Universidade Presbiteriana Mackenzie
SÍNTESE DE PSEUDOBOEMITAS OBTIDAS PELO PROCESSO SOL-GEL E
TRATADAS COM OCTADECILAMINA E SUA INCORPORAÇÃO EM
POLIMERIZAÇÃO IN SITU PARA A OBTENÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS
ANTICHAMAS DE PMMA
Mateus Nogueira de Melo (IC) e Leila Miranda de Figueiredo (Orientadora)
Apoio: PIBIC Mackenzie
Resumo
O interesse e desenvolvimento da nanotecnologia, nas últimas décadas, levaram a um crescimento
na área de nanocompósitos devido às propriedades especiais apresentadas por estes materiais. Os
nanocompósitos além de poderem apresentar propriedades equivalentes à dos compósitos
tradicionais podem também exibir propriedades ópticas, elétricas e magnéticas únicas, representando
um grande passo na otimização dos materiais, uma vez que estendem as potencialidades dos seus
componentes individuais, combinando-os de forma a obter, produtos com propriedades de
engenharia mais avançadas. O poli(metacrilato de metila), PMMA, comparado com outros polímeros,
é um material com ponto de fusão elevado (aproximadamente 140ºC), sendo utilizado em painéis
luminosos entre outras aplicações. Este trabalho teve como objetivo obter um nanocompósito a base
de PMMA contendo nanopartículas de psudoboemita (PSB), obtidas pelo processo sol-gel, visando
aumentar a resistência térmica do PMMA e torná-lo um material com propriedades antichamas. Para
criar uma boa interação entre o material orgânico e o inorgânico, a superfície da PSB foi previamente
tratada com octadecilamina e, posteriormente, incorporada ao PMMA (em polimerização in situ) nas
proporções de 0, 3, 5 e 10% em massa. Foi estudado o rendimento das diferentes sínteses e os
compostos obtidos foram caracterizados por meio de análises térmicas (termogravimétrica/TG e
análise termogravimétrica/DTA). Observou-se que a incorporação da pseudoboemita tratada (PSBT)
ao PMMA aumentou as propriedades térmicas, enquanto a velocidade e a conversão da reação de
polimerização diminuíram.
Palavras-chave: nanocompósito, PMMA, pseudoboemita
Abstract
The interest and development of nanotechnology in recent decades have led to a growth in the area of
nanocomposites due to special properties presented by these materials. Nanocomposites can also
present equivalent properties to traditional composites and may also exhibit optical, electric and
magnetic properties, representing a major step in the materials optimization since that extend the
capabilities of its individual components, combing them so to obtain products with more advanced
engineering properties. Poly (methyl methacrylate), PMMA, compared with other polymers, is a
material with high melting point (about 140 º C), being used in neon signs and other applications. This
study aimed to obtain a PMMA based nanocomposites containing nanoparticles pseudoboehmite
(PSB), obtained by the sol-gel, to increase the heat resistance of PMMA and make it a material with
flame retardant properties. To create a good interaction between the organic and inorganic material,
the surface of PSB was previously treated with octadecilamina and subsequently incorporated into the
PMMA (in situ polymerization) in the concentrations of 0, 3, 5 and 10w%. It was studied the
performance of the various syntheses and compounds were characterized by thermal analysis
(thermogravimetry-TG and differential thermoanalyses-DTA). It was observed that the incorporation of
1
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
pseudoboehmite treated (PSBT) to PMMA increased the thermal properties, while the speed and the
conversion of the reaction decreased.
Key-words: nanocomposite, PMMA, pseudoboehmite
2
Universidade Presbiteriana Mackenzie
1 INTRODUÇÃO
O aperfeiçoamento ou mesmo o desenvolvimento de novos materiais são
impulsionados pelos limites de aplicação dos materiais tradicionais. Os avanços dos
materiais tradicionais e o surgimento de novos materiais, como os polímeros, por exemplo,
ampliaram significativamente as possibilidades de desenvolvimento de materiais compósitos
(REINHART; CLEMENTS, 1987)
Uma variedade de materiais inorgânicos tem sido usada com sucesso como cargas
ou agentes de reforço para melhorar a rigidez e a resistência mecânica de polímeros. O
aumento das propriedades conferidas por estes materiais depende de muitos fatores
incluindo área superficial, características geométricas e estruturais do reforço, a razão de
aspecto do reforço, seu grau de dispersão e orientação na matriz, a adesão na interface
matriz-reforço entre outros.
