Synthetic filossicates as mineral fillers for obtainnement of polyurethane based nanocomposites
FILOSILICATES SYNTHÉTIQUES UTILISÉS COMME CHARGES MINÉRALES POUR OBTENIR DES NANOCOMPOSITIONS À BASE DE POLYURÉTHANE
Filossilicatos sintéticos como cargas minerais para a obtenção de nanocompósitos base poliuretano.
Résumé
The research on polymeric nanocomposites aims to obtain new materials with different properties when compared to the already existing. In this context, this research field are constantly growing. Lamellar phyllosilicates like talcs have been applied as reinforcement for polymeric nanocomposites preparation and achieved significant improvements in these matrices. Polyurethanes are polymers used as matrix for nanocomposites preparation. This work presents the comparation of nanocomposites prepared with solvent based polyurethane and aqueous based polyurethane by the physical mixing method, using as filler new synthetic Ni-talcs with different Ni ratios (ST25Ni, ST50Ni, ST75Ni and ST100Ni) as powder and in gel form. Experiments have also been made with magnesium-based synthetic talc with wine natural dyes adsorbed on these Mg nanotalcs. The talcs were incorporated in relation to the weight of the solvent based polyurethane (3 wt.%) and aqueous based polyurethane (WPU) (1 wt.% to 10 wt.%). In samples produced with solvent based polyurethane Ni-talc (powder) was well incorporated into the polymeric matrix in an intercalated form. These nanocomposites presented low thermal stability when compared to the pure matrix and good results in tension and deformation tests due to the talc/PU interaction by hydrogen bonds. Nanocomposites produced with Ni-talc (gel) were synthesized with ST25Ni, ST50Ni, ST75Ni and ST100Ni as filler. Filler dispersion occurred in an intercalated and exfoliated way with better thermal and mechanical stability for ST25Ni and ST50Ni. Results evidenced that the Ni amount in the filler has an influence in thermal and mechanic properties of the produced nanocomposites. The addition of talc/dye to the polymeric matrix showed that at 10% talc the thermal resistance is improved. These new materials that complement the functionalized polymers market.
La recherche sur les nanocomposites polymères vise à obtenir de nouveaux matériaux aux propriétés différentes de celles déjà existantes. Dans ce contexte, ce domaine de recherche ne cesse de croître. Les phyllosilicates lamellaires de type talc sont utilisés comme renfort pour la préparation de nanocomposites polymériques conduisant à des améliorations significatives des propriétés de ces matrices. Les polyuréthanes sont une classe de polymères utilisés comme matrice pour la préparation de nanocomposites. Ce travail présente la comparaison de nanocomposites polyuréthane base solvant et base aqueuse (DPU) préparés par la méthode de mélange physique en utilisant comme charge de nouveaux Ni-talcs synthétiques avec différents rapports Ni (TS25Ni (25% Ni), TS50Ni (50% Ni), TS75Ni (75% Ni) et TS100Ni (100% Ni)), sous forme de poudre et de gel. Des expériences ont aussi été faites avec des talc synthétiques à base de magnésium avec les colorants naturels du vin adsorbés sur ces nanotalcs Mg. L'adsorption du colorant est destinée à rendre les talcs synthétiques biodégradables et aussi pour modifier ses propriétés thermiques et mécaniques. Ces nouveaux talc synthétiques à base de magnésium avec colorant naturel sont talcs-Mg (TSMg-vin et TSAK-vin). Dans les échantillons produits avec du polyuréthane base solvant, le talc-Ni (poudre, 3% en poids) a été parfaitement dispersés dans la matrice. L'incorporation du talc dans la matrice a été mise en évidence par infrarouge (FTIR), où dans le spectre du nanocomposite PU/talco-Ni, il était possible d'observer l’ apparence de la bande à 1044cm-1, caractéristique de la liaison Si-O-Si du Talc-Ni. Le résultat de DRX a montré pour le nanocomposite la présence du pic à 9º référant au plan cristallin (001) du talc pur, caractérisant l'incorporation en la forme intercalée. Le nanocomposite a montré une diminution de l'intensité du pic à 20º, étant cette caractéristique de la matrice du PU pure, qui peut également témoigner la bonne interaction du talc avec la DPU. L'image obtenu par TEM évidence une bonne dispersion du talc dans la matrice, mais aussi la formation d'agglomérats. Le nanocomposite présente une faible stabilité thermique par rapport à la matrice du PU pure, avec une réduction de la température de dégradation égale à 23°C. Les résultats de traction et de déformation de PU/talc-Ni ont montré une augmentation du module de Young pour les nanocomposites, ce qui représente que l'interaction de la charge avec la matrice était satisfaisante. L'interaction de la charge avec la matrice de PU peut se produire par des liaisons hydrogène entre les hydroxyles du talc (OH) au niveau des bords des feuilles et la matrice de PU. La morphologie de l'échantillon a montré la formation de sphérulites pour PU/talc-Ni par MEV et AFM, tandis que la micrographie de la matrice pure a présenté un aspect plus lisse. Les nanocomposites produits avec du talc-Ni (gel) ont été synthétisés en utilisant TS25Ni, TS50Ni, TS75Ni et TS100Ni comme charge minérale. La quantité de talc utilisé pour préparer les nanocomposites était de 1% et 10% en poids. L'incorporation du talc dans la matrice a été mise en évidence par FTIR en raison de la présence des bandes 1630 cm-1 e 1020 cm-1 caractéristiques