Compósitos de polietileno de baixa densidade contendo hidróxidos duplos lamelares coloridos, intercalados com surfactantes aniônicos

Abstract

Resumo: Na presente tese hidróxidos duplos lamelares (HDLs) contendo diversos M2+foram preparados por diversos métodos para a obtenção de um composto lamelar puro e bem cristalino, os quais foram usados como aditivos em matriz polimérica. Na primeira etapa de estudo, os HDLs foram hidrofobizados com a intercalação dos ânions orgânicos dodecilsulfato, laurato, palmitato e estearato. Esses compostos lamelares hidrofóbicos foram caracterizados por diversas técnicas instrumentais, as quais comprovaram a formação de HDLs com boa cristalinidade e empilhamento basal contendo os ânions orgânicos intercalados. Depois de caracterizados, os HDLs verdes (contendo Ni/Al) e rosa (contendo Co/Al) foram utilizados como aditivo funcionais em polietileno de baixa densidade (PEBD) livre de aditivos, em percentagens de 0,2; 0,5; 2,0; 5,0 e 7,0 % (m/m). Amostras com teores de cargas entre 0,2 a 5,0 % apresentaram, em geral, a manutenção do módulo de Young e a resistência à tração, tendendo à redução com a adição de 7% de carga. Os compósitos apresentavam boa homogeneidade de cor e dispersão do aditivo no polímero. A maioria dos nanocompósitos apresentou alongamentos similares, embora o compósito contendo HDL de Ni/Al intercalado com estearato tenha se destacado, com aumento de alongamento de 300%. Os resultados de microscopia eletrônicos de varredura e difração de raios X dos nanocompósitos de PEBD indicaram que com baixo teor de aditivo, os cristais dos HDLs foram delaminados/esfoliados na matriz polimérica. Todas as amostras dos compósitos contendo HDL de Co/Al mostraram a formação de um domínio cristalino de alta temperatura no PEBD, induzido pelo aditivo. As propriedades reológicas indicaram em geral a redução do módulo de cisalhamento devido à incompatibilidade entre algumas regiões de HDL e PEBD, promovendo a separação de fases. No entanto, a interação dos HDLs de Ni/Al com a superfície polimérica indicou alta afinidade do HDL com PEBD em comparação com o aditivo contendo HDL de Co/Al, formando redes permanentes. Na segunda etapa de estudo, HDLs de Ni/Al, Co/Al e Zn/Al hidrofílicos e hidrofóbicos foram utilizados como aditivos (2 e 4%) na matriz de PEBD modificado com anidrido maleico. Em geral, os resultados mostraram que as aditivos hidrofóbicos estavam bem dispersas na matriz polimérica, as entalpias de fusão e cristalização foram reduzidas com a adição do aditivo hidrofóbico, indicando boa interação entre a carga e a matriz polimérica, reduzindo o índice de cristalinidade o polímero. Os compósitos, também apresentaram redução da inflamabilidade, conforme indicado pela calorimetria de combustão de microescala.

Abstract: In the present thesis, layered double hydroxides (LDH) containing several M2+ were prepared by several methods to obtain a pure crystalline layer compound, which were used as additives in polymer matrix. In the first stage of study, LDHs were hydrophobized with the intercalation of organic anions dodecylsulfate, laurate, palmitate and stearate. These hydrophobic layer compounds were characterized by several instrumental techniques, which proved the formation of LDHs with good crystallinity and basal stacking containing organic anionsintercalated. After characterization, green (containing Ni/Al) and pink (containing Co/Al) LDHswere used as functional additive in low density polyethylene (LDPE) free of additives, in percentages of 0.2; 0.5; 2.0; 5.0 and 7.0% (w/w). Samples with filler contents between 0.2 and 5.0% showed, in general, the maintenance of the Young's modulus and the tensile strength, tending to the reduction with the addition of 7% of filler. The composites had good color homogeneity and dispersion of the additive in the polymer. Most of the nanocomposites presented similar stretches, although the composite containing Ni/Al LDH intercalated with stearate was highlighted, with a 300% elongation increase. The X-ray scanning and diffraction electron microscopy results of LDPE nanocomposites indicated that with low additive content, the LDH crystals were delaminated/exfoliated in the polymer matrix. All samples of composites containing Co/Al LDH showed the formation of a high temperature crystalline domain in LDPE, induced by the additive. The rheological properties indicated in general the reduction of the shear modulus due to the incompatibility between some regions of LDH and LDPE, promoting the separation of phases. However, the interaction of Ni/Al LDHs with polymer surface indicated high affinity of LDH with LDPE compared to the additive containing Co/Al LDH, forming permanent networks. In the second stage of study, hydrophilic and hydrophobic Ni/Al, Co/Al and Zn/Al LDHs were used as additives (2 and 4%) in maleic anhydride modified LDPE matrix. In general, the results showed that the hydrophobic additives were well dispersed in the polymer matrix; the enthalpies of melting and crystallization were reduced with the addition of the hydrophobic additive, indicating good interaction between the filler and the polymer matrix, reducing the polymer crystallinity index. The composites also showed reduced flammability, as indicated by the micro scale combustion calorimetric.