O Estudo da Degradação de Nanocompósitos de Polipropileno com Argila

Estudo da Degradação de Nanocompósitos de Polipropileno com argila montmorilonita através de múltiplas extrusões avaliando a influência do percentual de argila e do tipo de compatibilizante com auxilio das medições de cor.

Josiane da Rocha Silvano1

Luís Antonio Pinheiro 2

Benjamim de Melo Carvalho 3

Resumo: Os nanocompósitos de polipropileno (PP) e montmorilonita (MMT) foram preparados utilizando extrusora dupla rosca e reprocessados por cinco vezes. Considerando o caráter apolar do PP foi utilizado dois diferentes tipos de agente de acoplamento o Polipropileno graftizado com Anidrido Maleico (PP-g-MA) e o Polipropileno graftizado com Ácido Acrilico (PP-g-AA) a fim de melhorar o processo de intercalação. As amostras contendo 1, 3 e 5% de argila obtiveram na proporção em massa de 3:1 de compatibilizante/argila e foram avaliados o efeito da degradação sendo quantificados por Difração de Raio-x, Espectroscopia de Infravermelho, análises reológicas e formação de cor através do sistema CIE lab. A difração de raio-x mostrou que o surfactante presente na argila é um dos principais responsáveis pela degradação. Os resultados de FTIR e Colorimentria seguiram a mesma tendência de formação de carbonila com número de reprocessos e as análises reológicas mostram uma diminuição de massa molar devido ao processo de degradação termo-mecânica do PP  e mostrou também que para a amostra contendo 5% de argila com PP-g-MA como compatibilizante apresentou uma rede percolada evidenciando uma boa dispersão para essa formulação.

Palavras-chave: polipropileno, montmorilonita, degradação, compatibilizantes

Introdução

O estudo e o desenvolvimento de materiais poliméricos vêm sendo foco de muita pesquisa. Nanocompósitos poliméricos  são de grande interesse devido à melhoria nas propriedades do material comparados a polímero virgem ou materiais compósitos convencionais. Quando em comparação com materiais convencionais, nanocompósitos de polímero e argila monstraram melhorias nas propriedades mecânica,térmica e de inflamabilidade. É raro que uma tecnologia pode melhorar a inflamabilidade e propriedades mecânicas para um polímero, a custa de outro material adquirindo melhores propriedades [^[1],^[2]].

A fase inorgânica mais utilizada para dispersão na matriz polimérica é a bentonita, que tem como argilomineral predominante a montmorilonita. Essa argila é a mais usada na preparação de nanocompósitos poliméricos devido a elevada razão de aspecto e boa capacidade de delaminação. Contudo, a argila não apresenta uma boa interação com os polímeros. Desse modo, tratamentos prévios na superfície das argilas com cátions surfactantes do tipo alquilamônio primário, secundário, terciário ou quaternário são comumente realizados para melhorar a interação polímero/argila (compatibilidade) [^[3],^[4]].

Nanocompósitos de polímeros com base em matrizes termoplásticas podem
ser principalmente preparados por três métodos diferentes: polimerização in situ
onde o nanoargila dispersa é incorporado ao monômero seguido de polimerização [^[5]]; intercalação por solução onde nanoargila é misturado com o polímero em solução seguido por
evaporação do solvente [^[6],^[7]]; e intercalação no estado fundido onde a
nanoargila é misturado com o polímero no estado fundido [^[8],^[9]]. Esse ultimo método é mais simples e mais comum para aplicações industriais, devido à ausência de solvente, e
compatibilidade nos processamentos das atuais industriais.

        O polipropileno (PP) é um dos polímeros termoplásticos que apresenta maior crescimento de consumo no mundo. Este crescimento é atribuído a combinação atrativa de baixo custo, fácil processabilidade e bom balanço de propriedades físicas e químicas que limitam seu uso.

Hinsken et al.[^[10]] estudaram a degradação termo-oxidativa e termo-mecânica do polipropileno (PP) sob múltiplas extrusões e observaram um aumento de grupos carbonílicos e insaturações com o número de extrusões e uma redução da massa molar ponderal média. Essas reações podem ser agravadas pela adição de cargas nanométricas, pois apresentam em sua estrutura surfactantes que também sofre reações complexas de degradação acima de 180°C [^[11],^[12]]. Além disso, como a argila é um material natural existe uma variedade de metais presentes como contaminantes e que podem também desencadear diversas reações e formação de cor [^[13],^[14]].

        Devido ao crescimento desses nanocompósitos esse trabalho tem o intuito de estudar a degradação desses materiais incluindo a sua respectiva formação de cor e a influência das variáveis como o percentual de argila e o tipo de compatibilizante e principalmente as múltiplas extrusões.

 

Experimental

Materiais

Cloisite 15A Bun Tech; Polipropileno (PP) H301, Braskem em grânulos (índice de fluidez 10g/10min); Compatibilizante Ácido Acrílico (PP-g-AA), Chemtura Polybond 1001; Compatibilizante Anidrido Maleico (PP-g-MA), Chemtura.

Preparação dos Nanocompósitos

Primeiramente de acordo com a tabela 1 foram realizadas as seguintes formulações para a obtenção de nanocompósitos de polipropileno com argila MMT e agente compatibilizante.

Tabela 1: Composições das amostras

Amostras	PP	Argila 15A	PP-g-MA	PP-g-AA
15A-MA 1%	96%	1%	3%	---
15A-MA 3%	88%	3%	9%	---
15A-MA 5%	80%	5%	15%	---
15A-AA 1%	96%	1%	---	3%
15A-AA 3%	88%	3%	---	9%
15A-AA 5%	80%	5%	---	15%
15A-PP  1%	99%	1%	---	---
15A-PP  3%	97%	3%	---	---
15A-PP  5%	95%	5%	---	---

O processamento das misturas foi realizado pela técnica de intercalação do estado fundido, ou seja, método que visa promover a separação das camadas da argila pela introdução das cadeias poliméricas com o polímero no seu estado fundido. Utilizou-se uma extrusora de dupla rosca co-rotante da marca ZSK-30 da Werner & Pfleiderer com perfil de temperatura de 210°C em todas as zonas de aquecimento. Cada formulação foi reprocessada cinco vezes na extrusora para que posteriormente possa ser avaliado o efeito degradativos em cada uma das amostras que foram retiradas