Filme à base de nanocompósito de polietileno de baixa densidade e argila organofílica

Abstract

O avanço tecnológico está associado ao aperfeiçoamento das propriedades dos materiais existentes e ao desenvolvimento de novos materiais que possuam melhores desempenhos estruturais e funcionais. Dessa forma, muitas tecnologias do nosso dia-dia não seriam viáveis sem a participação dos novos materiais. Uma das melhores manifestações deste processo de desenvolvimento são os materiais compósitos. Este trabalho visou o estudo e preparação de nanocompósitos de polietileno de baixa densidade incorporado com argila montmorilonita em diferentes concentrações e diferentes fontes de argilas (cloisite 20 A e cloisite 93 A). Os filmes foram processados pela técnica de intercalação do fundido em extrusora dupla rosca, com quatro zonas de aquecimento a 175, 185, 190 e 190 oC. Os nanocompósitos foram preparados em câmara de mistura com 2 tipos de argila em diferentes concentrações (0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5 e 4,5% m/m). Os nanocompósitos foram misturados por 7 minutos, a 190 oC e 80 rpm no misturador com capacidade de 50 g por batelada e, em seguida, foram prensados e cortados para posterior extrusão em extrusora mono rosca. Os filmes nanocompósitos obtidos foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), análise termogravimétrica (TGA) e reologia. Os estudos evidenciaram a formação de nanocompósitos com uma boa dispersão e esfoliamento, principalmente em concentração de argila inferior a 3,5%. As análises de DRX mostraram um acentuado aumento da distância basal com o aumento da concentração de argila, porém nas concentrações de 3,5 e 4,5%, esta distância diminuiu, indicando que houve uma boa dispersão da argila nas pequenas concentrações. As micrografias de MEV apresentaram morfologia de bastonetes, a qual sugere uma esfoliação e intercalação nas concentrações de 1,5 e 2,5%; já na concentração de 4,5%, a morfologia da superfície das amostras evidenciou aglomerado, indicando uma dificuldade de dispersão. As análises de FT-IR e MFA corroboraram os resultados de DRX e MEV, pois também permitiram observar melhor interação da argila montmorilonita com o polietileno nas menores concentrações. As análises de TGA mostraram um aumento considerável da temperatura de decomposição térmica com as concentrações de argilas incorporadas na matriz polimérica. Nos ensaios reológicos foi possível determinar a melhor característica do material para a incorporação de argila no PE.

Technological advances are associated with the improvement of the properties of existing materials and the development of new materials that provide superior structural and functional performances. Thus, many technologies used in a daily basis would not be feasible without the input of novel materials. A good example of such development is composites. The present work aimed to elaborate and characterize a low density polyethylene (LDPE)-based nanocomposite films incorporated with montmorillonite clay (MMT) in different concentrations and types (Cloisite 20 A and Cloisite 93 A). The films were processed by the melt intercalation technique in a twin screw extruder set to present four heating zones (175, 185, 190 and 190 °C). The nanocomposites were prepared in a mixing chamber with two different types of clay and concentrations (0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 3.5 and 4.5% w/w). The nanocomposites were mixed for 7 minutes at 190 °C and 80 rpm in the chamber capable of mixing 50 g per batch and then were pressed and cut for subsequent extrusion in a single screw extruder. The nanocomposite films were characterized by X-ray diffraction (XRD), absorption spectroscopy in the infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), thermogravimetric analysis (TGA) and rheology. The tests led to the formation of nanocomposites with good dispersion and exfoliation, especially in concentrations of clay lower than 3.5%. XRD showed a marked increase in the basal spacing with increasing clay concentration, but at concentrations of 3.5 and 4.5% this distance decreased, indicating that there was a good dispersion of the clay for small concentrations. Micrographs showed rod morphology, suggesting exfoliation and intercalation in concentrations of 1.5 and 2.5%, whereas at a concentration of 4.5%, the surface morphology of the samples showed agglomeration, implying hampered dispersion. FTIR and AFM analyses corroborate the results of XRD and SEM, as also indicated better interaction of MMT with LDPE in low clay concentrations. TGA analysis showed a remarkable increase in the thermal decomposition temperature after clay was incorporated in the polymeric matrix. Rheological tests were unable to determine the best characteristic of the material as to the incorporation of clay into LDPE.