Síntese e caracterização de nanocompósitos de polietileno de alto peso molecular e argila produzidos por polimerização in situ

Abstract

Nanocompósitos de polímero/argila têm recebido considerável atenção nos últimos anos devido às suas excelentes propriedades mecânicas e de barreira e a polimerização in situ é o método mais eficaz na esfoliação de argila e na produção desses nanocompósitos. O presente trabalho teve como objetivo principal a produção de polietileno de alto peso molecular multimodal, nanocompósitos de polietileno com argila, grafita e talco, buscando melhorar as propriedades térmicas e de flamabilidade desses materiais e avaliar suas potencialidades na utilização como materiais com propriedades diferenciadas. As reações foram realizadas usando polimerização direta com catalisador tipo Ziegler (TiCl4 e trietilalumínio em hexano) sem suporte inorgânico em um reator descontínuo. O polietileno de alto peso molecular multimodal produzido apresentou uma degradação térmica em atmosfera inerte em temperatura acima de 400°C. A temperatura de fusão do polímero produzido indica que ele tem um alto peso molecular e um grau de cristalização de cerca de 52%. A distribuição de pesos moleculares do polímero obtido tem uma dispersão ampla e varia de um peso molecular (log M) 2 até 7.2, composta por quatro picos o que indica uma distribuição multimodal. A oxidação térmica dos nanocompósitos é deslocada e reduzida para altas temperaturas, indicando melhoria na estabilidade térmica da matriz polimérica, devido ao efeito de barreira da argila para gases e compostos. Testes de flamabilidade mostraram um efeito de redução da progressão das chamas para os nanocompósitos.

Polymer/clay nanocomposites have received considerable attention in recent years due to their excellent mechanical and barrier properties and in situ polymerization is the most effective method for exfoliating clay and producing these nanocomposites. The main objective of the present work was the production of multimodal high molecular weight polyethylene, polyethylene nanocomposites with clay, graphite and talc, seeking to improve the thermal and flammability properties of these materials and to evaluate their potential for use as materials with differentiated properties. The reactions were carried out using direct polymerization with Ziegler type catalyst (TiCl4 and triethyl aluminum in hexane) without inorganic support in a batch reactor. The multimodal high density polyethylene produced showed thermal degradation in an inert atmosphere at a temperature above 400°C. The melting temperature of the produced polymer indicates that it has a high molecular weight and a degree of crystallization of about 52%. The molecular weight distribution of the obtained polymer has a wide dispersion and varies from a molecular weight (log M) 2 to 7.2, composed of four peaks which indicates a multimodal distribution. The thermal oxidation of the nanocomposites is displaced and reduced to high temperatures, indicating an improvement in the thermal stability of the polymeric matrix, due to the clay barrier effect for gases and compounds. Flammability tests showed an effect of reducing the flame progression for the nanocomposites.