Nanocompósitos PP/Betonita Empregando uma Bentonita de Wyoming Tratada com três Diferentes Tipos de Sais Quaternários de Amônio

ISSN 1517-7076 Revista Matéria, v. 9, n. 4, pp. 426 436, 2004 http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10624 Nanocompósitos PP/Betonita Empregando uma Bentonita de Wyoming Tratada com três Diferentes Tipos de Sais Quaternários de Amônio S.S. Araújo, G.P. Paiva, L.H. Carvalho, S.M.L. Silva Universidade Federal de Campina Grande Departamento de Engenharia de Materiais Av. Aprígio Veloso, 882 CEP 58109-970 Bodocongó, Campina Grande-PB, Brasil e-mail: sueila@terra.com.br, guevson@yahoo.com.br, laura@dema.ufcg.edu.br, suedina@dema.ufcg.edu.br RESUMO Neste trabalho foi avaliada a influência do tratamento nas propriedades mecânicas de um nanocompósito de polipropileno/bentonita de Wyoming. A bentonita de Wyoming foi tratada com três sais quaternários de amônio: cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen), brometo de cetil trimetil amônio (Cetremide) e o brometo de dimetil dioctadecil amônio (B 3880), para obter as bentonitas organofílicas. As bentonitas natural e tratada foram caracterizadas por espectrometria de infravermelho (FTIR) e difratometria de raios-x (DRX). Os resultados de FTIR e DRX mostraram que o sal quaternário de amônio foi incorporado a bentonita. As argilas organofílicas, nos teores de 1% e 3% em massa, foram incorporadas ao polipropileno não modificado (PP-H301) através do processo de intercalação por fusão, em uma extrusora dupla-rosca contra rotativa acoplada ao reômetro de torque Haake. As condições de processamento foram: 210ºC e velocidade de 60 rpm. As amostras obtidas foram resfriadas a temperatura ambiente, trituradas, secas e em seguida, moldadas por compressão. Para avaliar a formação do nanocompósito PP/bentonita de Wyoming os sistemas PP/bentonita também foram caracterizados por DRX. Os resultados de DRX indicaram que não houve a formação de nanocompósito com estrutura intercalada. Os resultados das propriedades mecânicas mostraram que o tipo de sal quaternário de amônio utilizado na preparação dos nanocompósitos tem pouca influência nas propriedades estudadas. A influência destes sais na estabilidade térmica dos sistemas PP/bentonita foi avaliada por calorimetria exploratória diferencial (DSC). De acordo com os resultados obtidos de DSC fica evidenciado que os sistemas contendo bentonita tratada com o sal Cetremide apresentaram maior estabilidade. Palavras chaves: Nanocompósitos, polipropileno, bentonita organofílica. Polypropylene/Wyoming bentonite Nanocomposites Treated with Three Different Types of Quaternary Ammonium Salts ABSTRACT This work deals with the influence of clay content and chemical modifications on the mechanical properties of Polypropylene/Wyoming bentonite nanocomposites. Three different quaternary ammonium salts, i.e., alkyl dimethyl benzyl ammonium chloride (Dodigen); cetyl trimethyl ammonium bromide (Cetremide) and dimethyl dioctadecyl ammonium bromide (B 3880), were employed to organophilize the bentonite clay. Both natural and chemically modified clays were characterized by infra-red spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD). Both FTIR and XRD results indicate that the quaternary ammonium salts were indeed incorporated into the bentonite. Melt intercalation, performed on a counter rotating twin screw extruder coupled to a System-90 Haake-Büchler Torque rheometer operating at 210ºC and 60 rpm, was employed to manufacture PP/clay nanocomposites with 1% and 3% w/w filler contents. The samples were cooled in air to room temperature, ground up, dried and compression molded in a uniaxial hydraulic press. To evaluate the formation of the nanocompósito PP/bentonita de Wyoming the PP/bentonita systems had been also characterized by DRX. The DRX results had indicated that was not obtained nanocomposites with intercalated structure. Our results indicate that all nanocomposites properties were deeply influenced by the quaternary ammonium salt identity. The thermal stability of these systems PP/bentonite were determined by DSC analysis. In agreement with the obtained results it is evidenced that the systems containing bentonite treated with the Cetremide salt presented larger stability. Keywords: Nanocomposites, polypropylene, organophilic bentonite. Autora Responsável: S.M.L. Silva

