ARTICOLE REGULARE

Proprietățile termice și mecanice ale amestecurilor PVDF/PANI

Luiz Francisco Malmonge I, *; Simone do Carmo Langiano I; João Manoel Marques Cordeiro I; Luiz Henrique Capparelli Mattoso II; José Antonio Malmonge I.

I Departamentul de Fizică și Chimie, Facultatea de Inginerie, Universitatea Paulista - UNESP, Campus Ilha Solteira, CEP 15385-000, Ilha Solteira, SP, Brazilia
II Laborator Național de Nanotehnologie pentru Agronegócio, Embrapa Instrumentação Agropecuária, CP 741, CEP 13560-970, São Carlos, SP, Brazilia

Amestecurile de poli (fluorură de viniliden)/polianilină de diferite compoziții au fost sintetizate prin polimerizarea chimică a anilinei într-un amestec de poli (fluorură de viniliden) și N, N-dimetilformamidă și comportamentul lor termic și mecanic a fost investigat în funcție de nivelul de dopaj al polianilinei și compoziția utilizând analiza termogravimetrică, calorimetria cu scanare diferențială, analiza mecanică dinamică și tehnici de testare la tracțiune. Rezultatele au arătat că amestecul obținut prezintă o bună stabilitate termică cu pierderea în greutate redusă până la 300 ° C, atribuită evaporării apei și a solvenților. Tranziția sticlei și punctul de topire nu sunt afectate de conținutul PANI din amestec, arătând că polimerii nu sunt miscibili. Filmele produse prezintă o bună durabilitate; totuși prezența polimerului conductor în amestec crește rezistența la tracțiune și modulul Young, în timp ce diminuează alungirea la rupere, în comparație cu PVDF pur.

Cuvinte cheie: PVDF, polianilină, amestec PVDF/PANI, proprietăți termice

1. Introducere

2. Experimental

2.1. Sinteză

2.2. Măsurători

Analiza termogravimetrică (TGA) a fost efectuată într-un echipament Netzch STA 409 într-un interval de temperatură de la 25 la 700 (C la o rată de încălzire de 10 ºC/min și atmosferă N2. Analiza calorimetrică de scanare diferențială (DSC) a fost efectuată într-un echipament TA Instruments MDSC 2920 într-un interval de temperatură de la 0 la 300 ºC la o rată de încălzire de 10 ºC/min în atmosferă N2. Analiza mecanică dinamică (DMA) a fost efectuată folosind un analizor TA Instruments DMA Q800 V7.0. Măsurătorile au fost efectuate de la -80 ºC la 80 ºC la o rată de încălzire de 2 ºC/min sub N2 și o frecvență constantă de 1,0 Hz. Testele de solicitare-tensiune au fost efectuate folosind un echipament EMIC DL 300 la temperatura camerei și o rată de deformare de 13 mm/min folosind o celulă de 100 N și separarea inițială a prizelor de 23,4 mm. Probele au fost benzi tăiate dintr-o foaie subțire conform specificațiilor standardului ASTM D882-95a. Cinci specimene au fost testate pentru fiecare compoziție de probă.

3. Rezultate si discutii

termice

Modulul de stocare (E ') și factorul de pierdere (tan δ = E "/ E') în funcție de temperatura pentru PVDF sunt prezentate în Figura 8. Curba de tan δ are un vârf de aproximativ -40 ° C care a fost atribuit la temperatura de tranziție a sticlei 44. Acest lucru este asociat cu o scădere puternică a modulului de stocare în acea regiune. Rezultatele DMA obținute pentru amestecurile dedopate PVDF/PANI cu 12, 22,4 și 30 în greutate (%) de PANI pot fi văzute în Figura 9. Prezența PANI în amestec nu a modificat temperatura de tranziție a sticlei, indicând faptul că componentele amestecului sunt nemiscibile, în acord cu rezultatele obținute de DSC.

