Estrutura e propriedades de misturas poliuretano termoplástico com aditivos condutores

Abstract

A obtenção de misturas poliméricas que associem as propriedades de polímeros de engenharia e as propriedades físico-químicas de materiais semicondutores tem atraído a atenção de vários grupos de pesquisa devido ao grande potencial em aplicações tecnológicas, tais como: blindagem eletromagnética, dissipação de cargas estáticas, sensores químicos, biosensores e sensores eletromecânicos. Várias estratégias têm sido adotadas para obter materiais com tais propriedades, uma delas muito utilizada é a incorporação de aditivos condutores de eletricidade em matrizes de elastômeros termoplásticos. O negro de fumo condutor (NFC) é um material tradicionalmente utilizado como aditivo condutor para ser incorporado em polímeros isolantes por possuir elevada área superficial e condutividade elétrica da ordem de 1 S.cm-1. Entretanto, o polipirrol (PPy) vem sendo intensamente utilizado como aditivo condutor por possuir estabilidade térmica, condutividade elétrica que pode ser controlada conforme seu estado de oxidação e ser facilmente sintetizado em meio aquoso. Neste trabalho, misturas poliméricas condutoras de eletricidade de poliuretano termoplástico (TPU) com diferentes concentrações em massa de NFC ou PPy foram preparadas por mistura por fusão, em um reômetro de torque. A estrutura e propriedades das misturas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (SEM-FEG), espectroscopia no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), análise dinâmico-mecânica e termogravimetria (TG). A estabilidade térmica das misturas obtidas foi modificada com a adição do polipirrol e do negro de fumo, assim como as propriedades viscoelásticas. Foram atingidos valores de condutividade próximos a dos aditivos condutores puros e verificou-se que esses materiais são promissores para o uso em blindagem eletromagnética.<br>

Abstract : There is a great interest in developing conducting polymer blends due to the possibility to combine the engineering polymer properties with the physical and chemical properties of semiconductor materials. These materials have been used for several technological application, such as electromagnetic shielding, static charge dissipation, chemical sensors, biosensors and electromechanical sensors. Many strategies have been employed to obtain materials with such properties, a commonly used technique is the incorporation of conductive additives into thermoplastic elastomer matrix. Among the conductive additives, polypyrrole (PPy) has been studied extensively because of its thermal stability, electrical conductivity which can be controlled by the oxidation state and ease of synthesis in aqueous solution. Futhermore, the conductive carbon black (CB) is another conductive additive to obtain conductive composites due to its high surface area and good electrical conductivity which is around 1 S.cm-1. In this work, electric conductive polymer blends composed of thermoplastic polyurethane (TPU) with different weight concentrations of conductive additives were prepared by melt mixing in a torque rheometer. The additives and composites morphologies were analyzed by scanning electron field emission microscopy (FEG - SEM). The structure and properties of these materials were also evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamic mechanical analysis and thermogravimetry (TG). The thermal stability of the obtained mixtures as well as viscoelastic properties were modified with the addition of polypyrrole and carbon black into TPU matrix. The electrical conductivity of the composites is quite similar to that found for neat conductive additives. The results obtained in this work reveal that these composites are promising materials for electromagnetic shielding applications.