Obtenção e caracterização de nanocompósitos de borracha natural reforçada com nanofibras de celulose recobertas com polianilina

Abstract

Nanowhiskers de celulose (CNF) foram obtidas de microfibras de algodão comercial (MFC) por meio de hidrólise ácida e recobertas com polianilina (PANI) via polimerização “in situ”, visando a obtenção de amostras condutoras (CNF-PANI). Nanocompósitos de Borracha Natural (BN) com nanowhiskers (nanofibras) recobertos e não recoberto com PANI também foram obtidos em diferentes proporções em massa, pelo método casting/evaporação, nas proporções em massa 97/03, 95/05, 93/07 e 90/10. Os nanocompósitos foram caracterizados utilizando as técnicas de espectroscopia UV-Vis-NIR, FTIR, DSC, TG/DTG, difratometria de raios-X, MEV-FEG, ensaios de mecânicos em tração e medidas elétricas dc e ac. Pelas as análises elétricas as amostras de CNF-PANI, alcançaram condutividade da ordem de 10-1 S/cm independente do ácido dopante utilizado (DBSA ou HCl). As CNF-PANI também apresentaram estabilidade térmica maior do que as CNF não recobertas, pois a PANI atua como uma barreira protegendo as CNF. Nas análises de TG/DTG foi observado que a estabilidade térmica dos nanocompósitos de BN/CNF e BN/CNF-PANI apresentaram comportamento semelhantes ao da BN. A temperatura de transição vítrea dos nanocompósitos foi similar ao da BN (-63 °C) não sofrendo mudança com a introdução de CNF e de CNF-PANI. A introdução de CNF e CNF-PANI impactaram positivamente nas propriedades mecânicas da BN devido ao fenômeno de percolação mecânica dos nanowhiskers que formam uma rede contínua na matriz de nanopartículas unidas por meio de ligações de hidrogênio. Os nanocompósitos reforçados com CNF (BN/CNF) exibiram maior módulo de Young e resistência mecânica na ruptura, do que os nanocompósitos BN/CNF-PANI. Já as análises elétricas demonstraram que a condutividade elétrica dos nanocompósitos...

Cellulose nanowhiskers (CNF) were isolated from cotton microfibrils (MCF) by acid hydrolysis and coated with polyaniline (PANI) by in situ polymerization of aniline onto CNF to produce conductive nanocomposite (CNF-PANI). Nanocomposites of natural rubber (NR) reinforced with CNF and CNF-PANI also were obtained by casting/evaporation method. The samples were characterized by ac and dc electrical conductivity, UV-Vis-NIR and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopies, X-ray diffraction, DSC, TGA/DTG, SEM and strain-stress technique. Electrical conductivity about 10-1 S/cm was achieved for the CNF-PANI nanocomposites independent of dopant acids (DBSA or HCl). The nanowhiskers coated with PANI shown to be more thermally stable than the uncoated CNF, because the PANI acts as a barrier protecting the CNF. The NR/CNF and NR/CNF-PANI nanocomposites and neat NR sample showed the same thermal profiles. The glass transition temperature of the NR was not affected by nanowhiskers content. The mechanical properties of natural rubber improved with nanofibrils incorporation. Young’s modulus and tensile strength were higher for NR/CNF than the NR/CNF-PANI nanocomposites, probably because the CNF is more hydrophobic than CNF-PANI. The electrical conductivity of natural rubber increased five and seven orders of magnitude for NR with 10 wt% of CNF-PANI(HCl) and CNF-PANI(DBSA) content, respectively. A partial PANI dedoping might be responsible for the low electrical conductivity of the nanocomposites compared to CNF-PANI (HCL and DBSA). A statistical model of a resistor network was developed to simulate the structure and reproduced the ac conductivity of the NR/CNF-PANI nanocomposite by the application of a transfer-matrix technique. According to the simulation results, the conduction process between two sites of... (Complete abstract click electronic access below)