blendas com adiÇÃo de nanocargas: aplicaÇÕes em plÁsticos de … · 2012-11-13 · argila...
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Palestrantes: Dra. Ticiane S. Valera ([email protected])
MSc. Douglas Morais ([email protected])
Fábio Y. Sakata ([email protected])
BLENDAS COM ADIÇÃO DE
NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM
PLÁSTICOS DE ENGENHARIA
Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de
Materiais
Laboratório de Análise e Processamento de Polímeros
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Plano
• Objetivo
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
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Objetivo
Uso de borracha e nanocargas para tenacificar a Poliamida-6.
Avaliar as propriedades das blendas e compósitos obtidos.
Avaliar a morfologia dos materiais estudados.
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Plano
• Objetivo
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
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Podem ser definidas como uma mistura física de dois ou
mais polímeros ou copolímeros.
Os polímeros formadores da mistura podem ser miscíveis
ou imiscíveis.
Misturas (Blendas) Poliméricas
Polímero A Polímero B
10 mícrons
Fase dispersa Fase matriz
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As misturas compatíveis ou devidamente compatibilizadas
apresentam uma combinação sinérgica das diferentes
propriedades exibidas pelos materiais formadores.
Como resultado desta combinação tem-se um novo
material, com grande gama de aplicabilidade.
Misturas (Blendas) Poliméricas
0
300
600
900
1200
1500
1800
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Fração mássica de PVB (%)
Res
istê
nci
a a
o I
mp
act
o I
zod
co
m e
nta
lhe
(J/m
)
Injeção Paralela
Injeção Perpendicular
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Compatibilização
A compatibilização proporciona melhor adesão entre os
componentes da mistura possibilitando a transferência de
tensão entre as fases e, conseqüentemente, evitando que
fenômenos de fratura ocorram na interface matriz/fase
dispersa.
Métodos de Compatibilização
Adição de copolímeros
em bloco ou grafitizados
Funcionalização
Utilização de cargas
nanométrcas rígidas
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Polímeros Tenacificados com Borracha
Aumento na Tenacidade: Resistência ao Impacto
(tenaz 5 J/m e super tenaz 500 J/m*)
Tenacidade: energia absorvida pelo material
quando sujeito a um esforço, por unidade de área
ou de volume do material, para romper a energia
de coesão entre as moléculas e formar uma nova
superfície
Mistura imiscível → matriz + borracha
Borracha agente tenacificante ou modificador
de impacto
* COLLYER, A.A. (Ed.) Rubber toughened engineering plastics. London, Chapman & Hall, 1994. WU, S. Polymer Engineering and
Science, v.30, n.13, p.753-761, 1990.
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Polímeros Tenacificados com Borracha
Mecanismo de falha:
• Crazing (multi-microfibrilamento)
• Shear Yielding (escoamento por
cisalhamento)
Deformação (%)
Ten
são (
N/m
2)
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Shear yielding (escoamento por cisalhamento):
extensivo escoamento da matriz polimérica e requer
mobilidade dos segmentos das cadeias da matriz para
que deformação plástica ocorra a nível molecular.
• Principal mecanismo de tenacificação
• Barreira para propagação de trincas
Polímeros Tenacificados com Borracha
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A função das partículas de borracha era criar na
matriz tensão triaxial suficiente na região próxima à
interface, produzindo extensivo escoamento e
estiramento.
Escoamento por cisalhamento é constituído por
cavitação das partículas de borracha, seguido por
extensivo escoamento da matriz.
Polímeros Tenacificados com Borracha
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Polímeros Tenacificados com Borracha
23
3
21
5
20
2
20
2
15
90 1
27
9
12
39
11
08
12
89
19
6
95
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
PA
-6 (1
E)
PV
B V
(1E
)
PV
B V
(2E
)
PV
B R
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PV
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1 (1
E)
Res
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nci
a a
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mp
act
o I
zod
co
m e
nta
lhe
(J
/m)
80-20
60-40
2093
793
1100
1136
1139
1091
0
500
1000
1500
2000
2500
PA-6 (1E) PVB V (1E) PVB V (2E) PVB R2
(1E)
PVB R2
(2E)
PVB R1
(1E)M
ódu
lo d
e E
last
icid
ade
(MP
a)
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Nanocompósitos
Podem ser definidos como materiais híbridos, em que um dos
componentes apresenta ao menos uma das dimensões em escala
nanométricas (inferior a 100nm).
Dentre as nanocargas utilizadas na obtenção dos nanocompósitos
destaca-se a utilização das argilas do grupo Esmectita.
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Argilas
MMT
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Argilas
MMT
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Nanocompósitos
Morphology
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Blendas com Adição de Nanocargas
Partículas inorgânicas sólidas podem atuar como agente
compatibilizante em misturas poliméricas.
A presença deste terceiro componente deve auxiliar na redução
do tamanho da fase dispersa, evitando a coalescência no estado
fundido.
