Obtenção e avaliação das propriedades elétricas de misturas físicas de poliuretano termoplástico com aditivos semicondutores

Abstract

A obtenção de materiais poliméricos com a combinação das propriedades de polímeros de engenharia e propriedades elétricas de materiais condutores ou semicondutores tem atraído a atenção de vários grupos de pesquisa devido ao grande potencial em aplicações tecnológicas. Várias estratégias têm sido adotadas para obter materiais com tais propriedades, uma técnica muito utilizada é a preparação de misturas físicas de polímeros isolantes e materiais condutores ou semicondutores. Neste trabalho, foram preparadas misturas físicas de poliuretano termoplástico (TPU) com polianilina dopada com ácido dodecilbenzeno sulfônico (PAni.DBSA), negro de fumo condutor (NFC) e NFC aditivado com PAni.DBSA (NFC-PAni.DBSA), respectivamente, em um misturador de dois cilindros. A PAni e NFCPAni foram sintetizadas a partir da polimerização em emulsão da anilina na presença do ácido dodecilbenzeno sulfônico (DBSA) e negro de fumo condutor, respectivamente. A PAni.DBSA, NFC e NFCPAni. DBSA foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de absorção no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e no ultravioleta-visível (UV-vis), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a condutividade elétrica avaliada pelo método padrão quatro pontas. As blendas de TPU/PAni.DBSA apresentaram condutividade elétrica da ordem de 10-6 S.cm-1 para concentrações de 20% em massa de PAni.DBSA e limiar de percolação inferior aos compósitos de TPU/NFC e TPU/NFC-PAni.DBSA. Análises de FTIR mostraram que existe interação entre os grupos (NH) da polianilina com os grupos (C=O) presentes no poliuretano para as misturas de TPU/PAni.DBSA e TPU/NFC-PAni.DBSA. Entretanto, por esta técnica não foi possível verificar interações entre os componentes presentes na mistura de TPU/NFC. As micrografias das amostras de TPU/PAni.DBSA e TPU/NFC-PAni.DBSA obtidas por MEV evidenciaram que as partículas de PAni.DBSA e NFC-PAni.DBSA estão bem dispersas e distribuídas na matriz de TPU, porém não foi possível evidenciar os caminhos condutores os quais são responsáveis pelo aumento da condutividade elétrica da mistura. Ensaios de absorção de radiação eletromagnética mostraram que as misturas obtidas neste trabalho são capazes de absorver ondas eletromagnéticas.

To obtain polymeric materials by combining the properties of engineering polymers and electrical properties of conductor or semiconductor materials has attracted the attention of several groups of researchers due to the great potential for technological applications. Several strategies have been adopted to obtain materials with such properties. A technique often used is the preparation of physical mixtures of insulating polymers and conductors or semiconductors materials. In this work were prepared physical mixtures of thermoplastic polyurethane (TPU) with polyaniline doped with acid dodecylbenzene sulfonic (PAni.DBSA), carbon black conductor (NFC) and NFC modified with PAni.DBSA (NFC-PAni.DBSA), respectively in a two cylinders mixer. PAni and NFC-PAni.DBSA were synthesized through emulsion polymerization of aniline in the presence of dodecylbenzene sulfonic acid (DBSA) and carbon black conductor, respectively. The PAni.DBSA, NFC and NFC-PAni.DBSA were characterized by thermo gravimetric analysis (TGA), absorption spectroscopy by Fourier transform infrared (FTIR) and in the ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis), scanning electron microscopy (MEV) and electrical conductivity evaluated by the standard method four corners. The Blends of TPU/PAni.DBSA showed electrical conductivity of 10-6 S.cm-1 at 20 wt.% of PAni.DBSA content, and threshold of percolation less than TPU/NFC and TPU/NFC-PAni.DBSA composites. FTIR analyzes showed that there is an interaction between groups (NH) of polyaniline with groups (C=O) present in polyurethane in the TPU/PAni.DBSA and TPU/NFC-PAni.DBSA mixtures. However, by using this technique it was not possible to verify interactions between the components present in the mixture of TPU/NFC. The micrographs of samples of TPU/PAni.DBSA and TPU/NFC-PAni.DBSA obtained by MEV evidenced that Pani.DBSA and NFC-PAni.DBSA particles are well dispersed and distributed in the TPU matrix. However it was not possible to evidence the conductor paths which are responsible for increasing the electric conductivity of the mixture. Experiments using absorption of electromagnetic radiation revealed that mixtures obtained in this work are able to absorb electromagnetic waves.