Estudo da influência da funcionalização dos nanotubos de carbono nas propriedades mecânicas de nanocompósito epóxi/CNT

Resumo

Recentemente, nanotubos de carbono (CNTs), em especial os funcionalizados, têm sido adicionados em matrizes epóxi devido ao incremento nas propriedades mecânicas, elétricas e térmicas dos nanocompósitos. As propriedades dos nanocompósitos epóxi/CNT são determinadas pela concentração de CNT, pela homogeneidade de distribuição dos CNTs e sua funcionalização. Se a incorporação dos nanotubos de carbono à resina epóxi gerar aglomerados de CNTs as propriedades finais dos nanocompósitos serão piores do que da resina pura. Além do que, mesmo quando bem dispersos, a presença dos CNTs na resina epóxi provoca uma alteração da cinética de cura, podendo formar nanocompósitos com cura incompleta se este procedimento não for reestudado. Por fim, a funcionalização dos CNTs pode provocar grandes alterações na facilidade de dispersão, na cinética de cura e principalmente nas propriedades mecânicas. Portanto, nanocompósitos extremamente homogêneos, porém preparados com CTNs com diferentes funcionalizações, podem gerar corpos com propriedades mecânicas muito discrepantes. O objetivo principal deste projeto de doutorado é estudar como o tipo de funcionalização (carboxílico, lactona, amina e etc), obtida tanto por rota química ou plasma, influencia as propriedades mecânicas (em especial a tração e flexão) de nanocompósitos epóxi/CNT. Para que o objetivo central seja atingido será necessário separar os efeitos da funcionalização dos CNTs nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos nas seguintes partes: influência na homogeneização, influência na cinética de cura e na interação química entre o CNT e a resina. O tipo do agente funcionalizado será estudado por espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR) e a quantidade dos grupos funcionais será determinada por XPS e titulação de Boehm. Estas três técnicas têm sido muito utilizadas pelo nosso grupo de pesquisas na identificação e quantificação de grupos funcionais.A homogeneidade de dispersão dos CNTs nas resinas epóxi será estudada por microscopia eletrônica e por análise reológica. O estudo das propriedades mecânicas (tração e flexão) dos materiais analisados por microscopia e reologia fornecerá uma correlação direta destas propriedades.O estudo da cinética de cura será feito por espectroscopia na região do infravermelho. Nesta técnica a intensidade do pico referente ao anel epoxídico diminui com o andamento da reação de cura, pois este anel é utilizado durante o processo de cura. Comparando a intensidade do sinal deste pico com um sinal de pico referente a uma ligação química que não se altera durante o processo, será possível determinar quantitativamente a extensão da reação de cura e a sua evolução temporal. Com estes fatores é possível se determinar os parâmetros cinéticos desta reação química.O tipo de interação intermolecular entre o CNT e a resina será acompanhado por espectroscopia na região do infravermelho. A ocorrência de formação de uma ligação química covalente entre o agente funcionalizador e a resina garante uma forte interação entre o próprio CNT e a resina. Este tipo de interação poderá ser verificada por FT-IR e confirmada por microscopia eletrônica numa região fraturada do nanocompósito. Se a interação entre o CNT e a resina for fraca o CNT não deverá ser quebrado durante a fratura, observando-se que uma grande parte do comprimento do CNT fica exposta na superfície da resina após a fratura.