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Micrografia obtida por TEM da mistura PA-6/elastômero/Argila
Blendas com Adição de Nanocargas
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Plano
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
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Materiais
Nanocargas:
Argila Natural CLOISITE: MMT; densidade de 2,86 g/cm3. CTC
90 meq/100g, tamanho médio de partícula entre 6 e 13 μm.
Argila sintética LAPONITE RD: Hectorita,, CTC de 95 meq/100g,
espessura de 0,97nm e diâmetro de 25 a 35nm,
Sílica coloidal Aerosil 200: área superficial de 200 m2/g, densidade
de 2,2 g/cm3. Diâmetro médio de partícula 12 nm.
Polímeros:
SEBS-g-MA “Kraton FG1901”
Poliamida -6 “MAZMID B260”
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Procedimento Experimental
Métodos de Obtenção das Misturas
Método MI
Máster PA-6
Máster + Borracha
Mistura MI
Método MII
Máster Borracha
Máster + PA-6
Mistura MII
Método MIII
PA-6+ Borracha + Argila
Mistura MIII
Banheira Zonas de Aquecimento
Alimentador 1
Alimentador 2
Banheira Zonas de Aquecimento
Alimentador 1
Alimentador 2
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Plano
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
• Resultados
• Conclusão
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Resultados
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Módulo
de E
last
icid
ade (
MPa)
Amostras
PA
-6 2
x
PA
-6/S
EB
S
PA
-6/S
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ILIC
A M
III
A B C D E F G H I J K
0
200
400
600
800
1000
1200
Re
sis
tên
cia
ao
Im
pa
cto
Izo
d c
om
En
talh
e (
J/m
)
Amostras
PA
-6 2
X
PA
-6/S
EB
S
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-6/S
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E M
I
PA
-6/S
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II
PA
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LO
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III
PA
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ITA
MI
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I
PA
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A M
II
PA
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EB
S/S
ILIC
A M
III
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40)
com e sem Adição de Nanocargas
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Resultados
A B C D E F G H I J K
0
200
400
600
800
1000
1200
Re
sis
tên
cia
ao
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pa
cto
Izo
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om
En
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e (
J/m
)
AmostrasP
A-6
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PA
-6/S
EB
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PA
-6/S
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PA
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ILIC
A M
III
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40)
com e sem Adição de Nanocargas
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Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40)
com e sem Adição de Nanocargas
PA-6/SEBS
CLOISITE MI CLOISITE MII CLOISITE M III
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Resultados
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40)
com e sem Adição de Nanocargas
AGLOMERADOS
AGLOMERADOS
Micrografia obtida por MEV para a amostra
PA-6/SEBS/LAPONITA MI.
Micrografia obtida por MEV para a amostra PA-
6/SEBS/SILICA MI
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Resultados
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (60/40) com
e sem Adição de Sílica Método III
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Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30)
com e sem Adição de Nanocargas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
PA
-6/S
EB
S/S
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A M
III
PA
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A M
II
PA
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![Page 29: BLENDAS COM ADIÇÃO DE NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM PLÁSTICOS DE … · 2012-11-13 · Argila Natural CLOISITE: 3MMT; densidade de 2,86 g/cm . CTC 90 meq/100g, tamanho médio de](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060216/5f06212a7e708231d416704c/html5/thumbnails/29.jpg)
Resultados
Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS) (70/30)
com e sem Adição de Nanocargas
A B C D E F G H I J K
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Resultados Misturas (Blendas) PA-6/SEBS-g-MA (PA-6/SEBS)
(70/30) com e sem Adição de Sílica
Sílica M I Sílica M II Sílica M III
PA-6/SEBS
![Page 31: BLENDAS COM ADIÇÃO DE NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM PLÁSTICOS DE … · 2012-11-13 · Argila Natural CLOISITE: 3MMT; densidade de 2,86 g/cm . CTC 90 meq/100g, tamanho médio de](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060216/5f06212a7e708231d416704c/html5/thumbnails/31.jpg)
Plano
• Introdução
• Materiais e Procedimento Experimental
Resultados
• Conclusão
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Conclusões
Todas as blendas apresentaram melhorias significativas nos
valores de resistência ao impacto com entalhe.
As misturas com nanocarga apresentaram, também, valores de
módulo de elasticidade próximos aos obtidos para a fase matriz
pura.
A morfologia das misturas indica que a presença de argila/sílica
previne a coalescência das gotas de elastômetro, reduzindo o
tamanho da fase dispersa.
![Page 33: BLENDAS COM ADIÇÃO DE NANOCARGAS: APLICAÇÕES EM PLÁSTICOS DE … · 2012-11-13 · Argila Natural CLOISITE: 3MMT; densidade de 2,86 g/cm . CTC 90 meq/100g, tamanho médio de](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060216/5f06212a7e708231d416704c/html5/thumbnails/33.jpg)
Conclusões
• ↑Resistência ao Impacto ↑Módulo de Elasticidade
• ↑ Estabilidade dimensional
5% em massa de nanocarga nos Nanocompósitos
20-50% em massa de carga nos Compósitos
X
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Agradecimentos
• Mazzaferro
• BUN (Bentonit União Nordeste)
• CAPES e FAPESP