Desenvolvimento de um equipamento para realizar medidas de permeabilidade gasosa em polímeros e nanocompósitos poliméricos

Abstract

A permeabilidade gasosa em materiais semipermeáveis é uma propriedade inerente a sua estrutura e resulta na absorção de fluidos por difusão nos espaços intermoleculares existentes na matriz do material. A capacidade de um gás atravessar uma membrana semipermeável é objeto de pesquisa em várias áreas a indústria de embalagens de alimentos e medicamentos, a indústria química e de prospecção de petróleo e gás natural. Na extração de petróleo bruto, por exemplo, os polímeros minimizam a permeação gasosa, reduzindo o vazamento de gás natural e óleo cru em risers, prevenindo acidentes que podem causar graves impactos ambientais. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi testar e validar o permeâmetro para gases construído e aprimorado pelo autor, visando verificar a influência da adição de nanoargila ao polietileno de alta densidade (HDPE) na permeabilidade gasosa em relação ao HDPE puro, pois não havia equipamentos disponíveis para sua aferição. O referido equipamento possibilita verificar a permeabilidade de diferentes gases em placas poliméricas e de nanocompósitos poliméricos, sendo testado com nitrogênio a 1 MPa e 69°C (342,15 K) em amostras de HDPE puro e com adição de nanoargila, formando um nanocompósito polimérico. Os resultados foram comparados com dados experimentais obtidos anteriormente e informações contidas na literatura, validando o permeâmetro apresentado, que é capaz de aferir a permeabilidade gasosa nas condições descritas com maior precisão e facilidade de operação do que a versão anterior do equipamento, demonstrando que as melhorias e avanços realizados foram adequados, possibilitando a medição das propriedades de transporte de gases em diferentes materiais.

The gas permeability in semipermeable materials is a property inherent to the structure of the material that results in the absorption of fluids by diffusion in the intermolecular spaces existing in its matrix. The ability of a gas to cross a semipermeable membrane is the subject of research in several fields, such as the food and drug packaging industry, the chemical industry and oil and natural gas prospecting. In crude oil extraction, for example, polymers minimize gas permeation, reducing the leakage of natural gas and crude oil in risers, preventing accidents that can cause serious environmental impacts. The objective of this work was to test and validate the gas permeameter built and improved by the authors, aiming to verify the influence of the addition of nanoclay to the high density polyethylene (HDPE) in the reduction of gas permeability in relation to pure HDPE, as there was no equipment available for its measurement. This equipment allows to measure the permeability of different gases in polymeric plates and polymeric nanocomposites, being tested with nitrogen at 1 MPa and 69°C (342.15 K) in samples of pure HDPE and with addition of nanoclay, forming a polymeric nanocomposite. The results were compared with experimental data and information present in the literature, validating the presented permeameter, which is capable of measuring the gas permeability under the described conditions with greater precision and ease of operation than the previous model featured in previous article, demonstrating that the improvements and advances made were suitable, enabling the measurement of gas transport properties in different semi-permeable materials.