Polipropileno isostático modificado via recozimento e deformação plástica : estudo da morfologia e comportamento térmico

Abstract

O estudo do efeito causado por grandes deformações em materiais poliméricos semi-cristalinos constitui uma área de grande interesse tecnológico em ciência dos materiais, pois está relacionado às condições de processamento destes materiais que vão alterar sua morfologia e se refletir diretamente nas propriedades que o material vai apresentar depois de processado. Excluindo-se modificações químicas, os fatores que mais afetam as propriedades finais de um material polimérico processado são a pressão e a temperatura. A relação entre estrutura e propriedades do polipropileno isotático (i-PP), a diferentes pesos moleculares, quando alterado morfologicamente através de recozimento e deformação plástica plana por compressão foi estudada através das técnicas de microscopia óptica de luz polarizada (POM), difração de raios-X de alto ângulo (W AXS) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Os sistemas estudados consistiam originalmente de amostras de i-PP comercial, fornecidas pela OPP Petroquírnica (III Pólo Petroquímico - Triunfo/RS), na forma de grânulos. Os materiais foram termoprensados e "amostras padrão" nas dimensões (5, 1 x 5,3) mm2 obtidas das respectivas placas moldadas foram modificadas morfologicamente segundo três procedimentos básicos: por deformação plástica plana por compressão, à temperatura ambiente (método 1 ), por recozimento a diferentes temperaturas (método 2) e finalmente por deformação plástica, segundo as mesmas condições empregadas no método I, das "amostras padrão" recozidas previamente a 150 °C (método 3). As fotornicrografias obtidas permitiram a observação da morfologia inicial dos polímeros a diferentes pesos moleculares e evidenciar modificações causadas a nivel de superestruturas quando ocorrem grandes deformações. Os difratogramas obtidos das amostras de i-PP registraram alterações na largura e intensidade das linhas de difração, quando estas foram submetidas aos diferentes métodos de modificação morfológica. Estas alterações estão relacionadas com a variação da composição das fases cristalinas e amorfas do polímero. O comportamento térmico dos materiais morfologicamente modificados também evidenciou alterações no perfil das curvas de fusão e nos calores envolvidos no processo de fusão. A determinação da cristalinidade das amostras foi realizada via difração de raios-X e DSC. Observou-se uma diminuição significativa da cristalinidade das amostras com o aumento da pressão de deformação aplicada quando o método de determinação empregado foi o de difração de raios-X, enquanto que uma diminuição bem mais sutil foi registrada quando o método de determinação utilizado foi através da técnica de DSC. Por outro lado, a cristalinidade das amostras não foi afetada significativamente pelo processo de recozimento empregado quando estimada por ambos os métodos de determinação.

The effect of large deformation in semicrystalline polymeric materiais is of great technological importance in materiais science, since it is related to the processing conditions which affect their morphology and consequently their properties. Excluding chemical modifications, the major factors which contribute to modify the final properties o f a polymeric material are pressure and temperature. The relationship between the structure and properties of isotactic polypropylene (i-PP), at different molecular weights, when morphologically aJtered by means of annealing and plastic plane strain compression processes was studied by using polarized light optical microscopy (POM), wide angle X-ray diffraction (W A.XS) and differential scanning caJorimetry (DSC). The materiais under studied in this work were originaJiy granules of commercial isotactic polypropylene, at four different molecular weights, provided by OPP Petroquímica, Brazil. The polymer granules were manufactured by compression moulding and a plate of 1 mm thickness was prepared. Standard samples with 5,1 mm x 5,3 mm dimensions were cut from these plates to be further submitted to three different procedures: plastic deformation, at room temperature, by plane strain compression in a channel die to very large plastic strains (method 1 ), annealing at different temperatures (method 2) and finaJJy plastic deformation in the same way of method 1 in previously annealed specimens at 150 °C (method 3). The obtained photomicrographs permitted to investigate the initiaJ morphology of the homopolymers o f different molecular weights as well as to observe the modification caused on the superstructures when large deformation was induced. The X-ray diffractograms showed alterations on the width and intensity of the diffraction !ines, when different kinds of morphologicaJ aJterations were induced on the standard samples. These alterations are related to the crystalline and amorphous contents of the polymer. The DSC thermograms of the morphologically altered materiais also demonstrated differences on the melting behaviour and on the enthaJpy of fusion vaJues. The crystaJlinity determination was performed by X-ray diffraction and DSC methods. A significant decrease of the crystallinity was observed by increasing the deformation pressure when the X-ray method was employed, while onJy a small decrease was registered when the DSC method of crystallinity deterrnination was used. From the other side, the crystaJlinity of the i-PP samples was not significantly affected by the annealing process when evaluated by both methods.