Electromagnetic interference shielding through MWNT grafted Fe3O4 nanoparticles in PC/SAN blends

In this study, multiwall carbon nanotubes (MWNTs) were chemically grafted onto dopamine anchored iron oxide (Fe3O4) nanoparticles via diazotization reaction to design electromagnetic (EM) shielding materials based on PC (polycarbonate)/SAN poly (styrene-co-acrylonitrile)] blends. A two step mixing protocol was adopted to selectively localize the nanoparticles in a given phase of the blends. In the first step, MWNT-g-Fe3O4 nanoparticles were solution blended with PC, followed by dilution with SAN during melt mixing in the subsequent step. This strategy, besides improving the quality of dispersion of MWNTs in the blends, facilitated enhanced EM interference shielding effectiveness (SE). Both, the MWNTs and the modified MWNTs, selectively localized in the PC phase and led to high electrical conductivity, in striking contrast to PC filled MWNT composites. The SE was measured on toroidal samples over a broad range of frequencies; X-band (8.2-12 GHz) and K-u-band (12-18 GHz). It was observed that the shielding mechanism mostly involved reflection in the blends with MWNTs, whereas absorption dominated in the case of blends with MWNT-g-Fe3O4. To realize the efficacy of this strategy, a few compositions were prepared by physical mixing MWNTs with Fe3O4 nanoparticles. Intriguingly, blends with MWNT-g-Fe3O4 nanoparticles manifested enhanced microwave absorption over physically mixed nanoparticles. An SE of -32.5 dB was observed (at 18 GHz) for MWNT (3 wt%)-g-Fe3O4 (3 vol%) in PC/SAN blends.

A unique strategy towards high dielectric constant and low loss with multiwall carbon nanotubes anchored onto graphene oxide sheets

Multiwall carbon nanotubes (MWNTs) were anchored onto graphene oxide sheets (GOs) via diazonium and C-C coupling reactions and characterized by spectroscopic and electron microscopic techniques. The thus synthesized MWNT-GO hybrid was then melt mixed with 50/50 polyamide6-maleic anhydride-modified acrylonitrile-butadiene-styrene (PA6-mABS) blend to design materials with high dielectric constant (30) and low dielectric loss. The phase morphology was studied by SEM and it was observed that the MWNT-GO hybrid was selectively localized in the PA6 phase of the blend. The 30 scales with the concentration of MWNT-GO in the blends, which interestingly showed a very low dielectric loss (< 0.2) making them potential candidate for capacitors. In addition, the dynamic storage modulus scales with the fraction of MWNT-GO in the blends, demonstrating their reinforcing capability as well.

Microwave absorbers designed from PVDF/SAN blends containing multiwall carbon nanotubes anchored cobalt ferrite via a pyrene derivative

Lightweight and flexible electromagnetic shielding materials were designed by selectively localizing multiwall carbon nanotubes (MWNTs) anchored magnetic nanoparticles in melt mixed co-continuous blends of polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly(styrene-co-acrylonitrile) (SAN). In order to facilitate better dispersion, the MWNTs were modified using pyrenebutyric acid (PBA) via pi-pi stacking. While one of the two-targeted properties, i.e., high electrical conductivity, was achieved by PBA modified MWNTs, high magnetic loss was accomplished by introducing nickel (NF) or cobalt ferrites (CF). Moreover, the attenuation by absorption can be tuned either by using NF (58% absorption) or CF (64% absorption) in combination with PBA-MWNTs. More interestingly, when CF was anchored on to MWNTs via the pyrene derivative, the minimum reflection loss attained was -55 dB in the Ku band (12-18 GHz) frequency and with a large bandwidth. In addition, the EM waves were blocked mostly by absorption (70%). This study opens new avenues in designing flexible and lightweight microwave absorbers.

An efficient strategy to develop microwave shielding materials with enhanced attenuation constant

A mutually miscible homopolymer (here polymethyl methacrylate; PMMA) was employed to tailor the interfacial properties of immiscible polycarbonate/styrene acrylonitrile (PC/SAN) blends. In order to design materials that can shield microwave radiation, one of the key properties i.e. electrical conductivity was targeted here using a conducting inclusion; multiwall carbon nanotubes (MWNTs). Owing to higher polarity, MWNTs prefer PC over SAN which though enhance the electrical conductivity of the blends, they don't improve the interfacial properties and results in poor mechanical properties. Hence, an efficient strategy has been adopted here to simultaneously enhance the mechanical, electrical and microwave attenuation properties. Herein, the MWNTs were wrapped by PMMA via in situ polymerization of MMA (methyl methacrylate). This strategy resulted in the migration of PMMA modified MWNTs towards the blend's interface and resulted in an effective stress transfer across the interface leading to improved mechanical and dynamic mechanical properties. Interestingly, the bulk electrical conductivity of the blends was also enhanced, manifesting the improved dispersion of the MWNTs. The state of dispersion of the MWNTs and the phase morphology were assessed using scanning electron microscopy. The microwave attenuation properties were evaluated using a vector network analyzer (VNA) in the X and K-u-band frequencies. The blends with PMMA wrapped MWNTs manifested a -21 dB of shielding effectiveness which suggests attenuation of more than 99% of the incoming microwave radiation. More interestingly, the attenuation constant could be tuned here employing this unique strategy. This study clearly opens a new tool box in designing materials that show improved mechanical, dynamic mechanical, electrical conductivity and microwave shielding properties.

