Preparação e caracterização de nanocompósitos poliméricos baseados em poliuretano termorrígido e nanotubos de carbono de paredes múltiplas

O trabalho de mestrado desenvolvido teve como objetivo principal a melhoria das propriedades termicas e mecânicas de uma matriz poliuretano termorrigido elastomerico por meio da preparacao de nanocompositos polimericos com nanotubos de carbono de paredes multiplas (nao modificados e modificados quimicamente). Para isso, foram preparadas suspensoes estaveis dos nanotubos (com diferentes concentracoes) em poli(tetrametileno eter glicol) com o emprego de moinho de rolos com separacao micrometrica. Utilizou-se nanotubos de carbono sintetizados na UFMG (Laboratorio de Nanomateriais do Departamento de Fisica) que foram modificados por tratamento acido e pela insercao de grupos isocianato. Imagens obtidas por microscopias eletronicas de varredura e transmissao mostraram que os procedimentos desenvolvidos nao causaram alteracao significativa na razao de aspecto dos nanotubos. Dados de termogravimetria indicaram que os teores de grupos oxigenados e de grupos isocianato inseridos na superficie dos nanotubos foram da ordem de 7% e 36%, respectivamente. Numa etapa posterior, as suspensoes nanotubo/poliol foram reagidas com 2,4-tolueno diisocianato e 1.4-butanodiol para a producao de pre-polimeros de poliuretano. As condicoes de processamento e quantidade dos reagentes foram desenvolvidas para que o teor de NCO livre desses pre-polimeros ficasse na faixa de 7,2 a 7,8. Os nanocompositos foram preparados pela reacao do pre-polimero (via grupos NCO livres) com o agente de cura 4,4-metileno-bis-orto-cloro-anilina. Imagens em diferentes escalas obtidas por microscopias otica, eletronicas de varredura e transmissao demostraram que embora existam agregados milimetricos de nanotubos, houve dispersao da nanocarga nas escalas micro e nanometricas. Em todos os compositos existem pequenas regioes com agregados de nanotubos, alem de em pequenos feixes e nanotubos isolados ao longo da matriz. Os nanotubos foram recobertos pela matriz, o que sugere boa adesao carga/PUE, principalmente nos compositos com nanotubos modificados por tratamento acido e com isocianato. Os nanotubos estao ?costurando? a matriz de PUE, uma caracteristica importante para seu efeito como reforco mecânico. Resultados de termogravimetria mostraram que os MWCNTs nao exercem (para nenhuma concentracao ou tipo de nanotubo) grande influencia na estabilidade termica e no mecanismo de degradacao da matriz polimerica. Os ensaios mecânicos de tracao, rasgo e dureza mostraram que os nanocompositos produzidos apresentaram melhoras significativas em todas as propriedades analisadas. Os melhores resultados foram encontrados para o composito preparado com 0,26% (em massa) de nanotubos modificados com isocianato, no qual pode-se verificar aumentos de ate 17% no modulo de elasticidade, 23% na resistencia ao rasgo com manutencao da resistencia a tracao, alongamento na ruptura, tenacidade e dureza. Os procedimentos de modificacao da superficie dos nanotubos, dispersao em poliol e preparacao de pre-polimero desenvolvidos neste trabalho permitem a producao de nanocompositos sem grandes impactos na cadeia de valores do polimero e que podem ser utilizados em aplicacoes que requeiram grande solicitacao mecânica.