Synthesis and Characterization of Conducting Composites of Polyaniline and Carbon Black with High Thermal Stability

Síntesis y Caracterización de Compuestos Conductores de Polianilina y Negro de Humo con Alta Estabilidad Térmica

En este trabajo se describe una ruta química detallada para preparar composites termoestables de polianilina (PANI)/negro de carbón (CB). Las síntesis se realizaron mediante polimerización química de anilina sobre partículas de CB, utilizando diferentes relaciones de masa PANI/CB. Se caracterizaron las propiedades térmicas y eléctricas. Los materiales compuestos con una relación de masa de hasta 65:35 (PANI:CB) mostraron una excelente estabilidad térmica manteniendo sus propiedades conductoras cuando se trataron térmicamente a 230 °C durante dos horas, lo cual es adecuado para procesar estos materiales. Además, los resultados mostraron una importante reducción del área superficial de los composites que tiene una buena relación con la mejora de las propiedades reológicas en el procesado por fusión.

INTRODUCCIÓN

El PANI presenta una estabilidad mecánica muy pobre en su estado conductor, lo que requiere la preparación de copolímeros o mezclas. Además, el polímero debe ser estable a las altas temperaturas necesarias para su procesamiento. Sin embargo, las películas preparadas con polímeros conductores intrínsecos (ICP) presentan propiedades mecánicas deficientes y son también térmicamente inestables; por ejemplo, el PANI conductor pierde sus propiedades eléctricas a 225 °C, incluso en atmósfera de nitrógeno.

Generalmente, los termoplásticos o termoestables conductores se obtienen mediante la adición de una carga conductora, como el negro de carbono (CB), a la matriz polimérica. Además, para obtener materiales adecuados, son necesarias altas cargas de aditivo. Esto dificulta el tratamiento térmico, ya que el aditivo de alta superficie aumenta la viscosidad de la masa fundida en la interacción con la matriz polimérica.

Los compuestos obtenidos por deposición de ICPs sobre partículas de CB mostraron estabilidad térmica y una reducción efectiva de la superficie y el volumen de poros del CB. Estas clases de composites pueden obtenerse mediante la deposición in situ del ICP sobre sustrato de CB, la polimerización directa de ICPs sobre sustratos de carbono, por método químico o electroquímico. El proceso químico produce grandes cantidades de ICPs.

Estos compuestos ICPs/CB se aplican generalmente en compuestos disipadores de estática. Además, los compuestos basados en ICPs sobre sustratos de carbono, como grafito y nanotubos de carbono, se han investigado para diferentes aplicaciones, tales como sensores electroquímicos de pesticidas, dispositivos de almacenamiento de carga, oxidación electrocatalítica de metanol y sensores para detectar y discriminar aminas biogénicas.