Síntese e caracterização de Nanocompósitos Esfoliados de Poliestireno: Hidróxido Duplo Lamelar via polimerização in situ

Abstract

Resumo: Nanocompósitos Esfoliados de Poliestireno (PS) e Hidróxido Duplo Lamelar (HDL) composto por zinco, alumínio e dodecil sulfato de sódio, como ânion interlamelar, foram sintetizados via polimerização in situ. O efeito de diferentes composições de HDL (0,5, 1, 3 e 5% em massa) foi avaliado. Os nanocompósitos obtidos foram caracterizados através de ensaios de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Análise Termogravimétrica (TGA). Os resultados obtidos através das análises de DRX e MET mostraram que todos os nanocompósitos produzidos apresentaram morfologia esfoliada. Os resultados das TGA, quando se utilizam 50% de perda de peso como ponto para comparação, apresentaram ganhos significativos de estabilidade térmica para todas as composições dos nanocompósitos em comparação ao poliestireno puro. Este comportamento possibilita uma vasta gama de aplicação destes novos materiais em diversos campos da indústria e pesquisa. Palavras-chave: Nanocompósito, hidróxido duplo lamelar, poliestireno, polimerização in situ. Synthesis and Characterization of Exfoliated Polystyrene-Layered Double Hydroxide Nanocomposites Via In Situ PolymerizationAbstract: Exfoliated nanocomposites of polystyrene (PS) and layered double hydroxide (LDH) compound of zinc, aluminium and sodium dodecyl sulfate, as interlayer anion, have been synthesized via in situ polymerization. The effect from the LDH compositions (0.5, 1, 3, 5% weight) was studied. The nanocomposites were characterized by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Thermogravimetric Analysis (TGA). The XRD and TEM results showed an exfoliated morphology for the nanocomposites in all compositions. With the 50% weight loss taken as a reference, the TGA results indicated significant improvement in thermal stability for all compositions of the nanocomposites, in comparison to pure polystyrene. This is promising for the application of these new materials in many fields of industry and research. Keywords: Nanocomposite, layered double hydroxide, polystyrene, in situ polymerization. IntroduçãoOs nanocompósitos podem ser definidos como materiais híbridos em que pelo menos um dos componentes tem dimensões nanométricas [1][2][3] . Nanocompósitos poliméricos apresentam recente desenvolvimento e têm como marco inicial a publicação de um trabalho na década de 80/90 pelo grupo de pesquisa da empresa Toyota, onde foi produzido um nanocompósito de nylon 6 e o argilomineral (montimorilonita). O novo nanocompósito produzido apresentou uma extraordinária melhora nas suas propriedades mecânicas, térmicas e físicas quando comparado ao polímero puro [4] . Entre os nanocompósitos poliméricos, muitos estudos mostram como a dispersão de compostos lamelares em uma matriz polimérica afeta as propriedades do material obtido, no entanto, na maioria dos trabalhos são utilizados argilominerais trocadores catiônicos naturais, como a mon...

Preparação e avaliação de nanocompósitos de poliestireno - hidróxido duplo lamelar HDL de ZnAl – organofuncionalizado com laurato/palmitato

“…Para a efetiva síntese dos nanocompósitos, a expansão do espaçamento basal dos HDLs é de fundamental importância, pois através deste aumento as forças que mantêm as lamelas do HDL unidas diminuem, permitindo a adsorção de compostos orgânicos neste domínio. Assim, torna-se possível que, na síntese in situ, o monômero adsorva entre as lamelas do HDL e quando polimerizado possa ocorrer a delaminação da estrutura do HDL e consequentemente a produção do nanocompósito [1,2,9] . Após a caracterização do ZnAl -LP através da DRX, este mesmo ensaio foi realizado no PS puro e nanocompósitos.…”

“…Existem apenas dois pequenos halos em torno de 10 e 20° (2q), característicos da sua natureza amorfa [1,9] . Analisando os difratogramas dos nanocompósitos, é possível concluir que estes materiais apresentam de uma forma geral, seus difratogramas semelhantes aos do PS puro, com dois pequenos halos em torno de 10 e 20° (2q).…”

“…Geralmente, no MET, são realizadas imagens em baixa resolução, para uma visualização de como o reforço está distribuído na matriz polimérica, e em alta resolução, para identificar a morfologia dos nanocompósitos [1,6,9,10] .…”

“…Para a efetiva síntese de nanocompósitos poliméricos com HDLs, geralmente é necessária a modificação química destes materiais, pois a maioria dos monômeros ou polímeros possuem natureza hidrofóbica, caso do estireno e PS, enquanto os HDLs são hidrofílicos, sendo incompatíveis com a fase orgânica [9] . Geralmente, esta modificação ocorre com a intercalação dos HDLs com diferentes tipos de ânions, sendo de fundamental importância salientar que HDLs com composições de cátions iguais e diferentes tipos de ânions, quando usados para síntese de nanocompósitos poliméricos, podem originar nanocompósitos com características e propriedades distintas [10,11] .…”

Síntese e caracterização de nanocompósitos de poliestireno/hidroxissal lamelar

“…A melhora nas propriedades do material ocorre devido ao fato de que as interações na interface entre matriz/reforço tendem a aumentar em escala nanométrica e isto faz com que haja um aumento nas propriedades do material. [1][2][3] Os nanocompósitos podem ser classificados de acordo com sua matriz, sendo nanocompósitos de matriz metálica, nanocompósitos de matriz cerâmica e nanocompósitos de matriz polimérica. 4 Entre os diferentes tipos de nanocompósitos poliméricos, aqueles reforçados com compostos lamelares são particularmente interessantes.…”