Avaliação da Incorporação de Argilas Organofílicas em PET de Baixa
Massa Molar com Posterior Processo de Pós-Condensação no Estado
Sólido.
D. V. A. Chiaretti1, S. A. Cruz1
1
Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas, Universidade Federal do ABC, Santo André, São Paulo,
Brasil.
Nanocompósitos poliméricos compõe uma nova classe de materiais. Suas propriedades finais são muito superiores as dos
compósitos convencionais ou polímeros puros. É interessante utilizar nanocargas como aditivos em polímeros, pois melhoram muitas
propriedades físicas do material, fazendo com que ele possua uma maior gama de aplicações. A incorporação e esfoliação da argila é
um dos grandes desafios na confecção de nanocompósitos poliméricos e a massa molar do polímero atua como fator primordial. O PET
é um polímero que se tornou comercialmente importante graças as suas propriedades de barreira, resistência mecânica, podendo ser
utilizado, principalmente no transporte e armazenamento de bebidas carbonatadas. Durante o processo de polimerização o polímero é
submetido a um processo denominado pós-condensação no estado sólido (SSP), cuja finalidade é aumentar a massa molar. Neste
trabalho foi estudada a incorporação de nanocargas de argila organofílica em PET de baixa massa molar. Após essa etapa, foi
realizado o processo de SSP, para que a massa molar do nanocompósito polimérico aumentasse. Foi avaliada a influência da nanocarga
no processo de SSP e verificadas as propriedades finais do material.
Palavras-chave: 1.Poli (tereftalato de etileno) 2.Esfoliação 3. Nanocompósitos 4. Processo de pós-condensação no estado sólido.
I. INTRODUÇÃO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1) Nanocompósitos Poliméricos
Os avanços em diversas áreas, como por exemplo,
automobilística, eletroeletrônica, farmacêutica, comunicação,
construção civil, vem acompanhado pelo desenvolvimento de
novos materiais. Cada vez mais novos tipos e classes de
materiais são lançados no mercado, e estes, por sua vez,
substituem os anteriores, e geram maior conforto às pessoas,
maior funcionalidade aos aparelhos eletrônicos, etc. Uma nova
classe de materiais, que tem sido amplamente estudada é a de
nanocompósitos poliméricos.
Nanocompósito polimérico é a junção de dois tipos
de materiais. Um deles é o polimérico, e o outro, em escala
nanométrica, pode ser uma cerâmica ou metal. A carga
dispersa na matriz polimérica do compósito tem, em pelo
menos uma de suas dimensões, medidas iguais ou menores
que 100 nm. Esse tamanho determina muitas melhorias nas
propriedades do material, em relação aos compósitos
poliméricos convencionais [1,2].
Figura 1.1 – Demonstração de diferentes cargas em nanoescala
[1].
A maior diferença entre os compósitos poliméricos e
os nanocompósitos encontra-se no tamanho da carga. Por
serem muito pequenas, grandes regiões interfaciais são
formadas por elas. Essas regiões são aquelas onde ocorre a
interação entre a carga e o polímero, logo são elas que
determinam as propriedades do material. Assim, as
propriedades finais dos nanocompósitos estão diretamente
relacionadas com o tamanho da carga e com o controle das
regiões interfaciais carga-matriz polimérica. Além de
dependerem das propriedades individuais dos componentes e
composição, do grau de interação entre fases, da razão de
aspecto e porosidade da carga [1,3].
2) O Poli(tereftalato de etileno)
O poli (tereftalato de etileno) (PET) é um
termoplástico de engenharia que apresenta boas propriedades,
como por exemplo, alta resistência mecânica, boa tenacidade e
estabilidade dimensional, boa resistência química, alta
transparência. O seu custo é relativamente barato e uma vasta
gama de aplicações é atribuída a ele. Dentre essas aplicações,
destaca-se seu uso como embalagens de produtos alimentícios,
farmacêuticos e cosméticos e na indústria automotiva [4,5,6].
O uso de PET para as mais diversas finalidades é
muito interessante, pois além das boas propriedades
apresentadas, ele é 100% reciclável e sua composição química
não libera produtos químicos tóxicos [7].
3) Confecção de Nanocompósitos Poliméricos
Quando se trata de nanocompósitos, a carga se encontra em
escala nanométrica. Um problema inicial na confecção deles é
a dispersão da carga adicionada na matriz. A Figura 3.1
mostra as possíveis dispersões para cargas na matriz
polimérica. A Figura 3.1 (d) representa o desejável na
distribuição e dispersão das cargas.
O processo de incorporação da nanocarga na matriz
polimérica foi realizado em extrusora dupla rosca co-rotante
na da Krupp, Werner & Pfleiderer, na empresa Cromex. Diferentes
concentrações de nanocarga foram incorporadas em amostras
de PETBMM e PETv, têm-se 1%, 3% e 5% de peso do material.
A Tabela 01, mostra as diferentes amostras obtidas a partir do
processo de extrusão.
Tabela 01 - Diferentes amostras utilizadas no trabalho.
Figura 3.1 – Diferentes tipos de distribuição e dispersão da
carga [1].
