Estudo da influência de nanotubos de carbono funcionalizados nas propriedades de revestimentos de poliuretano

Dissertação de mestrado em Propriedades e Tecnologias de Polímeros

Os revestimentos de Poliuretano (PUD) provenientes de dispersões aquosas têm sido cada vez mais utilizados em aplicações de elevado desempenho, como por exemplo em adesivos, revestimentos para a indústria automóvel, e principalmente na área da eletrónica, numa elevada gama de aplicações, por exemplo, em sensores, revestimentos condutores e dispositivos eletrónicos flexíveis. A principal característica dos revestimentos em PUD é serem amigos do ambiente, pois contêm pequenas quantidades de solventes orgânicos voláteis minimizando os problemas de toxicidade o que os torna alternativas viáveis para a substituição dos tradicionais produtos à base solvente. O reforço das dispersões de PUD com nanotubos de carbono (CNT) melhora as propriedades mecânicas, elétricas e térmicas dos revestimentos mesmo para baixas concentrações de CNT. Contudo, as fortes interações de Van der Waals entre os nanotubos de carbono, a sua forma emaranhada e as características hidrofóbicas da superfície dificultam a sua dispersão em dispersões aquosas de PUD e consequentemente interferem nas propriedades finais. Sendo assim é necessário funcionalizar a superfície dos CNT utilizando agentes tensioativos que aumentam a estabilidade em solução aquosa e melhoram a interação com as dispersões de PUD. Uma das estratégias utilizadas para a funcionalização dos CNT consiste na utilização de estruturas poliaromáticas substituídas, como as perilenobisimidas (PBI) que estabelecem fortes interações com a superfície aromática dos CNT. Este trabalho tem como objetivos: numa primeira fase a síntese de derivados de perilenos substituídos com aminoácidos ou com anidrido maleico que serão utilizados na funcionalização da superfície dos nanotubos como agentes dispersores; numa segunda fase, o estudo das características morfológicas, térmicas, mecânicas e elétricas de revestimentos de poliuretano com nanotubos de carbono funcionalizados com perilenos. O nível de dispersão dos diferentes tipos de nanotubos de carbono e a influência dos perilenos em compósitos de PUD será analisado por microscopia ótica, eletrónica, FTIR, espectroscopia de UV-visível, ensaios mecânicos, Resistividade superficial e análise termogravimétrica.

Polyurethane coatings (PUD) from aqueous dispersions have been increasingly used in high performance applications such as adhesives, coatings for automotive industry, and particularly in the electronics field, in many applications such as conductive coatings and flexible electronic devices. The main characteristic of PUD coatings is that they are environmentally friendly because contains small amounts of volatile organic solvents while minimizing toxicity problems and making them viable alternatives to replace traditional solvent based product. The reinforcement of PUD dispersion with carbon nanotubes (CNT) improves the mechanical properties, electrical and thermal coatings even for low concentrations of CNT. However, the strong Van der Waals interactions forces between the carbon nanotubes, their entangled form and hydrophobic surface characteristics difficult to dispersion in PUD aqueous dispersions and consequently affect the final properties. Thus it is necessary to functionalize CNT surface using surfactants to enhance the stability in aqueous solution and improves the interaction with the PUD dispersion. One of the strategies used for the functionalization of CNT is use substituted polyaromatic structures such as perylenebisimide (PBI) that establish strong interactions with the aromatic surface of CNT. This study aims: initially the perylene derivatives synthesis modified with amino acids or maleic anhydride to be used to be used as dispersing agents in the surface functionalization of CNT; in a second stage, the study morphological, thermal, mechanical and electrical characteristics of PUD coatings with CNT functionalized with perylene. The degree of dispersion of CNT different types and the influence of perylene in PUD composites is examined by Optical microscopy, Scanning Electron Microscope, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Spectroscopy UV-vis, Mechanical tests, Electric surface resistivity and Thermal Gravimetric Analysis.