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BRPI0904021A2 - polymer nanocomposite with improved co2 barrier properties and use - Google Patents

polymer nanocomposite with improved co2 barrier properties and use Download PDF

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BRPI0904021A2
BRPI0904021A2 BRPI0904021-8A BRPI0904021A BRPI0904021A2 BR PI0904021 A2 BRPI0904021 A2 BR PI0904021A2 BR PI0904021 A BRPI0904021 A BR PI0904021A BR PI0904021 A2 BRPI0904021 A2 BR PI0904021A2
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BR
Brazil
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vmt
composites
org
clay
polypropylene
Prior art date
Application number
BRPI0904021-8A
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Portuguese (pt)
Inventor
Elen Beatriz Acordi Vasques Pacheco
Leila Lea Yuan Visconte
Elaine Vidal Dias Gomes
Original Assignee
Univ Rio De Janeiro
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of BRPI0904021A2 publication Critical patent/BRPI0904021A2/en
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Abstract

NANOCOMPOSITO POLIMÉRICO COM PROPRIEDADES DE BARREIRA AO CO~ 2~ APERFEIÇOADAS E USO DO MESMO. A presente invençâo pertence ao campo dos nanocompósitos poliméricos, mais especificamente nanocompósitos à base de vermiculita organofílica tratada, poliolefina de alto grau de cristalinidade e polipropileno ou polipropileno enxertado com anidrido maleico tendo propriedades de barreira a CO~ 2~ superiores em relação aos compostos análogos preparados com bentonita.POLYMERIC NANOCOMPOSIT WITH PROPERTIES OF BARRIER TO PERFECT CO ~ 2 ~ AND USE THEREOF. The present invention pertains to the field of polymeric nanocomposites, more specifically treated organophilic vermiculite based nanocomposites, high crystallinity grade polyolefin and maleic anhydride grafted polypropylene or polypropylene having superior CO 2 barrier properties compared to the prepared analogues. with bentonite.

Description

NANOCOMPÓSITO POLIMÉRICO COM PROPRIEDADES DE BARREIRAAO CO2 APERFEIÇOADAS E USO DO MESMOPOLYMERIC NANOCOMPOSIT WITH IMPROVED CO2 BARRIER PROPERTIES AND USE

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

A presente invenção pertence ao campo dos nanocompósitospoliméricos, mais especificamente nanocompósitos vermiculita-poliolefina ouvermiculita-poliolefina modificada com anidrido maleico, os nanocompósitostendo propriedades de barreira a CO2 superiores em relação aos compostosanálogos preparados com bentonita.The present invention belongs to the field of polymeric nanocomposites, more specifically vermiculite-polyolefin or vermiculite-polyolefin nanocomposites modified with maleic anhydride, nanocomposites having superior CO2 barrier properties over analogues prepared with bentonite.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Os compósitos são misturas físicas de dois ou mais materiais,combinados para formar um novo material com propriedades diferentesdaquelas de seus constituintes individuais. Os compósitos são uma classe demateriais multifásicos, poliméricos ou não. Nesses materiais, um doscomponentes, descontínuo, é responsável pela principal resistência ao esforço(componente estrutural ou reforço) e o outro, contínuo, é o meio detransferência desse esforço (componente contínuo ou matricial).Composites are physical mixtures of two or more materials, combined to form a new material with properties different from those of their individual constituents. Composites are a class of multiphase materials, polymeric or not. In these materials, one of the discontinuous components is responsible for the main resistance to stress (structural component or reinforcement) and the other, continuous, is the transfer medium of this effort (continuous or matrix component).

Atualmente, polímeros têm sido reforçados com minerais, metais efibras, com a intenção de promover propriedades tais como estabilidadetérmica, resistência à chama e/ou propriedades mecânicas. Contudo, osmateriais resultantes podem apresentar deficiência na interação da interfaceentre os seus constituintes, levando a limitações de desempenho. A melhora dedesempenho estrutural pode ser normalmente alcançada se os elementos dereforço apresentarem boa interação com a matriz e menores dimensões, ouseja, suas dimensões forem de nível atômico ou molecular.Currently, polymers have been reinforced with minerals, metals and fibers, with the intention of promoting properties such as thermal stability, flame resistance and / or mechanical properties. However, the resulting materials may present deficiencies in the interface interaction between their constituents, leading to performance limitations. Improvement in structural performance can usually be achieved if the reinforcing elements have good interaction with the matrix and smaller dimensions, ie their dimensions are atomic or molecular level.

A incorporação de cargas inorgânicas em polímeros tem as vantagensde permitir o alcance de altas resistências química e mecânica, e estabilidadetérmica. As cargas com dimensões nanométricas (1-500 nm) apresentam áreasuperficial elevada promovendo melhor dispersão na matriz polimérica e porisso uma melhoria nas suas propriedades físicas, que dependem dahomogeneidade da mistura final.The incorporation of inorganic fillers in polymers has the advantages of allowing the achievement of high chemical and mechanical resistances and thermal stability. Nanometer-sized (1-500 nm) fillers have high surface areas promoting better dispersion in the polymer matrix and thus an improvement in their physical properties, which depend on the homogeneity of the final blend.