4. Concluzii

În concluzie, rezultatele noastre ale amestecului de PVDF/PANI au arătat o stabilitate termică mai bună decât polimerul conductiv singur. Punctul de topire al cristalitelor PVDF și tranziția sa sticloasă nu este afectat de componenta PANI, arătând că polimerii nu sunt miscibili. Prezența PANI în amestec crește rezistența la tracțiune și modulul Young, în comparație cu PVDF pur. Pe de altă parte, amestecul devine mai fragil, crescând astfel nivelul dopat PANI.

Mulțumiri

Autorii sunt recunoscători pentru sprijinul financiar acordat de Fundația Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) și coordonarea Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

1. Yang CY, Cao Y, Smith P și Heeger AJ. Morfologia amestecurilor de polianilină și poli (metacrilat de metil) procesate cu soluție conductivă. Metale sintetice. 1993; 53: 293-391. [Link-uri]

2. Wang P, Tan KL, Kang ET și Neoh KG. Pregătirea și caracterizarea amestecurilor de poli (fluorură de viniliden)/polianilină semiconductoare. Știința aplicată a surfețelor. 2002; 193: 36-45. [Link-uri]

3. Malmonge LF și Mattoso LHC. Amestecuri electroactive de poli (fluorură de viniliden) și derivați de polianilină. Polimer. 1995; 36: 245-249. [Link-uri]

4. Barra OMG, Matins RR, Kafer KA, Paniago R, Vasques CT și Pires ATN. Amestecuri de elastomer termoplastic/polianilină: evaluarea proprietăților mecanice și electromecanice. Testarea polimerilor. 2008; 27: 886-892. [Link-uri]

5. Schettini ARA, Peres RCD și Soares BG. Sinteza polianilinei/acidului camfor sulfonic în mediu acid formic și a amestecurilor acestora cu poliamida-6 de către in situ polimerizare. Metale sintetice. 2009; 159: 1491-1495. [Link-uri]

6. Rubinger CPL, Faez R, Costa C, Martins CR și Rubinger RM. Proprietățile dielectrice ale amestecurilor PANI/PSS obținute de in situ tehnica de polimerizare. Buletinul polimerului. 2008; 60: 379-386. [Link-uri]

7. Malmonge LF, Lopes GA, Langiano SC, Malmonge JA, Cordeiro JMM și Mattoso LHC. O nouă cale pentru a obține amestecuri de conducere PVDF/PANI. European Polymer Journal. 2006; 42: 3108-3113. [Link-uri]

8. Faez R, Gazotti WA și De Paoli MA. Un conductor elastomeric pe bază de polianilină preparat prin amestecare mecanică. Polimer. 1999; 40: 5497-5503. [Link-uri]

9. Cruz-Estrada RH și Folkes MJ. Producția in situ de fibre conductoare electric în amestecuri de polianilină-SBS. Jurnalul de Știința Materialelor. 2000; 35: 5065-5069. [Link-uri]

10. Ray S, Easteal AJ, Cooney RP și Edmonds NR. Structura și proprietățile amestecurilor PVDF/PMMA/polianilină prelucrate prin topire. Chimia materialelor și fizica. 2009; 113: 829-838. [Link-uri]

11. Ruckenstein E și Yang S. O cale de emulsie către compozite polianilină-poliestiren cu conductivitate electrică. Metale sintetice. 2003; 53: 283-292. [Link-uri]

12. Yang S și Ruckenstein E. Compozite conductive procesabile de polianilină/poli (alchilmetacrilat) preparate printr-o metodă de emulsie. Metale sintetice. 1993; 59: 1-12. [Link-uri]

13. Jeon BH, Kim S, Choi MH și Chung IJ. Sinteza și caracterizarea compozitelor polianilină-carbonat preparate printr-o polimerizare în emulsie. Metale sintetice. 1999; 104: 95-100. [Link-uri]

14. Rao PS, Subrahmanya S și Sathyanarayana DN. Amestecuri de polianilină-policarbonat sintetizate prin două căi de emulsie. Metale sintetice. 2004; 143: 323-330. [Link-uri]