Em nanocompósitos argila/polímero, é necessário
modificar a argila antes de adicionar à matriz polimérica e,
para que haja uma boa dispersão e adesão entre os
componentes. Neste trabalho, será utilizada como nanocarga a
argila 30B Cloisite, que é uma montmorillonita modificada
com um sal quaternário de amônio [1,9].
É possível gerar dois tipos de estruturas com esse tipo
de nanocompósito: a interlamelar e a esfoliada. A primeira
trata da intercalação regular de cadeias poliméricas e camadas
de argila. A segunda trata das camadas da argila esfoliadas no
polímero, sem regularidade e dispersas por toda a matriz. A
estrutura esfoliada gera propriedades finais melhores do que a
estrutura intercalada, pois possui uma maior área de contato
com a matriz [10].
4) Pós-Condensação no Estado Sólido
O processo de SSP consiste no aquecimento do
polímero a uma temperatura abaixo do seu ponto de fusão,
mas acima da temperatura de transição vítrea. A partir de
então, ocorrem reações de esterificação e transesterificação
entre os finais de cadeia ativados. Isso faz com que a massa
molar aumente [8,12,13].
Na reação de esterificação, ocorre a ligação de grupos
finais carboxílicos com grupos finais hidroxílicos, assim,
moléculas de água são liberadas como subprodutos. A
remoção dos subprodutos ocorre a partir de vácuo ou de fluxo
de gás inerte, ou a partir de uma combinação dos dois. As
reações citadas acima são facilitadas por essa remoção [8,11].
II. PARTE EXPERIMENTAL
1) Materiais
Neste trabalho, foram utilizadas dois tipos de resinas de poli
(tereftalato de etileno). Elas são a resina PET virgem (PET v),
utilizada na confecção de embalagens para bebidas
carbonatadas, apresentando VI de
dL/g (ASTM
D4603-03), densidade de 1,39 à 1,41 g/cm³ e ponto de fusão
em 254 5ºC, e a resina de PET de baixa massa molar
(PETBMM), não comercial (antes de passar pelo processo de
pós-condensação no estado sólido) com VI de 0,60 dL/g.
Ambas fornecidas pela empresa Mossi & Ghisolph.
PETV
PETV1
PETV3
PETV5
PETBMM
PETBMM1
PETBMM3
PETBMM5
PET Virgem, extrusado, sem incorporação de
nanocarga.
PET Virgem, extrusado, 1% incorporação de
nanocarga.
PET Virgem, extrusado, 3% incorporação da
nanocarga
PET Virgem, extrusado, 5% incorporação da
nanocarga
PET de baixa massa molar, extrusado, sem
incorporação.
PET de baixa massa molar, extrusado, 1%
incorporação de nanocarga.
PET de baixa massa molar, extrusado, 3%
incorporação de nanocarga.
PET de baixa massa molar, extrusado, 5%
incorporação de nanocarga.
2.2) Pós-Condensação no Estado Sólido
A pós-condensação no estado sólido foi realizada em
estufa a vácuo. Cada amostra apresentada na Tabela 01 foi
submetida a diferentes tempos de encubação na estufa: 0
horas, 5 horas, 10 horas e 15 horas. O peso de cada amostra
foi de 750g. Nos primeiros trinta minutos de cada processo, a
temperatura da estufa estava a 170ºC. Após este período,
aumentou-se a temperatura para 220ºC. O vácuo utilizado foi
de aproximadamente 680 mmHg.
III. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os experimentos que possibilitam a verificação do
aumento da massa molar no processo de pós-condensação no
estado sólido e da influência da nanocarga neste processo
ainda estão em andamento, por isso, ainda não foram obtidos
os resultados totais e as análises não foram concluídas.
IV. CONCLUSÃO
A conclusão do trabalho também não foi realizada,
pois os resultados e análises dos experimentos ainda não estão
concluídas.
V. EXPERIMENTOS FUTUROS
2) Métodologia
2.1) Extrusão:
Estão sendo realizados experimentos de viscosidade
intrínseca, reometria capilar, afim de verificar o aumento na
massa molar do material. E será realizado o teste de
calorimetria exploratória diferencial, para
propriedades térmicas do nanocompósito.
verificar
as
poly(ethylene terephthalate) (PET) nanocomposites
as prepared by selective removal of organic modifiers
of layered silicate, Polymer degradation and
VI. AGRADECIMENTOS
stability, v.93, p. 252 – 259, 2008.
À Universidade Federal do ABC, pela oportunidade
de desenvolver um projeto de iniciação científica no primeiro
ano do curso.
À Profª. Drª. Sandra Andrea Cruz, por me orientar
tão bem no projeto e me proporcionar um aprendizado e
desenvolvimento tão grande neste período.
11. ACHILIAS,
D.
S.,
BIKIARIS,
D.
N.,
KARAVELIDIS, V., KARAYANNIDIS, G. P.,
Effect
of
silica
polymerization
nanoparticles
of
on
poly(ethylene
solid
state
terephthalate),
European Polymer Journal, v.44, p. 3096 – 3107,
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2008.
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isophthalic
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