Compósitos poliméricos reforçados com materiais inorgânicos especiais são de
grande interesse devido a suas aplicações em indústrias automobilísticas, indústrias dos
setores elétricos e eletrônicos. O emprego de compósitos reforçados com materiais
inorgânicos não apenas podem oferecer uma alternativa para melhorar as propriedades
físicas dos materiais, como as suas propriedades mecânicas, resistência térmica e
resistência a agentes químicos, mas também podem fornecer materiais de alto desempenho
a um custo relativamente baixo (YANG; OU; YU, 1998).
Devido a uma alta quantidade de reforços (20 a 30% em massa) necessária para
alcançar as propriedades mecânicas desejadas nos compósitos poliméricos convencionais
pode trazer desvantagens nas propriedades finais do compósito, como o aumento da
densidade e mesmo um decréscimo na tenacidade do produto quando não há uma compatibilidade interfacial adequada entre o polímero e o reforço. Além disso, a maioria das vezes
pode aumentar a dificuldade na processabilidade do material e na dispersão do reforço
inorgânico na matriz polimérica (MATTHEWS; RAWLINGS 1994).
O interesse e desenvolvimento da nanotecnologia, nas últimas décadas, levaram a
um crescimento na área de nanocompósitos devido às propriedades especiais apresentadas
por estes materiais. Os nanocompósitos além de poderem apresentar propriedades
equivalentes à dos compósitos tradicionais podem também exibir propriedades ópticas,
elétricas e magnéticas únicas, representando um grande passo na otimização dos materiais,
uma vez que estendem as potencialidades dos seus componentes individuais, combinandoos de forma a obter, produtos com propriedades de engenharia mais avançadas
(ALEXANDRE; DUBOIS, 2000).
3
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Os nanocompósitos, com o teor de reforço na ordem de 2 a 10%, podem apresentar
significantes melhorias nas propriedades em relação às propriedades dos polímeros virgens.
As melhorias incluem: propriedades mecânicas, (tais como, tração, módulo, resistência à
fratura), propriedades de barreira (tais como a permeabilidade e resistência a solventes),
propriedades ópticas e condutividade iônica.
Esta vantagem de adição de menor teor de reforço apresenta implicações
significantes, pois níveis mais baixos de reforços contribuem para produção de
componentes mais leves que é um fator desejável em muitas aplicações, especialmente em
transportes onde a eficiência de uso de combustível é bastante importante. Além disso, são
também importantes para aplicações onde são toleradas pequenas perdas nas propriedades
das matrizes, como por exemplo, ductilidade e resistência ao impacto (ZHONG; ZHU;
WANG, 2004).
Outras
propriedades
interessantes
normalmente
apresentadas
pelos
nanocompósitos poliméricos incluem o aumento da estabilidade térmica e a habilidade para
promover retardância a chama em níveis muito baixos de reforço. A formação de uma
camada de cinzas a partir da degradação dos polímeros durante a combustão é responsável
pela melhoria destas propriedades.
Os nanocompósitos de poliméricos mais conhecidos são os obtidos com silicatos e
tem se tornado uma área importante de pesquisa de compósitos poliméricos.
Em função da característica dos sistemas polímeros orgânicos/materiais inorgânicos
como argila, geralmente não apresentarem uma boa interação entre as diferentes fases têmse buscado uma solução para este problema através de tratamentos prévios de superfícies
das argilas com modificadores orgânicos ou investigando-se outros materiais visando uma
boa dispersão do sistema e uma otimização no desempenho final (ESTEVES; TIMMONS;
TRINDADE, 2004; RAY; OKAMOTO, 2003).
