Partículas minerais silico-metálicas (SSMMP) como nanocarga: comparando o efeito de diferentes tratamentos hidrotérmicos nas propriedades de nanocompósitos PU/SSMMP

Abstract

The development of new materials with distinct properties is needed today; nanocomposites represent a new group of materials that stand out in this current market demand. Polyurethanes for having versatility as the processes of synthesis and composition are an object of study in various industrial segments. One method to improve the properties of the polyurethane is the addition of inorganic fillers. Thus, this work aims to study the interaction and incorporation of silico-metallic mineral synthetic particles with different hydrothermal treatments (7h and 24h), comparing the influence of the size, distribution and surface area on the properties of polyurethane nanocomposites. PU nanocomposite / SSMMP (7h and 24h) with defined amounts of 0. 5%, 1%, 2%, 3% and 5% by weight relative to the pure polymer were synthesized. Technical Analysis of X-Ray Diffraction (XRD) Analysis of Specific Surface Area (BET) spectroscopy, Fourier Transform Infrared (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric analysis (TGA), Gel Permeation Chromatography (GPC), Dynamic-Mechanical Analysis (DMTA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used to characterize materials. The XRD analysis showed that the synthetic silico-metallic mineral fillers exfoliated/well dispersed in the polyurethane matrix. The high surface area of SSMMP influenced the crystallization, and also on the thermal and mechanical properties of nanocomposites. Both PU/ SSMMP (7h and 24h) showed an increase in mechanical properties, although the PU/ SSMMP 7h nanocomposites have a Young's modulus higher than PU / SSMMP 24h. The creep- recovery tests showed that the SSMMP (7h and 24h) restricted the movement of PU chains. The results showed the importance of controlled synthesis of SSMMP for obtaining new materials with desired properties.

O desenvolvimento de novos materiais com propriedades distintas se faz necessário nos dias atuais e os nanocompósitos poliméricos se destacam nesta demanda do mercado. Os poliuretanos, por terem uma versatilidade quanto a processos de síntese e composição, são objeto de estudo em diversos segmentos industriais. Um dos métodos para melhorar as propriedades do poliuretano é a adição de cargas inorgânicas. Neste trabalho foram estudadas a interação e incorporação de partículas minerais silico-metálicas sintéticas com diferentes tratamentos hidrotérmicos (7h e 24h) na matriz polimérica, comparando a influência do tamanho, distribuição e área superficial nas propriedades dos nanocompósitos de poliuretano. Foram sintetizados nanocompósitos PU/SSMMP (7h e 24h) com quantidades definidas de 0,5%, 1%, 2%, 3% e 5% em relação à massa do polímero puro. Para a caracterização dos materiais foram utilizadas as técnicas de Análise de Difração de Raios-X (DRX), Análise da Área Superficial Específica (BET), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), Análise Dinâmico-Mecânica (DMTA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As análises de DRX indicaram que as cargas minerais silico-metálicas esfoliaram/dispersaram na matriz de poliuretano. As altas áreas superficiais dos SSMMP tiveram influência sobre a cristalização, e também nas propriedades térmicas e mecânicas dos nanocompósitos. Ambos PU/SSMMP(7h e 24h) apresentaram um aumento nas propriedades mecânicas, apesar de os nanocompósitos PU/SSMMP 7h apresentarem um Módulo de Young maior que os PU/SSMMP 24h. Os testes de creep-recovery mostraram que os SSMMP (7h e 24h) restringem o movimento das cadeias do PU. Os resultados mostraram a importância da síntese controlada dos SSMMP para a obtenção de novos materiais com propriedades desejadas.