BLENDAS COM ADIÇÃO DE NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM PLÁSTICOS DE ENGENHARIA

Transcrição

1 Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Laboratório de Análise e Processamento de Polímeros BLENDAS COM ADIÇÃO DE NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM PLÁSTICOS DE ENGENHARIA Palestrantes: Dra. Ticiane S. Valera (ticiane.valera@poli.usp.br) MSc. Douglas Morais (douglasmorais@usp.br) Fábio Y. Sakata (fabiosakata438@gmail.com)

2 Plano Objetivo Introdução Materiais e Procedimento Experimental Resultados Conclusão

3 Objetivo Uso de borracha e nanocargas para tenacificar a Poliamida-6. Avaliar as propriedades das blendas e compósitos obtidos. Avaliar a morfologia dos materiais estudados.

4 Plano Objetivo Introdução Materiais e Procedimento Experimental Resultados Conclusão

5 Misturas (Blendas) Poliméricas Podem ser definidas como uma mistura física de dois ou mais polímeros ou copolímeros. Os polímeros formadores da mistura podem ser miscíveis ou imiscíveis. Polímero A Polímero B Fase dispersa 10 mícrons Fase matriz

6 Resistência ao Impacto Izod com entalhe (J/m) Misturas (Blendas) Poliméricas As misturas compatíveis ou devidamente compatibilizadas apresentam uma combinação sinérgica das diferentes propriedades exibidas pelos materiais formadores. Como resultado desta combinação tem-se um novo material, com grande gama de aplicabilidade Injeção Paralela Injeção Perpendicular Fração mássica de PVB (%)

7 Compatibilização A compatibilização proporciona melhor adesão entre os componentes da mistura possibilitando a transferência de tensão entre as fases e, conseqüentemente, evitando que fenômenos de fratura ocorram na interface matriz/fase dispersa. Métodos de Compatibilização Adição de copolímeros em bloco ou grafitizados Funcionalização Utilização de cargas nanométrcas rígidas

8 Polímeros Tenacificados com Borracha Aumento na Tenacidade: Resistência ao Impacto (tenaz 5 J/m e super tenaz 500 J/m*) Tenacidade: energia absorvida pelo material quando sujeito a um esforço, por unidade de área ou de volume do material, para romper a energia de coesão entre as moléculas e formar uma nova superfície Mistura imiscível matriz + borracha Borracha agente tenacificante ou modificador de impacto * COLLYER, A.A. (Ed.) Rubber toughened engineering plastics. London, Chapman & Hall, WU, S. Polymer Engineering and Science, v.30, n.13, p , 1990.

9 Tensão (N/m 2 ) Polímeros Tenacificados com Borracha Deformação (%) Mecanismo de falha: Crazing (multi-microfibrilamento) Shear Yielding (escoamento por cisalhamento)

10 Polímeros Tenacificados com Borracha Shear yielding (escoamento por cisalhamento): extensivo escoamento da matriz polimérica e requer mobilidade dos segmentos das cadeias da matriz para que deformação plástica ocorra a nível molecular. Principal mecanismo de tenacificação Barreira para propagação de trincas

11 Polímeros Tenacificados com Borracha A função das partículas de borracha era criar na matriz tensão triaxial suficiente na região próxima à interface, produzindo extensivo escoamento e estiramento. Escoamento por cisalhamento é constituído por cavitação das partículas de borracha, seguido por extensivo escoamento da matriz.

12 Resistência ao Impacto Izod com entalhe (J/m) PVB R2 (1E) PVB V (2E) PVB V (1E) PA-6 (1E) Módulo de Elasticidade (MPa) PVB R1 (1E) PVB R2 (2E) Polímeros Tenacificados com Borracha PA-6 (1E) PVB V (1E) PVB V (2E) PVB R2 (1E) PVB R2 (2E) PVB R1 (1E)

13 Nanocompósitos Podem ser definidos como materiais híbridos, em que um dos componentes apresenta ao menos uma das dimensões em escala nanométricas (inferior a 100nm). Dentre as nanocargas utilizadas na obtenção dos nanocompósitos destaca-se a utilização das argilas do grupo Esmectita.

14 MMT Argilas

15 Argilas MMT

16 Morphology Nanocompósitos

17 Blendas com Adição de Nanocargas Partículas inorgânicas sólidas podem atuar como agente compatibilizante em misturas poliméricas. A presença deste terceiro componente deve auxiliar na redução do tamanho da fase dispersa, evitando a coalescência no estado fundido.

