95Polmeros: Cincia e Tecnologia, vol. 13, n 2, p. 94-101, 2003
ARTIGO
TCNICO
CIENTFICO
Introduo
Desde o incio do sculo passado o desenvolvimento demateriais polimricos tem se expandido bastante, o que podeser observado no nosso dia a dia, atravs da composiodos inmeros utilitrios que nos cercam. Os processos depolimerizao foram desenvolvidos e uma grande quanti-dade de novos polmeros surgiram. Em algumas situaes,ao invs de desenvolver uma rota sinttica para a obten-o de um novo material polimrico, pesquisa e desenvol-vimento so direcionados ao estudo de misturas fsicas dedois ou mais polmeros, ou seja, blendas polimricas.Entretanto, a aplicao de alguns polmeros fica limitadapelas caractersticas e desempenho sob impacto nas condi-es de temperatura ambiente. Esta situao se agrava, prin-cipalmente para temperaturas de utilizao abaixo de zerograus Celsius[1]. Uma maneira de contornar esta limitao preparar blendas polimricas, em que um dos compo-
Blendas de Poliamida 6/Elastmero: Propriedades eInfluncia da Adio de Agente Compatibilizante
Guilherme M. O. Barra, Jerusa Roeder, Valdir Soldi, Alfredo T. N. PiresGrupo de Estudo em Materiais Polimricos, UFSC
Jos A. M. AgnelliDepartamento de Engenharia de Materiais, UFSCar
Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades micro e macroscpicas de misturas fsicas binrias de poliamida6 [PA6] com copolmero poli(etileno-co-propileno-co-dieno) [EPDM] e em presena de pequenas quantidades de EPDMou EPM enxertados com anidrido maleico, atuando como agentes compatibilizantes. Os componentes puros (poliamida 6e EPDM) e as blendas polimricas em diferentes composies foram analisados por calorimetria diferencial de varredura(DSC) e espectroscopia de infravermelho (FTIR). Os resultados indicaram a imiscibilidade dos componentes da misturaem toda a faixa de composio estudada. A utilizao das tcnicas de anlise elementar, microscopia eletrnica de varre-dura e propriedades mecnicas permitiu avaliar a homogeneidade da mistura, a reduo do tamanho dos domnios doelastmero e o aumento da fora de impacto da matriz de PA6 com a adio do agente compatibilizante mistura binriade PA6/EPDM.
Palavras-chave: Poliamida 6, EPDM, anidrido maleico, blendas polimricas.
Polyamide 6/Elastomer blends: Properties and compatibilizer influence
Abstract: This study describes the micro- and macroscopic properties of polyamide 6 (PA6) and ethylene /propylene/diene copolymer (EPDM) blends, and the effects from small quantities of EPDM or EPM grafted with maleic anhydridein this polymer mixture. The components and polymer blends at different compositions were analyzed by differentialscanning calorimeter (DSC) and infrared spectroscopy (FTIR). The results suggest immiscible mixture in all ranges of theblends compositions. Scanning electron microscopy (SEM) micrographs of the blends indicated that the size of rubberaggregates decreases as the functionalized elastomer (EPDM-g-MA or EPM-g-MA) is added to the PA6/EPDM mixture,and the impact strength of the PA6 matrix increases significantly.
Keywords: Polyamide 6, EPDM, maleic anhydride, blends.
nentes um elastmero. Dependendo dos componentespolimricos, a mistura pode se apresentar de forma nohomognea, com domnios grandes, sendo ento classifi-cada como uma blenda imiscvel. Blendas com esta caracte-rstica apresentam alta tenso interfacial e fraca adeso entrea matriz e a fase dispersa. Estudos tm sido direcionadospara avaliar a forma, tamanho e distribuio dos domniosda fase dispersa, relacionando-os com as propriedadesmacroscpicas do material resultante. A adio de peque-nas quantidades de um terceiro componente blendaimiscvel, pode alterar a energia interfacial e a dispersoentre as fases, atuando como um agente compatibilizante.Os agentes compatibilizantes geralmente so copolmerosem bloco ou enxertados e podem provocar um decrscimono tamanho da fase dispersa e modificar a tenacidade domaterial em relao ao termoplstico[2]. Por exemplo, ocopolmero em bloco poli(nilon6-co-tersulfona-co-ni-lon6) tem sido utilizado como agente compatibilizante para
Autor para correspondncia: Alfredo T. N. Pires, Departamento de Qumica, UFSC, Campus Universitrio Trindade, CEP: 88040-900, Florianpolis, SC.E-mail: [email protected]
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Barra, G. M. O. et al. - Blendas de poliamida 6/elastmero
a blenda binria poli(tersulfona)/nilon6[3] e EPDM enxer-tado com anidrido maleico em blendas de PA6/PC[4] ePA-6/EPM[5,6].
Trabalhos anteriores de nosso grupo de pesquisa tm mos-trado a influncia da adio de polipropileno enxertado comanidrido maleico [PP-g-MA] s blendas de PP/PA6 ou PP/PU[7,8].Nestes dois sistemas foi observada a formao de umcopolmero na interface entre os domnios e a matriz atravsdo aparecimento da ligao imdica. Pagnoulle e Jrme tam-bm observaram a reao entre o anidrido maleico e a aminaprimria do copolmero nas blendas de poli(etileno-co-propileno-co-dieno)/poli(estireno-co-acrilonitrila) em pre-sena de EPDM enxertado com anidrido maleico[9].
