Microencapsulação de alótropos de carbono em poliamida 6 e a sua aplicação em compósitos condutores

Abstract

Este trabalho apresenta uma síntese original de microcápsulas (Mcc) de poliamida 6 aniónica (APA6) contendo nos seus núcleos cargas úteis de um ou mais alótropos de carbono e um estudo sobre algumas propriedades destes sistemas. A reação de polimerização é realizada em suspensão na presença das formas alótropas de carbono, nomeadamente: APA61cargas 1D de nanotubos de carbono (CNT) e APA61cargas 1D de nanofibras de carbono (CNF). APA61cargas 2D de grafite e APA61cargas 3D de negro de fumo (CB) em concentrações que variam entre 2 e 10% de massa em relação com o monómero. Deste processo resultaram MIX altamente porosas que contém no seu núcleo ou na sua superfície alótropos de carbono ou uma mistura destes, tendo sido consequentemente transformados em compósitos poliméricos condutores (CPC) através da técnica de moldação por compress5o. A caracterização morfológica e estrutural destes materiais foi realizada através de microscopia eletrônica de varrimento, análises granulométricas e viscosimetria. Todos os materiais compósitos obtidos foram submetidos a ensaios mecânicos em tensão. A caracterização térmica realizou-se a partir da calorimetria diferencial de varrimento e termogravimetria. A resistividade volúmica e as propriedades dielétricas de todos os compósitos foram também medidas. As MCC obtidas neste projeto foram sintetizadas pela primeira vez. A sua transformação em CPCs produziu novos materiais termoplásticos com propriedades elétricas customizadas atingindo condutividades com valores de um material semicondutor - 10 S/m. Os CPCs foram obtidos sem qualquer funcionalização ou compatibilização química num processo químico que facilmente pode ser sujeito a scale-up. Os resultados dos ensaios microscópicos, térmicos, mecânicos e elétricos abrem boas perspetivas para a aplicação destas MCCs e CPCs em vários ramos da indústria de embalagem e eletrónica.

This work presents an original synthesis of microcapsules (MCC) anionic polyamide 6 (APA6) containing in their cores payloads of one or more carbon allotropes and a study of some properties of these systems. The polymerization reaction was carried out in suspension in the presence of allotropic forms of carbon, including: APA6/1D carbon nanotubes (CNT) loads and APA6/1D carbon nanofibers (CNF) Ioads, APA6/2D graphite (GR) loads and APA6/ 3D carbon black (CB) Ioads in concentrations ranging between 2 and 10% by weight relative to the monomer. This process resulted in highly porous MCC containing in its core or in its surface carbon allotropes or a blend of those. This systems were subsequently transformed into conductive polymer composites {CPC} using the technique of compression molding. Scanning electron microscopy, particle size analysis and viscosimetry were used in the morphological and structural characterization. Tension mechanical tests were conducted for all the composites. The thermal characterization was carried out by differential scanning calorimetry and thermogravimetry. Also, the volume resistivity and the dielectric properties of all the composites was measured. The MCC obtained in this project were synthesized by the first time. Its transformation into CPCs was produced new thermoplastic materials with tailored electrical properties with conductivity in the range of semiconductor materials – 10-2S/m. The CPCs were obtained without any functionalization or chemical compatibility in a chemical process that can be subject to scale-up. The results of the microscopic, thermal, mechanical and electrical tests suggest good prospects for the application of these MCCs and CPCs in various areas of packaging and electronic industry.