Preparação e determinação da resistividade elétrica de blendas de silicone e polianilina dopada com ácido cítrico

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1 Preparação e determinação da resistividade elétrica de blendas de silicone e polianilina dopada com ácido cítrico Guilherme H. S. Alves¹* (PG), Olacir A. Araujo¹ (PQ). guilherme-hsa@hotmail.com ¹Universidade Estadual de Goiás, Campus Henrique Santillo, QMMOL, Anápolis-Go. Desde a descoberta dos polímeros condutores, diversos pesquisadores vêm tentando utilizar suas características em aplicações tecnológicas, tais como: eletrodos em baterias, sensores e blindagem eletromagnética. As vantagens de explorar esses materiais, em destaque a polianilina, está no fato de serem relativamente fáceis de sintetizar, terem baixo custo de produção, ser quimicamente estável quando exposto ao meio ambiente e condutividade elétrica próxima à dos metais. Apesar dessas características, apresenta propriedades mecânicas que dificultam sua aplicação, e por isso diversos pesquisadores vêm tentando produzir blendas poliméricas de polímeros condutores com matrizes termoplásticas ou elastoméricas. Estas blendas terão características intermediárias em relação aos materiais utilizados em sua preparação. Neste trabalho foram preparadas blendas de silicone e polianilina dopada com ácido cítrico, PAni(AC), sendo caracterizadas através da determinação da resistividade elétrica superficial e volumétrica. A PAni(AC) foi preparada por síntese química. As blendas foram obtidas a partir da co-dispersão da PAni(AC) e adesivo de silicone, usando o hexano como solvente. As amostras apresentaram valores de resistividade elétrica superficial variando de (1,21 ± 0,13).10 6 até (7,12 ± 1,04) Ω -1, e volumétrica variando de (9,31 ± 0,44).10 4 até (5,38 ± 0,68) Ω cm, em função do aumento do teor de PAni(AC). Palavras-chave: Polianilina. PAni. Blenda. Silicone. Resistividade elétrica. Introdução A característica que mais chama atenção na polianilina é a sua condutividade elétrica relativamente alta, próxima à dos metais. Entretanto, existe muita dificuldade para sua aplicação tecnológica devido a sua baixa solubilidade, infusibilidade, baixa resistência mecânica e dificuldade de processamento. Para superar essas dificuldades uma série de métodos vêm sendo utilizados (RAMAPRASAD; RAO, 2010; BHADRA; MADI, 2014). Uma abordagem útil para superar esses problemas é misturar a polianilina com outro polímero a fim de melhorar principalmente a sua processabilidade. O novo material poderá apresentar boa propriedade mecânica, processabilidade e condutividade elétrica satisfatória. A condutividade da blenda

2 dependerá da concentração, viscosidade, dispersão e distribuição do polímero condutor (BHADRA et al., 2009). Neste trabalho foram preparadas blendas de silicone e polianilina (PAni) dopada com ácido cítrico, sendo caracterizadas através da determinação da resistividade elétrica superficial e volumétrica. Material e Métodos A PAni dopada com ácido cítrico, PAni(AC), foi preparada por síntese química. Em 1,5 L de solução de anilina de concentração 0,2 mol L -1 foi dissolvida quantidade de ácido cítrico correspondente a uma razão ácido/anilina de 1,5 mols. Em seguida, 100 ml de solução do agente oxidante, persulfato de amônio, foi adicionado gota a gota para iniciar a polimerização. A quantidade de agente oxidante correspondeu a 1,25 vezes o número de mols de anilina. O sistema foi mantido sob agitação mecânica, em banho de gelo para manter a temperatura entre -2 e 5 C, durante 4 h. Após este tempo, a dispersão de PAni(AC) foi filtrada, purificada, e seca em estufa a vácuo, a 80 C, até massa constante. A condutividade elétrica da PAni(AC) foi determinada através do método de quatro pontas usando uma sonda de quatro pontas colineares Cascade Microtech, acoplada a um eletrômetro Keithley modelo 6517B Electrometer/High Resistance Meter e um nanovoltímetro Agilent modelo 34420A NanoVolt/Micro-Ohm. As blendas foram obtidas a partir da co-dispersão da PAni(AC) e adesivo de silicone, nas proporções 5, 10, 15, 20, 25 e 30% de PAni(AC), em massa. Estes componentes foram misturados em uma quantidade de hexano correspondente a 2,5 vezes a massa de silicone, em recipiente de polietileno. As misturas foram mantidas sob agitação mecânica durante 1,5 h. Em seguida, foram, individualmente, espalhadas uniformemente em moldes de polietileno com cavidade retangular, e deixadas em repouso por um período de 24 h para evaporação do solvente, e consequente formação das blendas na forma de mantas. As medidas de resistividade elétrica superficial e volumétrica das mantas de silicone puro e das blendas foram realizadas utilizando um eletrômetro programável com fonte de tensão da marca Keithley modelo 6517B Electrometer/High Resistance Meter acoplado a um acessório para medidas de altas resistividades Keithley modelo