15. Xie HQ, Ma YM și Guo JS. Compozite polianilină conductoare-SBS din polimerizarea emulsiei in situ. Polimer. 1998; 40: 261-265. [Link-uri]

16. Ruckenstein E și Sun Y. Compozit conductiv electric care conține polianilină preparat de două căi de emulsie inversate. Metale sintetice. 1995; 74: 107-113. [Link-uri]

17. Rao PS, Subrahmanya S și Sathyanarayana DN. Polimerizarea inversă a emulsiei: o nouă cale pentru sinteza polianilinei conducătoare. Metale sintetice. 2002; 128: 311-316. [Link-uri]

18. Rao PS și Sathyanarayana DN. Emulsie inversată turnată în amestecuri de polianilină-polistiren care conduc electric. Aplicat în știința polimerilor. 2002; 86: 1163-1171. [Link-uri]

19. Rao PS, Subrahmanya S și Sathyanarayana DN. Sinteza prin cale de emulsie inversă și caracterizarea polianilinei-poli (etilenă-co-acetat de vinil) amestecuri. Metale sintetice. 2003; 139: 397-404. [Link-uri]

20. Su H, Strachan A și Goddard WA. Teorie funcțională a densității și studii de dinamică moleculară a energeticii și cineticii polimerilor electroactivi: PVDF și P (VDF-TrFE). Revizuirea fizică B. 2004; 70 (6): 64101. [Link-uri]

21. Nakhmanson SM, Nardelli MB și Bernholc J. Studii Ab Initio de polarizare și piezoelectricitate în fluorură de viniliden și polimeri pe bază de BN. Scrisoare de revizuire fizică. 2004; 92 (11): 115504. [Link-uri]

22. Yee WA, Kotaki M, Liu Y și Lu XH. Morfologia, comportamentul polimorfismului și orientarea moleculară a fibrelor de poli (fluorură de viniliden) electrospun. Polimer. 2007; 48: 512-521. [Link-uri]

23. Gao Q și Scheinbein JI. Interacțiuni intermoleculare dipolare, dezvoltare structurală și proprietăți electromecanice în amestecuri polimerice ferroelectrice de nylon-11 și poli (fluorură de viniliden). Macromolecule. 2000; 33: 7564-7572. [Link-uri]

24. Benz M și Euler WB. Determinarea fazelor cristaline ale poli (fluorurii de viniliden) în diferite condiții de pregătire utilizând calorimetrie de scanare diferențială și spectroscopie în infraroșu. Journal of Applied Polymer Science. 2003; 89: 1093-1100. [Link-uri]

25. Ramer NJ, Marrone T și Stiso KA. Determinarea structurii și frecvenței vibraționale pentru a-poli (fluorură de viniliden) utilizând teoria funcționalității densității. Polimer. 2006; 47: 7160-7165. [Link-uri]

26. Mohammadi B, Yousefi AA și Bellah SM. Efectul ratei de deformare și alungire asupra structurii cristaline și a proprietăților piezoelectrice ale filmelor subțiri PVDF. Testarea polimerilor. 2007; 26: 42-50. [Link-uri]

27. Huang C și Zhang QM. Polimeri nanofazici cu înaltă dielectrică-constantă, complet funcționalizați, cu răspuns electromecanic ridicat. Materiale avansate. 2005; 17: 1153-1158. [Link-uri]

28. Bobnar V, Levistk A, Huang C și Zhang QM. Răspuns dielectric îmbunătățit în compozit polianilină-organică - poli (fluorură de viniliden-trifluoretileneclorotrifluoretilenă). Jurnalul solidelor necristaline. 2007; 353: 205-209. [Link-uri]

29. Lovinger AJ. Poli (fluorură de viniliden) În: Basset DC, editor. Dezvoltare în polimeri cristalini. Londra: Applied Science Publisher; 1982. [Link-uri]

