of 37/37
1 Profa. Dra. Profa. Dra. Laura Berasain Gonella (UCS) Equipe Executora: Profa.Dra. Janaina da Silva Crespo (UCS) Profa.Dra. Raquel S. Mauler (UFRGS) Msc. Larissa N. Carli (UFRGS) Profa. Dra. Giovanna Machado (CETENE-PE) Prof. Msc. Glaúcio A. Carvalho (UCS) Técnicas de obtenção de nanocompósitos poliméricos

Técnicas de obtenção de nanocompósitos poliméricos

  • View
    4.027

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Palestra realizada no dia 23 de março de 2011 na UCS, com um público de 45 pessoas (estudantes e profissionais), com apoio do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies.

Text of Técnicas de obtenção de nanocompósitos poliméricos

  • 1. 1Tcnicas de obteno denanocompsitos polimricos Profa. Dra. Laura Berasain Gonella (UCS)Equipe Executora: Profa.Dra. Janaina da Silva Crespo (UCS) Profa.Dra. Raquel S. Mauler (UFRGS) Msc. Larissa N. Carli (UFRGS) Profa. Dra. Giovanna Machado (CETENE-PE) Prof. Msc. Glacio A. Carvalho (UCS)

2. 2Compsitos Versus Nanocompsitos Compsitos convencionaismateriais heterogneoscarga de 20- 40 % g (fibra de vidro) melhorar as propriedadespartculas dispersas na matriz (10-6m) mecnicas Nanocompsitoscarga de 2 - 5 % g (Exemplo: montmorilonita - aluminosilicatos)partculas com uma das dimenses na ordem de 10-9m c =100 - 500 nmr = c/e e~1 nmRazo de aspecto (r)grande: permite a adio rea superficial: interage maisde menos carga com o polmeroFonte: Adaptado - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003. 3. 3 Vantagens Nanocompsitos Materiais mais leves com melhores propriedadesmecnicas, alta resistncia trmica e estabilidadedimensionalIndstria automobilstica Reduo do peso: Menor consumo de combustvelReciclagem 4. 4 Vantagens Nanocompsitos Materiais anti-chama e com alta estabilidade trmicaIndstria de fios eltricos Melhora das propriedadesde barreira a gases etransparnciaIndstria de embalagens 5. 5 Tipos de nanocargas Partculas esfricas Exemplos: slica, xido de titnio, alumina Fibras e nanotubos Exemplo: Nanotubos de carbono Estrutura em camadas Exemplo: Argila montmorilonita (MMT)Fontes: - Fornes, T.D.; Paul, D.R. Polymer, v.13, n 4, p. 212-217, 2003. - Bousmina, M. ; Congresso PPS 2004 Americas Regional Meeting - Novembro 2004. 6. 6Morfologia dos nanocompsitos - d = 8 -10 nm -Perda deprop. mecnicas e melhoria nas prop. de barreira- d = 2 - 3 nm -Embalagens (alimentos,- Melhora nas prop. mdicas, cosmticos)mecnicas- Peas automotivas- Retardante de chamaFontes: - Fornes, T.D.; Paul, Polymer, v.13, n 4, p. 212-217, 2003. - Bousmina, M. ; Congresso PPS 2004 Americas Regional Meeting - Novembro 2004. 7. 7Caracterizao dos nanocompsitosAnlise Morfolgica Difrao de raio-X (DRX) Microscopia eletrnica de transmisso (MET) Microscopia de fora atmica (AFM) 8. 8Estrutura da montimorilonitaTetradrica SiO2Octadrica Al2O31 nmTetradrica SiO20.98 nm MMT: ons de sdio e clcio:no tem interao com opolmero orgnicoModificao orgnica com salde amnio: promove a interaocom o polmero Fonte: Adaptado - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003. 9. 9Estrutura das argilas MMTMMTNa+ d=1,32 nm-CH2CH2OHCl(EtOH)2M1T1N+ + EtOH = hidrxi etilCLOISITE 30B TN CH3 M = metil90 meq/100g argila T = graxoCH2CH2OHd=1,85nm HT = graxo hidrogenado Cl- CH3CLOISITE 15AM2(HT)2N+HT NCH3 125 meq/100g argila d=3,23 nm HT Fonte: Adaptado www.nanoclay.com 10. 10 Anlise Morfolgica por DRX das MMT2 = 2,75MMTNa+: d = 1,32 nm+ MMT-M2(HT)2N MMT-(EtOH)2M1T1N+: d = 1,89 nm 2 = 4,75 Intensidade(cps) 2 = 6,9 MMT-(EtOH) M T N + MMTNa+ no modificada 2 1 1MMT-M2(HT)2N+: d = 3,54 nm 2 = 6,8 d = 1,31 nm MMTNa+123 45 6 7 8 9 102(graus)Fonte: Dados experimentais do Doutorado de Laura Gonella, 2007. 11. 11 Anlise Morfolgica por MEV das MMT Aumento da distncia entre as galerias 2 m 2 mrea elevada MMTNa+ MMT-(EtOH)2M1T1N+espessura baixaFonte: Dados experimentais do Doutorado de Laura Gonella, 2007. 