3 8009 Resistivity Test Fixture. Foram realizadas três medidas para cada amostra e o valor das resistividades elétricas volumétrica e superficial foram expressas através da média aritmética e o desvio padrão. Resultados e Discussão Os valores de condutividade elétrica, da PAni(AC), obtidos pelo método da sonda de quatro pontas variaram entre (1,58 ± 0,04).10-1 e (6,04 ± 0,04).10-2 S cm -1. Foram caracterizadas, além da manta de silicone puro, blendas com teores de 5, 10, 15, 20, 25 e 30% de PAni(AC). Para a realização das medidas de resistividade elétrica volumétrica e superficial, as mantas foram cortadas em quadrados de aproximadamente 81 cm². Visualmente os lados superior (rugoso) e inferior (liso) de cada amostra são diferentes e, portanto, foram realizadas medidas de resistividade elétrica em ambos os lados. As Tabelas 1 e 2 mostram os valores de resistividade elétrica superficial e volumétrica obtidos mantendo as amostras com os lados liso e rugoso, respectivamente, em contato com o eletrodo superior. Na maior parte das medidas de resistividade elétrica superficial, o lado liso apresentou ser menos resistivo quando comparado ao lado rugoso, porém, não demonstrando ser uma tendência. Tabela 1 - Resistividade elétrica volumétrica e superficial da manta de silicone puro e das blendas, com diferentes teores de PAni(AC), medidas mantendo as amostras com o lado liso em contato com o eletrodo superior. Amostra Volumétrica ρ (Ω cm) Superficial (Ω -1 ) Silicone (4,69 ± 0,24) (1,90 ± 0,02) Silicone/PAni(AC) 5% (5,18 ± 0,70) (8,71 ± 0,86) Silicone/PAni(AC) 10% (2,76 ± 0,17) (7,12 ± 1,04) Silicone/PAni(AC) 15% (3,09 ± 0,45) (3,42 ± 2,82) Silicone/PAni(AC) 20% (2,59 ± 1,45).10 7 (1,57 ± 0,44).10 9 Silicone/PAni(AC) 25% (1,71 ± 0,15).10 5 (1,21 ± 0,13).10 6 Silicone/PAni(AC) 30% (9,31 ± 0,44).10 4 (1,48 ± 0,15).10 6 Tabela 2 - Resistividade elétrica volumétrica e superficial da manta de silicone puro e das blendas, com diferentes teores de PAni(AC), medidas mantendo as amostras com o lado rugoso em contato com o eletrodo superior. Amostra Volumétrica ρ (Ω cm) Superficial (Ω -1 )

4 Silicone (3,90 ± 0,58) (1,41 ± 0,08) Silicone/PAni(AC) 5% (5,38 ± 0,68) (4,67 ± 2,40) Silicone/PAni(AC) 10% (2,47 ± 0,42) (2,16 ± 0,70) Silicone/PAni(AC) 15% (2,35 ± 1,26) (2,84 ± 2,08) Silicone/PAni(AC) 20% (1,80 ± 0,65).10 7 (4,88 ± 0,23).10 6 Silicone/PAni(AC) 25% (1,44 ± 0,06).10 5 (2,75 ± 0,93).10 7 Silicone/PAni(AC) 30% (9,86 ± 0,11).10 4 (4,59 ± 1,60).10 7 Através da Tabela 1 e 2, juntamente com as Figuras 1 e 2 (criadas utilizando os dados das Tabelas), é possível notar que até 15 % de PAni(AC) a resistividade elétrica volumétrica se mantem praticamente constante, com valores próximos ao do silicone puro. A partir de uma concentração crítica, o limiar de percolação, ocorre um decréscimo acentuado da resistividade. E, para concentrações superiores ao limiar de percolação, a resistividade elétrica diminui paulatinamente até tornar-se praticamente constante. A determinação do limiar de percolação é importante em tecnologia de preparação de blendas eletricamente condutoras, pois dá informação sobre a quantidade de carga elétrica que deve ser adicionada, de forma a maximizar a condutividade elétrica e as propriedades mecânicas. Figura 1 - Curva de variação da resistividade elétrica volumétrica em função do teor de PAni(AC) na blenda. Criado usando a Tabela 6.

5 Figura 2 - Curva de variação da resistividade elétrica volumétrica em função do teor de PAni(AC) na blenda. Criado usando a Tabela 7. Considerações Finais Foi possível preparar e determinar as resistividades elétricas superficiais e volumétricas da manta de silicone puro e das blendas com diferentes teores de PAni(AC). A partir dos resultados encontrados foi possível construir gráficos da variação da resistividade volumétrica em função do teor de PAni(AC) na blenda possibilitando determinar o limiar de percolação desses materiais. Agradecimentos Os autores agradecem a UEG e a Capes pelo suporte dado. Referências BHADRA, J.; MADI, N. K. Polyaniline/polyvinyl alcohol blends: Effect of sulfonic acid dopants on microstructural, optical, thermal and electrical properties. Synthetic Metals, v. 191, p , BHADRA, S.; KHASTGIR, D.; SINGHA, N. K.; LEE, J. H. Progress in preparation, processing and applications of polyaniline. Progress in Polymer Science (Oxford), v. 34, n. 8, p , RAMAPRASAD, A. T.; RAO, V. Chitin-polyaniline blend as humidity sensor. Sensors and Actuators, B: Chemical, v. 148, n. 1, p , 2010.