Orientador: Maria Isabel Felisberti

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo: A incorporação de cargas em matrizes poliméricas, visando o desenvolvimento de compósitos e nanocompósitos poliméricos, tem sido foco de intensos estudos e apresentado interesse crescente na área industrial nos últimos anos em função do acréscimo conferido às suas propriedades mecânicas,...

Resumo: A incorporação de cargas em matrizes poliméricas, visando o desenvolvimento de compósitos e nanocompósitos poliméricos, tem sido foco de intensos estudos e apresentado interesse crescente na área industrial nos últimos anos em função do acréscimo conferido às suas propriedades mecânicas, térmicas e elétricas, dependendo da natureza da carga, e também devido à simplicidade, rapidez e baixo custo na obtenção destes materiais. A associação de cargas de diferentes naturezas em uma mesma matriz polimérica, além de conferir múltiplas funcionalidades ao material, pode contribuir com propriedades sinérgicas, antagônicas ou meramente aditivas. Neste trabalho, foram preparados em diferentes concentrações, compósitos binários de poliamida 6 (PA 6) com argila organicamente modificada, Cloisite® 30 B (C30B) e PA 6 com grafite puro, bem como compósitos ternários de PA 6, argila C30B e grafite, através da mistura mecânica no estado fundido, utilizando extrusora de duas roscas cônicas co-rotacionais, com o objetivo de desenvolver materiais com elevado desempenho mecânico e térmico. Corpos de prova moldados por injeção foram submetidos a ensaios para determinação de suas propriedades mecânicas (ensaios de tração e de resistência ao impacto), térmicas (DMA, TGA e DSC), morfológicas (SEM e TEM) e estruturais (XRD). Tanto os nanocompósitos de PA 6 e argila C30B, quanto os compósitos de PA 6 e grafite, apresentaram maior resistência à tração do que a PA 6 pura, assim como ocorreu com os compósitos ternários. Porém, nestes últimos, foram observados os maiores ganhos na rigidez do material, devido ao efeito co-reforçante de ambas as cargas e suas prováveis interações mútuas que favorecem a dispersão na matriz. As análises morfológicas das misturas binárias e ternárias revelaram a formação de estruturas esfoliadas e de agregados, no caso da argila, enquanto que no caso da grafite apenas se observou partículas correspondentes a agregados de multilaminas de grafeno, mesmo nos sistemas ternários. Apesar disso, contatou-se que a presença da grafite nos nanocompósitos ternários proporciona um aumento da extensão de delaminação da argila. A grafite atua como agente nucleante para a cristalização da poliamida, sem alterar a forma cristalina, no caso a forma 'alfa'. Enquanto que a argila induz a formação da fase 'gama'.

Abstract: The incorporation of fillers in polymeric matrices in order to develop polymer composites and nanocomposites has been highlighted in many works and has showed increasing interest in industrial area in the last years because of enhaced mechanical, thermal and electrical properties,...

Abstract: The incorporation of fillers in polymeric matrices in order to develop polymer composites and nanocomposites has been highlighted in many works and has showed increasing interest in industrial area in the last years because of enhaced mechanical, thermal and electrical properties, depending on the filler nature, and also because of simplicity, velocity and low costs in the preparation of these materials. The association of different fillers in the same polymeric matrix, beyond multiple functionalities attributed to the material, can also contribute to synergistic, antagonistic or additive properties. In this work, binary composites of polyamide 6 (PA 6) with organic modified clay, Cloisite® 30 B (C30B), and PA 6 with pristine graphite, were prepared in different concentrations as well as ternary composites of PA 6, clay and graphite, through mechanical mixture in the molten state, using a conical co-rotational twin-screw extruder, in order to develop materials with enhaced mechanical and thermal properties. The materials were injection molded to investigate their mechanical (Tensile properties, Izod Impact resistance), thermal (DMA, TGA and DSC), morphological (SEM and TEM) and structural (XRD) properties. Both binary composites, PA 6 with C30B clay and PA 6 with graphite, showed higher tensile properties in relation to pure PA 6, and the same happened with ternary composites. But in these last one the highest gain in the material stiffness was observed, because of the co-reinforcement effect of both fillers and their mutual interations that favoured fillers dispersion. The morphological analysis of binary and ternary systems have revealed the formation of exfoliated structures and aggregates, in the case of the clay, while in the graphite case only particles refered to aggregates of graphene multi-platelets were observed even in the ternary systems. Nevertheless, it was detected that the presence of graphite in the ternary composites promotes an increase in the exfoliation degree of the organoclay. Thermal studies showed that the graphite acts as a nucleating agent for the crystallization of polyamide, without change in the crystalline 'alpha' phase, while the organoclay promotes the 'gama' phase