Desenvolvimento de nanopartículas híbridas multifuncionais para a preparação de polímeros retardantes de chama

Abstract

A ampla utilização de materiais poliméricos em nosso cotidiano é impulsionada pela notável combinação de suas propriedades, baixa massa e facilidade de processamento. No entanto, os polímeros também são conhecidos por sua alta suscetibilidade à inflamação frequentemente acompanhada pela geração de gases corrosivos ou tóxicos e pela liberação de fumaça durante a queima. Segundo entrevistas realizadas com órgãos e departamentos responsáveis pela segurança comunitária, como o Corpo de Bombeiros Militar do Rio Grande do Sul, o Instituto Geral de Perícias e o Departamento de Segurança, Prevenção e Proteção contra incêndio, faz-se cada vez mais necessária a pesquisa de alternativas de retardantes de chama mais eficientes e que não liberam compostos tóxicos quando entram em combustão, como o que ocorre com os tradicionais aditivos antichama halogenados. Dentro dessa perspectiva, este trabalho tem como principal objetivo sintetizar nanopartículas híbridas multifuncionais à base de argilominerais lamelares, como a bentonita (Bent) e a Cloisite 20A® (C20A), através das suas funcionalizações com compostos orgânicos com potencial para agregarem propriedades antichama a matrizes poliméricas. Para isso, foi realizada a modificação da argila Bent com o organossilano (3-aminopropil)trietoxisilano (APTES) e o (aminopropil)isooctil-POSS, e da argila C20A com o modificador APTES, uma vez que esta argila já possui em sua estrutura um sal de amônio quaternário que atua como um modificador funcional. Após as funcionalizações, as nanopartículas foram caracterizadas pelo modo de difração de raios-X, análise termogravimétrica e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier por refletância total atenuada (FTIR-ATR), sendo possível comprovar a modificação das nanopartículas com sucesso, tornando-as aptas para uma posterior utilização como aditivos retardantes de chama em nanocompósitos poliméricos.

The widespread use of polymeric materials in our daily lives is driven by their remarkable combination of properties, such as low weight and ease of processing. However, polymers are also known for their high susceptibility to inflammation, often accompanied by the generation of corrosive or toxic gases and the release of smoke during combustion. According to interviews conducted with community safety organizations and departments, such as the Military Fire Department of Rio Grande do Sul, the General Institute of Forensics, and the Department of Security, Prevention, and Fire Protection, there is an increasing need to research more efficient flame-retardant alternatives that do not release toxic compounds when ignited, as is the case with traditional halogenated flame-retardant additives. From this perspective, this work aims to synthesize multifunctional hybrid nanoparticles based on lamellar argillaceous minerals, such as bentonite (Bent) and Cloisite 20A® (C20A), through their functionalization with organic compounds with the potential to impart flame retardant properties to polymeric matrices. To achieve this, bentonite clay was modified with organosilane (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and (aminopropyl)isooctyl-POSS, while C20 clay was modified only with APTES, as this clay already contains a quaternary ammonium salt in its structure, acting as a functional modifier. After functionalization, the nanoparticles were characterized by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, and Fourier-transform infrared spectroscopy by attenuated total reflectance (FTIR-ATR), confirming the successful modification of the nanoparticles, making them suitable for subsequent use as flame retardant additives in polymeric nanocomposites.