Síntese de nanopartículas multifuncionais com potencial aplicação em materiais condutores

Abstract

O presente trabalho visou o desenvolvimento de nanopartículas multifuncionais que possam ser utilizadas como fase dispersa na obtenção de nanocompósitos com potencial aplicação como materiais condutores. No trabalho, foram preparadas nanopartículas multifuncionais, partindo das nanoargilas Bentonita e Cloisite 20A. Essas argilas passaram pelas etapas de hidroxilação, silanização, modificação com líquido iônico e coprecipitação in-situ da magnetita. A cada nova etapa de modificação realizada nas nanopartículas, foram preparados nanocompósitos a fim de comparar a influência de cada etapa de modificação nas propriedades do material obtido. Os nanocompósitos foram produzidos por intercalação em solução, usando 3% de carga e o polietileno de baixa densidade como matriz. As nanopartículas e os nanocompósitos foram analisados através de caracterização elementar, estrutural, superficial, morfológica, térmica, dinâmico-mecânica e de condutividade elétrica. Para as nanopartículas, as análises elementar, estrutural e superficial evidenciaram que as modificações realizadas pelo silano, líquido iônico e magnetita nas argilas foram bem-sucedidas. Para os nanocompósitos, a silanização e adsorção com líquido iônico, trouxeram uma melhoria na dispersão e distribuição das nanocargas. O emprego das nanopartículas multifuncionais elevou em até 8% a temperatura inicial de degradação dos nanocompósitos e não teve efeitos significativos na cristalização dos materiais obtidos. O módulo de armazenamento dos sistemas poliméricos foi aumentado em até 115% quando comparado ao do polímero puro. A condutividade elétrica do material foi ampliada em até duas ordens de grandeza, demonstrando a potencial aplicação desses materiais como materiais condutores.

This study aimed to advance the development of multifunctional nanoparticles with the potential to serve as effective phase dispersions to obtain nanocomposites, particularly as conductive materials. The process involved the preparation of multifunctional nanoparticles derived from Bentonite and Cloisite 20A nanoclays, from successive steps such as hydroxylation, silanization, modification with ionic liquid, and in-situ magnetite coprecipitation. At each modification stage, nanocomposites were meticulously crafted to assess the impact of individual alterations on the resultant material's properties. A comprehensive characterization was conducted after the nanoparticle modifications, encompassing elemental, structural, surface, morphological, thermal, dynamic mechanical, and electrical conductivity analyses. The results indicated successful modifications in the clays through silane, ionic liquid, and magnetite incorporation. In the case of nanocomposites, the introduction of silanization and ionic liquid adsorption notably enhanced the dispersion and distribution of nanofillers. Furthermore, the utilization of multifunctional nanoparticles exhibited a substantial increase in the initial degradation temperature of nanocomposites, up to 8%, without significant effects on material crystallization. The storage modulus of polymeric systems demonstrated a remarkable up to 115% increase when compared to pure polymer, with enhanced mechanical properties. Additionally, the material's electrical conductivity experienced an increase of up to two orders of magnitude showcasing the considerable potential of these materials in conductive applications.