ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: Influência da incorporação de argilas hidrofílicas e hidrofóbicas na morfologia e propriedade mecânica de nanocompósitos de poliuretanos dispersos em água
AUTORES: MIRANDA, G.S. (UERJ) ; COSTA, M.P.M. (UERJ) ; DELPECH, M.C. (UERJ) ; COUTINHO, F.M.B. (UERJ)
RESUMO: Nanocompósitos obtidos a partir de dispersões aquosas de poliuretanos (NWPUs) têm sido desenvolvidos, por possibilitarem a produção de materiais de aplicação não-poluente e com características físico-químicas diversificadas, em função da ampla gama de monômeros disponíveis. Neste trabalho foram obtidos diferentes NWPUs por meio da incorporação de argilas (montimorilonita) hidrofílicas e hidrofóbicas que produziram filmes translúcidos com aderência a diferentes substratos, formando revestimentos com ausência de pegajosidade (tack) e imperfeições macroscópicas. Micrografias obtidas em microscópio óptico(OM) e microcópio eletrônico de varredura(SEM)evidenciaram uma melhor incorporação das argilas hidrofílicas através de dispersões mais homogêneas, confirmando seu melhor desempenho mecânico.
PALAVRAS CHAVES: nanocompósitos de poliuretanos, poliuretanos dispersos em água, argilas mmt
INTRODUÇÃO: A crescente preocupação com as questões e exigências ambientais vem contribuindo muito para o desenvolvimento de sistemas químicos menos agressivos como é o caso de dispersões aquosas. Dentre essas se destacam aquelas à base de poliuretanos (PUs) que são usadas em diversas áreas industriais.
A grande flexibilidade na seleção de monômeros possibilita a obtenção de PUs com características físico-químicas diversificadas. Aliado a este fato, misturas entre diversos polímeros e a incorporação de materiais inorgânicos nanopartículados nos mesmos têm sido uma práticas bastante investigada como é o caso de sistemas à base de poliuretanos e argila montimorilonita com estrutura laminada.
Os nanocompósitos poliméricos compreendem uma nova classe de materiais onde substâncias inorgânicas de dimensões nanométricas, tais como argilas e outros minerais, são finamente dispersos dentro de uma matriz polimérica, formando um material híbrido. Esses híbridos exibem boas propriedades ópticas, além de apresentarem propriedades superiores às dos polímeros puros ou às dos compósitos convencionais, com vantagem de utilizarem teores muito menores de compstos inorgânicos (máximo de 10% em nanocompósitos e em torno de 40% em compósitos convencionais). Com isso, são observados aumentos significativos nas resistências mecânicas, térmica, química, à chama e como membrana para barreira à permeabilidade de gases, dentre outras propriedades.
O objetivo deste trabalho foi o estudo preliminar da síntese de nanocompósitos a partir da incorporação de 0,5% de argilas hidrofílicas e hidrofóbicas em dispersões aquosas de poliuretanos, a partir da avaliação das propriedades mecânicas e morfológicas dos materiais obtidos.
MATERIAL E MÉTODOS: A incorporação das argilas foi realizada através de polimerização in situ. Em um reator tipo Kettle, foram adicionados o PPG - poli(glicol propilênico) (Mn = 2000 g/mol), Dow química S.A. e o DMPA - ácido dimetilolpropiônico,Aldrich Chemical Company - para secagem a 90°C por 40 min, e por último adicionou-se o IPDI - diisocianato de isoforona, cedido pelo Centro Técnico Aeroespacial (CTA). A síntese do prepolímero foi conduzida a uma temperatura na faixa de 90-100°C, durante 45 minutos sob alta velocidade de agitação. Em seguida, foi feita a neutralização dos grupos carboxila com TEA - trietilamina, Vetec Química Fina Ltda., a 35°C, durante 30 minutos. Após a neutralização, foi realizada a dispersão da mistura reacional em água, sob forte agitação. A extensão de cadeia subsequente foi realizada com HYD - hidrazina, Resinac Indústrias Químicas Ltda, por 30 minutos.