A preparação de compósitos de matriz polimérica com cargasnanométricas permite em muitos casos obter um material com um baixo custo,devido à utilização de menor quantidade de carga, e um elevado nível dedesempenho, que pode resultar da sinergia entre os componentes.The preparation of polymeric matrix composites with nanometric loads in many cases makes it possible to obtain a material at low cost due to the use of less filler and a high level of performance which may result from synergy between components.

Grande variedade de materiais Iamelares pode ser encontrada nanatureza como as argilas (aluminossilicatos), haletos de metais de transição,hidróxidos de metais bivalentes e fosfatos de metais tetravalentes. Os cristaissão formados pela sobreposição de lamelas, que estão fracamente unidas porligações do tipo Van Der Waals e ligações de hidrogênio.A wide variety of lamellar materials can be found in nature such as clays (aluminosilicates), transition metal halides, divalent metal hydroxides and tetravalent metal phosphates. The crystals are formed by the overlap of lamellae, which are loosely joined by van der waals and hydrogen bonds.

Os silicatos em camadas, freqüentemente usados em nanocompósitospoliméricos, pertencem à família conhecida como 2:1 filossilicatos. Seuscristais consistem de camadas bidimensionais, onde a camada central,octaédrica, de óxido de alumínio (AI2O3) ou oxido de magnésio (MgO), é ligadaa duas moléculas exteriores de sílica (SiO2), tetraédricas, pelas extremidades,de forma que os íons oxigênio da camada octaédrica também façam parte dacamada tetraédrica. A espessura da camada é de cerca de 1nm e asdimensões laterais dessas camadas podem variar de 300  a vários mícrons,podendo até ser maiores, dependendo do silicato em particular. As camadas seorganizam para formar pilhas, com um intervalo regular entre elas chamado deespaçamento intercamadas ou galerias. As substituições de cátions de maiorvalência por cátions de menor valência no interior das camadas (por exemplo,Al3+ substituído por Mg2+ ou por Fe2+, ou Mg2+ substituído por Li+) nem sempresão compensadas na estrutura de alguns argilominerais. Como conseqüência,é gerado um excesso de cargas negativas. Essas cargas negativas sãocontrabalançadas por cátions de metais alcalinos ou alcalino-terrosos situadosno interior das galerias. Como as forças que mantêm as pilhas unidas sãorelativamente fracas (interações fracas do tipo van der Waals), a intercalaçãode moléculas pequenas nas camadas é relativamente fácil. Estes materiais têmrecebido muita atenção como materiais reforçadores para polímeros devido àssuas altas razões de aspecto e características excepcionais deintercalação/esfoliação.Layered silicates, often used in polymeric nanocomposites, belong to the family known as 2: 1 phyllosilicates. Its crystals consist of two-dimensional layers, where the central octahedral layer of aluminum oxide (AI2O3) or magnesium oxide (MgO) is attached to two outer tetrahedral silica molecules (SiO2) at the ends so that the oxygen ions octahedral layer also form part of the tetrahedral layer. The thickness of the layer is about 1nm and the side dimensions of these layers can range from 300 µm to several microns and may even be larger depending on the particular silicate. The layers are organized to form piles, with a regular interval between them called interlayer spacing or galleries. Substitutions of higher valence cations with lower valence cations within the layers (for example, Al2 + replaced by Mg2 + or Fe2 +, or Mg2 + substituted by Li +) are not always compensated for in the structure of some clay minerals. As a consequence, an excess of negative charges is generated. These negative charges are counterbalanced by alkaline or alkaline earth metal cations within the galleries. Because the forces holding the cells together are relatively weak (weak van der Waals interactions), the interleaving of small molecules in the layers is relatively easy. These materials have received much attention as polymer reinforcing materials due to their high aspect ratios and exceptional interleaving / exfoliation characteristics.

Estes filossilicatos são caracterizados por apresentarem uma cargasuperficial negativa moderada, conhecida como capacidade de troca catiônica(CTC) (cation exchange capacity, CEC), geralmente expressa em meq/100g. Acarga varia de uma camada à outra, apresentando um valor médio para todo ocristal.These phyllosilicates are characterized by their moderate negative surface charge, known as cation exchange capacity (CEC), usually expressed as meq / 100g. Charge varies from one layer to another, presenting an average value for every crystal.

A vermiculita é um mineral da família das micas, cujos cristais sãoformados por finíssimas lamínulas superpostas que, em seu interior, possuemuma pequena quantidade de água. Quando submetida a temperaturassuperiores a 800°C expande-se, aumentando seu volume em até 20 vezes,tornando-se um material de elevada porosidade e leveza. O nome vermiculitavem do latim "vermiculare", pois a aparência dessa argila ao ser aquecidalembra a de "vermes". A vermiculita pertence à família dos aluminossilicatos 2:1e apresenta a fórmula química geral: (Mg, Fe, AI)3(AI, Si)4Oi0(OH)2Mgx(H2O)n.Vermiculite is a mineral of the mica family, whose crystals are formed by very thin superimposed coverslips that contain a small amount of water inside. When subjected to temperatures above 800 ° C it expands, increasing its volume up to 20 times, becoming a material of high porosity and lightness. The name vermiculitavem from the Latin "vermiculare", since the appearance of this clay when being warmed resembles that of "worms". Vermiculite belongs to the 2: 1 aluminosilicate family and has the general chemical formula: (Mg, Fe, AI) 3 (AI, Si) 4O0 (OH) 2Mgx (H2O) n.

