Síntese Eletroquímica de Copolímero Condutor Nano-Estruturado à Base de Polianilina/Polipirrol

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Camargos, K.C.G.S. (IFG/GOIÂNIA) ; Santana, I.M. (IFG/GOIÂNIA) ; Carvalho, L. (UFG/GOIÂNIA) ; Oliveira, S.B. (IFG/GOIÂNIA) ; Colmati Junior, F. (UFG/GOIÂNIA)

Resumo

Polímeros condutores são formados por cadeias orgânicas que possuem ligações simples e duplas alternadas. Essa conjugação permite o controle da corrente elétrica, podendo então ter sua condutividade ajustada. A síntese de polímeros tem sido muito usada para aplicações em: LED, teto solar, próteses humanas, entre outros. O objetivo deste trabalho foi sintetizar um copolímero baseado nos polímeros condutores polipirrol e polianilina. O comportamento eletromecânico que os polímeros polianilina, polipirrol e o seu copolímero podem produzir, de acordo com a sua dopagem, foi estudado e comparado com a literatura. O copolímero formado não apresentou característica redox em sua voltametria cíclica, o que pode ser justificado pelo meio reacional da síntese do mesmo.

Palavras chaves

ELETROPOLIMERIZAÇÃO; POLÍMEROS CONDUTORES; COPOLÍMERO PAni/PPy

Introdução

Os polímeros condutores foram descobertos há algumas décadas e têm sido aplicados em diversos setores, principalmente na área tecnológica por apresentar características de processabilidade e capacidade condutora. (PRADO, 2008). Entre os polímeros condutores mais utilizados estão o polipirrol e a polianilina (ROTH, et al., 1993). A eletropolimerização é uma técnica utilizada para a síntese destes polímeros. Basicamente consiste em uma célula eletroquímica com três eletrodos, contendo solução eletrolítica do monômero. A cada ciclo voltamétrico aplicado ocorre a deposição e, consequentemente, formação do filme na superfície do eletrodo de trabalho. (PIRO et al., 2001); (SCHUHMANN et al., 1997). A grande vantagem de se obter um polímero eletroquimicamente é que os parâmetros podem ser ajustados e controlados, permitindo ter a espessura desejada do filme polimérico (GERVALDO et al., 2010). Polímeros condutores têm sido amplamente estudados por conta das suas propriedades elétricas e ópticas, os quais possuem diversas aplicações como anticorrosivos, músculos arficiais, supercapacitores, sensores, entre outras (SANTOS 2014). Estudos sobre como melhorar as características destes materiais têm sido explorados nos últimos anos. O objetivo deste trabalho foi sintetizar por via eletroquímica o copolímero (PAni/PPy) baseado nos polímeros condutores polianilina (PAni) e polipirrol (PPy).

Material e métodos

Para a síntese de polianilina esmeraldina foi utilizado o potenciostato UNIMETRIA PG – 3901, composto por uma célula eletroquímica de três eletrodos: Ag/AgCl como eletrodo de referência, eletrodo de trabalho em aço inox 304 e contraeletrodo de fio de platina. A solução eletrolítica utilizada foi dodecil sulfato de sódio 0,1 mol/L, ácido sulfúrico 0,5 mol/L e Anilina 0,2 mol/L. Aplicou-se um potencial de -0,2V a 0,8V, corrente constante de 50mA, velocidade de varredura de 0,1 V/seg e 100 ciclos. A síntese do polipirrol foi realizada pelo método eletroquímico utilizando- se o mesmo equipamento e eletrodos da síntese de polianilina esmeraldina. A solução eletrolítica foi o dodecil sulfato de sódio 0,025 mol/L, ácido sulfúrico 0,5 mol/L e pirrol 0,025 mol/L. O potencial aplicado foi de -0,2V a 1,0 V, corrente de 50 mA, velocidade de varredura de 0,1 V/seg e 5 ciclos. A síntese do copolímero PAni/Ppy foi realizada pelo método eletroquímico com o mesmo equipamento e eletrodos da síntese da polianilina esmeraldina. A solução eletrolítica foi o dodecil sulfato de sódio 0,1 mol/L, ácido sulfúrico 0,5 mol/L, pirrol e anilina 1:1. O potencial aplicado foi de -0,2 V a 1,0V, corrente 50mA, velocidade de varredura 0,1 V/seg e 20 ciclos.

