Materiais nanocompósitos multifuncionais formados por látices poliméricos e grafeno ou óxido de grafeno : síntese, caracterização e propriedades

Abstract

Resumo: Este trabalho descreve o preparo, caracterização e estudo das propriedades de materiais nanocompósitos multifuncionais obtidos entre a combinação de grafeno ou óxido de grafeno e dois diferentes látices poliméricos: borracha natural e poli (estireno-co-acrilato de butila) As estruturas de grafeno utilizadas neste estudo foram obtidas através de modificações na rota de oxidação química de grafite. As dispersões aquosas de óxido de grafeno (1 mg.mL-1) e grafeno (disperso com o auxílio do surfactante brometo de cetiltrimetilâmonio - CTAB) foram separadamente misturadas com os látices por meio de agitação magnética. Após evaporação do solvente, os nanocompósitos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e transmissão (MET) e microscopia de força atômica (AFM) em diferentes modos; difração de raios X; espectroscopia Raman e espectroscopia de infravermelho. As propriedades térmicas, elétricas e mecânicas foram avaliadas por termogravimetria, medidas de resistividade (quatro pontas) e análises dinâmico-mecânicas, respectivamente. Os resultados indicaram alterações na organização estrutural do polímero em função da quantidade e tipo de nanoestrutura adicionada. A dispersão e a boa aderência entre as nanoestruturas e os polímeros foram mostradas por imagens de AFM, MET e MEV. Diferentes modos de AFM forneceram importantes informações associadas a morfologia, mecanismos de interação e propriedades dos materiais obtidos. A formação de redes interconectadas das nanoestruturas nas matrizes poliméricas proporcionou mudanças significativas em algumas propriedades. Os materiais obtidos apresentaram multifuncionalidade, com novas propriedades elétricas, mecânicas e químicas, moduladas de acordo com a natureza do látex e da espécie de grafeno utilizada, fazendo que esses materiais apresentem um grande potencial para aplicações em um grande número de sistemas.

Abstract: This work describes the preparation, characterization, and study of the properties of multifunctional nanocomposites materials obtained from the combination of graphene or graphene oxide and two different polymeric latexes: natural rubber and poly (styrene-cobutyl acrylate). The graphene species used in this study were obtained by modifying the traditional chemical oxidation of graphite route. Aqueous solutions of graphene oxide (1 mg.mL-1) and graphene (dispersed with the surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide - CTAB) were separately mixed with the latexes by magnetic stirring. After evaporation of the solvent, the nanocomposites were characterized by scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopies and atomic force microscopy (AFM) in different modes; X ray diffraction; Raman spectroscopy and infrared spectroscopy. Thermal, electrical and mechanical properties were evaluated using thermogravimetric analysis (TGA), resistivity measurements (4- points) and dynamic thermal mechanical analysis (DTMA). The results indicate changes in the structural organization of polymer depending on the amount and type of filler on the sample. The good dispersion and adhesion between the nanostructures and the polymers were proved by AFM, TEM and SEM images. Different modes of AFM provided important information related, morphology, interaction mechanisms and properties of the materials obtained. The formation of interconnected filler networks inside the polymer matrices provided significant improvements in some properties. The multifunctional material obtained presented new electrical, mechanical and chemical properties, modulated according to the nature of the latex and the type of graphene specie used, making these materials show a great potential for applications in a large number of systems.