Apresentação do PowerPoint - Encontro de Jovens Pesquisadores

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE NANOGAIOLAS DE SILSESQUIOXANO
GLICIDILISOBUTIL (POSS) NAS PROPRIEDADES MORFOLÓGICAS E
TÉRMICAS DA RESINA EPÓXI
Lucas Puziski, Vinicios Pistor, Ademir José Zattera
INTRODUÇÃO
A incorporação de oligômeros poliédricos de silsesquioxano (POSS)
como reforço para nanocompósitos com matrizes poliméricas tem
atraído atenção na área tecnológica por serem monômeros
multifuncionais e híbridos, com uma parte orgânica e uma parte
inorgânica. Aumento nas propriedades de resistência térmica,
resistência a oxidação, nas propriedades mecânicas e de resistência a
flamabilidade já foram constatados [1,2]. A resina epóxi tem inúmeras
aplicações industriais, que variam desde peças de aeronaves até
proteção superficial de tubos [1]. Entretanto, por ser um termorrígido
formado por processo de reticulação, a resina possui alta fragilidade
devido à densidade de ligações cruzadas [2] tendo potencial para
grande melhoria de suas propriedades gerais com a utilização de nano
reforço de POSS [1]
OBJETIVOS
O presente trabalho tem como objetivo desenvolver compósitos com
teores de 1, 2, 5 e 10% em massa incorporados do oligômero poliédrico
de silsesquioxano glicidilisobutil (POSS) em resina epóxi diglicidil éter
de bisfenol-A (Araldite GY-260) e avaliar a morfologia e as propriedades
térmicas do nanocompósito.
Foi observada uma distribuição menos homogênea nos nanocompósitos
com teores menores de POSS, havendo maior incidência de regiões
aglomeradas. Com o aumento do teor de nanopartículas dispersas na
matriz, observou-se uma redução de aglomerados e as partículas de
POSS apresentaram uma distribuição em formato de miscelas esféricas
com aproximadamente 10 nm de diâmetro.
É possível observar que as nanogaiolas de silício e oxigênio são
imiscíveis com a resina epóxi devido a incompatibilidade química de
fases. Como o POSS utilizado neste estudo é monofuncional, ele se
dispersa em forma de miscelas, podendo gerar uma morfologia do tipo
núcleo-casca (core-shell) [3].
Amostras
ΔTMA (°C)
Altura do pico
Tg (°C)
Epóxi
1% POSS
2% POSS
5% POSS
10% POSS
38,16
46,42
45,43
35,76
25,48
0,40
0,35
0,40
0,40
0,44
67,7
66,4
69,7
69,7
70,9
Obs.: ΔTMA = variação de temperatura na metade da altura das curvas de tan δ.
MATERIAIS
Os materiais utilizados neste estudo foram: resina
epóxidiglicidil éter de bisfenol-A (DGEBA) Araldite
GY-260, o agente de cura poliamina cicloalifática
modificada Aradur 2963BR, e oligômero poliédrico
de silsesquioxano glicidilisobutil-POSS (EP0418).
Figura 1 – Glicidilisobutil-POSS
MÉTODOS
Mistura resina epóxi
com POSS
Análise Dinâmico-Mecânica
(DMA)
1, 2, 5 e 10 %
Método não-isotérmico taxa de aquecimento
de 3°Cmin-1 frequência de 1Hz e amplitude
de deformação de 0,1% na faixa de
temperatura de 25 até 250°C.
Agitação manual
Através da análise de DMA, é
possível observar que a
adição de POSS deslocou a
Tg
da
resina
para
temperaturas
maiores,
indicando
que
as
nanopartículas agiram como
reforço no sistema. O impacto
do POSS na Tg depende do
tipo de radical em seu vértice
e de sua funcionalidade.
Neste caso, a restrição de
mobilidade que a gaiola de
POSS impõe sobre as
cadeias poliméricas e a
capacidade
de
formar
ligações químicas entre o
POSS e o sistema de cura da
resina podem ser fatores que
deslocam a Tg.
Figura 4 – Curvas de tan δ para as amostras estudadas.
Além disso, por ser um POSS monofuncional e se agrupar em gemoetrias
core-shell, ele não acarreta em grandes volumes livres entre as cadeias
poliméricas da resina [4].
5 min.
Dispersão por ultrasom
15 min. com intervalos de 3
em 3 min. com 40%
amplitude
Microscopia Eletrônica de
Transmissão (TEM)
Filmes de 50 nm de espessura foram cortados
com velocidade de 0,3 mm/s a temperatura
ambiente sobre grids de cobre 300 mesh.
Figura 5 – Curvas termogravimétricas para taxa 10°C min-1 para os compósitos e resina.
Adição do reagente de
cura
Análise Termogravimétrica (TGA)
Agitação manual
Taxas de 5, 10, 20 e 40°C min-1; T ambiente
ate 750ºC
5 min.
CONCLUSÃO
Cura
T≈25±5ºC em molde de
silicone
Pós-cura
100ºC durante 24 horas
Figura 2 – Desenho técnico do molde de
silicone utilizado.
RESULTADOS
(a)
As curvas de TGA apresentaram dois eventos de perda de massa. O
primeiro (100 – 340ºC) está relacionado a evaporação de solventes e
frações molares menores não ligadas a rede tridimensional da resina. O
segundo e maior evento (340 – 450ºC) refere-se a degradação da cadeia [5].
(b)
As amostras apresentaram uma boa dispersão das nanopartículas na
resina epoxídica para maiores teores de POSS. Foi observado um
comportamento das partículas de formarem miscelas, se aglomerando
numa morfologia do tipo core-shell. Através de análises de DMA foi visto
que o POSS deslocou a Tg da resina epoxídica para temperaturas
maiores, agindo como reforço no sistema e a tenacificando.
REFERÊNCIAS
[1] H.L.Jr.Ornaghi; V. Pistor; A.J. Zattera J. Non-Cryst. Solids. 2012, 358, 427.
[2] V. Pistor; H.L.Jr.Ornaghi; F.G. Ornaghi; A.J. Zattera Mater. Sci. Eng. A.
2012, 532, 339.
[3] K. Zeng; S. Zheng Journal of Physical Chemistry B. 2007, 111, 13919.
[4] Y. Ni; S. Zhenga; K. Nie Polymer. 2004, 45, 5557.
[5] V. Pistor; H.L.Jr.Ornaghi; F.G. Ornaghi; A.J. Zattera Polymer Composites.
2012, 33, 1224.
AGRADECIMENTOS
Figura 3 – Imagens obtidas por análise de TEM para as amostras contendo 5% (a) e 10% (b) de POSS.