Modulação da morfologia e dos comportamentos térmico e mecânico do polietileno de alta densidade (PEAD) com a incorporação de etileno-acetato de vinila (EVA) e baixas concentrações de nanotalco sintético

• Autor(a) principal: Giovanni Savini
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/35008
• topic: PEAD; EVA; Ductilidade; Nanocompósitos; Nanotalco; Materiais; Ciência dos materiais; Compósitos poliméricos; Materiais nanoestruturados

O PEAD é polímero amplamente utilizado na indústria, mas apresenta algumas limitações de uso como material de engenharia, em parte em função de sua fragilização sob condições de alta pressão, baixa temperatura e alta velocidade de deformação. O nanotalco sintético ainda é uma carga pouco estudada, mas exibe propriedades lubrificantes atraentes, além de alta área superficial específica e condição nanométrica/submicrométrica apreciáveis, sendo assim, é supostamente uma carga atrativa para o aprimoramento da capacidade de deformação de sistemas poliméricos. Misturas binárias e ternárias de PEAD e PEAD/EVA com a incorporação de 1% m/m de talcos foram preparadas por mistura no estado fundido em extrusora dupla rosca seguido de moldagem por injeção. Três tipos de talcos foram avaliados: microtalco natural (TN), nanotalco sintético semicristalino (NTC) e nanotalco sintético amorfo (NTA). O TN apresentou tamanho micrométrico, enquanto os talcos sintéticos exibiram uma condição submicrométrica/nanométrica, além de alta área superficial específica, até 80 vezes superior ao TN. A investigação de nanocompósitos ternários PEAD/EVA/NTA foi realizada utilizando diferentes técnicas de caracterização. As propriedades térmicas foram examinadas por termogravimetria (TG) e por calorimetria exploratória diferencial (DSC) e mostraram que a estabilidade térmica dos nanocompósitos foi levemente ampliada com a incorporação do NTA. A morfologia dos nanocompósitos ternários, utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV), revelou o NTA profundamente incorporado à matriz polimérica, além de uma distribuição homogênea entre as fases. As amostras com 50% de EVA apresentaram uma morfologia especial, houve mudança de estrutura de mar-ilha para co-contínua, assim como refinamento do tamanho da fase EVA. As propriedades mecânicas dinâmicas das amostras foram analisadas usando um analisador térmico mecânico dinâmico (DMA) e mostraram que o módulo de armazenamento aumentou com um padrão difuso com a adição do NTA, enquanto a curva tan  do nanocompósito ternário 50EVA/NTA mostrou um pico proeminente em torno da Tg do EVA e constatou-se a imiscibilidade entre as fases poliméricas. As propriedades mecânicas das amostras foram estudadas por ensaios de tração e impacto. Um comportamento notável foi verificado para o nanocompósito 50EVA/NTA que manifestou uma característica de super ductilidade, com incremento do alongamento na ruptura de 4,8 e 2,4 vezes com relação ao PEAD puro e sua blenda correlata. A investigação de compósitos binários PEAD/talcos foi conduzida para avaliação do papel dos diferentes tipos de talcos. A estabilidade térmica dos compósitos foi aumentada moderadamente com a incorporação das cargas de talcos. A morfologia dos compósitos binários PEAD/talcos revelou partículas dos talcos sintéticos majoritariamente bem dispersas no PEAD, enquanto o TN apresentou maior incidência de partículas agregadas. Os resultados de DMA mostraram que a adição dos talcos ao PEAD puro provocou aumento apreciável do módulo de armazenamento em uma ampla faixa de temperatura. As curvas tan  indicaram que comportamento de amortecimento dos compósitos ficou relativamente reduzido. Os ensaios de mecânicos exibiram um leve incremento do módulo de elasticidade e queda moderada da resistência à tração e da resistência ao impacto, enquanto a ductilidade exibiu ganho expressivo para a amostra PEAD/NTA, com incremento de 50% quando comparado ao PEAD puro. A pesquisa evidenciou que o NTA, com um baixo nível de concentração, pode ser usado como uma carga diferenciada, de expressiva efetividade, para melhoria da ductilidade e do equilíbrio rigidez/deformabilidade do PEAD e de blendas PEAD/EVA. Essa nova característica habilita o PEAD à novas aplicações onde propriedades mecânicas superiores são requeridas, especialmente ductilidade, assim como qualifica o NTA como um agente lubrificante promissor, com potencial de atender à requisitos mecânicos de outros sistemas poliméricos.