Materiais nanoestruturados sintéticos tipo esmectitas: sua síntese, caracterização e aplicação em nanocompósitos de polietileno

Abstract

Materiais naturais nanoestruturados, tipo smectita, têm sido amplamente usados em nanocompósitos poliméricos, com ganhos expressivos em muitas propriedades. Porém, devido a sua natureza polar, seu uso em nanocompósitos de poliolefinas apresenta uma série de problemas. Entre esses problemas está a dificuldade de esfoliação na matriz, o que geralmente resulta um sistema não nano-estruturado e, por conseqüência, com pouco ou nenhum ganho em propriedades. Para tentar resolver esse problema, materiais tipo esmectita têm sido modificados com sais de amônio quartenário. Esses, por sua vez, possuem características tóxicas, impedindo seu uso em embalagens de alimentos. Com o objetivo de estudar uma nova alternativa que contorne esses problemas, dois materiais lamelares nano-estruturados, tipo esmectita, contendo grupos alquila ligados por ligação sigma com a rede inorgânica, foram sintetizados. Ambos apresentaram excelente ordem mesoestrutural. Um dos materiais sintetizados, formado por um Alsilsesquioxano lamelar, contendo alto teor de cadeia alquila entre as lamelas inorgânicas, foi usado na formação de compósito de polietileno. Comparativamente, uma argila natural, modificada com sais de amônio quaternário (Cloisite 15A), foi usada para fins comparativos. Os compósitos, então obtidos, foram caracterizados para avaliar diferenças microestruturais, morfológicas e mudanças em suas propriedades mecânicas e reológicas. Comparativamente à argila comercial Cloisite 15A, os compósitos contendo os materiais sintéticos apresentaram reologia diferenciada, melhor resistência ao impacto e ao Tensofissuramento Acelerado pelo Ambiente (ESCR).

Nanostructured natural materials, as smectites, have been widely used in polymeric nanocomposites, with significant gains in many properties. However, due to its polar nature, the use in nanocomposites of polyolefins presents a series of drawbacks. Among these problems, its difficulty exfoliation in the matrix, which generally results in a system not nanostructured and, consequently, with little or no gain on properties. To try to resolve this problem, materials type smectite have been modified with quaternary ammonium salts. These salts, in turn, have toxic characteristics, preventing its use in food packaging. In order to study a new alternative that bypasses these problems, two lamellar nanostructured materials, like smectite, with alkyl groups containing sigma links connected to lamellar inorganic network, were synthesized. Both materials had excellent mesostructural order. One of the synthesized materials, formed by a lamellar Al-silsesquioxane, containing high levels of alkyl chain between the inorganic lamella, was used in the formation of a polyethylene composite. Commercial natural clay, modified with quaternary ammonium salts (Cloisite 15A), was used for comparative purposes. The composites then obtained, were characterized to assess microstructural differences, morphological change, and its mechanical and rheological properties. Comparatively to commercial clay (Cloisite 15A), the composites containing synthetic materials, showed differented rheologics properties, better impact resistance and better Environmental Stress Cracking Resistance (ESCR).