Electrical Conductivity and Thermal Properties of Functionalized Carbon Nanotubes/Polyurethane Composites

Conductividad eléctrica y propiedades térmicas de nanotubos de carbono funcionalizados y compuestos de poliuretano

Se utilizaron nanotubos de carbono multipared (MWCNT) funcionalizados con grupos amina y carboxilo para preparar nanocompuestos de poliuretano/ MWCNT en dos concentraciones distintas: un valor inferior del 1% en masa (recubrimiento por pulverización) y otro superior de ~50% en masa (a base de papel bucky). La muestra de MWCNT-NH2 contenía sólo un 0,5% en masa de grupos amina, mientras que la de MWCNT-COOH contenía un 5% en masa de grupos carboxilo. Los MWCNT funcionalizados con un bajo contenido en grupos amina mostraron mejores propiedades térmicas que el poliuretano termoplástico (TPU) puro y que los nanocompuestos basados en MWCNT-COOH. La conductividad eléctrica del elastómero de poliuretano aumentó considerablemente, de 10-12 a ~10-5 S cm^-1 en el compuesto de nanotubos al 1% en masa y a 7 S cm^-1 en el nanocompuesto basado en MWCNT-NH2 buckypaper. 

Además, el alto contenido relativo de grupos funcionales en la muestra de MWCNT-COOH, que alteran la estructura sp2 en las paredes de los nanotubos, dio lugar a propiedades inferiores; por ejemplo, la conductividad del compuesto basado en papel bucky es un orden de magnitud inferior cuando se utiliza MWCNT-COOH en comparación con el MWCNT-NH2. Estos resultados ponen de manifiesto las posibilidades de diseño de propiedades que ofrecen los nanocompuestos de poliuretano elastomérico mediante la adaptación del contenido de grupos funcionales y la carga de nanotubos de carbono.

INTRODUCCIÓN

Desde los importantes trabajos de Iijima, los nanotubos de carbono (CNTs) se han convertido en materiales clave para el campo de la nanotecnología debido a sus propiedades excepcionales. Una de las aplicaciones más atractivas de los nanotubos de carbono es su incorporación en matrices poliméricas para mejorar la respuesta térmica, mecánica y eléctrica de los compuestos de alto rendimiento. 

Los elastómeros de poliuretano termoplástico (PU) son materiales versátiles con excelente flexibilidad, elasticidad, resistencia química y procesabilidad. Estas propiedades pueden ser adaptadas cambiando la estructura de la cadena molecular y el contenido de segmento suave y segmento duro. Los poliuretanos con alta conductividad eléctrica pueden ser utilizados, por ejemplo, para diseñar formulaciones avanzadas para la disipación electrostática y el blindaje electromagnético. Además, la recuperación de la forma de los materiales de poliuretano/CNT se ha presentado como una propiedad interesante a explorar. Los nanotubos de carbono se han introducido en muchas matrices poliméricas. Los métodos reportados para fabricar compuestos de poliuretano/CNT incluyen el casting en solución, el procesamiento por fusión y la polimerización in situ.