Metodologie chimiche covalenti e non covalenti per la dispersione di MWCNTs in copolimeri EPM

Questo lavoro di tesi si inserisce all’interno di un progetto di ricerca finalizzato alla realizzazione sensori di deformazione a base di nanocompositi in cui all’interno di una matrice polimerica elastomerica, nel caso specifico un copolimero etilene-propilene funzionalizzato con anidride maleica (EPR-MA), si trovino dispersi nanotubi di carbonio a parete multipla. Un ruolo fondamentale nella formazione di tali nanocompositi è ricoperto dalla dispersione dei nanotubi all’interno della matrice, che deve risultare uniforme, garantendo una percentuale di carico quanto più possibile vicina a quella di alimentazione. Operativamente la ricerca di una maggiore e più uniforme dispersione è stata condotta secondo tre strategie: Questo lavoro di tesi si inserisce all’interno di un progetto di ricerca finalizzato a realizzare nanocompositi a matrice polimerica contenenti nanotubi di carbonio a parete multipla allo scopo di conferire ai materiali interessanti proprietà di conducibilità elettrica. Nel caso specifico un copolimero etilene-propilene funzionalizzato con anidride maleica (EPR-MA) è stato selezionato come matrice polimerica grazie alle sue proprietà termo-meccaniche, filmebilità, economicita e, soprattutto, alla presenza del gruppo anidridico reattivo che conferisce al materiale la reattività chimica tipica delle anidridi. Operativamente la ricerca di una maggiore e più uniforme dispersione è stata condotta secondo tre strategie: • la prima strategia è consistita nella funzionalizzazione covalente di nanotubi di carbonio a parete multipla attraverso reazione di Diels Alder con furfurilammina e furfuril alcol. Il metodo prevedeva l’innesto di gruppi amminici primari o idrossilici capaci di reagire covalentemente con la matrice polimerica funzionalizzata con anidride maleica. Il prodotti ottenuti sono stati caratterizzati tramite analisi termogravimetrica e microscopia Raman. I nanotubi così funzionalizzati sono stati quindi miscelati con il polimero selezionando opportune condizioni sperimentali. I materiali nanocompositi ottenuti sotto forma di film sottili sono stati caratterizzati al fine di determinarne la composizione e le loro principali proprietà come la conducibilità elettrica. • la seconda strategia ha abbandonato la funzionalizzazione covalente dei nanotubi di carbonio, a favore di quella non covalente e impiegando l’1-amminometilpirene come agente funzionalizzante del polimero. In questo caso è stato condotto uno studio sistematico allo scopo di determinare la capacità disperdente del polimero funzionalizzato con la porzione pirenica e cnfrontandola con quella del polimero originale. Tale investigazione è stata condotta incrociando differenti tecniche complementari (analisi termogravimentrica, spettroscopia ottica e microscopia elettronica) valutando infine la conducibilità elettrica del nanocomposito finale. • L’ultima strategia ha previsto uno step di innovazione ulteriore provvedendo alla sintesi di un disperdente a basso peso molecolare ma avente una composizione chimica molto simile a quella del polimero funzionalizzato con ammino pirene. Tale disperdente è stato impiegato con lo scopo di avere un’azione sinergica durante il processo di dispersione dei nanotubi di carbonio. In particolare, la preparazione del disperdente ha coinvolto la reazione tra un composto a dodici atomi di carbonio, terminante con anidride succinica, e 1-amminometilpirene. Il prodotto di reazione è stato opportunamente caratterizzato tramite analisi spettroscopiche e successivamente impiegato nelle varie formulazioni al fine di ottimizzare la quantità dei nanotubi dispersi all’interno del polimero e la loro efficace distribuzione al fine di creare efficaci cammini percolativi. Infine, in quest’ultimo caso il nanocomposito ottenuto è stato utilizzato per la dimostrazione di potenziali applicazioni come sensore di deformazione/pressione