Materiais nanocompósitos multifuncionais formados entre nanotubos de carbono e látices poliméricos

Abstract

Resumo: O presente trabalho descreve a preparação, caracterização e estudo de propriedades de materiais nanocompósitos multifuncionais formados por látices poliméricos (borracha natural e poli(estireno co-acrilato de butila)) e nanotubos de carbono (NTCs) preenchidos por espécies de ferro. No preparo dos nanocompósitos foram utilizadas dispersões aquosas partindo-se de NTCs com o tensoativo dodecil sulfato de sódio e NTCs previamente submetidos a um tratamento ácido (mistura de H2SO4/HNO3). Várias amostras foram preparadas contendo diferentes quantidades de NTCs (0,01-10% m.m-1). Os nanocompósitos foram caracterizados por micro-tomografia de raios X, microscopias eletrônicas de transmissão (MET) e varredura (MEV), microscopias de força atômica (AFM) e magnética (MFM), espectroscopias Raman e nfravermelho. As propriedadestérmicas, elétricas e mecânicas foram avaliadas respectivamente por TGA, medidas de resistividade pelo método de quatro pontas e ensaios tensão-deformação. Observou-se que a estruturação dos nanocompósitos preparados, principalmente os de borracha natural, está fortemente associada à concentração de NTCs adicionada, não havendo diferenças significativas ligadas ao tipo de modificação superficial a qual o nanotubo foi submetido. Por meio de imagens de AFM evidenciou-se uma boa adesão entre os NTCs e as matrizes poliméricas estudadas. A incorporação dos NTCs não alterou estruturalmente os polímeros. Graças à formação de redes de NTCs interconectados no interior da matriz, propriedades elétricas nos nanocompósitos tiveram incrementos bastantes significativos comparados aos polímeros puros. A formação de redes de nanotubos também é responsável pela maior resistência à sorção de solventes apresentada pelos nanocompósitos de borracha natural frente ao polímero puro. Foram observadas melhoras significativas nas propriedades mecânicas dos polímeros após a introdução dos nanotubos de carbono. Imagens de MFM confirmaram a natureza magnética dos nanocompósitos, propiciada graças à presença de espécies magnéticas no interior dos nanotubos utilizados, adicionando uma propriedade inédita para este tipo de material.

Abstract: This work describes the synthesis, characterization and study of properties of multifunctional nanocomposite materials obtained by two different polymeric latexes ((poly(styrene-co-butyl acrylate) and natural rubber) and carbon nanotubes (CNTs). The CNTs used in this work have their cavities filled by magnetic species, mainly iron and iron oxide. In order to prepare stable aqueous dispersions of CNTs, two different approaches have benn employed: 1) mixture of the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS); 2) previous treatment of the CNTs with a mixture of nitric and sulfuric acid solution. Several nanocomposite samples were prepared containing different amount of CNTs (from 0.01 to 10 wt%). The nanocomposites have been characterized by X-ray micro-tomography, transmission and scanning electron microscopy, atomic and magnetic force microscopy, Raman and infrared spectroscopy. The thermal, electrical and mechanical properties have been evaluated by thermogravimetric analysis, resistivity measurements (four-points) and stress-strain tests. The obtained data demonstrated that the amount of CNTs affect the structure of the nanocomposites. A good adhesion between the CNTs and polymer matrices was revealed by AFM images. Raman and infrared spectroscopy revealed that the incorporation of CNTs didn’t change the polymers structures. The occurrence of networks of CNTs in the polymeric matrices provided significant increases in electrical properties and in the resistance to solvent sorption of the nanocomposites, in comparison to the unfilled polymer. The mechanical properties of the polymers were improved in both classes of nanocomposites. Images obtained by magnetic force microscopy confirmed the magnetic nature of the nanocomposites.