18 Blendas com Adição de Nanocargas Micrografia obtida por TEM da mistura PA-6/elastômero/Argila

19 Plano Introdução Materiais e Procedimento Experimental Resultados Conclusão

20 Materiais Nanocargas: Argila Natural CLOISITE: MMT; densidade de 2,86 g/cm 3. CTC 90 meq/100g, tamanho médio de partícula entre 6 e 13 μm. Argila sintética LAPONITE RD: Hectorita,, CTC de 95 meq/100g, espessura de 0,97nm e diâmetro de 25 a 35nm, Sílica coloidal Aerosil 200: área superficial de 200 m 2 /g, densidade de 2,2 g/cm 3. Diâmetro médio de partícula 12 nm. SEBS-g-MA Polímeros: Kraton FG1901 Poliamida -6 MAZMID B260

21 Procedimento Experimental Métodos de Obtenção das Misturas Método MIII Método MI Método MII Máster PA-6 Máster Borracha PA-6+ Borracha + Argila Máster + Borracha Máster + PA-6 Mistura MIII Alimentador 2 Alimentador 1 Mistura MI Mistura MII Banheira Zonas de Aquecimento

22 Plano Introdução Materiais e Procedimento Experimental Resultados Conclusão

23 PA-6 2x Módulo de Elasticidade (MPa) PA-6/SEBS/CLOISITE MI PA-6/SEBS/CLOISITE MII PA-6/SEBS/CLOISITE MIII PA-6/SEBS/LAPONITA MI PA-6/SEBS/LAPONITA MII PA-6/SEBS/LAPONITA MIII PA-6/SEBS/SILICA MI PA-6/SEBS/SILICA MII PA-6/SEBS/SILICA MIII Resistência ao Impacto Izod com Entalhe (J/m) PA-6/SEBS PA-6/SEBS/CLOISITE MI PA-6/SEBS/CLOISITE M II PA-6/SEBS/CLOISITE MIII PA-6/SEBS/LAPONITA MI PA-6/SEBS/LAPONITA MII PA-6/SEBS/LAPONITA MIII PA-6/SEBS/SILICA MII PA-6/SEBS/SILICA MIII Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com e sem Adição de Nanocargas PA-6/SEBS Amostras PA-6 2X A B C D E F G H I J K Amostras PA-6/SEBS/SILICA MI

24 Resistência ao Impacto Izod com Entalhe (J/m) PA-6/SEBS PA-6/SEBS/CLOISITE MI PA-6/SEBS/CLOISITE M II PA-6/SEBS/CLOISITE MIII PA-6/SEBS/LAPONITA MI PA-6/SEBS/LAPONITA MII PA-6/SEBS/LAPONITA MIII PA-6/SEBS/SILICA MII PA-6/SEBS/SILICA MIII Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com e sem Adição de Nanocargas PA-6 2X PA-6/SEBS/SILICA MI 0 A B C D E F G H I J K Amostras

25 Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com e sem Adição de Nanocargas PA-6/SEBS CLOISITE MI CLOISITE MII CLOISITE M III

26 Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com e sem Adição de Nanocargas AGLOMERADOS AGLOMERADOS Micrografia obtida por MEV para a amostra PA-6/SEBS/LAPONITA MI. Micrografia obtida por MEV para a amostra PA- 6/SEBS/SILICA MI

27 Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com e sem Adição de Sílica Método III

28 PA-6 2x Módulo de Elasticidade (MPa) PA-6/SEBS/CLOISITE MI PA-6/SEBS/CLOISITE MII PA-6/SEBS/CLOISITE MIII PA-6/SEBS/LAPONITA MI PA-6/SEBS/LAPONITA MII PA-6/SEBS/LAPONITA MIII PA-6/SEBS/SILICA MI PA-6/SEBS/SILICA MII PA-6/SEBS/SILICA MIII Resistência ao Impacto Izod com Entalhe (J/m) PA-6/SEBS PA-6/SEBS/CLOISITE MI PA-6/SEBS/CLOISITE MIII PA-6/SEBS/LAPONITA MI PA-6/SEBS/LAPONITA MII PA-6/SEBS/LAPONITA MIII PA-6/SEBS/SILICA MII PA-6/SEBS/SILICA MIII Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30) com e sem Adição de Nanocargas PA-6/SEBS Amostras PA-6 2x PA-6/SEBS/CLOISITE MII A B C D E F G H I J K Amostras PA-6/SEBS/SILICA MI

29 Resistência ao Impacto Izod com Entalhe (J/m) PA-6/SEBS PA-6/SEBS/CLOISITE MI PA-6/SEBS/CLOISITE MIII PA-6/SEBS/LAPONITA MI PA-6/SEBS/LAPONITA MII PA-6/SEBS/LAPONITA MIII PA-6/SEBS/SILICA MII PA-6/SEBS/SILICA MIII Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30) com e sem Adição de Nanocargas PA-6 2x PA-6/SEBS/CLOISITE MII A B C D E F G H I J K Amostras PA-6/SEBS/SILICA MI

30 Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30) com e sem Adição de Sílica PA-6/SEBS Sílica M I Sílica M II Sílica M III

31 Plano Introdução Materiais e Procedimento Experimental Resultados Conclusão

32 Conclusões Todas as blendas apresentaram melhorias significativas nos valores de resistência ao impacto com entalhe. As misturas com nanocarga apresentaram, também, valores de módulo de elasticidade próximos aos obtidos para a fase matriz pura. A morfologia das misturas indica que a presença de argila/sílica previne a coalescência das gotas de elastômetro, reduzindo o tamanho da fase dispersa.

33 Conclusões 20-50% em massa de carga nos Compósitos X 5% em massa de nanocarga nos Nanocompósitos Resistência ao Impacto Módulo de Elasticidade Estabilidade dimensional

34 Agradecimentos Mazzaferro BUN (Bentonit União Nordeste) CAPES e FAPESP