A strategy to achieve enhanced electromagnetic interference shielding at ultra-low concentration of multiwall carbon nanotubes in P alpha MSAN/PMMA blends in the presence of a random copolymer PS-r-PMMA

A unique strategy was adopted to achieve an ultra-low electrical percolation threshold of multiwall carbon nanotubes (MWNTs) (0.25 wt%) in a classical partially miscible blend of poly-alpha-methylstyrene-co-acrylonitrile and poly(methyl methacrylate) (P alpha MSAN/PMMA), with a lower critical solution temperature. The polymer blend nanocomposite was prepared by standard melt-mixing followed by annealing above the phase separation temperature. In a two-step mixing protocol, MWNTs were initially melt-mixed with a random PS-r-PMMA copolymer and subsequently diluted with 85/15 P alpha MSAN/PMMA blends in the next mixing step. Mediated by the PS-r-PMMA, the MWNTs were mostly localized at the interface and bridged the PMMA droplets. This strategy led to enhanced electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness at 0.25 wt% MWNTs through multiple scattering from MWNT-covered droplets, as compared to the blends without the copolymer, which were transparent to electromagnetic radiation.

Tailored electrical conductivity, electromagnetic shielding and thermal transport in polymeric blends with graphene sheets decorated with nickel nanoparticles

Electromagnetic interference shielding (EMI) materials were designed using PC (polycarbonate)/SAN poly(styrene-co-acrylonitrile)] blends containing few-layered graphene nanosheets decorated with nickel nanoparticles (G-Ni). The graphene nanosheets were decorated with nickel nanoparticles via the uniform nucleation of the metal salt precursor on graphene sheets as the substrate. In order to localize the nanoparticles in the PC phase of the PC/SAN blends, a two-step mixing protocol was adopted. In the first step, graphene sheets were mixed with PC in solution and casted into a film, followed by dilution of these PC master batch films with SAN in the subsequent melt extrusion step. The dynamic mechanical properties, ac electrical conductivity, EMI shielding effectiveness and thermal conductivity of the composites were evaluated. The G-Ni nanoparticles significantly improved the electrical and thermal conductivity in the blends. In addition, a total shielding effectiveness (SET) of -29.4 dB at 18 GHz was achieved with G-Ni nanoparticles. Moreover, the blends with G-Ni exhibited an impressive 276% higher thermal conductivity and 29.2% higher elastic modulus with respect to the neat blends.

Síntese, caracterização e avaliação da capacidade bactericida de copolímeros à base de 2-vinilpiridina funcionalizados

Neste trabalho, dois copolímeros à base de 2-vinilpiridina (2Vpy), estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) foram sintetizados empregando a técnica de polimerização em suspensão aquosa via radical livre. Os copolímeros com diferentes características morfológicas foram preparados variando a composição da mistura diluente, constituída por tolueno e n-heptano, solventes solvatantes e não solvatantes para as cadeias poliméricas. A caracterização estrutural desses materiais foi feita através de medidas de área específica, volume de poros, diâmetro médio de poros e densidade aparente. Além disso, esses materiais foram avaliados por microscopia ótica e eletrônica de varredura, por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise elementar. Os copolímeros Sty-DVB-2Vpy foram modificados quimicamente através de reação de quaternização das unidades de 2Vpy usando dois reagentes: iodeto de metila e acrilonitrila. A quaternização dos copolímeros Sty-DVB-2Vpy foi confirmada através de espectroscopia de infravermelho, pelo aparecimento das bandas de absorção características do íon peridíneo e do grupo nitrila e também pela análise do comportamento térmico. Os produtos dessas reações foram submetidos à avaliação da capacidade bactericida através do método de contagem em placas contra suspensão de Escherichia coli. O copolímero do tipo gel quaternizado com iodeto de metila apresentou a maior ação bactericida registrada, com eficiência até a concentração de 104 células/mL. Contudo, a maioria dos materiais quaternizados não apresentou ação biocida significativa. Com o objetivo de maximizar a atividade bactericida dos materiais preparados, os copolímeros quaternizados e não quaternizados foram impregnados com iodo por meio de duas metodologias: em solução e em fase vapor. O teor de iodo incorporado foi quantificado por análise gravimétrica. Foi possível observar que os copolímeros quaternizados e impregnados com iodo se mostraram mais eficientes como agentes bactericidas que os copolímeros não funcionalizados impregnados com iodo. De uma forma geral, foi possível perceber que a ação bactericida dos polímeros é fruto da associação entre as suas características de porosidade, o grau de quaternização alcançado e o teor de iodo incorporado. Para efeito de comparação foram feitos também ensaios bactericidas com uma resina comercial à base de Sty-DVB com grupo amônio quaternário, VP OC 1950. Os testes mostraram que a resina comercial não possui atividade bactericida. A impregnação de iodo a essa resina comercial forneceu um material com ação biocida semelhante à do copolímero do tipo gel, quaternizado com iodeto de metila e impregnado com iodo

