ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: PREPARAÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS DE POLIURETANO DISPERSÃO AQUOSA COM ARGILAS MONTMORILONITA HIDROFÍLICA E ORGANOFÍLICA
AUTORES: GARCIA, C.P. (UERJ) ; DELPECH, M.C. (UERJ) ; COUTINHO, F.M.B. (UERJ) ; MELLO, I.L. (UERJ) ; BOAVENTURA, A.A. (UERJ)
RESUMO: RESUMO: O poliuretano (PU) é uma classe de polímero de aplicação diversa, decorrente da sua versatilidade quanto à estrutura química e processos de obtenção. Nos últimos anos tem-se observado um crescimento significativo de pesquisas na área de nanotecnologia. Nanocompósitos de diferentes polímeros têm sido desenvolvidos com objetivo na melhoria de suas propriedades. Os nanocompósitos obtidos a partir de dispersões aquosas de poliuretanos (NWPUs) têm sido estudados, por possibilitarem a produção de sistemas químicos menos agressivos ao meio ambiente. Neste trabalho, foi estudado a síntese de nanocompósitos à base de poliuretanos aquosos (NWPUs) com a incorporação de 1,0% (em massa de prepolímero) de argilas montmorilonita: uma sódica (hidrofílica) e uma organicamente modificada (organofílica).
PALAVRAS CHAVES: palavras-chaves: dispersão aquosa poliuretânicas, argilas, nanocompósitos, sistemas não-poluentes.
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: A possibilidade de os poliuretanos (PU´s) serem sintetizados com diferentes tipos de estruturas macromoleculares, cada uma delas especificamente definida para uma aplicação e seu alto desempenho, confere alta versatilidade a esse polímero, tornando-o uma das classes de materiais mais populare atualmente (GARCIA et al., 2007). Este fato aliado a crescente preocupação com as questões e exigências ambientais vem contribuindo muito para o desenvolvimento de materiais não poluentes como é o caso das dispersões aquosas. Dentre essas se destacam aquelas à base de poliuretano (WPU´s)(COUTINHO et al., 2004).
Na preparação dos nanocompósitos polimérico, a montmorilonita (MMT) é uma das argilas mais utilizadas como carga inorgânica. Esta argila apresenta uma estrutura lamelar, com pelo menos uma das dimensões em escala nanométrica, normalmente na ordem de 1 a 10 nm. As regiões interlamelares da MMT possuem cátions (Na+, K+ ou Ca2+), que podem ser substituídos por sais quaternários de amônio, onde se espera a maior compatibilidade com polímeros (CHEN-YANG et al., 2007). A estrutura lamelar da MMT, que apresenta uma alta razão de aspecto e uma elevada capacidade de troca catiônica, exerce um importante papel na melhora das propriedades mecânicas, térmicas e de barreira nos nanocompósitos poliméricos (XIONG et al., 2007).
Neste trabalho foram desenvolvidas dispersões aquosas de poliuretano WPU´s carregadas com argilas nanométricas (MMT), hidrofílica e organofílica dando origem aos nanocompósitos NWPU-Na+ e NWPU-30B com o objetivo de analisar a influência do tipo de argila no produto final.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAL E MÉTODOS: Os seguintes reagentes foram usados como recebidos na síntese das dispersões poliuretânicas: ácido dimetilolpropiônico (DMPA) - procedência: Aldrich Chemical Company; diisocianato de isoforona (IPDI) - procedência: cedido pelo Centro Técnico Aeroespacial (CTA); hidrazina (HYD) - procedência: cedido pela Resinac Indústrias Químicas Ltda; poli(glicol propilênico) (PPG) (Mn = 2000 g/mol) - procedência: Dow Química S.A; trietiamina (TEA) - procedência: Vetec Química Fina Ltda. Foram empregadas argilas montmorilonita (MMT): uma hidrofílica Cloisite Na+ e uma organofílica Cloisite 30B, fornecidas pelo fabricante Bentonit união do Nordeste S/A.e Sunchemical do Brasil LTDA.
