Síntese e caracterização de rede interpenetrante de elastômeros de poliuretano e poli(3-metiltiofeno)

Abstract

Resumo: Este trabalho visa a síntese de um material flexível e condutor, propriedades antagônicas e de difícil ocorrência em um mesmo material. Para isto é realizada a síntese química do poli(3-metiltiofeno) (P3MT) na rede polimérica de um elastômero de poliuretanto (PU), assim confeccionando uma mistura de polímeros denominada rede polimérica interpenetrante (IPN). A IPN PU/P3MT é confeccionada utilizando uma rota sintética inovadora através do inchamento do PU em uma solução de FeCl3 anidro em acetonitrila, este será o agente oxidante que ocasionará a síntese e a dopagem química do P3MT. O PU impregnado com o cloreto férrico é imerso no monômero 3-metiltiofeno (3MT) e de modo in situ ocorrerá a polimerização na rede elastomérica, assim confeccionando a IPN. Tal rede é imersa novamente em uma solução de cloreto férrico para a dopagem química do P3MT. Ao final obteve-se um material flexível e condutor, com aplicabilidade em diversas áreas. Além da condutividade, a IPN apresenta eletroatividade e considerável corrente capacitiva, conferindo ao material o empregado como capacitor, sensor e eletrodo eletroquímico e também ser utilizado na confecção de dispositivos opto-eletrônicos. As IPNs foram caracterizadas pelas espectroscopias de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Raman e UV-Vís, as quais comprovam a formação e a presença de P3MT e também a sua dopagem. Foi verificado que variando a composição do Pu base, tanto a quantidade de P3MT formado, quanto as propriedades das IPNs são alteradas. Pelo UV-Vís, verificou-se o abaixamento do band gap do P3MT com a dopagem química, o que indica maior facilidade do transporte de elétrons pela estrutura polimérica. Pela calorimetria exploratória diferencial (DSC), foi observado que com a inserção de P3MT na rede poliuretânica há o aumento da temperatura de transição vítrea (Tg) em relação ao PU base, devido à forte interação intermolecular entre a rede do PU e o P3M t. Todas as composições de IPNs exibiram condutividade elétrica, e a composição 7% DEG, possui a maior formação de P3MT na rede elastomérica e por consequência disto, obteve a maior condutividade elétrica dentre as demais composições, atingindo 2,8 (Qm)-1, valor relativamente alto, uma vez que a base elastomérica possui a propriedade de ser isolante elétrico. Palavras-chave: Poli(3-metiltiofeno) (P3MT). Polímeros condutores (PC). Poliuretano (PU). Rede polimérica interpenetrante (IPN)

Abstract: This work aims at the synthesis of a flexible and conductive material, antagonistic properties and difficult to occur in a same material. For this, the chemical synthesis of poly(3-methylthiophene) (P3MT) is carried out in the polymer network of a polyurethane elastomer (PU), thus confectioning a polymer blend called as interpenetrating polymer network (IPN). The IPN PU/P3MT is made using an innovative synthetic route by swelling the PU in an anhydrous FeCl3 solution in acetonitrile, this will be the oxidizing agent that will cause the synthesis and the chemical doping of the P3MT. The PU impregnated with the ferric chloride is immersed in the 3-methylthiophene monomer (3MT) and in situ mode the polymerization will occur in the elastomeric network, thus making the IPN. Such network is immersed again in a ferric chloride solution for the chemical doping of P3MT. At the end, a flexible and conductive material was obtained, with applicability in several areas. In addition to the conductivity, the IPN presents electroactivity and considerable capacitive current, giving the material the employee as capacitor, sensor and electrochemical electrode and also be used in the making of opto-electronic devices. The IPNs were characterized by Fourier transform infrared (FTIR), Raman and UV-Vis spectroscopies, which confirmed the formation and the presence of P3MT and its doping. It has been seen that by varying the composition of the PU base, the amount of P3MT formed and the properties of the IPNs are altered. By UV-Vis, the P3MT band gap was lowered with the chemical doping, which indicates greater facility of electrons transport through the polymer structure. By the differential scanning calorimetry (DSC) it was observed that with the insertion of P3MT in the polyurethane network there is an increase in the glass transition temperature (Tg) in relation to the base PU, due to the strong intermolecular interaction between the PU network and the P3MT. All the IPNs compositions exhibit electrical conductivity, and the 7% DEG composition, has the highest formation of P3MT in the elastomeric network and as a consequence, obtained the highest celectrical onductivity among the other compositions, reaching 2.8 (Qm)-1, relatively high conductivity, since the elastomeric base possesses the property of electrical insulation K ey-w ords: Poly(3-methylthiophene) (P3MT). Conducting polymers (PC). Polyurethane (PU). Interpenetrating polymer network (IPN).