Compósitos ternários de poliuretano-TiO2-SiO2: preparação, caracterização e degradação

Abstract

The addition of inorganic fillers in polyurethane resins for use as coating has been of great technological interest because it leads to improvements in the properties and performance of existing materials, besides the possibility of reducing environmental impact and costs. In this context, this work presents the production of ternary composites with addition of commercial inorganics fillers, titanium dioxide (TiO2) and silica (SiO2), in aqueous polyurethane dispersions. These ternary composites were obtained from the addition of 1% of different combinations of proportion of fillers (TiO2: SiO2 = 0:100 25:75 50:50 75:25 to 100:0) in aqueous polyurethane dispersions (PUD) by the in situ polymerization process. The characteristics of the ternary composite were evaluated in the form of polymer dispersion (particle size, pH, viscosity and conductivity) and in the form of films (thermal, mechanical and morphological properties), as well as the study of degradation of these materials. The results show that the synergy resulting from the combination of the two fillers, SiO2 and TiO2, interferes with the formation of micelles in PUD colloidal system, changing the coalescence process in the formation of films and modifying light reflection and refraction in the composite making it opaque and matte. The presence of anatase crystalline phase in TiO2 particles provides better compatibility filler1-filler2-polymer increasing the tensile strength and thermal stability of the ternary composites. The presence of SiO2 retarded the degradation process in the soil of the ternary composites and they did not show biological material on the surface after degradation.

A adição de cargas inorgânicas em resinas de poliuretano para aplicação como revestimento tem tido grande interesse tecnológico, pois conduz a melhorias nas propriedades e no desempenho dos materiais já existentes, além da possibilidade de redução de impacto ambiental e de custos. Neste contexto, este trabalho apresenta a produção de compósitos ternários com a adição de cargas inorgânicas comerciais, dióxido de titânio (TiO2) e dióxido de silício (SiO2), em dispersões aquosas de poliuretano. Estes compósitos ternários foram obtidos a partir da adição de 1% de diferentes proporções das cargas (TiO2:SiO2 = 0:100, 25:75, 50:50, 75:25 e 100:0) em dispersões aquosas de poliuretano (DPU) pelo processo de polimerização in situ. As características dos compósitos ternários foram avaliadas na forma de dispersão polimérica (tamanho de partícula, pH, viscosidade e condutividade) e na forma de filmes (propriedades térmicas, mecânicas e morfologia), bem como, o estudo de degradação destes materiais. Os resultados mostram que a sinergia resultante da combinação das duas cargas, SiO2 e TiO2, interfere na formação das micelas no sistema coloidal DPU, alterando o processo de coalescência na formação dos filmes e modificando a reflexão e a refração de luz no compósito deixando-o opaco e fosco. A presença da fase cristalina anatase nas partículas de TiO2 propicia melhor compatibilidade carga1-carga2-polímero aumentando a resistência a tração com altos percentuais de deformação e a estabilidade térmica dos compósitos ternários. A presença de SiO2 retardou o processo de degradação em solo dos compósitos ternários e estes não apresentaram material biológico na superfície depois da degradação.