Misturador Mecânico de Rotação

A figura 4.6 mostra a evolução da dispersão dos CNTs puros na PUD com o tempo de dispersão a 600 rpm.

Com o aumento do tempo de mistura verifica-se o aumento da dispersão dos CNTs na PUD. No entanto, como se pode observar na imagem correspondente a 60 minutos, a dispersão final não é homogénea e consequentemente o grau de aglomeração dos CNTs é ainda elevado. Ao resultado obtido estão associadas as elevadas forças de Van der Waals entre os CNTs superiores à energia fornecida pelo misturador mecânico pois permaneceram aglomerados após o processo de mistura e devido às características hidrofóbicas dos CNTs.

A figura 4.7 apresenta a influência do SDS na dispersão dos CNTs puros na PUD para diferentes tempos e velocidades de dispersão.

Figura 4. 6: Evolução da dispersão de CNTs na PUD ao longo do tempo com velocidade igual a 600 rpm no misturador mecânico de rotação.

Tempo (minutos) 0 15 30 45 60

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Antes da mistura da PUD com os CNTs, estes foram dispersos em solução aquosa de SDS durante 45 minutos com o misturador mecânico. Como se pode verificar pelas imagens correspondentes a 0 minutos para ambas as velocidades, a dispersão dos CNTs em solução aquosa de SDS apresenta melhores resultados para a velocidade igual a 600 rpm. Verifica-se uma melhoria da dispersão com o aumento da velocidade. Em relação ao tempo de dispersão, pelas imagens correspondentes a 30 e 60 minutos, para ambas as velocidades, não se verificam alterações significativas na homogeneidade da dispersão. Com a análise da figura 4.7, é possível concluir que o uso do SDS promove claramente a dispersão dos CNTs em meio aquoso.

Na figura 4.8 é ilustrada a estabilidade das dispersões aquosas de PUD/SDS/CNT após 1 e 24 horas de repouso. Como se pode verificar nas imagens apresentadas a estabilidade diminui ao longo do tempo ocorrendo a deposição dos CNTs e a separação da solução aquosa de SDS da PUD. A estabilidade é inferior para a velocidade mais baixa devido à inferior dispersão e desaglomeração dos CNTs e consequentemente à reduzida adsorção do SDS na superfície dos CNTs que permite a reaglomeração dos CNTs.

Figura 4. 7: Influência do SDS na dispersão de CNTs na PUD com o misturador mecânico de rotação. V e loc id ad e ( rp m ) 300 6 00 Tempo (minutos) 0 15 30 60

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4.3.2. Banho de Ultra-sons

A figura 4.9 apresenta a evolução da dispersão dos CNTs puros na PUD ao longo do tempo.

Com o aumento do tempo de ultra-sons, aumenta a dispersão e a distribuição dos CNTs na PUD, mas não o suficiente para obter uma dispersão homogénea, como se

Tempo (minutos) 0 15 30 45

Figura 4. 9: Evolução da dispersão de CNTs na PUD ao longo do tempo, no banho de ultra-sons.

Figura 4. 8: Estabilidade das dispersões de PU/SDS/CNT para diferentes velocidades.

V e loc id ad e ( rp m ) 300 6 00

Tempo de repouso (horas) 0 24

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pode observar na imagem correspondente a 45 minutos. A figura 4.10 exibe a presença de aglomerados de grande dimensão na dispersão durante 45 minutos.

A dispersão foi finalizada a 45 minutos devido à formação do filme ao longo do tempo, figura 4.11. Este fenómeno deve-se ao aumento da temperatura da dispersão derivado da energia fornecida pelo ultra-sons e consequentemente à evaporação da água da PUD.

A figura 4.12 apresenta a influência do SDS na dispersão dos CNTs puros na PUD com o auxílio do banho de ultra-sons.

Figura 4. 11: Revestimento formado durante a dispersão no banho de ultra-sons. Figura 4. 10: Presença de aglomerados ao fim

60

Após a dispersão dos CNTs em solução aquosa de SDS durante 30 minutos com o auxílio do banho de ultra-sons, foi introduzida a PUD e misturada durante 15 minutos. Como se pode verificar a dispersão aquosa de PUD/SDS/CNT ficou homogénea evidenciando a eficácia do SDS. A estabilidade da dispersão foi verificada após 24 horas de repouso não apresentado deposição de CNTs, figura 4.13.

Tempo de repouso (horas) 0 24

Figura 4. 13: Estabilidade das dispersões de PU/SDS/CNT.

Figura 4. 12: Influência do SDS na dispersão de CNTs na PUD com o banho de ultra-sons.

