MODIFICAÇÃO DE ARGILA BENTONITA PARA USO COMO NANOCARGA EM MATRIZES POLIMÉRICAS

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1 MODIFICAÇÃO DE ARGILA BENTONITA PARA USO COMO NANOCARGA EM MATRIZES POLIMÉRICAS Autor 1 Francisco Werley Cipriano Farias Autor 2 Daysianne Kessy Mendes Isidorio Autor 3 José Victor Martins Figueiredo Autor 4 Fracisca MiKaelly de Figueiredo Santos Autor 5 Ailton Sinézio de Jesus Autor 6 André Wesley Barbosa Rodrigues RESUMO: A mistura de argilas bentonitas modificadas (organofílicas) com polímeros para formação de nanocompósitos tem recebido atenção especial devido às inúmeras vantagens em comparação com os compósitos tradicionais. As argilas organofílicas foram obtidas pela troca de íons de sódio (Na + ) por íons de sais quaternários de amônio (tensoativos) através da adição de tensoativo com o auxílio de um agitador mecânico. Utilizou-se espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR) e difração de raios X (DRX) para a caracterização das argilas os resultados evidenciam a intercalação do tensoativo nas lamelas da argila, observado pelo aumento na distância interplanar basal, caracterizando seu potencial como nanocarga. Palavras-chave: argilas; organofilização; nanocargas; INTRODUÇÃO O desenvolvimento de novos materiais com propriedades específicas e controláveis tem sido ao longo dos anos objeto de estudo de pesquisadores em todo o mundo [1-2]. A possibilidade de estudar e controlar estas propriedades em nível molecular é explorado como nanociência ou nanotecnologia, que focalizam esforços no entendimento e aplicação das propriedades únicas exibidas pelos materiais quando estruturados em 1 Titulação, Instituição, Cidade, Estado Graduando em Engenharia de Materiais, UFCA Juazeiro do Norte, Ceará, werleyfarias@gmail.com 2 Juazeiro do Norte, Ceará, daysiannekessy@hotmail.com 3 Juazeiro do Norte, Ceará, josevictor46@yahoo.com.br 4 Juazeiro do Norte, Ceará mifgs@hotmail.com 5 Juazeiro do Norte, Ceará ailton-cp@hotmail.com 6 Titulação, Instituição, Cidade, Estado Doutor em Engenharia de Materiais, UFCA, Juazeiro do Norte, Ceará Andre@cariri.ufc.br 1

2 escala nanométrica (em geral descritas na faixa de 1 a 100 nm) [3-4]. A quase totalidade dos materiais chamados nanoestruturados refere-se a materiais obtidos na forma de filmes ultrafinos, geralmente dispostos em camadas com espessuras manométricas [5]. Nanocompósitos polímero/argila é uma nova classe de compósitos com matrizes poliméricas onde a fase dispersa é o silicato, constituída por partículas elementares que tem pelo menos uma de suas dimensões da ordem de nanômetros. As partículas minerais mais utilizadas nestes nanocompósitos são as argilas esmectíticas (montmorilonita, saponita e hectorita), tendo as suas partículas morfologia lamelar, com lados da ordem de um micrômetro e espessura de aproximadamente um nanômetro. O interesse na produção de nanocompósitos poliméricos advém da larga gama de propriedades resultantes, como, maior resistência mecânica, térmica e à luz ultravioleta (UV), alta impermeabilidade a gases, baixa expansibilidade e flexibilidade de processamento. Diversas revisões internacionais sobre nanocompósitos polímero/ argila foram publicadas nos últimos anos, dentre elas, podemos citar as de autoria de Mittal [6-12]. Considerando então a grande atenção que vem sendo dada a este tipo de material, este trabalho tem como objetivo, a síntese e caracterização de argilas organofílicas regionais para utilização como nano carga em matrizes poliméricas. MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAL Argila A argila sódica regional utilizada foi a do tipo comercial Brasgel PA (sódica ativada) da Indústria Bentonit União Nordeste (BUN), localizada na cidade de Campina Grande-PB. Tensoativos Modificadores da Argila Praepagen WB (Cloreto de diestearil dimetil amônio), com 75% matéria ativa, fabricado pela Clariant Recife/PE. MÉTODO Primeira etapa Modificação da argila bentonita Para a preparação da argila organofílica tratada com o tensoativo iônico Praepagen WB, foi utilizada a metodologia de RODRIGUES, (2006) [13]. Sendo preparadas dispersões contendo 500 ml de água destilada e 20,08g de argila. A argila foi adicionada aos poucos com agitação mecânica concomitante sendo mantida por 20 min. Em seguida, adiciona-se uma solução contendo água destilada (12,04 ml) e tensor ativo (12,04g). A agitação foi mantida por mais 20 min. Terminado, essa etapa, a solução foi mantida à temperatura ambiente em repouso por 24 h. Os aglomerados obtidos serão secados em estufa a 60ºC ± 5ºC, por um período de 48 h e por fim, serão desagregados com o auxílio de almofariz até a obtenção de materiais pulverulentos (na forma de pó), os quais serão passados em peneira ABNT nº 200 (abertura de 0,074mm) para posteriormente serem caracterizados. Segunda etapa Caracterização da argila sem modificação e após modificação (organofilização) Espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR) 2