du talc pur. Le résultat DRX a montré pour tous les nanocomposites, préparés avec 1% et 10% d'addition de talc TS100Ni, la présence du pic à 9°, caractéristique du plan cristallin (001) des talcs synthétiques. Les échantillons préparés avec une addition de 10% des talcs ont également montré la présence du pic à 60°, caractéristique du plan cristallin (060). Avec l'addition de 1% des talcs, la présence des pics dans les régions 30º et 40º ont été observée, représentant les plans cristallins (003) et (004) du talc pur. La dispersion de la charge s'est produite sous une forme intercalée et exfoliée. Le talc TS100Ni, pour les deux pourcentages d'addition, a présenté la distribution dans la matrice sous la forme intercalée. Les talcs TS25Ni, TS50Ni et TS75Ni présentaient une distribution exfoliée ne montrant aucun pic pour le talc dans les analyses DRX. La stabilité thermique était plus élevée pour les nanocomposites préparés avec TS25Ni et TS50Ni, tandis que les nanocomposites préparés avec TS75Ni et TS100Ni présentaient une diminution de la stabilité thermique par rapport à la matrice DPU pure. Ce comportement indique que la quantité de Ni dans la composition de talc influence la stabilité thermique des nanocomposites. Les valeurs du module d'Young étaient plus élevées dans tous les nanocomposites que dans la matrice DPU pure. Les résultats de la tension et de la déformation ont montré des valeur de tension plus élevée pour les nanocomposites préparés avec l'addition de 10% des talc. Ceci est lié a la dispersion homogène de la charge dans la matrice, fondamentale pour améliorer les propriétés mécaniques de ces matériaux. Le module de conservation était plus élevé que le DPU pour les deux pourcentages d'addition de talc, étant plus accentué pour les nanocomposites préparés avec l'addition de 10% de talc. La Tg était inférieure à la matrice polymère pour les nanocomposites préparés avec l'addition de 1% de talc. Avec l'addition de 10%, la Tg était plus élevée, en raison de l'interaction talc-talc plus forte, ce qui entraîne une augmentation de la mobilité des chaînes de polymère. Les analyses morphologiques ont montré une bonne dispersion des talcs dans la matrice, certains échantillons ayant la formation d'agglomérats. Les talcs-Mg ont été incorporés en quantités de 1, 3, 5 et 10% par rapport à la masse du polyuréthane de base aqueux Les nanocomposites préparés avec le talc TSMg-vin ont montré des résultats similaires pur à barrette thermique DPU 10% et une augmentation de la résistance thermique. Après l'essai de vieillissement accéléré, programmé dans le cycle de 720h uniques, les nanocomposites préparés avec addition de 1, 3 et 5% TSMg-vin ont montré une diminution de la température de dégradation, ce qui démontre l'amélioration de la dégradation par rapport à la DPU et non nanocomposites exposé au test de vieillissement. Le nanocomposite à 10% TSMg-vin était résistant à la chaleur par rapport à la DPU et les échantillons de nanocomposites qui ont passé le test de vieillissement accéléré et moins résistant que l'échantillon DPU/TSMg-vin 10% qui n'a pas été exposé à le vieillissement. Le TSAK-vin a montré une poudre qui interfère avec la stabilité thermique de la DPU, comme pour tous les ajouts testés il y avait une augmentation de la température de dégradation initiale, ce qui est plus marquée augmentation de 10% TSAK-vin. Les nanomatériaux composites fabriqués pendant cette thèse sont des nouveaux matériaux venant compléter le marché des polymères fonctionnalisés.
A pesquisa em torno de nanocompósitos poliméricos visa a obtenção de novos materiais com propriedades distintas dos já existentes. Neste contexto, este campo de pesquisa está em constante crescimento. Filossilicatos lamelares do tipo talcos, vêm sendo aplicados como reforço para preparação de nanocompósitos poliméricos, resultando em melhorias significativas nestas matrizes. Os poliuretanos (PUs) são polímeros utilizados como matriz para a preparação de nanocompósitos. O objetivo deste trabalho foi desenvolver nanocompósitos preparados com PU, base solvente e base aquosa (DPU), pelo método de mistura física, utilizando como reforço novos talcos-Ni sintéticos com proporção de Ni diferentes (TS25Ni, TS50Ni, TS75Ni e TS100Ni), na forma de pó e em gel. Também foram obtidos dois novos talcos sintéticos a base de Mg com corante natural proveniente do vinho tinto adsorvido nestes nanotalcos-Mg. Os talcos foram incorporados em diferentes quantidades em relação a massa de PU base solvente (3%) e base aquosa (1% a 10%). Nas amostras produzidas com PU base solvente, o talco-Ni (em pó) foi bem incorporado na matriz de forma intercalada. Esses nanocompósitos apresentaram baixa estabilidade térmica quando comparados a matriz pura e bons resultados de tensão e deformação devido a interação talco/PU via ligações de hidrogênio. Os nanocompósitos produzidos com talco-Ni (em gel) foram sintetizados utilizando TS25Ni, TS50Ni, TS75Ni e TS100Ni como carga. A dispersão da carga ocorreu de forma intercalada e esfoliada com melhor estabilidade térmica e mecânica para TS25Ni e TS50Ni, mostrando que a quantidade de Ni influencia as propriedades térmicas e mecânicas dos nanocompósitos produzidos. A adição de talco/corante na matriz polimérica mostrou que com 10% de talco a resistência térmica é melhorada. Esses materiais complementam o mercado de polímeros funcionalizados.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...