Avaliação da influência da interação polímero-solvente sobre a porosidade de copolímeros de acrilonitrila e divinilbenzeno obtidos por polimerização em suspensão

Neste trabalho, copolímeros à base de acrilonitrila e divinilbenzeno foram sintetizados, utilizando a técnica de polimerização em suspensão, na presença de três agentes porogênicos diferentes (álcool isoamílico, metil-etil-cetona e tolueno). Esses copolímeros foram caracterizados por meio da determinação da densidade aparente, do volume e diâmetro de poros, por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e foram avaliados quanto à capacidade de inchamento em heptano e tolueno. O principal intuito dessa pesquisa foi correlacionar a formação da estrutura porosa desses materiais com os principais parâmetros de síntese (grau de diluição dos monômeros, poder solvatante do diluente e teor do agente de reticulação). Desses parâmetros, o que mais influenciou na formação da estrutura porosa desses materiais foi o poder solvatante do diluente. A teoria dos parâmetros de solubilidade de Hansen e Hildebrand foi utilizada com o intuito de fazer uma previsão das características porosas dos copolímeros à base de acrilonitrila e divinilbenzeno sintetizados na presença de três diluentes diferentes. Dentre esses diluentes, o álcool isoamílico foi o pior solvente para os copolímeros de AN-DVB, em todos os teores de agente de reticulação e em todas as diluições utilizadas. O tolueno foi o melhor solvente para os copolímeros que contêm altos teores de agente de reticulação. Estas observações estão de acordo com as previsões dos parâmetros de solubilidade de Hansen e Hildebrand. A metil-etil-cetona foi o melhor solvente para os copolímeros que contêm teores intermediários de agente de reticulação. Esta observação só está condizente com o parâmetro de solubilidade de Hansen.

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-imidazol a partir da modificação química da poliacrilonitrila

Polímeros contendo anéis heterocíclicos, como o imidazol, possuem um grande interesse comercial e científico devido ao seu emprego em diversas áreas. Esses polímeros podem ser obtidos pela modificação química de polímeros comerciais como a poliacrilonitrila. Geralmente, esse tipo de reação é realizada por aquecimento convencional (térmico). Entretanto, mais recentemente, a irradiação por micro-ondas também começou a ser utilizada como fonte de energia para esse fim. Nesta Dissertação foi estudada, comparativamente, a modificação química da poliacrilonitrila comercial com etilenodiamina sob ativação de P2S5, empregando como fonte de aquecimento: o método convencional (térmico) e irradiação de micro-ondas, geradas em forno de micro-ondas doméstico e em reator de micro-ondas (Discover CEM), para produzir o copolímero de poliacrilonitrila e 2-vinil-imidazol. As reações foram efetuadas em diferentes tempos reacionais, em diferentes temperaturas no reator de micro-ondas e em diferentes potências do forno doméstico. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e por ressonância magnética de núcleo de hidrogênio (NMR-1H). A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso em todos os métodos empregados, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Os melhores resultados obtidos foram: em 48 h de aquecimento térmico, 20 min de irradiação de micro-ondas em forno doméstico e 20 min a 80C em reator de micro-ondas, no entanto todas as análises indicaram uma derivatização abaixo de 10 %

Avaliação do copolímero de acrilonitrila e 2-vinil-2-oxazolina na eficiência de inibição de corrosão química em meio salino

