Nanocompósitos de polietileno de baixa densidade contendo hidroxissais e hidróxidos duplos lamelares, intercalados com absorvedores de radiação ultravioleta

Abstract

Resumo: Neste trabalho, compostos lamelares intercalados com o ânion p-aminobenzoato, foram utilizados como cargas funcionais em uma matriz de polietileno de baixa densidade (PEBD), com o intuito de melhorar as propriedades de absorção do nanocompósito na região do ultravioleta, avaliando sua estabilidade frente à radiação por meio de um ensaio de intemperismo acelerado. Na primeira parte do trabalho, diferentes metodologias foram empregadas na obtenção de três tipos de compostos, hidróxido duplo lamelar (HDL ZnAl), hidróxido duplo lamelar trimetálico MgZnAl (HDLt) e hidroxissais lamelares (HNCo e HNNi, HAZ). A intercalação do ânion p-aminobenzoato nesses compostos gerando HD-AB, Ht-AB, HCo-AB e HNi-AB HAZ-AB respectivamente foi avaliada por diferentes técnicas instrumentais, indicando a obtenção de materiais cristalinos antes e após reações de troca iônica. Estudos também demostraram que os compostos absorvem radiações nas regiões do ultravioleta e visível. Em uma segunda etapa, os materiais lamelares antes (HD-N, Ht-N, HAZ) e após intercalação com o ânion p-aminobenzoato (HD-AB, Ht-AB, HAZ-AB) foram utilizados em proporções de 0,5, 2, 4, 6 e 10% (m/m) na obtenção de nanocompósitos poliméricos em PEb. Tais nanocompósitos mostraram uma diminuição na deformação, aumento do módulo de Young e tensões máximas próximas ao PEbpuro. Na terceira etapa, a mistura entre o PEe e anidrido maleico foi usada como matriz polimérica na obtenção de uma amostra "masterbatch", a partir da qual foram realizadas diluições pela adição de PEepara obter nanocompósitos em uma proporção de 1%, 2%, 3%, 4% e 5% (m/m). Estes materiais foram caraterizados por várias técnicas instrumentais e avaliados com respeito as suas propriedades reológicas. A técnica de DRUV-Vis mostrou que os nanocompósitos abrangem uma região de absorção UV mais ampla do que o polímero puro, modificando o comportamento do PEe, enquanto que a reologia indicou uma diminuição da viscosidade complexa, dos módulos de viscosidade (módulo de perda) e de elasticidade, além da dispersão das cargas funcionais lamelares na matriz polimérica como observado pela microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em uma última etapa, verificou-se o efeito da radiação UV em nanocompósitos com 5% da carga lamelar obtidos na terceira etapa, submetidos a um ensaio de intemperismo acelerado, que também foram avaliados por FTIR através da tenica de índice carbonila. O teste de comparação frente ao PEe mostrou que as cargas HCo-AB e HNNi geraram uma maior degradação do polímero. Mas, materiais contendo como carga funcional o HD-N, HD-AB, Ht-AB, HNCo e HNi-AB tiveram uma menor degradação (25, 76, 75, 67 e 94%, respetivamente) pelo efeito da radiação UV. Os resultados indicaram que estes compostos lamelares apresentam potencial para serem utilizados como protetores do polímero frente à radiação UV ou agentes que promovem a degradação, fato que depende da composição química da matriz. Palavras-chave: Polietileno de baixa densidade. Hidróxido duplo lamelar. Hidroxissal lamelar. Absorção UV. Intemperismo acelerado.

Abstract: In the present work, layered compounds intercalated with p-aminobenzoate anion, were used as fillers into low-density polyethylene (LDPE), with the aim of improving the ultraviolet absorption properties of the nanocomposite, evaluating its stability by UV absorption according to the degradation generated by weathering test. In the first part of the work, different methodologies were used to obtain tree layered fillers to know: layered double hydroxide (ZnAl LDH), trimetallic layer double hydroxide (LDHt) and layered hydroxide salt (CoHN, NiHN, HAZ). The inorganic layered compounds intercalated with the organic anion, with absorbing UV radiation property (HD-AB, Ht-AB, CoH-AB, NiH-AB, HAZ-AB), were evaluated by different instrumental techniques. Success of the intercalations reactions were observed and crystalline materials were obtained before and after anion exchange. In addition, these compounds showed to cover significant regions of the ultraviolet and visible spectral region. In the second step, layered compounds before (ZnAl LDH, LDHt, HAZ) and after intercalation with p-aminobezoate (HD-AB, Ht-AB, HAZ-AB) were used in different porcentages 0.5, 2, 4, 6, and 10% (wt.%) intoPEb. In general, composites had a decrease in elongation, increase of the Young's modulus and the tensile strength close to pure PEb. In the third step, maleic anhydride (MSA) was used in the polymer matrix of PEe to obtain a masterbatch sample, from which dilutions were made by the addition of PEe. Composites in a porcentage of 1%, 2%, 3%, 4% and 5% (wt.%) were obtained. These materials were characterized by different instrumental techniques and in function of its rheological properties. DRUV-Vis showed that composites have a greater region of radiation absorbing than neat polymer, modifying the behavior of the PEe. Rheology showed that the complex viscosity, storage modulus and loss modulus decrease, as well as a good dispersion of the lamellar filler in the polymer matrix as observed by SEM. In a final step, weathering experiment performed with neat PEe and 5% (wt.%) composites (obtained in a third step). Carbonyl index technique from FTIR was used to observe the UV radiation effect on the material. The use of CoH-AB and NiHN as fillers in the matrix showed a greater degradation than neat PEe. However, composites containing as fillers the HD-N, HD-AB, Ht-AB, CoHN and NiH-AB showed a lower degradation (25, 76, 75, 67 and 94%) than neat PEe due to UV effect. According to the results, these layered compounds are potential fillers to protect polymers front of the degradation by UV radiation, or compounds that increase the polymer degradation, this depends of the matrix's composition. Keywords: Low-density polyethylene. Layered double hydroxide. Layered hydroxide salt. UV-Vis radiation. Accelerated weathering.