1 INTRODUÇÃO Nanocompósitos poliméricos compreende uma nova classe de materiais híbridos onde substâncias inorgânicas de dimensões nanométricas são dispersas dentro de uma matriz polimérica [1]. Um dos sistemas mais promissores é o híbrido baseado em polímeros orgânicos e argilominerais inorgânicos constituídos de silicatos em camadas [2]. Os nanocompósitos polímero/silicatos em camadas são similares aos compósitos poliméricos normais, pois eles usam cargas para obter propriedades as quais não estão disponíveis nos polímeros não carregados. Entretanto, os nanocompósitos mostram melhoramento de propriedades (mecânicas, térmicas, de barreira, retardância de chama e estabilidade dimensional) a baixos níveis de carga (1-5% em massa) comparados com os compósitos convencionais. Isto é possível uma vez que as cargas nos nanocompósitos não estão apenas em dimensões nanométricas, mas dispersas e interagindo com o polímero em escala nanométrica [3]. Dentre os silicatos em camadas a montmorilonita tem sido a mais empregada na preparação de nanocompósitos poliméricos. A grande utilização dessa argila se deve a sua grande abundância, ao seu baixo custo e o mais importante à capacidade que essa argila tem de ser expandida e mesmo intercalada ou delaminada por moléculas orgânicas sob condições apropriadas. A bentonita que tem como argilomineral predominante a montmorilonita que por sua vez pertence ao grupo das esmectitas dioctaédricas, tem uma estrutura em camadas onde cada camada é constituída de duas folhas de tetraedros com uma folha central de octaedros. Cada camada tem um comprimento de aproximadamente 200nm e uma espessura de 1nm e o espaçamento entre elas é também em torno de 1nm [4]. Os espaçamentos entre as camadas (galerias) são ocupados por cátions trocáveis, tipicamente Na + e/ou Ca 2+, os quais balanceiam a deficiência de carga resultante da substituição isomórfica parcial de Al 3+ por íons metálicos de menor valência, como por exemplo Fe 2+,. A troca iônica dos cátions entre as camadas por cátions orgânicos, particularmente íons alquilamônio, permite a modificação das superfícies e aumenta o espaçamento intercamada para intercalação do polímero [5]. Este tipo de troca iônica é muito importante, pois a bentonita em seu estado natural é hidrofílica, e dispersará bem apenas em polímeros fortemente polares ou em água. No caso de polímeros hidrofóbicos, apolares, tais como poliolefinas, o tratamento orgânico é necessário para cobrir as superfícies da bentonita com uma superfície hidrofóbica. Isto poderá permitir a argila tratada ser dispersa no polímero para dar origem a um nanocompósito. Conforme descrito por CHO & PAUL [6], desde 1950, estudos sobre a incorporação de argilas organofílicas em matrizes poliméricas são desenvolvidos. Entretanto, só a partir de 1986, com as pesquisas realizadas pelo grupo Toyota, nanocompósitos polímero/argila com estrutura intercalada/esfoliada foram obtidos. Em todos os estudos do grupo Toyota, os nanocompósitos foram preparados através da intercalação por polimerização in situ ou por solução. Contudo, VAIA et al. [7] mostraram que é possível preparar nanocompósitos pelo método de intercalação por fusão direta. Desde então, esse método tem sido o preferido para a preparação de nanocompósitos com matriz termoplástica, já que as técnicas de processamento convencionais como extrusão e injeção podem ser empregadas para tal finalidade. São vários os estudos reportados na literatura tratando de nanocompósitos polipropileno/bentonita [8-13]. Nestes estudos, o PP usado foi quase sempre modificado com anidrido maleico, pois de acordo com LEBARON & KOH [14-15] a baixa polaridade do