12. 12 Anlise da composio qumica da MMTNa+ (EDS)AluminosilicatosFonte: Dados experimentais do Doutorado de Laura Gonella, 2007. 13. 13Anlise da composio qumica da MMT-(EtOH)2M1T1N+ (EDS) Presena de carbono: grupo graxoFonte: Dados experimentais do Doutorado de Laura Gonella, 2007. 14. 14Condies para obteno dos nanocompsitos Interao argila/polmero - estrutura orgnica do modificador - concentrao do modificador % g de argila boa disperso da argila na matriz polimricaFonte: - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003. 15. 15Nanocompsitos comerciais Bayer AG fabrica embalagens a base de nanocompsitos de nylon 6 com argila modificada organicamente. espessura de cada folha < da luz rea superficial das camadas: dificulta a orientao preferencial das folhas: no difuso dos gasesrefletem e nem desviam a luz: transparnciaFonte: www.bayer.com 16. 16Nanocompsitos comerciaisHoneywell fabrica garrafascom multicamadasdePET/Nanocompsito de PA/PET. Barreira gases Boa adeso entre PET e PAFonte: www.honeywell.com 17. 17 Nanocompsitos comerciaisGM fabrica estribo (nanocompsito de poliolefinas) de ummodelo van.Fonte:GM- Nanocomposites 2004 e Plastic Technology October 2001 18. 18 Nanocompsitos comerciaisGM fabrica partes dos carros com reduo de 7% do peso,estabilidade dimensional com alteraes de temperatura.Fonte:GM- Nanocomposites 2004 e GM- website 2005. 19. 19Tcnicas de obteno de nanocompsitospolimricosMtodo de polimerizao in situMtodo de intercalao em soluoMtodo de intercalao no estado fundido 20. 20Polimerizao in situ Ha formaodopolmero entre as camadas+ INICIADORda argila Favorece a esfoliao dascamadas da MMT na matrizpolimrica ReatorFonte: - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003. 21. 21Polimerizao in situNanocompsitointercaladoNanocompsitoesfoliado Alto graude esfoliao 22. 22Nanocompsitos obtidos por Polimerizao in situ Toyota Motor Company patente da obteno do nanocompsito de nylon 6 com 4 % g de montimorilonita (nanocompsito esfoliado);Nanocompsito em relao ao PA 6 puro apresentoumelhores:Propriedades trmicasPropriedades mecnicasPropriedades de barreiraFontes: - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003.- Cho, J. W; Paul, D. R. Polymer, v. 42, p. 1083-1094, 2001. 23. 23Nanocompsitos obtidos por Polimerizao in situ Nanocompsitos de polietileno (PE) com montimorilonitasmodificadas organicamente apresentaram: Morfologia esfoliada Aumento de 30 % do mdulo Young comparado com o PE puroFontes:- Zapata, P. e colaboradores. J. Chil. Chem. Soc, v. 53, 2008. - Du, K. e colaboradores. Macromol Rapid Commun., v. 28, p. 2294, 2007. 24. 24Nanocompsitos obtidos por Polimerizao in situ Patente WO 047598: preparao de Nanocompsitos depoliolefinas ou poliestireno (PS) com argila natural: Modificao da argila natural com ons alquil amnio; Argila organoflica: resultam em nanocompsitos com valores de resistncia na ruptura superiores em relao as poliolefinas convencionais.Fonte:- Alexandre, M. e colaboradores. Patent, WO 047598, 1999. 25. 25 Intercalao em soluoEVAPORAO DO SOLVENTE Alto grau de intercalao + POLMERO + SOLVENTESolventePRECIPITAO DO POLMEROSolvel com o polmeroInteraocomananocarga: dispersoFonte: - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003. 26. 26 Nanocompsitos obtidos por Intercalao em soluo Nanocompsito de SBS com MMTmodificadaorganicamente: Solvente Tolueno: disperso da argila no SBS Solvente Etanol: Precipitao do SBS Morfologia intercalada Ganho no mdulo Estabilidade do alongamentoFonte:- Liao, M. e colaboradores. Journal of Apllied Polym. Science, v.92, p. 3430, 2004. 27. 27 Nanocompsitos obtidos por Intercalaoem soluo Nanocompsito de SBR com MMT modificadaorganicamente: Solvente Tolueno Morfologia intercaladaFonte:- Ganter, M. e colaboradores. Gumni Kunstst, v.54, p. 166, 2001. 