Nanocompósitos poliméricos de polipropileno e hidrotalcita modificada com silanos

Abstract

O setor automobilístico é um dos setores econômicos mais importantes atualmente, representando 22 % do PIB brasileiro em 2018. Na busca por melhorias de desempenho, economia, segurança e processos mais sustentáveis, observa-se uma tendência na substituição de materiais tradicionais, principalmente metais, por polímeros. Nesse sentido, este trabalho busca desenvolver nanocompósitos de polipropileno, reforçados com argila, com o objetivo de obter materiais com propriedades térmicas e mecânicas superiores ao polipropileno puro, permitindo assim sua ampla aplicação neste setor. As propriedades dos nanocompósitos de polipropileno foram avaliadas a partir da modificação superficial da hidrotalcita. Para a modificação foram testados silanos com diferentes grupos hidrolisáveis (cloro e alcóxido) além de 8 ou 18 carbonos na cadeia lateral, com o objetivo de avaliar qual silano proporciona maior compatibilidade entre a matriz polimérica e a carga inorgânica. O estudo mostrou que foi possível modificar a superfície da hidrotalcita com todos os silanos estudados.

The automotive industry is one of the most important economic activity today, accounting for 22 % of Brazil's GDP in 2018. In the search for performance improvements, economy, safety and more sustainable processes, there is a tendency to replace traditional materials, especially metals, by polymers. In this sense, this work seeks to develop clay reinforced polypropylene nanocomposites, aiming to obtain materials with thermal and mechanical properties superior to pure polypropylene, thus allowing its wide application in this sector. The properties of polypropylene nanocomposites were evaluated by hydrotalcite surface modification. For the modification, silanes with different hydrolysable groups (chlorine and alkoxide) and 8 or 18 carbons in the side chain were tested, in order to evaluate which silane provides greater compatibility between the polymeric matrix and the inorganic filler. The study showed that it was possible to modify the hydrotalcite surface with all silanes studied. Through infrared spectroscopy it was possible to identify a shoulder in the range of 1160 to 930 cm-1 corresponding to Si-O-M bonding and by nuclear magnetic resonance it was verified the predominance of a monodentate bonding mode between silicon and clay. The highest graft content was obtained for the modification made with silane that has chlorine as hydrolysable group. On the other hand, nanocomposites prepared with 8-carbon side-chain silane and ethoxy as hydrolysable group showed an increase in thermal stability of 19 and 17 °C at T10% and T50%, respectively. In addition, a significant increase (200 %) in impact strength without loss of stiffness of the polymeric matrix was obtained. These results indicate that the modification of hydrotalcite with silane [C8Si][triethoxy] is an alternative to obtain polypropylene nanocomposites with properties superior to pure polymer, proving to be suitable for application in the automotive industry. Através da espectroscopia no infravermelho foi possível identificar um ombro na faixa de 1160 a 930 cm-1 correspondente à ligação Si-O-M e através de ressonância magnética nuclear foi verificada a predominância de um modo de ligação monodentado entre o silício e a argila. O maior teor de grafitização foi obtido para a modificação realizada com silano que possui cloro como grupo hidrolisável. Por outro lado, o nanocompósitos preparado com o silano com 8 carbonos na cadeia lateral e etóxi como grupo hidrolisável apresentou um aumento na estabilidade térmica de 19 e 17 °C na T10% e T50%, respectivamente. Além disso, obteve-se um aumento expressivo (200 %) na resistência ao impacto sem perdas da rigidez da matriz polimérica. Esses resultados indicam que a modificação da hidrotalcita com silano [C8Si][trietóxi] é uma alternativa para obter nanocompósitos de polipropileno com propriedades superiores ao polímero puro, mostrando-se adequada para aplicação na indústria automobilística.