PP, torna difícil a esfoliação e a dispersão homogênea das camadas de silicato, a nível nanométrico, na matriz polimérica. Isto é principalmente devido ao fato de que as camadas de silicato têm grupos hidroxilas polares e são compatíveis apenas com polímeros contendo grupos funcionais polares. Entretanto, o aumento da quantidade de cadeias alquil resulta em camadas com cadeias alifáticas mais espessas e assim as superfícies das camadas das bentonitas podem se tornar mais apolares e resultar na maior interação entre bentonita e polipropileno não modificado. Neste estudo uma bentonita norte-americana, proveniente do estado de Wyoming - EUA, foi tratada com três sais quaternários de amônio: cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen), brometo de cetil trimetil amônio (Cetremide) e o brometo de dimetil dioctadecil amônio (B 3880). As argilas organofílicas obtidas foram incorporadas ao polipropileno não modificado através do processo de intercalação por fusão, empregando teor de 1% e 3% em massa de argila, utilizando uma extrusora dupla-rosca contra rotativa acoplada a um reômetro de torque Haake. A influência do tipo de sal quaternário de amônio, empregado no tratamento da bentonita, nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos foi avaliada. 2 EXPERIMENTAL 2.1 Materiais Para a preparação dos nanocompósitos empregou-se como matriz um polipropileno fornecido pela OPP Petroquímica (Recife PE), com uma larga distribuição de massa molar: PP H 301 com índice de fluidez em torno de 10g/10min a 230ºC/2,16Kg (ASTM D 1238). De acordo com a informação do 427

fornecedor, este poolímero é estabilizado com 0,10% do antioxidante Irganox B215 TM fornecido pela Ciba Espacialidades Químicas Ltda. (São Paulo). O Irganox B215 é uma mistura de um fosfito, Irgafos 168 TM e um antioxidante fenólico, Irganox 1010; em uma razão 2:1. O polímero é suficiente estabilizado para evitar a degradação durante a produção e armazenagem (tempo de prateleira). Como carga empregou-se uma bentonita norte-americana proveniente do estado de Wyoming nos EUA: denominada de sódica importada (bentonita de Wyoming (I)), com uma capacidade de troca de cátions (CTC) de 80 meq/100g (como determinado pelo método de absorção azul de metileno desenvolvido por CHEN et al. (1974). Essa bentonita foi fornecida pela Bentonit União Nordeste S. A. (BUN), Campina Grande-PB. Os sais quaternários de amônio utilizados na síntese das argilas organofílicas foram: cloreto de alquil dimetil benzil amônio (C 12 H 24 N + (CH 3 ) 2 CH 2 C 6 H 5 Cl -, denominado Dodigen), fornecido pela Chemco; brometo de cetil trimetil amônio (C 12 H 33 N + (CH 3 ) 3 Br -, denominado Cetremide), fornecido pela Vetec e o brometo de dimetil dioctadecil amônio (C 38 H 80 N + Br -, denominado de B 3880), fornecido pela Aldrich. 2.2 Metodologia 2.2.1 Preparação das Argilas organofílicas As argilas organofílicas foram sintetizadas empregando o seguinte procedimento: para o tratamento com Dodigen foram preparadas dispersões contendo 32g de argila em 768ml de água destilada. As dispersões foram preparadas, na temperatura ambiente (25 ± 5 o C), adicionando-se a argila, aos poucos e com agitação mecânica concomitante. Depois de 20 minutos de agitação o Dodigen (20,4g) foi adicionado, e a agitação foi mantida por mais 20 minutos. No caso, da argila tratada com o Cetremide e B 3880 empregou-se 1600ml de água destilada, 32g de argila e 9,6g dos sais quaternários, respectivamente. Neste caso, as dispersões foram preparadas, a 80ºC e a agitação foi mantida por 30 minutos. Completado o tempo total de agitação, os recipientes contendo as dispersões foram fechados e mantidos, à temperatura ambiente (25ºC ± 5ºC) por 24 horas. Passado esse tempo, as dispersões foram filtradas e lavadas com 2000ml de água destilada visando remover os íons Cl - e Br -. Os aglomerados obtidos foram mantidos em estufa, a 60 o C ± 5 o C, por um período de 48 horas, e em seguida desagregados com o auxílio de almofariz manual e, posteriormente, passados em peneira ABNT N o 200 (D = 0.074 mm). 