Compósitos de PVA/caulinita e PVA/caulinita funcionalizada

Abstract

Resumo: A classe de materiais nanocompósitos envolvendo matrizes poliméricas e cargas de argilominerais, foi primeiramente descrita por pesquisadores da Toyota, no final da década de 80. A partir dessa data, centenas de publicações têm sido reportadas, sendo que na maioria dos casos, argilominerais da classe das esmectitas são utilizados. A caulinita (Al2Si2O5(OH)4) é um aluminosilicato lamelar natural do tipo 1:1, que apresenta dois tipos de superfícies, sendo que um lado da lamela é constituído por uma estrutura do tipo Gibbsita (Al(OH)3) e outro por estruturas do tipo sílica (SiO2). A aplicação da caulinita em compósitos poliméricos é rara, porém a mesma é expansível e possui a superfície funcionalizável, o que certamente irá contribuir para a sua dispersabilidade e interação com o polímero, com vantagens sobre os argilominerais da classe das esmectitas, os quais são mais frequentemente utilizados. O presente trabalho demonstra que após processo de intercalação da caulinita com dimetilsulfóxido (DMSO), moléculas de álcoois podem ser reagidas com as hidroxilas superficiais produzindo os compostos funcionalizados. Esses materiais podem ser delaminados e dispersos em uma matriz polimérica solúvel em água, produzindo materiais compósitos poliméricos, até então inéditos na literatura. Após funcionalização da superfície da caulinita com etilenoglicol, glicerol e 1,2-propanodiol, os materiais foram caracterizados por difração de raios-X (XRPD), espectroscopia na região do infra-vermelho com transformada de Fourier (FTIR) e análise térmica (termogravimetria – TG e análise térmica diferencial calculada – DTA). Após dispersão dos materiais funcionalizados em uma solução de poli(álcool vinílico) (PVA), com posterior evaporação do solvente, materiais compósitos foram obtidos e os filmes foram caracterizados por nanoindentação instrumentada e análise dinâmico mecânica. Os resultados demonstraram uma variação das propriedades mecânicas dos filmes compósitos em relação aos filmes obtidos com o PVA puro, o que demonstra a potencialidade de se utilizar a caulinita funcionalizada como agente de reforço em materiais compósitos poliméricos.

Abstract: The nanocomposite materials class which involves polymeric matrixes and clay minerals as fillers, was first described by Toyota researchers in the late 80’s. Since then, hundreds of articles have been published and most of them are about clay minerals of the esmectite class. The kaolinite (Al2Si2O5(OH)4) is a layered aluminosilicate of the 1:1 group, which presents two types of surfaces. One of them is the Gibbsite-like (Al(OH)3) and the other is the silica-like (SiO2). The application of kaolinite in compound polymers is rare, but kaolinite can be expanded and functionalized, which will certainly contribute to its dispersability and interaction with the polymer. The present work demonstrates that after the intercalation of kaolinite with dimetylsulfoxide (DMSO), alcohol molecules can be reacted with surface hydroxyl groups, producing the functionalized compounds. After the functionalization of the kaolinite aluminol surface with ethylene glycol, glycerol and 1,2-propanodiol the materials were characterized by X-ray powder diffraction (XRPD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermal analysis (thermogravimetry - TG and calculated differential thermal analysis - DTA). After the dispersion of the functionalized materials into a poli(vinyl alcohol) (PVA) with further evaporation of the solvent, composite materials were obtained and the films were characterized by instrumental nanoindentation and dynamo-mechanical analysis. The results demonstrated a variation of the mechanical properties of the composite films in relation to the pure PVA films, which demonstrates the potential use of functionalized kaolinite as a reinforcement filler in polymeric composites.