Materiais autorregenerativos extrínsecos de matriz epoxídica contendo nanotubos de carbono e microcápsulas de ureia-formaldeído infiltradas com poli(dimetilsiloxano) aminado

Abstract

A capacidade de regeneração que possuem os organismos biológicos inspira a busca desse mesmo comportamento em materiais sintéticos autorregenerativos (?self-healing?), os quais reconstituem sua estrutura quando esta sofre danos. Os compósitos autorregenerativos extrínsecos oferecem capacidade de regeneração a materiais que não a possuem essa característica intrínseca, aumentando sua durabilidade e reduzindo custos de manutenção. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência e as interações de nanotubos de carbono (NTC) em materiais autorregenerativos baseados em epóxi com microcápsulas de ureia-formaldeído (PUF) contendo o agente reparador baseado em poli(dimetilsiloxano) aminado (PDMS-a). O uso de NTC é motivado por suas excelentes propriedades mecânicas, elétricas e por sua capacidade de transferência de tais características aos compósitos. Assim, objetiva-se ainda avaliar o efeito das nanopartículas de NTC na capacidade autorregenerativa e nas propriedades mecânicas do sistema autorregenerativo. Inicialmente foram analisadas a microestrutura e estabilidade térmica das microcápsulas sintetizadas, que apresentaram relativa uniformidade das cápsulas, com cerca de 100 µm de diâmetro, sendo que o ensaio TGA indicou um início de degradação à temperatura de 369 °C. A avaliação da microestrutura dos compósitos foi realizada por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV) para verificação das condições de dispersão obtidas. Ensaios mecânicos foram realizados para avaliar o efeito da adição das microcápsulas e dos NTCs. Além disso, avaliou-se a condutividade elétrica, bem como as propriedades térmicas dos compósitos. Constatou-se uma redução da Tg dos compósitos com microcápsulas, PUF e contendo NTC/microcápsulas, em relação à resina pura. A análise FTIR não mostrou deslocamentos de bandas da resina epóxi nos compósitos, indicando a ausência de interação química. A resina epóxi pura apresentou resistência à tração média de 28,65 MPa, superior à resistência dos compósitos. Houve um ganho de resistência média à tração em cerca de 13% quando incorporado NTC à epóxi/PDMS-a. A condutividade elétrica apresentou crescimento nos compósitos em relação à resina pura. A eficiência de regeneração em compósito epóxi/PUF-PDMS-a/NTC foi de cerca de 60% ao fim de 21 dias.

Abstract: The capacity for regeneration possessed by biological organisms inspires the search for this same behavior in self-healing synthetic materials, which reconstitute their structure when it suffers damage. Extrinsic self-healing composites offer regeneration capacity to materials that do not have this intrinsic characteristic, increasing their durability and reducing maintenance costs. This work aims to evaluate the influence and interactions of carbon nanotubes (CNT) in self-healing materials based on epoxy with urea-formaldehyde (PUF) microcapsules containing the repair agent based on aminated poly(dimethylsiloxane) (PDMS-a). The use of CNT is motivated by its excellent mechanical and electrical properties and its ability to transfer such characteristics to composites. Thus, the aim is to further evaluate the effect of CNT nanoparticles on the self-regenerative capacity and mechanical properties of the self-regenerative system. Initially, the microstructure and thermal stability of the synthesized microcapsules were analyzed, which showed relative uniformity of the capsules, with around 100 µm in diameter, and the TGA test indicated a start of degradation at a temperature of 369 °C. The evaluation of the microstructure of the composites was carried out using scanning electron microscopy (SEM) to verify the dispersion conditions obtained. Mechanical tests were carried out to evaluate the effect of adding microcapsules and CNTs. Furthermore, the electrical conductivity as well as the thermal properties of the composites were evaluated. A reduction in the Tg of composites with microcapsules, PUF and containing CNT/microcapsules was found, in relation to pure resin. FTIR analysis showed no band shifts of the epoxy resin in the composites, indicating the absence of chemical interaction. The pure epoxy resin showed an average tensile strength of 28.65MPa, higher than the strength of the composites. There was a gain in average tensile strength of around 13% when incorporating NTC into epoxy/PDMS-a. The electrical conductivity showed an increase in the composites in relation to the pure resin. The regeneration efficiency in epoxy/PUF-PDMS-a/NTC composite was around 60% after 21 days.