Visando uma melhor interação do reforço inorgânico com os polímeros orgânicos,
tem-se neutralizado as cargas com íons de alquilamônio, visando a produção de um
composto organofílico. Estes íons alquilamônio permitem reduzir a energia superficial do
reforço, melhorando a sua molhabilidade com a matriz polimérica além de facilitar a
penetração das moléculas orgânicas entre as camadas do reforço ( BARBOSA, R. ET AL.,
2006).
Uma das vantagens dos nanocompósitos poliméricos em relação aos compósitos
convencionais é que os nanocompósitos podem apresentar propriedades mecânicas e
térmicas similares ou superiores aos compósitos convencionais mesmo utilizando uma
pequena quantidade do composto inorgânico. O sucesso na obtenção de tal desempenho
4
Universidade Presbiteriana Mackenzie
consiste na habilidade em dispersar, individualmente, as camadas do material inorgânico,
com alto fator de forma, dentro da matriz polimérica (ESTEVES; TIMMONS; TRINDADE,
2004).
Entre as características necessárias aos materiais inorgânicos utilizados como
reforço estão a alta razão de aspecto e a possibilidade de intercalação/esfoliação das
camadas do material na matriz polimérica, levando a produção de uma matriz polimérica
com um grande número de partículas finamente dispersas (aproximadamente 1 µm de
dimensões laterais) na matriz polimérica. Desta forma, silicatos como a montmorilonita
(MMT), hectorita e saponita têm recebido uma grande atenção nas últimas décadas, como
materiais reforçantes para polímeros (SOUZA, M. A.; RODOLFO Jr., 2006).
A produção de nanocompósitos poliméricos pode ser realizada basicamente de três
formas: através de polimerização in situ, em solução e através de preparação no estado
fundido ou melt blending.
A polimerização in situ foi a primeira estratégia usada para produzir nanocompósitos
de polímero/ argila. É similar ao método de solução, exceto que no lugar do solvente é
utilizado um monômero como meio para dispersão do reforço. Portanto, o reforço incha no
monômero e ocorre a sua esfoliação. As reações de polimerização ocorrem entre as
camadas de polaridade mais baixas das moléculas intercaladas e deslocam o equilíbrio. Isto
permite que novas espécies polares se difundam entre as camadas para progressivamente
esfoliar o reforço (VAIA; TEUKOLSKY; GIANNELIS, 1999).
O processo de intercalação a partir do estado fundido, também conhecido por melt
blending, tem sido estudado por diversos autores nas últimas décadas (KORNMANN;
LINDBERG; BERLUND, 2001). Neste processo os nanocompósitos de termoplásticos
resultantes podem ser processados pelos métodos convencionais, tais como, extrusão e
moldagem por injeção. Apesar das vantagens de se obter nanocompósitos por intercalação
no estado fundido como a não necessidade de uso de solventes orgânicos e da minimização
dos custos a obtenção de nanocompósitos in situ produz um material com características
superiores.
A preparação de nanocompósitos de matriz polimérica é abordada segundo três
estratégias principais: mistura simples dos componentes, síntese das nanopartículas in situ
e polimerização da matriz in situ. O Desenho 1 apresenta um esquema dos 3 tipos de
preparação de nanocompósitos.
5
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Desenho 1- Esquema dos 3 tipos de preparação de nanocompósitos. (ESTEVES et al, 2004).
A intercalação consiste na inserção de um dos componentes na estrutura do outro e
pode ser aplicada de diferentes formas: na inserção do polímero em espaços vazios da
estrutura do sólido inorgânico, considerando-se a mistura simples (estratégia I); se os
monômeros forem intercalados e posteriormente polimerizados considerando-se a
polimerização in situ (estratégia III) (ESTEVES et al, 2004).