30. Zulfiqar S, Zulfiqar M și Munir A. Studiul degradării termice a policlorotrifluoretilenei, poli (fluorurii de viniliden) și copolimerilor de clorotrifluoretilenă și fluorurii de viniliden. Degradarea și stabilitatea polimerilor. 1994; 43 (3): 423-430. [Link-uri]

31. Lei X, Guo X, Zhang L, Wang Y și Su ZJ. Sinteza și proprietățile copolimerilor de polianilină conductori noi. Aplicat în știința polimerilor. 2007; 103 (1): 140-147. [Link-uri]

32. Sinha M, Bhadra S și Khastgir D. Efectul tipului dopant asupra proprietăților polianilinei. Journal of Applied Polymer Science. 2009; 112: 3135-3140. [Link-uri]

33. Morgan H, Foot PJS și Brooks NW. Aceste efecte ale compoziției și ale variabilelor de prelucrare asupra proprietăților amestecurilor termoplastice de polianilină și a compozitelor. Jurnalul de Știința Materialelor. 2001; 36: 5369-5377. [Link-uri]

34. Palaniappan S și Narayana BH. Efectuarea sărurilor de polianilină-analiză termogravimetrică și termică diferențială. Thermochimica Acta. 1994; 237 (1): 91-97. [Link-uri]

35. Palaniappan S și Narayana BH. Efectul temperaturii asupra efectuării sărurilor de polianilină - studii termice și spectrale. Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry. 1994; 32 (13): 2431-2436. [Link-uri]

36. Pandey SS, Gerard M, Sharma AL și Malhotra BD. Analiza termică a bazei poliameraldine sintetizate chimic. Journal of Appied Polymer Science. 2000; 75 (1): 149-155. [Link-uri]

37. Malmonge LF și Mattoso LHC. Analiza termică a amestecurilor conductive de PVDF și poli (o-metoxianilină). Polimer. 2000; 41: 8387-8391. [Link-uri]

38. Conklin JA, Huang SC, Huang SM, Wen T și Kaner RB. Proprietățile termice ale polianilinei și poli (aniline-co-o-etilanilinei). Macromolecule. 1995; 28: 6522-6527. [Link-uri]

39. Li W și Wan M. Stabilitatea polianilinei sintetizate printr-o metodă Doping-Doping-Redoping. Journal of Applied Polymer Science. 1999; 71: 615-621. [Link-uri]

40. Ostwal MM, Sahimi M și Tsotsis TT. Recoltarea apei folosind un polimer conductor: Un studiu prin simulare a dinamicii moleculare. Revizuirea fizică E. 2009; 79: 061801 (1-16). [Link-uri]

41. Ostwal MM, Pellegrino J, Norris I, Tsotsis TT, Sahimi M și Mattes BR. Absorbția cu apă a fibrelor solide din polianilină dopată cu acid: echilibru și răspuns cinetic. Industrial of Engineering Chemistry Research. 2005; 4: 7860-7867. [Link-uri]

42. Scherr EM, MacDiarmid AG, Manohar SK, Masters JG, Sun Y, Tang X și colab. Polianiline: filme și fibre orientate. Metale sintetice. 1991; 41: 735-738. [Link-uri]

43. Chen CH. Studii termice și morfologice ale pulberii de polianilină cu formă de bază de smaraldină preparată chimic. Journal of Applied Polymer Science. 2003; 89: 2142-2148. [Link-uri]

44. Liu Z, Maréchal P și Jérôme R. DMA. și DSC investigații ale tranziției β a poli (fluorurii de viniliden). Polimer. 1997; 38 (19): 4925-4929. [Link-uri]

45. Li W și Wan M. Filme poroase de polianilină cu conductivitate ridicată. Metale sintetice. 1998; 92: 121-126. [Link-uri]

Primit: 11 iunie 2010; Revizuit: 19 octombrie 2010

Tot conținutul acestui jurnal, cu excepția cazului în care se menționează altfel, este licențiat sub o licență de atribuire Creative Commons