Preparação e caracterização de nanocompósitos de poliestireno e poliedros oligoméricos silsesquioxanos

Abstract

No presente trabalho é investigada a obtenção de nanocompósitos de poliestireno atático (PS) e poliedros oligoméricos silsesquioxano (POSS) através de processamento reativo em reômetro de torque. As proporções em massa de PS/POSS foram mantidas em 100/0, 99/1, 98/2 e 95/5. Diferentes condições de processamento foram utilizadas, as quais foram variadas a velocidade dos rotores do reômetro (100, 150 e 200rpm a 190ºC/15min.), quantidade de iniciador de radicais livres e a adição de estireno. Para os nanocompósitos sem estireno, o aumento da velocidade de processamento resultou em pequena redução do torque estabilizado, cisão de cadeias e aumento na conversão de enxertia. A adição de estireno resultou em um pequeno aumento no torque estabilizado, aumentos de massas molares e conversão da reação de enxertia. As micrografias dos nanocompósitos apresentaram a formação de estruturas aglomeradas de POSS. Entretanto, para algumas amostras foi observada a dispersão do POSS em nível molecular. O uso do estireno resultou na redução do tamanho da interface entre o PS/POSS. A degradação térmica e termo-oxidativa, assim como a cinética de degradação termo-oxidativa foram alteradas pela presença do POSS, porém a adição de estireno acelera a degradação do poliestireno puro. A temperatura de transição vítrea (Tg) não é afetada quando não é adicionado estireno ao sistema. A fração de volume livre é praticamente a mesma para as amostras sem estireno, já para as amostras com estireno é notado aumento na fração de volume livre para a amostra com 5% de POSS. Esse fato está relacionado com a maior conversão da reação de enxertia, uma vez que o estireno atua como agente de transferência de radical. Todos os sistemas apresentaram pseudoplasticidade, entretanto foram notados desvios da lei de Einstein para escoamento de suspensões de esferas rígidas para as amostras com estireno. A região terminal de escoamento não segue a teoria de reptação de Doi-Edwards em virtude da heterogeneidade do sistema. No entanto, a adição de estireno melhora a compatibilidade PS-POSS, por apresentar menor tamanho de interface que reflete diretamente nos gráficos de Hant.

In this work nanocomposites of atatic polystyrene (PS) and polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) were obtained by reactive processing in a torque rheometer. The PS/POSS mass ratios were kept constant 100/0, 99/1, 98/2 e 95/5. Different processing conditions were used changeable rheometer rotor speed (100, 150 and 200rpm at 190ºC/15min), free initiator content and styrene addition. For nanocomposites system without styrene addition the increasing of rotor speed resulted in small increase in stabilized torque values, chain scissions and higher grafting conversion degree. The styrene addition resulted in small increase in stabilized torque values, higher molar mass values and conversion degree. The micrographs showed the agglomerated POSS structure in micrometric size. However, for the hybrid nanocomposites it was observed POSS structures distributed in molecular size. The styrene addition resulted in reduction of the interfacial thickness between PS and POSS. The thermal degradation, thermo-oxidative degradation and kinetics process were small changed by POSS addition, but the thermo-oxidative reaction of pure PS was accelerated by styrene addition. The glass transition temperature (Tg) had not measurable effect in samples without styrene. The fractional free volume was practically constant in samples without styrene. The higher grafting conversion degree induced by styrene addition resulted in increasing of the fractional free volume for sample with 5wt% of POSS. All samples showed a pseudoplastic behavior. However a non-Einstein liquid like behavior was observed in samples with styrene addition. The Doi-Edwards reptation theory does not describe the terminal flow region because of the heterogeneity of the nanocomposites system. The styrene addition improves the PS-POSS compatibility due to reduction interfacial thickness which reflects in the Han plots.