Na síntese de nanocompósitos busca-se uma distribuição uniforme das cargas na
matriz polimérica e uma boa adesão na interface dos dois componentes. Apesar do método
de mistura simples fornecer bons resultados e ser uma forma expedita e econômica de
preparar materiais compósitos, a tendência é cada vez maior no sentido de preparar
nanocompósitos com uma composição e microestrutura controlada. Os processos que
envolvem a polimerização in situ, ou alternativamente, a síntese das cargas in situ, permitem
um controle da escala molecular sobre estes aspectos, tendo por isso vindo a ganhar um
papel de destaque nesta área (ESTEVES et al, 2004).
Têm sido descritas na literatura variações no comportamento térmico e mecânico de
vários tipos de polímeros, resultantes da inserção de partículas com dimensões
nanométricas em matrizes poliméricas. Entre os polímeros mais usados na preparação de
nanocompósitos destacam-se as poliolefinas, os poliésteres insaturados, as resinas epóxi,
as poliamidas e poliimidas, utilizadas, principalmente, para a fabricação de materiais com
características retardadoras de chama (ESTEVES et al., 2004).
O estudo de nanocompósitos com incorporação de argilas organofílicas em
polímeros tem aumentado consideravelmente nesses últimos anos. Isto pelo fato de material
modificado causar uma melhoria nas propriedades mecânicas, nas propriedades de barreira,
apresentar uma menor absorção de água e ser retardante de chama.
6
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Este projeto visa obtenção de nanocompósitos antichamas de PMMA com
pseudoboemita, uma vez que o Grupo de Pesquisa de Engenharia de Materiais da Escola
de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie sintetizou pseudoboemitas pelo
processo sol-gel (PROJETO MACPESQUISA 2006-2007), tendo como um dos objetivos de
incorporá-las em nanocompósitos.
As pseudoboemitas foram obtidas pelo processo sol-gel partindo de nitrato de
alumínio e hidróxido de amônio como precursores.
Inicialmente pretende-se caracterizar a pseudoboemita obtida através da área
específica; microscopia eletrônica de varredura para analisar a morfologia das partículas
obtidas; análises térmicas (TG, DSC) para analisar as transformações endotérmicas e
exotérmicas em função da temperatura e espectroscopia de absorção na região do
infravermelho.
A seguir serão feitas polimerizações em suspensão do poli(metacrilato de metila)
juntamente com a pseudoboemita obtida pelo processo sol-gel. Nesta polimerização será
incorporada a pseudoboemita formando o nanocompósito de poli(metacrilato de metila)
(PMMA-Psb).
O objetivo central deste projeto é o de obter nanocompósitos de PMMA,
incorporando pseudoboemita e testar as propriedades antichamas do nanocompósito
formado para aplicações ponteciais destes materiais organofílicos modificados que exijam
estas propriedades.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 MATERIAIS
A Tabela 1 apresenta os materiais utilizados no trabalho, as características e o seu
fornecedor.
7
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Tabela 1 – Materiais utilizados.
MATERIAL
Álcool polivinílico
CARACTERÍSTICAS
- (C2H4O)n
FORNECEDOR
Dinâmica
- pH (4%) = 4,5-7
Nitrato de alumínio
Hidróxido de Amônio
- Nitrato de Alumínio P.A. Nonahidratado
- Al(NO3)3.9H20
- M.M. = 375,13 g/mol
- NH4OH
Vetec
Merck
- M.M. = 35,05 g/mol
- Teor de NH3 = 28-30%
Octadecilamina
- CH3(CH2)17NH2
Sigma - Aldrich
- M.M. = 269,51 g/mol
Peróxido de Benzoíla
- C14H10O4
Fluka - Chemika
- M.M. = 242,23 g/mol
- Explosivo
Hidroquinona
- C6H6O2
Casa Americana
- M.M. = 110,11 g/mol
MMA
- CH2=C(CH3)COOCH3
Merck
- M.M. = 100,12 g/mol
- Densidade = 0,945 g/cm³
- Inflamável
Etanol
- Álcool Etílico Absoluto 99,5% PA
Casa Americana
- C2H5OH
- M.M. = 46,07 g/mol
Ácido Clorídrico
- Ácido clorídrico fumante 37%
Merck
- HCl
- M.M. = 36,5 g/mol
Metanol
- CH3OH
Casa Americana
- M.M. = 32,04 g/mol
8
Universidade Presbiteriana Mackenzie
2.2 MÉTODOS
3.2.1 Síntese da pseudoboemita
A pseudoboemita foi obtida a partir de uma solução aquosa de nitrato de alumínio
(Al(NO3)3.9H2O, solução aquosa de hidróxido de amônio (NH4OH) e álcool polivinílico
(MACEDO et al, 2006).
