From carbon nanotube coatings to high‐performance polymer nanocomposites

Abstract

Since their discovery at the beginning of the 1990s, carbon nanotubes (CNTs) have been the focus of considerable research by both academia and industry due to their remarkable and unique electronic and mechanical properties. Among numerous potential applications of CNTs, their use as reinforcing materials for polymers has recently received considerable attention since their exceptional mechanical properties, combined with their low density, offer tremendous opportunities for the development of fundamentally new material systems. However, the key challenge remains to reach a high level of nanoparticle dissociation (i.e. to break down the cohesion of aggregated CNTs) as well as a fine dispersion upon melt blending within the selected matrices. Therefore, this contribution aims at reviewing the exceptional efficiency of CNT coating by a thin layer of polymer as obtained by an in situ polymerization process catalysed directly from the nanofiller surface, known as the ‘polymerization‐filling technique’. This process allows for complete destructuring of the native filler aggregates. Interestingly enough, such surface‐coated carbon nanotubes can be added as ‘masterbatch’ in commercial polymeric matrices leading to the production of polymer nanocomposites displaying much better thermomechanical, flame retardant and electrical conductive properties even at very low filler loading. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry

Comparação entre Nanocompósitos de Polietileno/Nanotubos de Carbono e Polietileno/Nanolâminas de Grafeno Obtidos por Polimerização In Situ

“…Seu pequeno tamanho, grande área superficial e a presença de elétrons π altamente deslocalizados em suas superfícies os tornam suscetíveis a forças de van der Waals que promovem a agregação, levando a muitos sítios de defeito nos compósitos formados [1,2,16] . Uma distribuição homogênea e boa aderência interfacial entre as nanocargas e a matriz polimérica são cruciais para a preparação bem sucedida de nanocompósitos.…”

“…Este processo original, chamado de técnica de polimerização de enchimento (TPE) foi inicialmente investigado na polimerização in situ utilizando catalisadores Ziegler-Natta [17] . A partir disso, o método foi estendido para os catalisadores metalocênicos e consiste, primeiramente, em ancorar metilaluminoxano (MAO), o cocatalisador, na superfície dos NTCs [1,[17][18][19][20][21][22] . Outros autores tem ligado diretamente o catalisador metalocênico diretamente ao suporte de NTCPMs, previamente oxidado, de maneira a ligar o catalisador aos grupos funcionais-COOH ou -OH criados nos NTCs durante a oxidação [23,24] .…”

“…Outros autores tem ligado diretamente o catalisador metalocênico diretamente ao suporte de NTCPMs, previamente oxidado, de maneira a ligar o catalisador aos grupos funcionais-COOH ou -OH criados nos NTCs durante a oxidação [23,24] . A adição de monômero olefínico leva à síntese de cadeias poliméricas exclusivamente localizadas nos arredores da superfície do NTC que, com o aumento de massas moleculares, precipita-se sobre os nanotubos, cobrindo-os e levando a uma eficiente desaglomeração [1,17,22] . Nos últimos anos nosso grupo de pesquisa vem trabalhando na obtenção de nanolâminas de grafeno (NG) (empilhamento de poucos grafenos) através de esfoliação química e térmica da grafite e na preparação de nanocompósitos de polietileno (PE) [25,26] e de polipropileno (PP) [27][28][29] utilizando a técnica de polimerização in situ.…”

“…De acordo com essas imagens pode-se ver que houve mudanças na morfologia dos NTC. Na Figura 2 pode-se ver que os NTC estão bem dispersos e que o polímero cresceu enrolado nos NTC, resultando em uma nova morfologia, estrutura chamada de "shish-kebab" e que já está descrita na literatura [1,20] . Nesta morfologia os NTC estão decorados com objetos em forma de disco, que correspondem a lamelas de polietileno, resultando em uma nova morfologia nanohíbrida.…”

“…Devido às suas notáveis propriedades mecânicas, elétricas e térmicas, sua alta flexibilidade, baixa densidade de massa e alta razão de aspecto, os NTCs transformaram-se em potenciais candidatos para a preparação de nanocompósitos poliméricos [1,2] . Existem dois tipos básicos de NTC: nanotubos de carbono de parede única (NTCPU) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM).…”