Duas formas de incorporação foram feitas: as argilas hidrofóbicas (Cloisite 30b, Sunchemical S.A. e Geltone, Petróleo Brasileiro S.A.) foram acrescentadas logo após a secagem dos polióis em suas respectivas dispersões. As argilas hidrofílicas (Cloisite Na+, Sunchemical S.A. e Volclay Na+, Bentonit União do Nordeste Ltda) foram adicionadas à água, para prévia delaminação,à 60°C durante 24h, e este sistema foi adicionado no momento da dispersão do prepolímero.
O teor de incorporação testado foi de 0,5% em relação à massa de prepolímero.A adesão e aparência visual foram avaliadas em superfície de teflon, alumínio, vidro, madeira, papel e cerâmica.
O.M.: Olympus - MIC-D; SEM: Jeol - JSM6460 LV a 15kV; Análise mecânica: Shimadzu AG I (100kN), normas ASTM 638,882 e 412, dimensões (5x70)mm², com espessuras na faixa de 0,8 a 1,0 mm, a uma velocidade de 500 mm/min.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As dispersões obtidas de NWPUs produziram filmes translúcidos com aderência a todas as superfícies testadas com exceção do teflon; o que pode ser atribuído à grande diferença de polaridade entre o filme (polar) e o substrato (apolar). No entanto, a aderência dos filmes ao vidro ( grupos silanóis), à madeira e ao papel (celulose) e à cerâmica (feldspato, sílica e argila) podem ser atribuídos á alta polaridade desses substratos. Os revestimentos formados não apresentaram pegajosidade (tack) e imperfeições macrocoscópicas.
De acordo com as micrografias(Figura 1) obtidas em O.M. com luz polarizada (98x), pode-se observar uma dispersão homogênea promovida pelas argilas hidrofílicas(1a) com perfis semelhantes, o que sugere uma boa incorporação na dispersão aquosa poliuretânica e, aparentemente, uma incorporação não-efetiva das argilas hidrofóbicas (1b), ambas apresentando aglomerados.
As micrografias obtidas por SEM, Fifura 2 a, corresponde á morfologia do NWPUcloisite Na+, que apresentou uma maoir homogeneidade e mehor esfoliação entre as argilas hidrofílicas adicionadas. Entretanto a Figura 2b, correspondente á morfologia do NWPUgeltone, apresenta alguns vazios, o que indica que provavelmente a argila foi arrancada da matriz durantes a fratura (perfil semelhante ao do NWPUCloisite 30b), corroborando com um menor ganho em termos de propriedades mecânicas.
Pode-se considerar que a resistência à tração e o alongamento na ruptura de todos os nanocompósitos apresentaram um ligeiro aumento, pois, variaram respectivamente na faixa de 7 a 8 MPa e 310% a 350% com as argilas hidrofóbicas; de 10 a 12 MPa e 400% a 450% com as argilas hidrofílicas em comparação com 4 MPa e 210% do PU puro.
CONCLUSÕES: A partir dos testes realizados, o método de síntese para a obtenção de nanocompósitos à base de argila hidrofílica mostrou-se eficaz no sistema estudado, mesmo com teor de apenas 0,5% de argila.
Os melhores desempenhos mecânicos foram observados nos nanocompósitos que apresentaram melhor homogeneidade e dispersão das argilas, representados pelas argilas hidrofílicas Volclay Na+ e Cloisite Na+.
as dispersões produzidas se mostraram adequadas para a aplicação como revestimento e adesivos, uma vez que aderiram de forma satisfatória a maoiria dos substratos testados.
AGRADECIMENTOS: À FAPERJ pelo apoio financeiro, às empresas Bentonit União do Nordeste, Petróleo Brasileiro S.A., Sunchemical do Brasil Ltda e ao CTA pelos materiais cedidos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Coutinho, F.M.B., Delpech, M.C., Alves, L.S. Journal of Applied Polymer Science, 80, 566 (2001).
Garcia, C. P.; Delpech, M. C. ; Coutinho, F. M. B. In: XI Encontro da SBQ-Rio, 2007, Niterói. CD do XI Encontro da SBQ-Rio, 2007. v. Único. p. P51
AYRES, E. e OREFICE, R.L. Polímeros [online]. 2007, vol. 17, no. 4, pp. 339-345.