A pseudoboemita foi sintetizada tendo como precursor a solução de nitrato de
alumínio, acrescido da solução de álcool polivinílico. O PVAL (32g) foi solubilizado com água
(368 g de água) por agitador magnético por meia-hora (Fotografia 1).
Após a solubilização do PVAL, o mesmo foi adicionado a uma solução aquosa de
nitrato de alumínio. O precursor, obtido pela mistura da solução de nitrato de alumínio com a
solução de álcool polivinílico, foi utilizado na obtenção de pseudoboemita, gotejando a
solução precursora em uma solução de hidróxido de amônio (NH4OH) em água (28pp%),
(Fotografia 2).
A solução de hidróxido de amônio foi mantida em um banho termostático resfriado a
- 9ºC. A precipitação à baixa temperatura facilita na etapa posterior de filtração e lavagem do
produto obtido.
O gotejamento lento da solução de nitrato de alumínio garante a formação da
pseudoboemita (Fotografia 3). A solução de álcool polivinílico foi utilizada para aumentar a
viscosidade da solução de nitrato de alumínio.
Não foi recomendada a homogeneização da pseudoboemita enquanto precipitada,
para não dificultar a lavagem posterior para a eliminação do amônio; e a Fotografia 4
apresenta o produto obtido ao término do experimento.
O pH final da obtenção de pseudoboemita foi de 9 a 10. A temperatura inicial da
precipitação total da pseudoboemita foi de 13 °C.
9
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Fotografia 1 - PVAL+ H2O
Fotografia 2 - Precipitação de formação de pseudoboemita
10
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Fotografia 3 - Precipitação de formação de pseudoboemita
Fotografia 4 - Precipitação total Al(NO3)3
11
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Após a precipitação o produto foi filtrado em um funil de Buchner (Fotografia 5) e
lavado com água destilada até pH neutro, para a retirada de eventuais sobras de amônio.
Fotografia 5 - Filtração e lavagem da pseudoboemita
Após lavagem com água, o produto foi lavado no próprio funil de Buchner com o
solvente (acetona) para evitar a formação de aglomerados (MOHALLEM, 2008).
3.2.1.1 Tratamento da pseudoboemita com octadecilamina
Para tratar a pseudoboemita superficialmente, foi usada a octadecilamina. Para a
preparação da pseudoboemita tratada com octadecilamina foi adotado o procedimento
realizado por Botelho (2006).
A pseudoboemita modificada foi obtida pela troca catiônica parcial do Al+3 com os
radicais
orgânicos
da octadecilamina.
O composto utilizado na
modificação da
pseudoboemita possui grupos de hidrocarbonetos de cadeia longa, ligados diretamente a
um átomo de nitrogênio que é onde se situa a parte catiônica da molécula. Ao adicionar
esse composto às dispersões aquosas de pseudoboemita, esses cátions orgânicos
substituem os cátions de alumínio. Desta forma, as longas cadeias de hidrocarbonetos livres
se fixarão entre as camadas da pseudoboemita, fazendo com que a nova estrutura formada
se torne parcialmente hidrofóbica (VAIA et al, 1994).
Para o tratamento da pseudoboemita foi preparada uma solução de etanol em água
a 50% em massa por aquecimento até 80°C. Posteriormente o pH da solução foi ajustado
com ácido clorídrico diluído (10% em volume) até pH igual a 3,0.
12
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Posteriormente, a octadecilamina foi adicionada (1,25% em massa) sendo mantida
agitação manual com um bastão de vidro até sua completa dissolução. A seguir foi
adicionada a pseudoboemita e a solução foi mantida em agitação (agitador magnético) por 2
horas. Após a agitação o produto foi guardado em um béquer e conservado a baixas
temperaturas.