Em um reator tipo kettle, foi adicionado o PPG (poliol), o DMPA e o IPDI (diisocianato). A síntese do prepolímero foi realizada 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, 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 foi realizada com hidrazina, por 30 minutos. As dispersões poliuretânicas foram filtradas em tela de nylon para eliminação de partículas grosseiras. Os nanocompósitos (NWPUs) contendo 1% em massa de argila em relação à massa de prepolímero foram obtidos das seguintes formas: a argila hidrofílica foi incorporada após prévia delaminação em água, sob forte agitação, a 60°C por 24h, de acordo com (Lagaly et al., 1999) e a argila organofílica, foi incorporada adicionando-as na fase de secagem dos polióis, antes da reação de formação dos prepolímeros.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Foram sintetizadas dispersões aquosas com teor de sólidos totais (ST) teórico de 35% e pH na faixa de 7,5. A estabilidade das dispersões, ou seja, a sedimentação de material sólido após 7 dias foi avaliada e observada, onde o WPU e o NWPU-NA + ficaram estáveis e o NWPU-30B instável após o período avaliado.
Os filmes de poliuretano puro (WPU) e os nanocompósitos (NWPUs) foram vazados em moldes de Teflon®, com secagem em temperatura ambiente por sete dias e por 24 h, em estufa a 60°C. As características de formação dos filmes foram avaliadas visualmente. Depois de desmoldados, os filmes foram caracterizados.
As micrografias dos nanocompósitos foram feitas com a técnica BEI (elétrons retroespalhados), que além de fornecer imagens de contrastes em função do relevo, obtêm-se imagens da composição (contraste em função do número atômico dos elementos presentes na amostra). A Figura 1 (A) referente ao NWPU-Na+ 1% apresentou uma melhor esfoliação da argila na matriz de PU. A Figura 1 (B) é a micrografia gerada pela incorporação da argila organofílica que apresenta alguns tactoídes, o que é confirmado nas propriedades mecânicas obtidas, conforme Tabela: 1 (ARAÚJO et al., 2006). O comportamento mecânico, avaliado pelo ensaio de resistência a tração confirmou a maior resistência mecânica de ambas as formulações, em especial daquela com argila hidrofílica. O desempenho do NWPU-30B com a argila organofilica pode ser justificado pela menor dispersão da mesma, conforme foi sugerido nas micrografias e macroscopicamente na instabilidade da dispersão após 7 dias.
CONCLUSÕES: CONCLUSÃO: A partir dos testes realizados, o método de síntese para obtenção de nanocompósitos à base de argila hidrofílica mostrou-se mais eficaz do que a metodologia empregada para argila organofílica. As micrografias obtidas sugerem uma intercalação/esfoliação do WPU nas camadas do silicato, o que pode ser confirmado com a avaliação mecânica, que mostrou um melhor desempenho do NWPU-Na+ e um desempenho inferior o NWPU-30B que pode ser justificado pela formação de tactoídes.
AGRADECIMENTOS: AGRADECIMENTOS: As autoras agradecem ao CNPq e à FAPERJ, pelo suporte financeiro e às empresas Dow Química, à antiga Petroflex Indústria e Comércio, à Resinac,
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: ARAÚJO, E. M.; MELO, de T. J. A.; OLIVEIRA, de A. D.; ARAÚJO, de H. L.; ARAÚJO, K. D., BARBOSA, R.. Polímeros: Ciência e Tecnologia. 16, p. 38, 2006. CHENG-YANG, Y.W. et al. Polymer, v.48, p. 2969-2979, 2007 COUTINHO, F. M. B.; DELPECH, M. C.; GARCIA M. E. F. Polímeros: Ciência e Tecnologia. 2004, 14, 230. GARCIA, C. P.; DELPECH, M. C.; COUTINHO, F. M. B. In Anais do XI Encontro da SBQ-Rio, Rio de Janeiro, 2007, v. único, P51. LAGALY, G.; REESE, M.; ABEND, S. Applied Clay Science. 1999, 14, 83. XIONG, J. et al. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing., 38, 132-137, 2007.
