Produção de filamentos compósitos de poliestireno-grafite exfoliada

Abstract

A nanotecnologia tem vindo progressivamente a encontrar mais aplicações em diversas áreas. A utilização de nanocompósitos, em particular, permite produzir materiais com propriedades elevadas que não seriam possíveis com o polímero apenas, com a adição de uma pequena quantidade do nanomaterial de reforço. As propriedades dos nanocompósitos poliméricos dependem da forma como estes são preparados. Ao produzi-los é necessário assegurar que é alcançada uma boa dispersão e distribuição de nanopartículas por toda a matriz polimérica, e que estabelece uma boa interface com o polímero. Algumas das nanopartículas que têm despertado interesse científico são os alótropos do carbono, tais como os nanotubos de carbono, grafeno e grafite. No presente trabalho estudou-se o efeito da introdução de grafite exfoliada nas propriedades de compósitos com poliestireno. Assim, foram preparados compósitos de Poliestireno (PS) com grafites exfoliadas (EG) e funcionalizadas quimicamente, com diferentes composições. Estes nanocompósitos foram posteriormente extrudidos na forma de filamentos. Os filamentos obtidos foram caraterizados em termos de diâmetro, quanto à sua morfologia, dispersão das nanopartículas, resistividade elétrica, caraterísticas térmicas e propriedades mecânicas. Neste trabalho foi possível produzir filamentos compósitos cilíndricos com diâmetro regular de 1.75 mm, o que pode ser interessante para posterior aplicação em modelação por deposição de fundido (fused deposition modeling, FDM). Os filamentos apresentavam boa dispersão das nanopartículas, e as EG funcionalizadas apresentavam boa interface com o polímero. As caraterísticas térmicas do polímero não foram alteradas pela presença das nanopartículas, e as propriedades mecânicas foram aumentadas, como se verificou pelos resultados de análise mecânica dinâmica. No entanto a quantidade de EG adicionada não foi suficiente para diminuir a resistividade elétrica do compósito relativamente ao polímero.

Nanotechnology has been finding more applications in several areas. The use of nanocomposites with small quantities of reinforcing nanomaterial has allowed to produce high performance composites with properties that would not be possible to attain with the polymer alone. Nanocomposites’ properties are depended on their preparation technique. The processing step should ensure good nanoparticle dispersion and distribution in the polymeric matrix and to stablish a good polymer/reinforcement interface. Carbon nanotubes, graphene and graphite are some of the nanoparticles that are showing interest for a wide range of applications. In this project the influence of the incorporation of exfoliated graphite in polystyrene composite’s properties was studied. Composites of polystyrene and functionalized exfoliated graphite were prepared with different compositions. These nanocomposites were extruded in filaments form. Then, the characterization of those filaments was carried out to evaluate diameter, morphology, nanoparticle dispersion, electric resistivity, thermal characteristic and mechanical properties. In the present work nanocomposite filaments with regular cylindrical cross-section of 1.75 mm were produced. These filaments may be interesting for applications such as fused deposition modeling. The filaments showed a good dispersion of the nanoparticles and the functionalized nanoparticles established a good interface with the polymer. The thermal characteristics of the polymer were not affected by the presence of EG, and the composite mechanical properties were enhanced, as observed by dynamic mechanical analysis. However, the incorporation of EG was not sufficient to reduce the electrical resistivity of the nanocomposite filaments relative to the polymer.