3.2.2 Amostras obtidas
Foram obtidos 4 tipos de compostos de PMMA/Pseudoboemita tratada. A Tabela 2
apresenta a carga dos compostos obtidos.
Tabela 2 – Composição dos compostos obtidos (porcentagem em massa).
PMMA
PSBT
(% massa)
(% massa)
Composto 1
100
0
Composto 2
97
3
Composto 3
95
5
Composto 4
90
10
Composto 5
85
15
Compostos Obtidos
Para cada composição foram realizadas 3 sínteses (corridas), de modo a obter-se
um rendimento médio.
Em todas as sínteses (corridas) foram utilizados 0,2g de peróxido de benzoíla como
iniciador da reação de polimerização, 100 mL de solução aquosa a 3% de álcool polivinílico
e 4 a 6 gotas de Hidroquinona (10% em volume) como inibidor da reação com a finalidade
de parar a reação de polimerização após o tempo estipulado.
A reação de polimerização do PMMA puro foi realizada colocando 100 mL de
solução a 3% de PVAL em frasco de rolha esmerilhada e adicionando 20 mL (18,9g) do
monômero metacrilato de metila (MMA), no qual foram dissolvidos 0,2g de peróxido de
Benzoíla. O Frasco foi cuidadosamente arrolhado, e a rolha foi prendida no frasco por meio
de arame. O frasco foi agitado 30 minutos em uma mesa agitadora. Após a agitação, o
frasco foi mantido em banho-maria a 80°C por quatro horas. Decorrido o tempo estipulado, o
13
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
frasco foi cuidadosamente retirado do banho e resfriado em água corrente antes de ser
aberto. A seguir foram gotejadas de 4 a 6 gotas de hidroquinona (10% em volume) para
parar a reação de polimerização.
Após a reação o frasco foi mantido 24h em geladeira e a seguir o produto obtido foi
filtrado em um funil de Buchner e lavado com 100 mL de água destilada e 100 mL de
metanol.
Para obter os demais compostos contendo PSBT o processo foi o mesmo, sendo adicionado
ao meio reacional a PBST nas diferentes concentrações.
3.3 CARACTERIZAÇÃO DOS COMPOSTOS OBTIDOS
3.3.1 Rendimento da reação
A reação de obtenção do PMMA foi obtida através da Equação E1:
CH3
CH3
CH2 = C
COOCH3
CH3
CH2 - C - CH2 - C
COOCH3
(E1)
COOCH3
n
O rendimento da reação de obtenção dos compostos obtidos foram determinados por
meio da Equação E2.
Rendimento =
Massa composto
x 100
(E2)
(MassaMMA + MassaPSBT)
3.3.2 Análise térmica
A Análise Térmica consiste em um grupo de técnicas e métodos nas quais uma
propriedade física da substância é medida como função da temperatura enquanto esta
substância é submetida a um programa controlado de temperatura.
14
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Há diferentes métodos térmicos para a caracterização de polímeros, como a
Termogravimetria, Análise Diferencial Térmica (DTA) e Calorimetria Diferencial de Varredura
(DSC). Eles se diferenciam pelo tipo de instrumentos utilizados e de informação que se
obtém.
A Termogravimetria é um método que analisa a massa da amostra enquanto ela
decresce em função do aumento de temperatura.
No DSC é a diferença de temperaturas entre a amostra e o material de referência é
registrada em função da temperatura do sistema, à medida que a amostra é aquecida ou
resfriada, a uma velocidade constante.
O DTA é uma técnica térmica onde a temperatura da amostra é registrada em função
do tempo e é comparada à temperatura de um material inerte sujeito às mesmas condições
de temperatura do sistema.
No presente trabalho, as técnicas utilizadas foram a Termogravimetria (TG) e a
Análise Diferencial Térmica (DTA), para isso, foi utilizado um equipamento Netzsch
Thermische Analyse modelo STA 409.
