Síntese de nanocompósitos de polipropileno e copolímeros poli(propileno-1-octeno) com nanolâminas de grafite através da polimerização in situ

Abstract

No presente estudo, investigou-se a síntese de nanocompósitos de polipropileno e poli(propileno-1-octeno) com nanolâminas de grafite (GNS) através da polimerização in situ utilizando catalisador metalocênico. Primeiramente, foram realizadas polimerizações com os catalisadores rac-Et(Ind) 2 ZrCl 2 e rac-Me 2 Si(Ind) 2 ZrCl 2 a fim de determinar qual produz PP com melhores taticidade, cristalinidade e massa molar. Em seguida, nanolâminas de grafite provenientes de distintas fontes (Aldrich e Nacional de Grafite) foram investigadas para avaliar qual delas fornece nanocompósitos com melhores dispersões. Estes materiais foram estudados por SEM, TEM e WAXD. Tais análises mostraram que as nanolâminas provenientes da Nacional de Grafite apresentam menor tamanho de cristal e diâmetro, além de dispersarem-se melhor na matriz de PP, sendo este tipo de nanolâminas escolhidas para as sínteses posteriores. Também foi estudada a síntese de poli(propileno-1-octeno) (PPC8) com distintas incorporações de 1-octeno, as quais foram devidamente caracterizadas por RMN 13 C. As caracterizações mecânicas confirmaram a maior ductibilidade que estes copolímeros apresentam quando comparados ao polipropileno. Nanocompósitos de PP e PPC8 com porcentagens variadas de GNS foram obtidos. Dispersões homogêneas das nanolâminas na matriz polimérica foram observadas por SEM, TEM e WAXD. As características moleculares dos polímeros, tais como massa molar, polidispersidade e taticidade, não foram afetadas pela presença das nanopartículas. As análises de TGA provaram que as nanolâminas de grafite aumentam a estabilidade térmica dos polímeros. Estudos de cristalização mostraram que as nanopartículas atuam como agentes nucleantes nos polímeros, aumentando significativamente a temperatura de cristalização. Além disso, tais estudos também mostraram que as nanocargas induzem a formação de cristais da forma ortorrômbica γ. Do ponto de vista mecânico, as nanopartículas aumentaram significativamente o módulo de elasticidade dos polímeros, sendo que este aumento de rigidez foi responsável pela redução do alongamento. O efeito de reforço causado pela incorporação de GNS foi confirmado pelo aumento do módulo de armazenamento e microdureza. Uma melhoria da estabilidade dimensional também foi detectada nos nanocompósitos em relação aos polímeros puros. Os valores encontrados para condutividade mostraram que os polímeros passaram de materiais isolantes a semicondutores. Finalmente, um estudo comparando a preparação de nanocompósitos PP/GNS e PPC8/GNS por polimerização in situ com o método de mistura no estado fundido mostrou que os nanocompósitos obtidos pela última metodologia foram mais condutores.

In this work the synthesis of polypropylene and poly(propylene-1-octene) nanocomposites with graphite nanosheets (GNS) by in situ polymerization using metallocene catalysts was studied. Initial reactions were performed using rac-Et(Ind) 2 ZrCl 2 and rac-Me2 Si(Ind) 2 ZrCl 2 catalysts in order to select the best one to obtain good tacticity, crystallinity and molecular weigth. Subsequently, graphite nanosheets from different sources (Aldrich and Nacional de Grafite) were investigated to evaluate which one provides nanocomposites with improved dispersions. The graphite nanosheets and nanocomposites were studied by SEM, TEM and XRD. This characterization showed that GNS from Nacional de Grafite had lower crystal size and diameter and dispersed better in the PP matrix than the one obtained from Aldrich, being such nanosheet chosen for the subsequent synthesis. The synthesis of poly(propylene-1-octene) (PPC8) with different incorporation of the 1-octene was also studied, and duly characterized by 13 C NMR. The mechanical characterization confirmed the higher ductility of these copolymers compared to polypropylene. PP and PPC8 nanocomposites with different loadings of GNS were obtained. Homogeneous nanosheet dispersions within the polymeric matrix were observed by SEM, TEM and WAXD. The molecular characteristics of iPP, such as molecular weight, polydispersity and tacticity, were not affected by the presence of nanoparticles. The TGA results proved that graphite nanosheets increase the thermal stability of polymers. Crystallization studies showed that nanoparticles act as nucleating agents in the polymer, increasing significantly the crystallization temperature. In addition, these studies also showed that the nanofiller induces the formation of crystals in the orthorhombic γ form. From a mechanical perspective, the nanoparticles significantly increased the Young's modulus of the polymers, being that this increase in stiffness was responsible for the reduction in the elongation at break. The reinforcing effect of GNS incorporation was confirmed by the increase of the storage modulus and microhardness. An enhancement of dimensional stability was also detected in the nanocomposites compared with the neat polymers. The conductivity values found showed that the polymers were transformed from isolating materials to semiconductors. Finally, a comparison between the in situ polymerization and melt mixing method in the preparation of PP/GNS and PPC8/GNS nanocomposites showed that the nanocomposites obtained by latter methodology were more conductors.