Compósitos condutores de polianilina com alta estabilidade térmica.

Fábio Ruiz Simões (PG), Luis Otavio de Sousa Bulhões (PQ)

Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica – DQ – UFSCar

C.P. 676 CEP. 13565-905 – São Carlos – SP

Palavras chave: polianilina; negro de fumo; compósito

Os polímeros condutores são uma classe de materiais que apresentam condutividade eletrônica variável a qual depende do grau de dopagem do polímero [1]. Outro fator importante é a estabilidade ambiental, entretanto a demanda por novas aplicações exige o uso de processos que viabilizam a utilização desses materiais em larga escala. Outro problema é a sua instabilidade térmica que está associada a saída de solvente/dopante a qual promove um decrescimo na condutividade do polímero, não permitindo o processamento a temperaturas maiores que 100 °C. Uma alternativa é a preparação de compósitos ou blendas com materiais isolantes (negro de fumo ou polímeros), resultando em um efeito protetivo da matriz polimérica na fase condutora que é termicamente instável.

O objetivo deste trabalho foi sintetizar quimicamente e analisar através de termogravimetria e medidas de condutividade de diferentes amostras de um compósito entre polianilina (PANI) e negro de fumo (NF).

Para a síntese química do compósito entre a PANI e o NF, preparou-se soluções aquosas de anilina em HCl 1M e soluções de persulfato de amônia (PSA) em HCl 1M. As amostras foram preparadas utilizando soluções com diferentes razões monômero:oxidante e a força iônica da solução foi modificada pela adição de LiCl (1,0 M). Inicialmente as soluções contendo anilina permaneceram diferentes tempos em contato com o NF, sendo adicionado o agente oxidante com uma vazão de 2,5 mL/min na solução contendo anilina e negro de fumo sob agitação e mantida a 5^oC. Ao término da reação, após 4 h, filtrou-se as amostras, utilizando um funil de Buchner, lavando-as com uma solução aquosa de HCl 1M, com o objetivo de remover o excesso de reagente e oligômeros solúveis. As amostras foram finalmente secas em uma estufa a 110^oC, durante 3 horas. A análise térmica foi realizada com 4 amostras (Tabela 1) utilizando uma taxa de aquecimento de 10ºC/min. A atmosfera de trabalho utilizada na análise térmica foi o ar sintético com um fluxo de 50cm³/min e as amostras com uma massa inicial de 5 mg. Os resultados da análise térmica para algumas amostras estão representados na Figura 1.

Tabela 1: Soluções e descrição do processamento utilizado na preparação das amostras dos compósitos

Figura 1 – Análise térmica de diferentes compósitos do negro-de-fumo e da polianilina. A(amostra 7); B(amostra 6); C(amostra 5); D(amostra 8); E(NF-Union Carbide); F(PANI).

A partir da Figura 1 pode-se verificar a temperatura em que as amostras atingem um patamar onde não há mais perda de massa por um grande intervalo de temperatura, sendo então este chamado de T_máx. Para a amostra D (amostra 8), este T_máx é de aproximadamente 120^oC, com uma variação de massa de 18%, que se deve a perda de moléculas de H₂O. A amostra E (negro-de-fumo), não exibe qualquer perda de massa a temperaturas inferiores a 700^oC, onde começa a própria degradação do composto. A amostra C (amostra 5), tem T_máx por volta de 160^oC, temperatura próxima a de degradação da PANI, porém o compósito mostra um comportamento diferente do NF quando seu patamar termina em cerca de 500^oC. A amostra B (amostra 6), com m de aproximadamente 1%, atinge seu T_máx por volta de 150^oC, decompondo em 500^oC, análogo a amostra C. A amostra A (amostra 7) semelhante as amostras B e C, tem perda de massa próximo a 1% em 160 ^oC. Observa-se que o compósito de polianilina e negro-de-fumo apresenta uma estabilidade térmica superior a observada para a polianilina. A variação de massa observada em temperaturas entre 100 e 180^oC são atribuídas a saída de água e do ácido da matriz do polímero.

A resistência elétrica de uma pastilha do compósito obtida por medidas de impedância a 25^oC é da ordem de 8,4 W. Foi avaliada a influência da temperatura e observou-se que as propriedades elétricas são estáveis até 200^oC. Além da obtenção de compósitos com alta condutividade a adição de NF a PANI aumenta a estabilidade térmica do sistema.

BIBLIOGRAFIA

1. G. E. Wnek, Handboock of conducting polymers, T. A. Skotheim (Ed.), vol.1, Marcell Dekker, New York, 1986, p. 205. [CAPES]