15
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 ANÁLISE VISUAL
Fotografias 6 a 9 mostram os compostos obtidos.
Fotografia 6 – Composto 1: PMMA puro sem adição de PSBT.
Fotografia 7 – Composto 2: PMMA contendo 3% PSBT.
Fotografia 8 – Composto 3: PMMA contendo 5% PSBT.
16
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Fotografia 9 – Composto 3: PMMA contendo 10% PSBT.
Por meio dos resultados obtidos observa-se que:
- Os compostos foram obtidos na forma de pérolas, com exceção do composto 5 que não
houve polimerização;
- Quanto maior a concentração de PSBT no composto menores foram as pérolas formadas;
- Em todos compostos obtidos observou-se que houve uma boa homogeneização da PSBT.
4.2 RENDIMENTO
A Tabela 3 apresenta o rendimento obtido.
Tabela 3 – Rendimento e desvio padrão reação de obtenção dos compostos (% em massa).
Rendimento (% massa)
Amostras
Composto 1
Corrida1
Corrida 2
Corrida 3
Rendimento médio
(% massa)
81,9
84,7
92,06
86,22±5,25
8,75
15,72
25,2
16,56±8,26
14,9
11,25
14,46
13,54±1,99
6,82
10,53
8,09
8,48±1,88
0
0
0
0
(PMMA)
Composto 2
(PMMA + 3%PSBT)
Composto 3
(PMMA + 5 %PSBT)
Composto 4
(PMMA + 10 %PSBT)
Composto 4
(PMMA + 15 %PSBT)
17
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Rendimento (%)
.
100
80
60
40
20
0
Composto 1
Composto 2
Composto 3
Composto 4
Composto 5
Gráfico 1 – Rendimento da reação de obtenção dos compostos (% em massa).
Por meio da Tabela 3 e do Gráfico 1 pode-se observar que:
- Quanto maior a concentração de PSBT no composto menor a conversão do PMMA;
- A PSBT age como um inibidor da reação de polimerização do PMMA, sendo que na
concentração de 15% de PSBT no composto não houve conversão. Provavelmente, a PSBT
age como um capturador de radicais livres, impedindo que haja a reação de polimerização.
4.3 CARACTERIZAÇÃO DOS COMPOSTOS OBTIDOS
Os Gráficos 2 a 7 apresentam as análises térmicas realizadas (TG e DTA) para os
compostos obtidos.
140
C
o
Gráfico 2 – DTA do Composto 1 (PMMA
puro)
18
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Gráfico 3 – TG do Composto 1 (PMMA)
puro
160
C
o
Gráfico 4 – DTA do Composto2 (PMMA
+ 3% PSBT)
19
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Gráfico 5 – TG do Composto 2 (PMMA +
3% PSBT)
180
C
o
Gráfico 5 – DTA do Composto 3 (
PMMA + 5% PSBT)
20
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Gráfico 6 – TG do composto 3 (PMMA +
5% PSBT)
Por meio dos resultados observa-se que:
- Há um aumento da temperatura de transição vítrea Tg com o aumento da concentração de
PSBT presente nos compostos ( de 65,4oC sem PSBT, passa para 81,9oC com 3% de
PSBT, e para 106,4oC com 5% de PSBT);
Há um aumento da temperatura de fusão Tm com o aumento da concentração de PSBT
presente nos compostos ( de 140oC sem PSBT, passa para 160oC com 3% de PSBT, e para
180oC com 5% de PSBT);
- Há um decréscimo na temperatura de degradação do PMMA nos compostos (de 306,6oC
sem PSBT, passa para 300,6oC com 3% de PSBT, e para 295,8oC com 5% de PSBT).
Provavelmente, a presença da PSBT favorece a degradação do PMMA;
CONCLUSÃO
Por meio dos resultados obtidos pode-se concluir que:
- É possível obter nanocompósitos de PMMA com a incorporação de pseudoboemitas
tratadas;
- A pseudoboemita funciona como um agente inibidor da polimerização, de tal forma que
quanto maior a concentração de pseudoboemita presente, menor é o rendimento na
obtenção dos compósitos;
21
VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
- Por meio da análise térmica pode-se observar que a presença da pseudoboemita provoca
uma maior estabilidade nos compostos obtidos. O aumento é proporcional a concentração
de pseudoboemita.