2.2.2 Preparação dos Nanocompósitos PP/Bentonita Na preparação dos nanocompósitos, a bentonita de Wyoming foi incorporada, em teores de 1% e 3% em massa, ao PP através de uma mistura dispersiva, empregando uma extrusora dupla rosca contrarotativa acoplada ao Reômetro de Torque Haake, operando a 150ºC na zona de alimentação e 210ºC nas demais zonas e velocidade de processamento de 60 rpm. Após extrusão, as amostras foram resfriadas ao ar (25 C±5 C), trituradas e, em seguida, secas em estufa por 6 horas a uma temperatura de 100ºC±5ºC. Após secagem, foram moldados por compressão em moldes vazados na forma de corpos de prova de tração à temperatura de 210ºC sob pressão de 120 Kgf/cm 2 por 5 minutos, com pré-aquecimento de 5 minutos. 2.2.3 Caracterização As bentonitas foram caracterizadas por: espectroscopia no infravermelho (FTIR) e difração de raios- X (DRX). Os nanocompósitos foram caracterizados por DRX, ensaios mecânicos, particularmente: resistência à tração e módulo de Young e calorimetria exploratória diferencial (DSC). 2.2.4 Espectroscopia de Infravermelho (FTIR) As amostras de bentonita foram caracterizadas, por FTIR, na forma de pastilhas feitas a partir de 0,007g de argila e 0,1g de KBr prensadas a 5 toneladas durante 30 segundos, empregando um espectrometro de infravermelho da marca AVATAR TM 360 ESP Nicolet com varredura de 4000 e 400 cm -1. 2.2.5 Difração de raios-x (DRX) As medidas de DRX foram conduzidas em aparelho Rigaku, modelo Miniflex Goniometer, utilizando radiação Cukα (λ = 0,1504), operando a 40Kv e 40mA na temperatura ambiente. Os difratogramas foram obtidos a partir de 2θ de 2 a 10º empregando uma taxa de varredura de 1º m 1. A lei de Bragg, λ = 2dsenθ, foi usada para calcular a distância interplanar basal (d 001 ). 2.2.6 Propriedades Mecânicas Os nanocompósitos PP/bentonita de Wyoming foram submetidos a ensaios mecânicos para avaliar a resistência à tração e módulo de Young, segundo a norma ASTM D638. Os ensaios foram conduzidos em 428

máquina universal de ensaios Lloyd LR-10KN empregando uma taxa de deslocamento da travessa de 50mm/min. Uma média de 5 corpos de prova foi empregada para cada amostra. 2.2.7 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) As análises de DSC foram conduzidas em aparelho Perkim Elmer-DSC7 operando a uma taxa de 10ºC/min, de 30ºC até 250ºC em atmosfera de ar. As transições térmicas foram determinadas na primeira corrida. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO O espectro de infravermelho da argila natural e tratada, com os três sais quaternários de amônio e da argila natural está apresentado na Figura 1. I Natural I TDodigen 2917 2811 1465 I TCetremide I TB 3880 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Comprimento de Onda (cm -1 ) Figura 1: Espectro de infravermelho da argila: bentonita de Wyoming natural (I Natural); bentonita de Wyoming tratada com Dodigen (I TDodigen); bentonita de Wyoming tratada com Cetremide (I TCetremide) e bentonita de Wyoming tratada com B 3880 (I TB 3880). Comparando os espectros de infravermelho da argila natural com os das argilas tratadas, observase que nas argilas tratadas há presença de novas bandas correspondentes ao sal alquil amônio. Uma banda na faixa de 2917 cm -1 correspondentes as vibrações de estiramento assimétrico do grupo CH 2 ; uma banda na faixa de 2811 cm -1 corresponde as vibrações de estiramento simétrico do grupo CH 2 e uma banda na faixa 1465 cm -1 corresponde as vibrações de flexão do grupo CH 3. A presença das bandas devido aos grupos CH 2 e CH 3 nos espectros de infravermelho das argilas tratadas com os sais evidenciam a intercalação do cátion quaternário de amônio nos espaços interlamelares da bentonita estudada. Os difratogramas de raios-x da bentonita natural e tratada com os três sais quaternários de amônio (Dodigen, Cetremide e B 3880) estão apresentados na Figura 2. A argila bentonita de Wyoming tratada apresentou uma distância interlamelar (d 001 ) superior à da natural, aumentando de 1,63 nm para 1,76nm quando tratada com Dodigen, para 2,94nm quando tratada com Cetremide e para 2,20 quando tratada com o B3880 (Tabela 1). Isto confirma a efetiva intercalação do cátion quaternário de amônio na argila tratada e, portanto, a obtenção da argila organofílica. A Tabela 1 mostra também que o sal Cetremide é capaz de ampliar mais à distância interlamelar da argila do que os outros dois sais utilizados (Dodigen e B 3880). 429