3 As análises de FTIR das argilas bentonitas foram realizadas em um espectrômetro de infravermelho de marca AVATAR TM 360ESP Nicolet e com varredura de 4000 a 400 cm-1, do laboratório de UFC. Difração de raios X (DRX) As análises de DRX foram conduzidas em aparelho XRD-6000 Shimadzu utilizando radiação Cu K do cobre, tensão de 40KV, corrente de 30 ma, varredura entre 2 a 30 graus e velocidade de varredura de 2º/min. RESULTADOS E DISCUSSÃO Nesta secção serão discutidos os resultados obtidos após a realização do procedimento experimental. Os espectros de absorção na região do infravermelho das argilas: Brasgel, Brasgel organofilizada com o tensoativo iônico Praepagem WB estão apresentados na Figura1. Na figura 1, pode-se observar que a amostra da argila Brasgel apresenta absorção a 3425 e 3637 cm-1, característica da presença de hidroxilas; a 1633cm-1, característica de água adsorvida; a 1007cm-1 característica das ligações Si-O-Si e nas faixas de 900,767 e 441cm-1, características das camadas octaédricas. Para a amostra modificada com o tensoativo Praepagem WB observa-se também a absorção entre 2836 e 2920 cm-1, referente ao grupo CH2 e 1461 cm-1, referentes à deformação assimétrica angular dos grupos (CH3)4N+. Figura 1- Espectroscopia de infravermelho da argila Brasgel: sódica e organofilizada. A Figura 2 apresenta o difratogramas das argilas bentonitas não modificadas, bentonitas modificadas com o tensoativo Praepagem WB. Os valores dos espaçamentos basais estão apresentados na Tabela 1. Os resultados evidenciam a presença de diferentes espaçamentos basais para a argila modificada com o tensoativo iônico Praepagem WB bem como o aumento da distância do espaçamento interplanar basal. O aparecimento de 3 novas populações foi devido o tensoativo iônico Praepagem WB utilizado na organofilização da bentonita Brasgel, que em sua estrutura química: 2 caldas com predominância de 18 átomos de carbono(c). 3

4 Figura 2- Difratograma de raios-x das argilas: Brasgel, Brasgel organofilizada. Tabela 1- Distância Interplanar basal d (001) das amostras de argilas Amostra (Argila) 2 Ɵ d (001) (Å) Brasgel 6,8 12,98 Brasgel Organofilizada 2,53 4,8 7 34,88 18,39 12,61 CONCLUSÕES Com base nos resultados apresentados conclui-se que: a analise do infra vermelho mostrou a presença de várias bandas características do tensoativo iônico Praepagem WB, indicando a intercalação do tensoativo nos espaços interlamelar da argila Brasgel a tornando-a organofílica. Verificou-se ainda que a análise de DR-X da argila organofílica mostrou um momento de distância interplanar basal d(001) bem como o surgimento de novos picos provenientes da troca do Na + pelo tensoativo. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Clariant Recife/PE pelo tensoativo, à Bentonita União do Nordeste pela a argila e à FUNCAP pelo o apoio financeiro. REFERÊNCIAS 1. ZUCOLOTTO, V. Compósitos poliméricos nanoestruturados de azocorantes, ftalocianinas e polímeros luminescentes. Tese de Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Física de São Paulo, Departamento de Física e Ciência dos Materiais,Universidade de São Paulo, São Carlos FERMINO, Danilo Marin. Estudo das propriedades mecânicas, reológicas e térmicas de nanocompósito de HMSPP (polipropileno com alta resistência do 4

5 fundido) com uma bentonita Brasileira f. Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo. 3. SANTOS, T. N.; SILVA, F. C.; BRUM, P. R. C.; BORSCHIVER, S. & GUIMARÃES, M.J. O. C. Gestão do conhecimento em nanotecnologia e nanociência com ênfase em materiais poliméricos nanoestruturados. Publicação Interna, EQ/UFRJ SINGLA, P., MEHTA, R., UPADHYAY, S. N. - Green and Sustainable Chemistry, 2, p.21-25, Alexandre, M. & 5. Dubois, P. - Mat. Sci. Eng. R, 28, p.1 (2000). 6. Mittal, V. - Mater., 2, p.992 (2009). ma Choudalakis, G.; Gotsis, A. D. - Eur. Polym. J., 45, p.967 (2009). 8. Yeh, J. -M.; Chang, K. -C. - J. Ind. Eng. Chem., 14, p.275 (2008). 9. Pavlidou, S.; Papaspyrides, C. D. - Prog. Polym. Sci., 33, p.1119 (2008). 10. Ray, S. S.; Okamoto, M. - Prog. Polym. Sci., 28, p.1539 (2003). 11. Schmidt, D.; Shah, D.; Giannelis, E. P. - Curr. Opin. Solid. St. M., 6, p.205 (2002) 12. Rabello, M.S. - Aditivação de Polímeros, Artliber editora, São Paulo(2000). 13. RODRIGUES, A. W. B.; Influência do tratamento da argila bentonita e de compatibilizantes no desenvolvimento de nanocompósitos de polipropileno - Dissertação de Mestrado do Curso de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Campina Grande,