- Há necessidade de novos experimentos como a aplicação da técnica do fio quente para se
estabelecer as características anti-chamas.
REFERÊNCIAS
ALEXANDRE, M.; DUBOIS, P. Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation,
properties and uses of a new class of materials. Materials Science and Engineering. v. 28 p.
1-63, 2000.
BARBOSA, R. ARAÚJO, E. M.; MAIA, L.F.; PEREIRA, O. D.; MELO, T.J.A.; ITO, E.
Morfologia de Nanocompósitos de Polietileno e Poliamida-6 Contendo Argila Nacional.
Polímeros: Ciência e Tecnologia. v. 16, n. 3, p. 246-251, 2006.
BOTELHO, K. T. Síntese de argilas organofílicas e sua incorporação em polimerização in
situ para a obtenção de nanocompósitos antichamas de poliestireno. Dissertação de
Mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina, 2006.
BOURBIGOT, S.; VANDERHART, D. L.; GILMAN, J. W.; BELLAYER, S.; STRETZ, H.;
PAUL, D. R. Solid state NMR characterization and flammability of styrene-acrylonitrile
copolymer montmorillonite nanocomposite. Polymer v. 45, p.7627-7638, 2004.
ESTEVES, A. C. C.; TIMMONS, A. B.; TRINDADE, T. Nanocompósitos de Matriz Polimérica:
Estratégias de Síntese de Materiais Híbridos. Química Nova. v. 27, p. 795-806, 2004.
GIANNELIS, E.P.; KRISHNAMOORTI, R.; MANIAS, E. Polymer-silicate nanocomposites:
model systems for confined polymers and polymer brushes. Advance in Polymer Science.
v.138, p.107-47, 1999.
KORNMANN, X.; LINDBERG, H.; BERLUND, L. A. Nacomposites processing. Polymer. v.
42, p. 4493,2001.
MANO, E. B. Química Orgânica Experimental. Ed. Edgard Blücher Ltda, São Paulo 1986.
MATTHEWS, F. L.; RAWLINGS, R. D. Composites Materials: engineering and science.
London, Chapman & Hall, 1994
MUNHOZ JÚNIOR, A. H.; MIRANDA, L. F.; UEHARA, G. N. Study of pseudoboehmite
synthesis by sol-gel process. Advances in Science and Technology. v.45, p.260 - 265, 2006.
RAY, S.S.; OKAMOTO, M. Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from
preparation to processing. Progress in Polymer Science, 2003.
REINHART, T. J.; CLEMENTS, L. L. Engineered materials handbook. v.1, Composites.
ASM International. p. 27-34, 1987.
REMPP, P.; MERRILL, E. W. Polymer Synthesis. . Academic Press, 1995
SOUZA, M. A.; RODOLFO Jr., A. Nanocompósitos de Poli(Cloreto de Vinila) (PVC)/Argilas
Organofílicas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 16, n. 4, p. 257-262, 2006.
VAIA, R. A.; TEUKOLSKY, R. K.; GIANNELIS, E. P. Interlayer Structure and Molecular
Environment of Alkylammonium Layered Silicates. Chemical Materials. v. 6, p. 1017-1022,
1994.
22
Universidade Presbiteriana Mackenzie
VOGEL, A.I. Química Orgânica: Análise Qualitativa. 3a Ed. Editora Ao Livro Técnico S.A. Rio
de Janeiro, 1990.
ZHONG, Y.; ZHU, Z.; WANG, S. Synthesis and rheological properties of polystyrene/layered
silicate nanocomposite. Polymer. v.52 p 1-8, 2004.
YANG, F.; OU, Y. & YU, Z. J. Journal Applied Polymer Science. v.69, p.355-362, 1998.
Contato: [email protected] e [email protected]
23