Intensidade (cps) 5000 4000 3000 2000 1000 I Natural I TDodigen I TCetremide I TB3880 0 2 4 6 8 2θ (º) 10 Figura 2: Difratogramas da argila: bentonita de Wyoming natural (I Natural); bentonita de Wyoming tratada com Dodigen (I TDodigen); bentonita de Wyoming tratada com Cetremide (I TCetremide) e bentonita de Wyoming tratada com B 3880 (I TB 3880). Argila Bentonita de Wyoming (I) Natural Tabela 1: Distância interlamelar. Distância interlamelar d 001 (nm) da bentonita Tratada com Dodigen Tratada com Cetremide Tratada com B3880 1,63 1,76 2,94 2,20 Para avaliar a formação do nanocompósito PP/bentonita de Wyoming tratada com os sais quaternários de amônio Dodigen e Cetremide, os sistemas PP/bentonita foram caracterizados por DRX, pois esta técnica permite a determinação do espaçamento basal entre as camadas da argila (d 001 ) e segundo WANG & WILKIE [12], em uma mistura imiscível polímero-argila, o espaçamento d 001 deve ser idêntico ao da argila pura, se um nanocompósito intercalado ou esfoliado regular é formado o espaçamento d 001 deve ser superior ao da argila pura. De acordo com esses teores se nenhum pico for visualizado no difratograma de DRX isto pode indicar uma estrutura esfoliada desordenada. A Figura 3 apresenta os difratogramas de raios-x do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com os sais Dodigen e Cetremide empregando o teor de 1% em massa de argila. Esses resultados mostram que as distâncias interplanares basais (d 001 ) dos sistemas PP/bentonita de Wyoming tratada com Dodigen e Cetremide, na presença de 1% em massa de argila, foram de 1,40 nm e 1,38 nm, respectivamente, ou seja, inferiores aos valores de d 001 apresentado pela argila tratada com Dodigen e Cetremide que foi de 1,76 nm e 2,94 nm, respectivamente (Tabela 1). De acordo, com estes resultados podese dizer que não houve a formação de nanocompósito com estrutura intercalada ou esfoliada ordenada. Isto pode ser atribuído a pouca afinidade do PP não modificado com a argila organofílica. Para confirmar tal explicação estudos sobre a incorporação de bentonita de Wyoming, tratada com estes sais (Dodigen, Cetremide e B3880), ao PP modificado estão sendo realizados. 430

PP/I Natural PP/I TDodigen PP/I TCetremide 0 5 10 15 20 25 2θ (º) Figura 3: Difratogramas do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen e Cetremide na presença de 1% em massa de argila. Os valores da resistência à tração e módulo de Young do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen e Cetremide, estão apresentados nas Figuras 4 e 5, respectivamente. Resistência à Tração (MPa) 60 50 40 30 20 10 PP/INatural PP/ITDodigen PP/ITCetremide 0 0 1 2 3 Teor de Argila em Massa 4 Figura 4: Resistência à tração do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen e Cetremide, processados na ausência e na presença de 1% e 3 % de argila. 431

Módulo de Young (MPa) 2000 1600 1200 800 400 PP/I Natural PP/IT Dodigen PP/IT Cetremide 0 0 1 2 3 4 Teor de Argila em Massa Figura 5: Módulo de Young do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen e Cetremide, processados na ausência e na presença de 1% e 3 % de argila. Os sistemas PP/bentonita processados na presença de 1% em massa de argila apresentaram os maiores valores de propriedades mecânicas. Teores mais elevados de carga (3% em massa) podem resultar na inevitável agregação das partículas de carga o que resulta na diminuição da área superficial específica e conseqüentemente na diminuição da interação polímero/carga, resultando nos menores valores de propriedades mecânicas. Comparando