Desenvolvimento de nanocompósitos de polianilina-zeólitos : avaliação das suas propriedades físicas e estruturais

Abstract

Os polímeros condutores apresentam grande diversidade de aplicabilidade em dispositivos eletrónicos (elétrodos, dispositivos electrocrómicos, sensores químicos, entre outros). Neste domínio, os materiais compósitos têm vindo a ser utilizados, pois é possível melhorar as propriedades que não seriam possíveis de serem atingidas a partir dos componentes individualmente. Em particular, materiais nanocompósitos com polímeros intrinsecamente condutores (PIC) têm vindo a ter um crescente interesse pois apresentam características tais como elevada condutividade elétrica e estabilidade térmica. A inserção de zeólitos nos materiais poliméricos tem sido alvo de estudo no desenvolvimento de materiais funcionais e em nanotecnologia. De todos os PIC a polianilina (PAni) possui estabilidade na sua forma condutora em condições ambientais, facilidade de polimerização e dopagem e baixo custo do seu monómero. Neste trabalho, foram preparados nanocompósitos de PAni/zeólitos (NaY, NaMOR e HY) a partir da polimerização da anilina na presença de diferentes estruturas de zeólitos visando a combinação sinérgica das propriedades de ambos os componentes. Desta forma, foi realizado um estudo para verificar as condições mais apropriadas da síntese da polianilina (tais como, razão mássica entre Ani/zeólito e razão molar Ani/DBSA) de forma obter um novo material com condutividade elétrica controlada pela quantidade de zeólito utilizado sem alterar significativamente a estrutura cristalina do mesmo. Foi também avaliada a influência do tipo de zeólito nas propriedades físicoquímicas dos nanocompósitos obtidos. Para isso os nanocompósitos foram caracterizados por FTIR, análise elementar, XRD, TGA e condutividade elétrica. Neste sentido verificou-se que das condições de síntese estudadas a que resultou num compósito com maior valor de condutividade elétrica foi a síntese realizada com razão mássica 1:1 (Ani/zeólito) e com razão molar 1:3 (Ani/DBSA). Os nanocompósitos PAni/NaY obtiveram maior condutividade elétrica (0,5 S/cm) e maior percentagem de polianilina do que os nanocompósitos de PAni/NaMOR e PAni/HY (10-4 S/cm). Relativamente à estrutura cristalina do zeólito, verificou-se que esta era bastante afetada no nanocompósito PAni/NaY e parcialmente afetada no PAni/HY. Apenas o nanocompósito PAni/NaMOR manteve a sua cristalinidade.

Conductive polymers have a diverse applicability in electronic devices (electrodes, electrochromic devices, chemical sensors, among others). Composite materials have been used as these kind of polymers, as it is possible to improve the properties that can not be reached with the components individually. Nanocomposite materials with intrinsically conductive polymers (ICP) have been taking an increasing interest since they have properties such as high electrical conductivity and thermal stability. The addition of zeolites in polymeric materials has been the target in the development of functional materials and nanotechnology. Polyaniline (PAni) has the best stability in its conducting form at ambient conditions among all PIC´s, as well as easy polymerization and doping and low cost of his monomer. In this work, nanocomposites polyaniline/zeolite (NaY, HY and NaMOR) were prepared through the polymerization of aniline in the presence of different types of zeolites structures in order to combine the properties of both components. This study was conducted to check the most appropriate conditions of synthesis of polyaniline (such as weight ratio Ani/zeolite with molar Ani/DBSA ) in order to obtain a new material with electrical conductivity controlled by the amount of zeolite used without changing significantly the crystal structure. It was also evaluated the influence of zeolite on the physicochemical properties of the nanocomposites. For this purpose, the nanocomposites were characterized by FTIR, elemental analysis, XRD, TGA and conductivity. It was found that within the synthesis conditions studied the one that results in a composite with the highest electrical conductivity value was the synthesis performed with mass ratio 1:1 (Ani/zeolite) and molar ratio 1:3 (Ani/DBSA). Nanocomposites PAni/NaY showed higher electrical conductivity (0.5 S/cm) and greater percentage of polyaniline than the nanocomposites PAni/NaMOR and PAni/HY (10-4 S/cm). Regarding the crystal structure of the zeolite, it was found that this was significantly affected in the nanocomposite PAni/NaY and partially affected in PAni/HY. Only PAni/NaMOR nanocomposite maintained its crystallinity.