Análise comparativa da estrutura e propriedades de compósitos de poliuretano termoplástico com aditivos condutores de polipirrol e montmorilonita/polipirrol

Abstract

Polímeros intrinsicamente condutores (PICs) têm se mostrado materiais versáteis utilizados em diversas aplicações como, por exemplo, em baterias recarregáveis, sensores eletromecânicos e membranas de separação de gases. Porém a dificuldade de fundir e processar estes materiais cria uma limitação em sua utilização. Além disso, muitas vezes os PICs são materiais frágeis, o que restringe sua aplicabilidade na forma pura. Buscando contornar estas limitações, neste trabalho foram fabricadas membranas de poliuretano termoplástico (TPU) com aditivos condutores de Polipirrol (PPy) e Montmorilonita/Polipirrol (Mt-PPy) pelo método conhecido como casting. Foi avaliada a diferença entre os dois aditivos condutores e a variação na morfologia, condutividade elétrica, propriedades térmicas e dinâmico-mecânicas dos compósitos. Resultados da análise morfológica mostraram que o aditivo nanoestruturado de Mt-PPy apresentou melhor dispersão na matriz de TPU quando comparado com o PPy. Adicionalmente, devido à razão de aspecto do aditivo de Mt-PPy ser maior que o PPy, os compósitos TPU/Mt-PPy apresentaram menor limiar de percolação elétrica (7,5%m) do que os compósitos TPU/PPy (12%m). A condutividade elétrica máxima atingida por ambos os sistemas é similar, na ordem de 10 -1 S.cm -1 . Através da análise termogravimétrica (TGA) foi possível perceber que a presença dos aditivos influenciou temperatura e perfil de degradação do TPU, já que os compósitos apresentaram temperatura de degradação inicial menor do que o TPU puro, bem como apresentaram um único estágio de variação de massa. A T g dos compósitos manteve-se na faixa de -30oC, valor da T g do TPU puro. Já o módulo de armazenamento (E’) para os compósitos foi maior que para o TPU puro, devido principalmente ao efeito de reforço das cargas, este efeito foi mais evidente para o aditivo Mt-PPy. Isso pode ser justificado pela maior área de superfície, maior razão de aspecto (razão entre comprimento e diâmetro), melhor dispersão e distribuição do aditivo Mt-PPy quando comparado com o PPy puro, permitindo uma transferência de tensões entre matriz e carga mais efetiva. Sendo assim, os compósitos obtidos apresentaram potencial deaplicação tecnológica.

Intrinsically conductive polymers (PICs) have proven to be versatile materials used in various applications such as rechargeable batteries, electromechanical sensors and gas separation membranes. However, the difficulty of melting and processing these materials creates a limitation on their use. In addition, PICs often are fragile materials, which restricts their applicability in pure form. In order to circumvent these limitations, thermoplastic polyurethane (TPU) membranes with conductive additives of Polipirrol (PPy) and Montmorilonite/Polipyrrole (Mt-PPy) were produced using the method known as casting. The difference between the two conductive additives and the variation in the morphology, electrical conductivity, thermal and dynamic-mechanical properties of the composites were evaluated. Results of the morphological analysis showed that the nanostructured additive of Mt-PPy presented better dispersion in the TPU matrix when compared to PPy. Additionally, due to the aspect ratio of Mt-PPy additive being higher than pure PPy, the TPU/Mt-PPy composite had lower electrical percolation (7.5%m) than the TPU/PPy (12%m). The maximum electrical conductivity reached by the systems is similar, in the order of 10 -1 S.cm -1 . The thermogravimetric (TGA) analysis showed that the presence of the additives influenced temperature and degradation profile of the TPU, since the composites showed lower initial degradation temperature than the TPU and presented a single stage of mass variation. The glass transition temperature (T g ) of the composites remained in the range of -30oC, the same T g value of the pure TPU. However, the storage modulus (E') for the composites was higher than for the pure TPU, mainly due to the effect of reinforcing of the loads. This effect was more evident for the additive Mt-PPy. This may be justified by the higher surface area, higher aspect ratio (ratio between length and diameter), better dispersion and distribution of the Mt-PPy additive when compared to pure PPy, allowing a more efficient matrix-load tension transfer. Thus, the obtained composites had potential of technological application.