com o polímero puro, os sistemas PP/bentonita, processados na presença de 1% em massa de argila, apresentaram maiores valores de módulo de Young e a resistência à tração praticamente não foi alterada. O tipo de tratamento teve pouco efeito nas propriedades mecânicas avaliadas. Os valores da resistência à tração (Figura 4) e módulo de Young (Figura 5), apresentados pelo sistema PP/I TDodigen processados na presença de 1% em massa, caíram de 32,5 MPa para 29 MPa e 1207 MPa para 1164 MPa, respectivamente, quando comparados com os valores do mesmo sistema empregando 3% em massa de argila. Em maiores teores de carga (3% em massa) todos os sistemas investigados apresentaram valores de resistência à tração menores que os da matriz. Por outro lado, os valores de módulo foram superiores ao da matriz, indicando o efeito reforçante da argila o que está de acordo com os dados de LIU & WU [8]. Os resultados indicam também, que os tipos de tratamentos aplicados, bem como, o teor de carga afetam as propriedades dos sistemas PP/bentonita. Em todos os sistemas investigados, observa-se melhores propriedades mecânicas à baixos teores de carga (1% em massa) e apesar da modificação empregada, tanto a resistência à tração (Figura 4) quanto o módulo de Young (Figura 5) tenderam a decrescer a medida que o teor de carga aumentou. Sendo assim, fica evidenciado que baixos teores de carga (1% em massa) contribuem para uma maior delaminação e dispersão da carga. Por esta razão, empregou-se o teor de 1% em massa da bentonita de Wyoming para continuação dos estudos. Visando está continuação, a bentonita de Wyoming foi modificada com o sal quaternário de amônio, brometo de dimetil dioctadecil amônio (B 3880). As Figuras 6 e 7 mostram, respectivamente, os valores de resistência à tração e módulo de Young do PP puro e dos sistemas PP com 1% em massa de bentonita de Wyoming natural e tratada com os três sais quaternários de amônio (Dodigen, Cetremide e B 3880). 432

40 Resistência à Tração (MPa) 30 20 10 0 PP/I Natural 1% PP/IT Dodigen 1% PP/IT Cetremide 1% PP/I TB 3880 1% Figura 6: Resistência à tração do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen, Cetremide e B 3880 processados na presença de 1% de argila. 1600 Módulo de Young (MPa) 1200 800 400 0 PP/I Natural 1% PP/IT Dodigen 1% PP/IT Cetremide 1% PP/I TB 3880 1% Figura 7: Módulo de Young do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen, Cetremide e B 3880 processados na presença de 1% de argila. Os resultados indicam que o tipo de tratamento da argila também teve pouca influencia nas propriedades mecânicas dos sistemas PP/bentonita. Com base nas Figuras 6 e 7 fica evidenciado que o tratamento da argila com Dodigen e B 3880 contribuíram para os maiores valores das propriedades estudadas. Isto pode ser atribuído a maior difusão de alguns segmentos moleculares do polímero para dentro das camadas da bentonita tratada com estes sais. Os valores da resistência à tração (Figura 6) e módulo de 433

Young (Figura 7), apresentados pelo sistema PP/IT Dodigen caíram de 32,5 MPa para 29,3 MPa quando comparados com os valores do mesmo sistema empregando argila modificada com o B 3880 (PP/I TB 3880). No entanto, o módulo de Young dos mesmos sistemas (PP/I TDodigen, PP/IT B3880) aumentou de 1207 MPa para 1282 MPa, respectivamente. Nas Figuras 8 e 9 estão apresentadas as curvas de DSC obtidas a partir do corpos de prova do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming na presença de 1% e 3% em massa de argila. PP/I Natural 1% PP/I TDodigen 1% PP/I TCetremide 1% PP/I TB 3880 1% Endo 0 50 100 150 200 250 Temperatura (ºC) Figura 8: Curvas de DSC do e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen, Cetremide e B 3880 na presença de 1% em massa de argila. PP/I Natural 3% PP/I TDodigen 3% PP/I TCetremide 3% Endo 0 50 100 150 200 250 Temperatura (ºC) Figura 9: Curvas de DSC do e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen e Cetremide na presença de 3% em massa de argila. Comparando os resultados das curvas de DSC do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada, empregando 1% em massa de argila, fica evidenciado que para este teor de argila os sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada, apresentaram estabilidade superior a do PP puro. Por outro lado, para os sistemas contendo 3% em massa de argila foi observado que a estabilidade do PP foi alterada em função do tratamento da argila. O sistema PP/bentonita de Wyoming natural e tratada 434

