MODELO TRIMENSIONAL DE REDE DE RESISTORES PARA ESTUDO DO ROCESSO DE CONDUÇÃO EM NANOCOMPOSITOS DE BORRACHA NATURAL REFORNÇADO COM NANOCRISTAIS DE CELULOSE RECOBERTOS COM POLIANILINA

MODELO TRIMENSIONAL DE REDE DE RESISTORES PARA ESTUDO DO

PROCESSO DE CONDUÇÃO EM NANOCOMPOSITOS DE BORRACHA NATURAL

REFORNÇADO COM NANOCRISTAIS DE CELULOSE RECOBERTOS COM

POLIANILINA

Michael Jones da Silva1*, Haroldo N. Nagashima 1, Darcy H. F. Kanda1, José A. Malmonge1

1

Departamento de Física e Química, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP– SP

([e-mail])

Resumo - Um modelo estatístico tridimensional de rede de resistores que simula a estrutura e a condutividade complexa

e nanocompósitos de borracha natural (BN) reforçado com nanofibra de celulose recoberta com polianilina (CNF-

PANI), foi desenvolvido com o objetivo de estudar os mecanismos de condução elétrica quando o material está sob

ção de um campo elétrico variável. O modelo, desenvolvido em linguagem Fortran-90, leva em consideração a

ispersão das cadeias moleculares da CNF-PANI na matriz BN e calcula a condutividade alternada do nanocompósito

or meio de uma técnica de matriz de transferência. A condutância entre dois sítios da fase polimérica da BN e saltos

ntre as moleculas de BN e PANI foram representadas por resistores com impedância Z*Dyre calculada pelo modelo

modificado de Dyre e a impedância Z*Drude entre dois sítios da PANI (CNF-PANI) é dada pelo modelo modificado de

Drude para polímeros condutores. Os resultados das simulações indicam que os processos de condução ocorrem via

opping ou tunelamento assistido por fônons preferencialmente entre as cadeias da PANI, visto que as barreiras de

otencial da matriz polimérica são muito mais elevadas que as existentes na fase condutora.

Palavras-chave: Borracha natural, nanofibra de celulose, polianilina, modelo estatístico, condutividade elétrica.

Introdução

A utilização de materiais provenientes de fontes renováveis como reforço para polímeros vem substituindo materiais

ntéticos obtidos de derivados de petróleo e de combustíveis fósseis. Isto tem se tornado possível devido as vantagem

presentadas pelos materiais naturais sobre materiais derivado de fontes não renovais, tais como: matéria prima

bundante de fácil modificação química, ecologicamente correto e economicamente atrativo. Entre os polímeros

aturais, a fibra de celulose é um dos materiais mais abundantes na natureza, encontrado principalmente em plantas. A

lulose é formada por unidades do tipo β-(1→4)-D-glicose e tem como características principais o baixo custo e boas

opriedades mecânicas [1-4]. A potencialidade de utilização das fibras de celulose como reforço, em elastómeros e

rmoplástico tem sido investigada [5]. Também encontra-se trabalhos na literatura, onde a superfície das nanofibras de

lulose pode ser modificada pela deposição de um outro polímero em sua sua superfície [6-9]. O recobrimento da

bra de celulose com polímeros condutores possibilita a obtenção de compósitos com propriedades mecânicas e

étricas, superiores a matriz hospedeira [9].

No presente trabalho foi obtido um nanocompósito de borracha natural reforçado com nanofibras de celulose

cobertas com polianilina (CNF-PANI). Foram realizados estudos das propriedades elétricas do nanocompósito por

eio da técnica de espectroscopia de impedância e de um modelo tridimensional de rede de resistores, desenvolvido em

nguagem Fortran-90 que gera a estrutura e simula condutividade elétrica alternada do nanocompósito a partir de uma

cnica matriz de transferência.

Parte Experimental

xtração de nanofibras de celulose

As nanofibras de celulose foram extraídas por meio de hidrólise ácida utilizando ácido sulfúrico de acordo com o

ocedimento adotado por Medeiros et al [10]. Microfibras de celulose de algodão (Sigma Aldrich, Celulose 50 μm)

ram imersas em solução de ácido sulfúrico (64% m/v) à 45oC na proporção de 1,0 g de fibra para 7,1 mL de solução

ida por 60 minutos. Em seguida foi adicionada 700 mL de água deionizada, em temperatura de aproximadamente 5oC,

a dispersão de CNF e então realizou-se a centrifugação a 10.000 rpm por 10 min a 10°C. Com a centrifugação, as

anofibras ficaram concentradas no fundo do frasco e a parte líquida foi descartada. As nanofibras foram redispersas em

gua deionizada (

) e centrifugadas novamente. Realizou-se esse procedimento mais duas vezes e o conteúdo final

i disperso em 250 mL de água. A dispersão foi colocada em membranas (Spectra, tipo tubo, MWCO:12 -14000

rgura achatada de 75mm) para diálise até que o pH atingisse um valor entre 4-5.

2° Congresso Brasileiro de Polímeros (12°CBPol)

btenção do Nanocompósito CNF-PANI

Os nanocompósitos CNF-PANI foram obtidos por meio da polimerização in situ da anilina sobre a superfície das

NF. Em 100 mL de água deionizada foram dispersos 16,6 mL da dispersão de CNF (concentração de 4,3%) sob

gitação constante. Em seguida adicionou-se 0,2 mL de anilina e manteve-se a dispersão sob agitação constante por

uas horas a temperatura