Resultado e discussão

A Figura 1a mostra a voltametria da PAni, conduzida nos potenciais de -0.2V a 0.8V. Durante a realização da síntese, observou-se que nos potenciais de -0.2V a 0.4V a fase de sal esmeraldina, e nos potenciais de 0.4V a 1.0V observou-se a fase de base esmeraldina. A Figura 1b mostra a voltametria cíclica do PPy que foi conduzida nos potenciais de -0.2V a 1.0V. Durante a realização da síntese observou-se que há uma rápida formação do filme no eletrodo, pois logo no primeiro ciclo o eletrodo já se encontrava totalmente recoberto e não houve dificuldade de remoção do filme que se formou totalmente uniforme na superfície do eletrodo. As diferenças encontradas nas sínteses dos polímeros, além das mostradas nas figuras, foram as características dos materiais eletrodepositados no eletrodo. O PPy formou um filme totalmente uniforme, diferentemente da PAni. O copolímero apresentou propriedades semelhantes às do polipirrol, como rápida formação de um filme uniforme, mas também apresentou dificuldade na remoção do eletrodo, característica semelhante à PAni. Sua voltametria é mostrada na Figura 2, conduzida nos potenciais de -0.2V a 1.0V. O fato do voltamograma PAni/PPy ter sido diferente dos polímeros puros indica a formação do copolímero. Não há relatos na literatura de síntese de copolímero PAni/PPy para comparar o voltamograma cíclico do presente estudo. Os valores de concentrações utilizadas para a anilina e o pirrol na célula eletroquímica foram baseados nos trabalhos de Prado A. R. (2008) e Fontana A.; Garcia F.; Garcia J. R. (2013).

Figura 1a: voltamograma cíclico PAni; Figura 1b: voltamograma cíclico PPy.


Voltamograma cíclico do copolímero PAni/PPy.

Conclusões

Durante a realização dos experimentos, o copolímero formado não apresentou oxidação e redução em sua voltametria, muito provavelmente devido a suspensão reacional da síntese. O potencial para que a PAni fique em sua forma condutora vai de -0.2V a 0.8V, e para a síntese do copolímero de -0.2V a 1.0V. Testes posteriores serão realizados para identificação da fase do copolímero e análises complementares serão realizadas para avaliar as características dos compostos sintetizados.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer à CAPES/CNPq pelo auxílio à Bolsista de PIBIC Isabella M. Santana

Referências

FONTANA, Álvaro; GARCIA, Felipe; GARCIA, Jarem R. Síntese eletroquímica e tratamento da nucleação do filme de polianilina(PAni) em aço inox 304. Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2013.

GERVALDO, M. ; Funes, M. ; Durantini, J. ; Fernandez, L. ; Fungo, F.; Otero, L. "Electrochemical polymerization of palladium (II) and free base 5,10,15,20 tetrakis(4-N,N-diphenylaminophenyl)porphyrins: Its applications as electrochromic and photoe-lectric materials." Electrochimica Acta v. 55(6): 1948-1957.2010.

PIRO, B.; Dang, L.A.; Pham.; M.C.; Tran-Minh, C.; A glucose biosensor based on modified-enzyme incorporated within electropolymerised poly (3,4 - ethylenedioxy-thiophene) (PEDT) films”, J. Electroanal. Chem., 512, 101-109, 2001.

PRADO, A. Músculos artificiais baseados em polímeros eletroativos aplicados à robótica de reabilitação. 2008. 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo. Vitória 2008.

SANTOS, M. R., Nanocompósitos polímero condutor/nanotubos de carbono: síntese, caracterização e aplicação em músculos artificiais. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Materiais) - Universidade Federal do Vale de São Francisco, 2014.

ROTH, S., Graupner. W. Conductive polymers: Evaluation of industrial applications. Synth. Met., v. 57, n. 1, 1993.

SCHUHMANN, W., Kranz, C.; Wohjschalager, H. Strohmeier, J., Pulse technique for the electroquemical deposition of polymer films on electrode surfaces. 1997.