28. 28Intercalao no estado fundido+ POLMEROFATORES QUE INFLUENCIAM NOPROCESSAMENTOCompatibilidadequmicananocarga/polmero Alto/baixo cissalhamento: pode promover adisperso dananocarga no polmero:degradao do polmeroCmara de misturaFonte: - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym.Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003. 29. 29 Intercalao no estado fundido Disperso da nanocarga:Compatibilidade qumica nanocarga/polmero Granulometriassimilares promove + POLMERO melhora na homogeneizao na misturaExtrusoraFontes: - Ray, S. S.; Okamoto. Prog. Polym. Sci., v. 28, p. 1539-1641, 2003.- Cho, J. W; Paul, D. R. Polymer, v. 42, p. 1083-1094, 2001. 30. 30Variveis do Processamento por Intercalao no estado fundidoroscafunilmatriz canhoMotorMotor TIPOS DE ROSCAMonorosca: diminui a homogeneizao ea disperso dananocarga na matrizpolimricaDupla rosca: promove a melhora nahomogeneizao dos materiais/dispersoDupla roscaMonorosca 31. 31 Variveis do Processamento por Intercalao no estado fundidoroscafunilmatrizcanho Motor Motor VELOCIDADE DE ROTAOPode BAIXA: maior tempo de residncia melhora na homogeneizao/disperso da nanocargapromover adegradao ALTA: alto cissalhamento promove a melhora na homogeneizao/disperso da nanocargado polmeroFontes: - Dennis, H.R. e colaboradores. Polymer, v.42, p. 9513, 2001.- Peltola, P. e colaboradores. Polymer Engineering and Science, v.46, p. 995, 2006. 32. 32 Nanocompsitos obtidos por Intercalao no estado fundido Nanocompsito de poliamida 6 com MMT modificadasorganicamente: Alta Afinidade nanocarga/polmero: facilidade de ocorrer aesfoliao Baixa Afinidade nanocarga/polmero: forte interao entre ascamadas da argila, no qual o cissalhamento somente separa aspartculas em tactides Separao das camadasFonte:- Dennis, H.R. e colaboradores. Polymer, v.42, p. 9513, 2001. 33. 33 Mecanismo de disperso da nanocarga durante oProcessamento por Intercalao no estado fundidoAfinidade nanocarga/polmero baixaINTERAO FORTE ENTRE AS CAMADAS DA ARGILA DISTNCIA PEQUENACISSALHAMENTO Separao das camadasFontes:- Dennis, H.R. e colaboradores. Polymer, v.42, p. 9513, 2001.- Bousmina, M. Macromolecules, v. 39, p. 4259, 2006.- Yoshida, O e colaboradores. Journal of Polymer Enginnering, v.26, p. 916, 2006. 34. 34 Nanocompsitos obtidos por Intercalao no estado fundido Nanocompsitos de polipropileno (PP) com MMT modificadas organicamente com agente de compatibilizao (PP-g-MA): Morfologia intercalada: melhor disperso da MMT Propriedades mecnicas melhores comparadas com osnanocompsitos no compatibilizados IntercalaoFontes: - Lopez- Quintanilla, M.L. e colaboradores. Journal of Applied Polymer Science, p. 4748, 2006.- Peltola, P. e colaboradores. Polymer Engineering and Science, v.46, p. 995, 2006. - vermogen, A. e colaboradores. Macromolecules, v. 38, p. 9661, 2005. 35. 35Nanocompsitos obtidos por Intercalao no estadofundido Projeto UCS/UFRGS: Nanocompsitos de PHBV com MMTmodificada organicamente (Cloisite 30B): 3% MMT (Morfologia intercalada/aglomerados/esfoliada):maior Estabilidade trmica comparada com 5 % MMT(intercalada/esfoliada/aglomerados)PROPRIEDADES MECNICASSUPERIORESPARANANOCOMPSITO COM 5 % MMTMaior grau de esfoliaoMaior grau de Fonte:Dadosexperimentaisdointercalao/aglomeradosDoutorado de Larissa Carli, 2011. 36. 36 Nanocompsitos obtidos por Intercalao no estado fundido Projeto Tintas/UCS: Nanocompsitos de resina epxi com4% g de MMT modificada organicamente (Cloisite 30B): Morfologia esfoliada: aumento de 10% da propriedade de barreira comparado com a resina epxi pura (aps 504 h de exposio nvoa salina). Esfoliao Fonte: Dados experimentais do Mestrado de Diego Piazza, 2011. 37. 37Muito obrigada pela ateno!