Síntese, caracterização e avaliação da utilização de aditivo condutor nanoestruturado à base de montmorilonita/polipirrol em matriz de poliuretano termoplástico para aplicação em blindagem eletromagnética

Abstract

Polímeros intrinsecamente condutores (PICs), nomeadamente o polipirrol (PPy) e polianilina (PANI), têm-se mostrado materiais promissores para aplicação em absorção de micro-ondas. Porém, ainda existem algumas limitações para utilização desses materiais, principalmente devido às dificuldades de processamento e dispersão em matrizes de polímeros isolantes. Estudos na literatura reportam resultados bastante interessantes a respeito da preparação de compósitos poliméricos nanoestruturados, formados por uma fase dispersa de material inorgânico em camadas, revestidos com PICs, para serem usados em blindagem eletromagnética. Baseado neste contexto, neste estudo foram obtidos nanocompósitos condutores de poliuretano termoplástico (TPU) com montmorilonita/polipirrol (MMT/PPy) visando a aplicação em blindagem e/ou absorção da radiação eletromagnética, na faixa de frequências de 8,2 ? 12,4 GHz (banda X das micro-ondas). Aditivos condutores nanoestruturados de MMT/PPy foram preparados a partir da polimerização oxidativa in situ do pirrol (Py) na presença de argila, bentonita sódica natural, (MMT) em solução aquosa com ou sem surfactantes. A influência dos diferentes tipos de surfactante e concentração molar de Py foi avaliada. Os resultados de análise termogravimétrica, condutividade elétrica e absorção da radiação eletromagnética mostraram que o aditivo condutor de MMT contendo 90% em massa de polipirrol dopado com ácido dodecil benzeno sulfônico (DBSA) (MMT/PPy.DBSA) foi o mais apropriado para ser incorporado na matriz de TPU, a partir da mistura mecânica por fusão. O aditivo de MMT/PPy.DBSA foi incorporado na matriz de TPU, e a influência da concentração na morfologia, condutividade elétrica, propriedades reológicas e eletromagnéticas do TPU/MMT/PPy.DBSA foi avaliada, e comparada com misturas físicas de TPU contendo o PPy com ou sem DBSA (PPy.DBSA ou PPy.Cl), e MMT/PPy sem DBSA (MMT/PPy.Cl). Os resultados mostraram que as misturas de TPU/MMT/PPy.DBSA apresentaram menor limiar de percolação e valores de condutividade elétrica (10-2 S/cm) de até 10 e 5 ordens de grandeza maiores, do que os encontrados para as misturas contendo os polipirróis puros e MMT/PPy.Cl, respectivamente. Estes resultados indicam que nanocompósitos de TPU/MMT/PPy.DBSA, com percentagem de absorção de até 88% da radiação eletromagnética, possuem grande potencial para serem usados na blindagem e/ou absorção da radiação eletromagnética na banda X das micro-ondas.<br>

Abstract : Intrinsically conductive polymers (PICs), denoted as polypyrrole (PPy) and polyaniline (PANI) have been shown a promising materials for using in electromagnetic shielding applications. However, there are some limitations for applying these materials in technological applications due to the processing problems and the dificulties to disperse into insulating polymer matrix. Studies in the literature have reported interesting results concerning the preparation of nanostructured polymer composites comprising dispersed phase of PICs coated inorganic layered material for using in electromagnetic shielding. Based on the above, in this study conducting thermoplastic polyurethane nanocomposites (TPU) with montmorillonite/polypyrrole (MMT/PPy) were prepared in order to obtain a new electromagnetic shielding material in the frequency range from 8.2 to 12.4 GHz (microwave X-band). Nanostructured conductive additives of MMT/PPy were prepared from the oxidative in situ polymerization of pyrrole (Py) in the presence of clay, natural sodium bentonite (MMT) in aqueous solution with or without surfactants. The influence of different surfactant and molar concentration of Py was evaluated. The results found of thermogravimetric analysis, electrical conductivity and electromagnetic radiation shielding showed that the most appropriated conductive additive for adding into TPU matrix from the melt blending process was the MMT containing 90 wt.% of polypyrrole doped with dodecyl benzene sulphonic acid (DBSA) (MMT/PPy.DBSA). The additive MMT/PPy.DBSA was incorporated into the TPU matrix, and the influence of concentration on the morphology, electrical conductivity, rheological and electromagnetic properties of TPU/MMT/PPy.DBSA was evaluated and compared with physical mixtures of TPU containing PPy with or without DBSA (PPy.DBSA or PPy.Cl) and MMT/PPy nanocomposites without DBSA (MMT/PPy.Cl). TPU/MMT/PPy.DBSA nanocomposites showed lower percolation threshold and electrical conductivity (10-2 S/cm) up to ten and five orders of magnitude higher than those found for the mixtures containing PPy.DBSA, PPy.Cl and MMT/PPy.Cl, respectively. These results indicate that nanocomposites TPU/MMT/PPy.DBSA, with a fraction up to 88% absorption of electromagnetic radiation have a great potential for use in shielding and/or absorption of electromagnetic radiation in the microwave (X-band).