Processos corrosivos geram perdas incalculáveis para a sociedade. Existe, portanto, uma incessante busca por métodos cada vez mais econômicos, eficientes e que não gerem impacto ao meio-ambiente. Polímeros heterocíclicos são macromoléculas de elevada performance que vêm sendo estudados como inibidores de corrosão por atenderem as premissas citadas acima. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos 2-vinil-2-oxazolina no teor teórico de 20%. O copolímero obtido e a poliacrilonitrila não modificada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e avaliados como inibidores de corrosão para alumínio e aço carbono em meio salino em temperatura de 60C. As concentrações utilizadas foram de 20, 50, 100 e 200 ppm e os períodos de checagem: 1, 2, 3 e 4 semanas. Os polímeros estudados apresentaram atividade inibitória de corrosão apenas para o aço carbono. Para o alumínio, o ensaio em branco apresentou a menor taxa de corrosão dentre todos os ensaios realizados

Enhanced Proton Conduction in Polymer Electrolyte Membranes as Synthesized by Polymerization of Protic Ionic Liquid-Based Microemulsions

Proton-conducting membranes were prepared by polymerization of microemulsions consisting of surfactant-stabilized protic ionic liquid (PIL) nanodomains dispersed in a polymerizable oil, a mixture of styrene and acrylonitrile. The obtained PIL-based polymer composite membranes are transparent and flexible even though the resulting vinyl polymers are immiscible with PIL cores. This type of composite membranes have quite a good thermal stability, chemical stability, tunability, and good mechanical properties. Under nonhumidifying conditions, PIL-based membranes show a conductivity up to the order of 1 x 10(-1) S/cm at 160 degrees C, due to the well-connected PIL nanochannels preserved in the membrane. This type of polymer conducting membranes have potential application in high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells.

RAFT调控的丙烯腈可控/活性自由基聚合研究

可逆加成裂解链转移(RAFT)聚合已经成为高分子合成的研究热点之一，这是因为它同时具有自由基聚合和活性聚合的优点，能够有效控制分子量和分子量分布，反应条件温和，可用于本体、溶液、悬浮、乳液等体系，单体范围广，能够合成嵌段、接枝、支化等复杂结构的聚合物。在已经报道的丙烯腈RAFT聚合研究中，所得聚合物具有较窄的分子量分布，分子量接近理论预测值，然而，最高值只达到5000左右。本论文的研究工作正是从这一个基本问题展开的。 1. 利用三硫代碳酸二苄基酯代替二硫代羧酸酯作为链转移剂，降低中间态自由基断裂反应的活化能，保证活性态与休眠态之间的平衡以一较快的交换速率进行，聚合结果表明，在文献报道的反应条件下，聚合速率有了明显的提高，同时聚合以一种可控的方式进行，所得聚合物分子量最高达8000，且分子量分布较窄。 2. 将二硫代苯甲酸异丙腈酯调控的丙烯腈聚合实验参数优化，提高反应温度降低缓聚，选择碳酸乙二酯作为溶剂减小链转移反应，导致中间态自由基断裂反应的效率大大提高，以一种可控/活性自由基聚合方式进行，首次合成了分子量高达32800、分子量分布指数小于1.3的聚丙烯腈。 3. 由于RAFT试剂很难制备和长期保存，当以二硫代物作为替代的调控试剂, 偶氮二异丁腈作为引发剂，可以在“原位”合成RAFT聚合所需的链转移剂，直接调控丙烯腈的自由基聚合，得到高分子量、分子量分布指数比较小的丙烯腈均聚物和共聚物。 4. 将不对称的双乙烯基单体作为支化剂引入到丙烯腈聚合体系中，同时采用RAFT技术来抑制交联反应，单体转化率增加至较高值而不形成凝胶，1H NMR和凝胶渗透色谱证明了合成的聚合物具有支化结构，并且聚合物的特性粘数低于相近分子量的线性聚合物的对应值。

New Organic Sensitizer for Stable Dye-Sensitized Solar Cells with Solvent-Free Ionic Liquid Electrolytes

We report a high molar extinction coefficient metal-free sensitizer composed of a triarylamine donor in combination with the 2-(2,2'-bithiophen-5-yl)acrylonitrile conjugation unit and cyanoacrylic acid as an acceptor. In conjugation with a volatile acetonitrile-based electrolyte or a solvent-free ionic liquid electrolyte, we have fabricated efficient dye-sensitized solar cells showing a corresponding 7.5% or 6.1% efficiency measured under the air mass 1.5 global sunlight. The ionic liquid cell exhibits excellent stability during a 1000 h accelerated test under the light-soaking and thermal dual stress. Intensity-modulated photocurrent and photovolatge spectroscopies were employed along with the transient photoelectrical decay measurements to detail the electron transport in the mesoporous titania films filled with these two electrolytes.

Dynamic mechanical properties of gel polymer electrolytes containing ionic liquid

The copolymer of acrylonitrile (AN), methyl methacrylate (MMA) and poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMEMA) is synthesized in 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMImBF(4)). The dynamic mechanical properties of the resulting gel polymer electrolytes containing ionic liquid are measured.