apresentaram maior degradação do que o PP puro quando elevados teores de carga (3% em massa) foram empregados. Isto pode ser ocasionado pela maior quantidade de íons metálicos como Fe 3+ presentes na estrutura da bentonita que podem acelerar a degradação da matriz de PP. Assim, fica evidenciado que a adição de 1% em massa de bentonita ao PP elevou a estabilidade térmica deste polímero. A razão para tal comportamento atribuída à esfoliação das camadas de argila na matriz de PP que retém a difusão do oxigênio. 4 CONCLUSÃO Os espectros de infravermelho (FTIR) das argilas organofílicas sintetizadas evidenciaram a intercalação dos cátions quaternários de amônio. Os difratogramas de raios-x mostraram que à distância interlamelar (d 001 ) da argila bentonita de Wyoming (I) tratada com os três sais quaternários de amônio (Dodigen, Cetremide e B 3880) aumentou, o que confirmou a intercalação dos cátions orgânicos e obtenção de argila organofílica. A maior distância interlamelar foi apresentada pela argila estudada tratada com o Cetremide. Os difratogramas de raios-x do PP puro e dos sistemas PP/bentonita de Wyoming natural e tratada com Dodigen e Cetremide na presença de 1% em massa de argila indicaram que não houve a formação de nanocompósito PP/bentonita com estrutura intercalada ou esfoliada/delaminada ordenada. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos foram influenciadas pelo teor de carga. Por outro lado, o tipo de tratamento empregado apresentou pouca influencia nas propriedades estudadas (resistência à tração e módulo de Young). Os melhores resultados das propriedades mecânicas foram apresentados pelo sistema PP/bentonita de Wyoming tratada com Dodigen na presença de um teor de argila de 1% em massa. A incorporação da argila ao PP teve influencia na estabilidade térmica do polímero. Dentre os sistemas estudados os mais estáveis foram aquelas contendo 1% em massa de bentonita tratada com Cetremide. 5 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a BUN pela doação da argila, a OPP Petroquímica pela doação do polímero, ao CNPq pela concessão da bolsa de iniciação cientifica e a RENAMI pelo apoio financeiro. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] WANG, K. H.; CHOI, M. H.; KOO, C. M.; CHOI, Y. S.; CHUNG, I. J. Synthesis and characterization of maleated polyethylene/clays nanocomposites. Polymer, 42, p. 9819-9826, 2001. [2] TIDJANI, A.; WILKIE C. A. Photo-oxidation of polymeric inorganic nanocomposite: chemical, thermal stability and fire retardancy investigation. Polymer Degradation and Stability, 74, p. 33-37, 2001. [3] NOVAK, B. Hybrid nanocomposites materials Between inorganic glasses and organic polymers. Adv.Mater, 5, p. 422-432, 1993. [4] WAN, C.; QIAO, X.; ZHANG, Y.; ZHANG, Y. Effect of different clay treatment on morphology and mechanical properties of PVC-clay nanocomposites. Polymer Testing, 22, p. 453-461, 2003. [5] QIN, H.; ZHAO, C.; ZHANG, S.; CHEN, G.; YANG, M. Photo-oxidative degradation of polyethylene/montmorillonite nanocomposite. Polymer Degradation and Stability, 81, p. 497-500, 2003. [6] CHO, J. W.; PAUL, D. R. Nylon 6 nanocomposites by melt compounding. Polymer, 42, p.1083-1094, 2001. [7] VAIA, R. A; GIANNELIS, E. P. Polymer melt intercalation in organically modified layered silicates: model predications and experiment. Macromolecules, 30, p. 8000-8009, 1997. [8] LIU, X.; WU, Q. PP/clay nanocompósitos prepared by grafting melt intercalation. Polymer, 42, p. 10013-10019, 2001. 435

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