Tempo (minutos) 0 15

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4.3.3. Sonda de Ultra-sons

A figura 4.14 apresenta a evolução da dispersão dos CNTs puros na PUD ao longo do tempo.

Como se pode observar nas imagens apresentadas o grau de dispersão aumenta com o aumento da energia fornecida pela sonda de ultra-sons. Verifica-se uma melhoria significativa da desaglomeração para 45 minutos de mistura e para 60 minutos a dispersão aquosa de PUD/CNT apresenta uma uniformidade significativa.

A dispersão dos CNTs na PUD com a sonda de ultra-sons foi efetuada num banho de gelo para evitar a formação do filme com o aumento da temperatura. A figura 4.15 apresenta a ponta da sonda de ultra-sons com filme formado após 45 minutos de mistura sem o uso do banho de gelo.

Tempo (minutos) 0 15 30 45 60

Figura 4. 14: Evolução da dispersão de CNTs na PUD ao longo do tempo, na sonda de ultra-sons.

Figura 4. 15: Revestimento formado durante a dispersão na sonda de ultra-sons

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A figura 4.16 apresenta a influência do SDS na dispersão dos CNTs puros na PUD.

Após a dispersão dos CNTs em solução aquosa de SDS durante 30 minutos com o auxílio da sonda de ultra-sons, foi introduzida a PUD e misturada durante 15 minutos. Como se pode verificar a dispersão aquosa de PUD/SDS/CNT ocorreu com eficácia ficando uniforme. A dispersão dos CNTs na solução aquosa de SDS foi eficiente como se pode observar na imagem correspondente a 0 minutos e indispensável para promover a dispersão dos CNTs na PUD em 15 minutos. A estabilidade da dispersão foi verificada após 24 horas de repouso não apresentado deposição de CNTs.

Em geral, as dispersões mais eficientes foram obtidas para as misturas realizadas em ambos os equipamentos de ultra-sons, com e sem SDS pois a energia fornecida pelos ultra-sons é muito superior à do misturador mecânico e a necessária para quebrar as fortes ligações de Van der Waals e consequentemente promover a desaglomeração dos CNTs. Verifica-se que o SDS influencia positivamente a dispersão dos CNTs em meio aquoso usando qualquer tipo de equipamento.

Tempo (minutos) 0 15

Figura 4. 16: Influência do SDS na dispersão de CNTs na PUD com a sonda de ultra-sons.

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4.3.4. Microscopia Ótica

A figura 4.17 apresenta as imagens de microscopia ótica dos filmes compósitos obtidos pelo misturador mecânico.

Como se pode verificar pelas imagens A e B, o tamanho dos aglomerados diminui significativamente com o aumento da velocidade de rotação. Para ambas as velocidades, observa-se a eficiência do SDS na dispersão dos CNTs em meio aquoso. A melhor condição conseguida pelo misturador mecânico corresponde ao filme obtido após 45 minutos de dispersão dos CNTs em solução aquosa de SDS e posteriormente a mistura com a PUD durante 60 minutos.

A figura 4.18 apresenta a imagem de microscopia ótica do revestimento de PU/SDS/CNT obtido pelo banho de ultrasons.

Figura 4. 17: Imagens de microscopia ótica: A) sem SDS, 300 rpm, 1 h; B) com SDS, 300 rpm, 1h; C) sem SDS, 600 rpm, 1 h; D) com SDS, 600 rpm, 1 h A B C D 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm

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A imagem de microscopia demonstra que a dispersão dos CNTs é homogénea estando ausentes aglomerados de grande dimensão. Mais uma vez o efeito positivo do SDS é observado. Devido à má dispersão dos CNTs na PUD sem o uso do SDS, não foi processado o respetivo revestimento.

A figura 4.19 apresenta as imagens de microscopia ótica dos filmes de PU/CNT com e sem SDS obtidos pela sonda de ultrasons.

Verifica-se que a desaglomeração dos CNTs é inferior no filme sem SDS, apresentando aglomerados com dimensões superiores a 50 µm. O filme com SDS é uniforme e não apresenta aglomerados, devido ao uso do SDS.

Figura 4. 18: Imagem de microscopia ótica do revestimento de PU/SDS/CNT obtido pelo banho de ultra-sons.

Figura 4. 19: Imagens de microscopia ótica: A) sem SDS, 1 h; B) com SDS, 15 min.

A B

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Dos equipamentos estudados, a sonda de ultra-sons é o que apresenta os melhores resultados, sendo o revestimento obtido o mais homogéneo.

4.4. Estudo da Dispersão de Nanotubos de Carbono em Solução Aquosa

de SDS