Publicação

Dispersão de argilas em matrizes poliméricas: efeitos termomecânicos e compatibilização de misturas poliméricas

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Nanocompósitos preparados por adição de nanopartículas a matrizes poliméricas têm sido amplamente estudados, dado que permitem obter propriedades únicas. A extrusão é o método mais importante na prática industrial na preparação de nanocompósitos, sendo eficaz na obtenção de níveis elevados de dispersão das partículas à escala nanométrica em polimeros polares, através da variação das condições de processamento. No entanto, apesar do esforço de investigação sobre diversos aspetos na preparação de nanocompósitos, persistem dúvidas sobre as condições que permitem a dispersão acentuada de nanopartículas do tipo montmorilonita, argila natural ou modificada, em polímeros apolares. Por isso, este trabalho tem como objetivos principais encontrar condições ou indicadores que favoreçam a delaminação das argilas organofílicas no polipropileno, considerando os seus efeitos nos mecanismos de intercalação e exfoliação e aferir o papel das argilas como compatibilizador em misturas de polímeros. O trabalho envolveu a preparação de nanocompósitos de polímeros com argilas organofílicas comerciais, a argila Cloisite C15A e a C30B. Os polímeros utilizados foram o polipropileno (PP), a poliamida (PA6) e o PP modificado com anidrido maleico (PP-g-MA), como compatibilizador. Os dois tipos de nanocompósitos em estudo, PP/nanoargila e a mistura PA6/PP/nanoargila, foram preparados numa extrusora de duplo-fuso corrotativa. As amostras dos materiais recolhidas ao longo do cilindro e na fieira foram caracterizadas por técnicas fundamentais para os nanocompósitos, como sejam a difração de raio-X (XRD), a microscopia eletrónica de varrimento e de transmissão (SEM e TEM, respetivamente), a termogravimetria (TGA) e ensaios reológicos e mecânicos. Para o sistema PP/nanoargila obtiveram-se graus de dispersão mais elevados com a argila C15A do que com a C30B. A capacidade de exfoliar as lamelas da argila C15A na matriz de PP por extrusão melhorou com a utilização de perfis de fusos e velocidades de rotação que proporcionaram taxas de corte moderadas. Assim, o perfil de fusos mais intenso e a menor velocidade de rotação contribuíram para o aumento do grau de exfoliação das lamelas, assim como a temperatura de processamento mais baixa ou o débito mais elevado. A adição da argila C15A ou da C30B à mistura, PA6/PP ou PA6/PP/PP-g-MA, promoveu a adesão entre os polímeros e, consequentemente, a diminuição do tamanho das partículas da fase dispersa. Essencialmente, as lamelas da argila localizaram-se na interface dos polímeros imiscíveis. As argilas evidenciaram maior afinidade com a poliamida, atingindose níveis mais elevados de dispersão com a C30B. As argilas melhoraram as propriedades mecânicas, o módulo elástico e a tensão de cedência, da mistura PA6/PP e da mistura PA6/PP/PP-g-MA, em particular quando o grau de dispersão/exfoliação das lamelas foi mais acentuado. Os resultados demonstraram que a extrusão é um método eficaz de preparação de nanocompósitos PP/nanoargila e PA6/PP/nanoargila.
Autores principais:	Ferreira, Maria de Fátima de Almeida
Assunto:	Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais
Ano:	2014
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso restrito
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	Nanocompósitos preparados por adição de nanopartículas a matrizes poliméricas têm sido amplamente estudados, dado que permitem obter propriedades únicas. A extrusão é o método mais importante na prática industrial na preparação de nanocompósitos, sendo eficaz na obtenção de níveis elevados de dispersão das partículas à escala nanométrica em polimeros polares, através da variação das condições de processamento. No entanto, apesar do esforço de investigação sobre diversos aspetos na preparação de nanocompósitos, persistem dúvidas sobre as condições que permitem a dispersão acentuada de nanopartículas do tipo montmorilonita, argila natural ou modificada, em polímeros apolares. Por isso, este trabalho tem como objetivos principais encontrar condições ou indicadores que favoreçam a delaminação das argilas organofílicas no polipropileno, considerando os seus efeitos nos mecanismos de intercalação e exfoliação e aferir o papel das argilas como compatibilizador em misturas de polímeros. O trabalho envolveu a preparação de nanocompósitos de polímeros com argilas organofílicas comerciais, a argila Cloisite C15A e a C30B. Os polímeros utilizados foram o polipropileno (PP), a poliamida (PA6) e o PP modificado com anidrido maleico (PP-g-MA), como compatibilizador. Os dois tipos de nanocompósitos em estudo, PP/nanoargila e a mistura PA6/PP/nanoargila, foram preparados numa extrusora de duplo-fuso corrotativa. As amostras dos materiais recolhidas ao longo do cilindro e na fieira foram caracterizadas por técnicas fundamentais para os nanocompósitos, como sejam a difração de raio-X (XRD), a microscopia eletrónica de varrimento e de transmissão (SEM e TEM, respetivamente), a termogravimetria (TGA) e ensaios reológicos e mecânicos. Para o sistema PP/nanoargila obtiveram-se graus de dispersão mais elevados com a argila C15A do que com a C30B. A capacidade de exfoliar as lamelas da argila C15A na matriz de PP por extrusão melhorou com a utilização de perfis de fusos e velocidades de rotação que proporcionaram taxas de corte moderadas. Assim, o perfil de fusos mais intenso e a menor velocidade de rotação contribuíram para o aumento do grau de exfoliação das lamelas, assim como a temperatura de processamento mais baixa ou o débito mais elevado. A adição da argila C15A ou da C30B à mistura, PA6/PP ou PA6/PP/PP-g-MA, promoveu a adesão entre os polímeros e, consequentemente, a diminuição do tamanho das partículas da fase dispersa. Essencialmente, as lamelas da argila localizaram-se na interface dos polímeros imiscíveis. As argilas evidenciaram maior afinidade com a poliamida, atingindose níveis mais elevados de dispersão com a C30B. As argilas melhoraram as propriedades mecânicas, o módulo elástico e a tensão de cedência, da mistura PA6/PP e da mistura PA6/PP/PP-g-MA, em particular quando o grau de dispersão/exfoliação das lamelas foi mais acentuado. Os resultados demonstraram que a extrusão é um método eficaz de preparação de nanocompósitos PP/nanoargila e PA6/PP/nanoargila.