In situ intercalative polymerization of conducting polypyrrole/montmorillonite nanocomposites

Abstract

Conducting polypyrrole (PPy)-montmorillonite (MMT) clay nanocomposites have been synthesized by the in situ intercalative polymerization method. The PPy-MMT nanocomposites are characterized by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), ultraviolet-visible (UV-vis) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. XRD patterns show that after polymerization by the in situ intercalative method with ammonium persulfate and 1 M HCl, an increase in the basal spacing from 1.2 to 1.9 nm was observed, signifying that PPy is synthesized between the interlayer spaces of MMT. TEM and SEM micrographs suggest that the coexistence of intercalated MMT layers with the PPy macromolecules. FTIR reveals that there might be possible interfacial interactions present between the MMT clay and PPy matrix. The study also shows that the introduction of MMT clay results in thermal stability improvement of the PPy.

Obtenção de nanocompósitos condutores de montmorilonita/polipirrol: Efeito da incorporação do surfactante na estrutura e propriedades

“…Os valores de condutividade elétrica encontrados variam em uma ampla faixa (10 -7 a 6 S/cm), dependendo do tipo e teor de argila, concentração de monômero, tipo de oxidante, surfactante usado na reação, método e condições de síntese [30] . Os nanocompósitos de MMT/ PPy são normalmente obtidos a partir da polimerização oxidativa in situ do pirrol na presença de surfactante aniônico, ácido dodecil benzeno sulfônico, (DBSA) ou sem qualquer tipo de surfactante [9,11,13,19,21,26,27,31] . O maior valor de condutividade elétrica encontrado na literatura, para nanocompósitos de MMT/PPy com e sem DBSA foi de 6 S/cm [27] e 4 S/cm [11] , respectivamente.…”

“…A banda de absorção atribuída à combinação do estiramento das ligações dos grupos C=C e C-C do anel de pirrol (1541 cm -1 ) foi deslocada para números de onda menores para os nanocompósitos (MMT/PPy) em relação aos mesmos grupos associados ao PPy puro. Este resultado sugere, que ocorre a interação entre os grupos amina do PPy e Si-O-Si da MMT [9] , que pode induzir o aumento no grau de dopagem do PPy, e consequentemente, o aumento da condutividade elétrica do referido material. Além disso, o deslocamento da banda de absorção atribuída à vibração dos grupos N-H em 1086 cm -1 para números de onda menores (1068 cm -1 ), confirmam a interação entre o PPy protonado (N + ) e os grupos negativos Si-O-Si [35] .…”

“…É possível observar que a polimerização do PPy ocorre entre as camadas da MMT, pois verifica-se que o espaço entre as camadas de MMT é expandido, este tipo de morfologia é revelado em estruturas intercaladas [10] . Para magnificações de 3000 X (imagem inserida) é possível observar a expansão das camadas da argila (lascas separadas), o que confirma a intercalação do PPy nas camadas da argila; morfologia semelhante foi encontrada por Karim e Yeum [9] . Observa-se também, que a incorporação do SDS provocou uma expansão menor da MMT, (MMT/PPy.SDS) formando aglomerados de tamanhos menores e mais compactos (densos), do que os apresentados pelo nanocompósito de MMT/PPy.…”

“…Observa-se que a condutividade elétrica do PPy sintetizado na presença de SDS (PPy.SDS) é duas ordens de grandeza maior do que o PPy obtido sem a presença deste surfactante, confirmando que o SDS atua como agente dopante [13] . Nota-se também, que a presença de argila induz um aumento no valor da condutividade elétrica do nanocompósito de MMT/PPy em relação ao PPy puro; provavelmente devido à interação entre os grupos amina do PPy e Si-O-Si da MMT, conforme evidenciado no espectro de FT-IR, induzindo um aumento no grau de protonação do PPy [9] . A Figura 5 apresenta as curvas de TG dos materiais puros e dos respectivos nanocompósitos, MMT/PPy e MMT/PPy.SDS.…”

“…Dentre os vários polímeros condutores, o polipirrol (PPy) é um dos mais estudados e utilizados em aplicações comerciais, devido principalmente à sua elevada estabilidade química e ambiental, elevada condutividade elétrica e facilidade de síntese [9][10][11][12] . Porém, o PPy é um material frágil, apresentando baixa processabilidade (insolúvel e infusível) e estabilidade térmica [11][12][13] .…”