Nanopartículas magnéticas incorporadas em argila bentonita para obtenção de nanocompósitos Pebd/mBent

Abstract

O trabalho tem como objetivo a obtenção de nanocompósitos de polietileno de baixa densidade com bentonita modificada (mBent) com nanopartículas de magnetita (Fe3O4). Foram preparados nanocompósitos PEBD/Bent, PEBD/mBent e PEBD/Fe3O4 e com dois teores de nanocarga (3 e 5%) e utilizando dois métodos de preparação (sem e com aplicação de campo magnético externo) para análise do efeito da adição da carga e do alinhamento das nanopartículas. As nanopartículas magnéticas foram obtidas por coprecitação dos íons de Fe3+ e Fe2+. Posteriormente, a argila bentonita (Bent) foi modificada através da obtenção de partículas magnéticas na presença de Bent. O método de preparação dos nanocompósitos se deu via intercalação por solução e os filmes foram obtidos através de casting. As nanopartículas foram caracterizadas por análises magnéticas, fisíco-químicas e térmicas, sendo possível observar a obtenção da mBent através da presença dos picos característicos de ambas as estruturas (Fe3O4 e Bent). Os filmes nanocompósitos foram caracterizados quanto a sua morfologia, e suas propriedades térmicas, dinâmico-mecânicas e mecânicas. Eles apresentaram melhor estabilidade térmica quando comparados ao polímero puro. Os resultados de calorimetria exploratória diferencial (DSC) demonstraram que as nanocargas não afetaram significativamente as temperaturas de cristalização e fusão da matriz, porém, o grau de cristalinidade sofreu um decréscimo com a inserção das nanocargas. Observa-se que com o alinhamento dessas nanocargas esse resultado é atenuado, devido a efeitos causados pelo alinhamento. Além disso, é possível observar uma boa interação das nanopartículas com a fase de PEBD através da análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por fim, através das análises de microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG) e microscopia ótica foi visto que a mBent e Fe3O4 apresentaram boa dispersão na matriz de PEBD e ainda evidenciou o alinhamento sofrido pelas partículas nos sistemas de preparação com a presença de campo magnético externo, o que pode garantir propriedades de barreira interessantes nesses materiais.

The aim of this work is to obtain low density polyethylene nanocomposites with bentonite (mBent) modified by the addition of magnetite nanoparticles (Fe3O4). LDPE/Bent, LDPE/mBent and LDPE/Fe3O4 nanocomposites were prepared with two nanofillers content (3 and 5%) and using two preparation methods (with and without external magnetic field application) to investigate the effect of addition of the charge and the alignment of nanoparticles. The magnetic nanoparticles were obtained by coprecipitation of the Fe3+ and Fe2+ ions in the presence of Bent. The method of preparation of the nanocomposites was via solution intercalation and the films were obtained by casting. The nanoparticles were characterized by magnetic, physicochemical and thermal analyzes, and it was possible to observe that the mBent presented the characteristic peaks of both structures (Fe3O4 and Bent). The nanocomposite films were characterized in terms of their morphology and their thermal, dynamic-mechanical and mechanical properties. They presented better thermal stability when compared to the pure polymer. The differential scanning calorimetry (DSC) results showed that nanofillers did not significantly affect the crystallization and melting temperatures of the matrix, but the degree of crystallinity decreased with the addition of the nanofiller. The alignment of these nanofillers resulted in attenuation of this effect due to their alignment. In addition, it was possible to observe a good interaction of the nanoparticles with the LDPE phase through the analysis of scanning electron microscopy (SEM). Finally, through the field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG) and optical microscopy, it was observed that mBent and Fe3O4 showed good dispersion in the LDPE matrix and also evidenced the alignment of the particles with the presence of external magnetic field, which can guarantee interesting barrier properties in these materials.