Desenvolvimento de metodologia sustentável de modificação de argilominerais para aplicação em nanocompósitos de polímeros com argila

Abstract

A utilização de nanopartículas de argila para o desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos é uma tecnologia bastante empregada na indústria, uma vez que o efeito sinérgico entre a nanopartícula e a matriz polimérica tem a capacidade de potencializar as propriedades do polímero. Entretanto, em muitos casos esse efeito acaba sendo limitado devido à incompatibilidade química entre as fases. Assim, promover a funcionalização superficial de nanopartículas tem a capacidade de aumentar a afinidade entre carga e matriz, levando a maiores ganhos de propriedades. A metodologia mais difundida de modificação de nanopartículas ocorre por meio da reação de silanização, porém, este processo é bastante demorado, uma vez em que é realizado por reações frequentemente na faixa de 24 h, além de ser bastante oneroso. Diante disto, o presente Projeto Tecnológico tem como objetivo promover a funcionalização de nanopartículas empregando um protocolo mais sustentável através do uso da radiação de micro-ondas como promotora da reação, de maneira a comparar estes resultados com trabalhos encontrados na literatura. Para isso, nanopartículas de argila montmorilonita e haloisita foram modificadas quimicamente através de reações de silanização empregando diferentes organossilanos. Os modificadores (3-aminopropil)trietoxisilano, trietoxi(octil)silano e trimetoxi(octadecil)silano foram reagidos em uma proporção argila:organossilano de 1:0,2 (m:v) durante 15 min a 90 °C e 200 W. Todos os produtos foram caracterizados através de análises químicas, físico-químicas e térmicas, como análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier com refletância total atenuada, difração de raios-X e análise termogravimétrica, demonstrando que a reação ocorreu com eficiência para a maior parte das reações realizadas, obtendo-se resultados muito próximos aos observados na literatura quando o método convencional de aquecimento foi empregado.

The use of clay nanoparticles for the development of polymer nanocomposites is a technology widely used in the industry since the synergistic effect between the nanoparticle and the polymer matrix has the capacity to enhance the properties of the polymer. However, in many cases this effect ends up being limited due to chemical incompatibility between the phases. Thus, promoting the surface functionalization of nanoparticles has the capacity to increase the affinity between filler and matrix, leading to greater gains in properties. The most widespread methodology for modifying nanoparticles occurs through the silanization reaction, however, this process is quite time-consuming, as it is carried out by reactions often lasting 24 hours, in addition to being quite expensive. In view of this, the present Technological Project aims to promote the functionalization of nanoparticles using a more sustainable protocol with microwave radiation as a reaction promoter, to compare these results with works found in the literature. To this end, montmorillonite and halloysite clay nanoparticles were chemically modified through silanization reactions using different organosilanes. The modifiers (3-aminopropyl)triethoxysilane, triethoxy(octyl)silane, and trimethoxy(octade cyl)silane were reacted at a clay:organosilane ratio of 1:0.2 (wt.:v) for 15 min at 90 °C and 200 W. All products were characterized through chemical, physical-chemical and thermal analyses, such as elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen, Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance, X-ray diffraction and thermogravimetric analysis, demonstrating that the reaction occurred efficiently for most of the reactions carried out, obtaining results very close to those observed in the literature when the conventional heating method was used.