Nos ltimos anos tem sido estudada a utilizao deelastmeros como modificadores de impacto de poliamidaspara aplicaes especficas[10,11]. Por exemplo, a presena deaditivos polmricos quimicamente reativos com PA6 e fisica-mente compatveis com a fase do poli(estireno-co-acrilonitrila),modificaram a tenacidade do material resultante[12].
Este trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da adiode EPDM ou EPM enxertado com anidrido maleico nasblendas binrias imiscveis de PA6/EPDM sobre as proprie-dades micro e macroscpicas.
Experimental
MateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriais
O copolmero EPDM utilizado neste trabalho apresentatemperatura de transio vtrea (Tg) igual a 50 oC e foi gentil-mente cedido pela Nitriflex, com uma percentagem de 1,7%de etilideno norborneno segundo o fabricante. A estrutura doEPDM apresentada a seguir, onde m, n e p denotam osdiferentes graus de polimerizao.
Os copolmeros de EPDM enxertados com 0,4% e EPMcom 0,7% de anidrido maleico foram gentilmente cedidospela Uniroyal Chemical e EXXON Chemical, respecti-vamente. As amostras de EPDM-g-AM com 1,7 % de anidridomaleico foram obtidas conforme descrito na referncia 13.Poliamida 6 [PA6] com Tg igual a 42 C, Tc igual a 68 C e Tfigual a 225 C foi doada pela Petronyl Ind. Com. Todos ospolmeros foram utilizados sem purificao adicional.
dido em diferentes composies, numa extrusora CSI MaxExtruder, modelo CS-194 A. As especificaes experimen-tais da extrusora so: i) relao comprimento/dimetro igual a4; ii) velocidade de rotao de rosca de 70 rev/min e iii) duaszonas de aquecimento em 230 C. O processo de extruso foirepetido trs vezes para se obter melhor homogeneidade entreas fases na mistura, que visualmente no indicou a ocorrn-cia de decomposio. Foram preparadas blendas binrias dePA6/EPDM e PA6/EPM em presena do agente compati-bilizante (elastmero enxertado com anidrido maleico), sendoas composies expressas em porcentagem em peso.
Os espectros de infravermelho dos polmeros puros e dasblendas foram obtidos diretamente da superfcie dos filmesutilizando acessrios de reflectncia mltipla, em umespectrmetro de infravermelho 16 PC Perkin Elmer, comresoluo de 4 cm-1, sendo realizadas 20 varreduras para cadaespectro. Nas faixas de nmero de onda de interesse osespectros de infravermelho das blendas e dos componentespuros foram analisados a partir da deconvoluo gaussiana,utilizando o programa Origin 4.1.
As curvas de anlise trmica foram obtidas em umcalormetro Shimadzu 50, calibrado com ndio e utilizandonitrognio como gs de arraste. Os polmeros puros e blendasforam aquecidos a uma taxa de 10 C/min da temperaturaambiente at 250 C e mantidos nesta temperatura por 10minutos, seguidos de um choque trmico em nitrogniolquido. As amostras foram novamente aquecidas a uma taxade 10 C/min de 80 C ou da temperatura ambiente at250 C, para os elastmeros e blendas, respectivamente.
Pequenas quantidades de PA6 e das blendas polimricasforam tomadas de diferentes partes da amostra e foram deter-minados teores de carbono, hidrognio e nitrognio, utilizandoum equipamento da Perkin Elmer, model 2400 CHN. Esteprocedimento foi utilizado para se avaliar, a partir da percen-tagem de nitrognio, a quantidade de PA6 na amostra, eestimar a homogeneidade da amostra por meio de reproduti-bilidade dos resultados obtidos, com as diferentes amostras.
Foram analisadas as micrografias obtidas por microscopiaeletrnica de varredura (Philips - modelo XL 30) das super-fcies de fratura das amostras fraturadas em nitrognio lqui-do, assim como das superfcies de fratura obtidas pelo testede impacto. Uma fina camada de ouro foi depositada sobreas amostras, utilizando-se um metalizador da InternationalScientific Instruments, modelo P-S2. Anlises das imagensforam realizadas com o auxlio do software AnalySis Pr ,verso 2.11.
Os ensaios de impacto Izod foram realizados de acordocom a norma ASTM D 256-54T, em uma mquina deimpacto da Custom Scientific Instruments, temperaturaambiente. Os corpos de prova da PA6 e das blendaspolimricas, inicialmente foram obtidos por prensagem eposteriormente foram cortados segundo o molde recomen-dado pela norma. Foram realizados dez ensaios sem entalhepara cada composio estudada da blenda.
Os ensaios de tenso/deformao foram realizados em umequipamento InstronTM, modelo 8501, com um sistema de
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Os polmeros foram previamente mantidos por 12 h a100 C sob vcuo e em seguida misturados no estado fun-
