distância de 15 cm e velocidade de translação de 30 cpm. Ao adicionar grafeno às membranas foi necessário ajustar os parâmetros de eletrofiação, pois o grafeno alterou as características reológicas das soluções. A adição de grafeno na proporção de 0,1% da massa de PLA melhorou a resistência à tração de 7,1 MPa PLA puro para 7,95 MPa, as membranas com 0,1% de grafeno apresentaram aumento na porosidade, quantidades maiores de grafeno (0,5% e 1,0%) diminuíram a resistência a tração das membranas em mais de 50%. Avaliou-se também a reticulação com Glutaraldeído (GA) para melhorar as propriedades das membranas com grafeno e observou-se que reticulação com 15 % de glutaraldeído por 6 h proporcionou um aumento na resistência mecânica à tração de 45%, sem comprometer excessivamente a flexibilidade do material. No entanto, tempos de reticulação superiores a 12 h levaram a um enrijecimento excessivo das fibras, tornando o material quebradiço e ineficaz para aplicações balísticas. A combinação de PLA, grafeno e reticulação permitiu a obtenção de membranas com propriedades aprimoradas em relação ao PLA puro, porém o desempenho mecânico ainda não é suficiente para aplicação em coletes de proteção balística.