Embed Size (px)
Citation preview
Palestrantes: Dra. Ticiane S. Valera ([email protected])
MSc. Douglas Morais ([email protected])
Fábio Y. Sakata ([email protected])
BLENDAS COM ADIÇÃO DE
NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM
PLÁSTICOS DE ENGENHARIA
Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de
Materiais
Laboratório de Análise e Processamento de Polímeros
Plano
• Objetivo
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
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.
Plano
• Objetivo
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
Podem ser definidas como uma mistura física de dois ou
mais polímeros ou copolímeros.
Os polímeros formadores da mistura podem ser miscíveis
ou imiscíveis.
Misturas (Blendas) Poliméricas
Polímero A Polímero B
10 mícrons
Fase dispersa Fase matriz
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.
Misturas (Blendas) Poliméricas
0
300
600
900
1200
1500
1800
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Fração mássica de PVB (%)
Res
istê
nci
a a
o I
mp
act
o I
zod
co
m e
nta
lhe
(J/m
)
Injeção Paralela
Injeção Perpendicular
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
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, 1994. WU, S. Polymer Engineering and
Science, v.30, n.13, p.753-761, 1990.
Polímeros Tenacificados com Borracha
Mecanismo de falha:
• Crazing (multi-microfibrilamento)
• Shear Yielding (escoamento por
cisalhamento)
Deformação (%)
Ten
são (
N/m
2)
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
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.
Polímeros Tenacificados com Borracha
Polímeros Tenacificados com Borracha
23
3
21
5
20
2
20
2
15
90 1
27
9
12
39
11
08
12
89
19
6
95
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
PA
-6 (1
E)
PV
B V
(1E
)
PV
B V
(2E
)
PV
B R
2 (1
E)
PV
B R
2 (2
E)
PV
B R
1 (1
E)
Res
istê
nci
a a
o I
mp
act
o I
zod
co
m e
nta
lhe
(J
/m)
80-20
60-40
2093
793
1100
1136
1139
1091
0
500
1000
1500
2000
2500
PA-6 (1E) PVB V (1E) PVB V (2E) PVB R2
(1E)
PVB R2
(2E)
PVB R1
(1E)M
ódu
lo d
e E
last
icid
ade
(MP
a)
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.
Argilas
MMT
Argilas
MMT
Nanocompósitos
Morphology
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.
Micrografia obtida por TEM da mistura PA-6/elastômero/Argila
Blendas com Adição de Nanocargas
Plano
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
Materiais
Nanocargas:
Argila Natural CLOISITE: MMT; densidade de 2,86 g/cm3. 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 m2/g, densidade
de 2,2 g/cm3. Diâmetro médio de partícula 12 nm.
Polímeros:
SEBS-g-MA “Kraton FG1901”
Poliamida -6 “MAZMID B260”
Procedimento Experimental
Métodos de Obtenção das Misturas
Método MI
Máster PA-6
Máster + Borracha
Mistura MI
Método MII
Máster Borracha
Máster + PA-6
Mistura MII
Método MIII
PA-6+ Borracha + Argila
Mistura MIII
Banheira Zonas de Aquecimento
Alimentador 1
Alimentador 2
Banheira Zonas de Aquecimento
Alimentador 1
Alimentador 2
Plano
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
Resultados
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Módulo
de E
last
icid
ade (
MPa)
Amostras
PA
-6 2
x
PA
-6/S
EB
S
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
I
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
II
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
III
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MI
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
II
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
III
A B C D E F G H I J K
0
200
400
600
800
1000
1200
Re
sis
tên
cia
ao
Im
pa
cto
Izo
d c
om
En
talh
e (
J/m
)
Amostras
PA
-6 2
X
PA
-6/S
EB
S
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
I
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
II
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
III
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MI
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
II
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
III
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40)
com e sem Adição de Nanocargas
Resultados
A B C D E F G H I J K
0
200
400
600
800
1000
1200
Re
sis
tên
cia
ao
Im
pa
cto
Izo
d c
om
En
talh
e (
J/m
)
AmostrasP
A-6
2X
PA
-6/S
EB
S
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
I
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
II
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
III
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MI
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
II
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
III
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40)
com e sem Adição de Nanocargas
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
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
Resultados
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com
e sem Adição de Sílica Método III
Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30)
com e sem Adição de Nanocargas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
III
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
II
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
I
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
I
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MI
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
III
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
II
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
I
PA
-6/S
EB
S
PA
-6 2
x
Módulo
de E
last
icid
ade (
MPa)
AmostrasA B C D E F G H I J K
0
200
400
600
800
1000
1200
Re
sis
tên
cia
ao
Im
pa
cto
Izo
d c
om
En
talh
e (
J/m
)
Amostras
PA
-6 2
x
PA
-6/S
EB
S
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
I
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
II
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
III
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MI
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MIII
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
II
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
III
Resultados
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30)
com e sem Adição de Nanocargas
A B C D E F G H I J K
0
200
400
600
800
1000
1200
Re
sis
tên
cia
ao
Im
pa
cto
Izo
d c
om
En
talh
e (
J/m
)
Amostras
PA
-6 2
x
PA
-6/S
EB
S
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
I
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
II
PA
-6/S
EB
S/C
LO
ISIT
E M
III
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MI
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MII
PA
-6/S
EB
S/L
AP
ON
ITA
MIII
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
I
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
II
PA
-6/S
EB
S/S
ILIC
A M
III
Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS)
(70/30) com e sem Adição de Sílica
Sílica M I Sílica M II Sílica M III
PA-6/SEBS
Plano
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
Resultados
• Conclusão
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.
Conclusões
• ↑Resistência ao Impacto ↑Módulo de Elasticidade
• ↑ Estabilidade dimensional
5% em massa de nanocarga nos Nanocompósitos
20-50% em massa de carga nos Compósitos
X
Agradecimentos
• Mazzaferro
• BUN (Bentonit União Nordeste)
• CAPES e FAPESP
