Nanocompósitos de polietileno de alta densidade/grafite obtidos via polimerização in situ

Abstract

Esse trabalho de pesquisa está relacionado a um processo de obtenção de nanocompósito de polietileno de alta densidade, através de polimerização in situ, utilizando um catalisador Ziegler-Natta e uma nanocarga orgânica tratada no ultrassom. A poliolefina obtida possui propriedades mecânicas e térmicas diferenciadas com aplicações em vários segmentos da indústria. As reações de polimerização do eteno para obtenção do PEAD foram realizadas em hexano a 70C e pressão total de 11 bar, empregando trietilalumínio (TEAL) como cocatalisador. O estudo do tratamento do grafite com alquil durante a ultrassonificação e antes da polimerização não forneceu ganho de propriedades ao produto final, o que não viabiliza a utilização de mais uma etapa para a produção de polietileno de alta densidade. Foram produzidos e caracterizados nanocompósitos de polietileno de alta densidade utilizando grafite expandido (GE) ultrassonificado sem tratamento prévio com TEAL, em proporções economicamente viáveis, 0,3%, 0,8% e 1,8% de grafite no produto final. Esses nanocompósitos foram caracterizados por índice de fluidez, densidade, GPC, DSC, módulo de flexão, impacto IZOD, DMA, TMA, HDT, Vicat e a dispersão da nanocarga por TEM A obtenção de nanocompósitos com baixos teores de grafite mostrou-se viável, visto que houve uma melhora nas propriedades mecânicas e térmicas dos materiais produzidos. A presença do grafite expandido no meio reacional proporcionou, de forma geral, uma queda na atividade catalítica, mas nada tão significativo que interfira nas reações de polimerização. O nanocompósito com melhores resultados foi o com 1,8% de grafite expandido (GE), havendo, contudo, uma queda na resistência ao impacto. Em contrapartida os ganhos no módulo de armazenamento (E‟) e no coeficiente de expansão térmica foram muito favoráveis, gerando melhoras nas propriedades na ordem de 1200% e 30%, respectivamente. Na análise de HDT pôde-se observar um aumento linear da temperatura com a quantidade de grafite presente na amostra.

This research work is related to a process of nanocomposite obtaining polyethylene of high density through the polymerization in situ using a Ziegler-Natta catalyses and an organic nanocharge ultrasound. The polyolefin obtained has differentiated mechanical and thermal properties with applications on different industry segments. The reactions of polymerization of ethylene were realized in hexane on 70C and total pressure of 11 bar, using triethylaluminium (TEAL) as co-catalysis. The study of the treatment of the graphite with alkyl during the ultrasoundification and before the polymerization didn‟t give any property gain to the final product which doesn‟t make possible the use of another step to produce polyethylene of high density It was produced and characterized nanocomposite of polyethylene of high density using expanded graphite (EG) ultrasounded without previous treatment with TEAL, on economic proportions, 0,3%, 0,8% and 1,8% of graphite on the final product. These nanocomposites were characterize by fluidity index, density, GPC, DSC, bending modulus, impact IZOD, DMA, TMA, HDT, Vicat and the nanocharge by TEM To obtain nanocomposite with low graphite content is economic possible, since it had an improvement on the mechanical and thermal properties on the materials produced. The presence of expanded graphite on the reaction medium gave, in a global way, a drop on the catalytic activity, but nothing so significant that interferes on the polymerization reactions. The nanocomposite with better results was with 1,8% of expanded graphite (EG), having, though, a drop on the impact. On the other hand, the gain on the storing modulus (E‟) and on the coefficient of thermal expansion was very favorable, improving the properties on the order of 1200% and 30%, respectively. On the HDT analyses it‟s possible to observe a high linear temperature with the quality of the graphite on the sample.