Estudo da influência da modificação superficial de nanocristais de celulose no ordenamento molecular do P3HT

Abstract

A celulose nanocristalina (CNC) são partículas rígidas que têm morfologia semelhante a bastões. A partir de certo valor crítico de concentração os CNC em suspensão aquosa atuam como cristais líquidos com ordenação nemática quiral, a qual pode ser preservada no material durante secagem lenta do mesmo. Devido à essas propriedades, os CNC têm sido empregados como substratos para a obtenção de filmes de polímeros condutores com maior alinhamento de suas cadeias poliméricas, visto que o aumento de regiões ordenadas na estrutura macromolecular desses polímeros tem influência na eficiência óptica e elétrica dos mesmos. Entretanto, o caráter hidrofílico da celulose, sua insolubilidade (mesmo em solventes polares) e tendência à aglomeração resultante de ligações de hidrogênio intermolecular, promovem a separação de fase quando estes são adicionados a polímeros não hidrossolúveis, promovendo perdas de propriedade do material final. A fim de se resolver essa desvantagem, a modificação química da superfície da celulose pode ser uma estratégia para compatibilizá-la quimicamente com polímeros conjugados hidrofóbicos. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo estudar a influência de CNC cujas superfícies foram esterificadas com o ácido 3-tiofenoacético (A3TA), nas propriedades químicas, estruturais, eletroquímicas, ópticas e elétricas do poli (3-hexil tiofeno) (P3HT). Os CNC usados nesse estudo foram extraídos de uma polpa de celulose branqueada de Eucalyptus via hidrólise ácida cujo rendimento da extração foi de 55% m/m. Os CNC apresentaram grau de cristalinidade de 85% e razão aspecto (L/D) de 10 (±1). A esterificação do CNC com o A3TA pôde ser comprovada pela banda absorção na região do infravermelho em 1737 cm1, característica de deformação axial de C=O de éster, além dos deslocamentos químicos de 157 ppm e entre 173 e 174 ppm, atribuídos respectivamente aos carbonos do grupo éster, observados no espectro de 13C RMN. Compósitos de CNCA3TA e P3HT foram preparados visando a formação de interface não covalente a partir da mistura física de uma solução polimérica e dispersão com 10, 20, 30 ou 40% m/m de CNCA3TA (compósitos do tipo 1) e interface covalente (compósito do tipo 2) enxertando cadeias de P3HT a partir do anel de tiofeno dos CNC esterificados adicionados ao meio reacional na proporção de 10 ou 20% m/m. As análises de UV-Vis apontaram para todos os compósitos de interface não covalente o deslocamento do máximo de absorção para maiores comprimentos de onda (deslocamento batocrômico) e consequentemente menores valores de energias de band gap em relação ao P3HT. Para os compósitos do tipo 2 apenas o material preparado com 10% m/m de CNCA3TA apresentou melhora para esses resultados, que indicam um aumento da planaridade das macromoléculas do polímero conjugado e aumento do comprimento de conjugação das cadeias do P3HT em função da presença do biopolímero com morfologia fibrilar. Quanto à condutividade elétrica apenas os compósitos do tipo 1 apresentaram valores superiores ao observado para o polímero P3HT. Dentre esses, o compósito P3HTCNCA3TA30 apresentou o melhor desempenho, apresentando uma condutividade de 40 mS/cm à 200V 130 vezes maior que a obtida para o polímero conjugado (0,31 mS/cm).