Forma-se principalmente pela alteração da biotita. A CTC da vermiculitatambém é alta, de 100-150 meq/100g. A vermiculita é um mineral formadoessencialmente por silicatos hidratados de alumínio e magnésio. A vermiculitatem baixa densidade e apresenta forma de lâmina (lamelar). Ela possuidiversas aplicações na construção civil, como isolante térmico e acústico,produção de tijolos leves, painéis, divisórias e portas a prova de fogo e naagricultura como condicionador de solos.It is formed mainly by the alteration of biotite. The vermiculite CTC is also high, from 100-150 meq / 100g. Vermiculite is a mineral formed essentially of hydrated aluminum and magnesium silicates. The vermiculitatem has low density and has lamellar shape. It has many applications in civil construction, such as thermal and acoustic insulation, light brick production, fireproof panels, partitions and doors and agriculture as a soil conditioner.

Já a bentonita é uma argila constituída essencialmente por um ou maisargilominerais do grupo das esmectitas, especialmente a montmorilonita, nãoimportando qual seja a origem geológica. A bentonita é um aluminossilicato 2:1(Mg, Ca)O.AI203SÍ50io(H20)n formada a partir da decomposição de cinzasvulcânicas. As bentonitas naturais possuem com maior freqüência os cátionstrocáveis Na+, Mg2+ e Ca2+. A ocorrência mais comum é de bentonitaspolicatiônicas com predominância de um cátion, a exemplo do Na+ nasbentonitas de Wyoming (EUA) ou Ca2+ nas bentonitas do Mississipi. Uma dasprincipais propriedades das bentonitas é a capacidade de troca de cátions(CTC). Os cátions trocáveis, nas bentonitas, podem estar fixados nassuperfícies laterais e entre as camadas do argilomineral. Os cátions fixados nassuperfícies laterais são provenientes das cargas resultantes da ruptura deligações entre o Si-O e AI-OH e a presença dos cátions trocáveis entre ascamadas é devido às substituições de cátions de maior valência por cátions demenor valência no interior das camadas (por exemplo, troca de Si4+ por Al3+ nacamada tetraédrica ou Al3+ por Mg2+ na camada octaédrica). Em dispersãoaquosa ou em meio úmido, os argilominerais possuem a capacidade de trocaresses cátions, através de reações químicas, por outros cátions sem que issovenha trazer modificação de sua estrutura cristalina. A CTC das bentonitasvaria de 80 a 150 meq/100g, sendo, em geral, muito superior à de outrosargilominerais (CTC menores que 40 meq/100g).Already bentonite is a clay consisting essentially of one or more mineral minerals of the group of smectites, especially montmorillonite, regardless of the geological origin. Bentonite is a 2: 1 aluminosilicate (Mg, Ca) O.AlH 3 O 3 Si (H 2 O) n formed from the decomposition of volcanic ash. Natural bentonites have more often the Na +, Mg2 + and Ca2 + cationable cations. The most common occurrence is a cation-predominant bolicite bentonite, such as Na + nasbentonite from Wyoming (USA) or Ca2 + in Mississippi bentonite. One of the main properties of bentonites is the cation exchange capacity (CTC). Exchangeable cations in bentonites may be attached to the lateral surfaces and between the layers of the clay mineral. The cations attached to the side surfaces come from the charges resulting from the disruption between Si-O and AI-OH, and the presence of interchangeable cations between layers is due to the substitution of higher valence cations by lower valence cations (eg , Si4 + exchange for Al3 + tetrahedral layer or Al3 + for Mg2 + in octahedral layer). In aqueous or wet dispersion, clay minerals have the ability to exchange these cations through chemical reactions with other cations without changing their crystal structure. The Bentonite CTC ranges from 80 to 150 meq / 100g, and is generally much higher than that of other minerals (CTC less than 40 meq / 100g).

Os silicatos são naturalmente hidrofílicos, o que torna difícil a interação ea capacidade de mistura com matrizes poliméricas apolares. Sendo assim, oprocesso de troca iônica é freqüentemente empregado para o desenvolvimentodos nanocompósitos, melhorando a compatibilização entre a argila e a matrizpolimérica. Para que os filossilicatos hidrofílicos se tornem organofílicos, oscátions hidratados das intercamadas devem ser trocados. A troca, geralmente,ocorre com surfactantes catiônicos (íons alquilamônio). Essas argilasmodificadas (ou organoargila) têm energia superficial menor e são compatíveiscom polímeros orgânicos, além de aumentarem a distância intercamadas(espaço basal, "d-spacing"), o que facilita a intercalação tanto por monômerosquanto por polímeros. Vide a este respeito os artigos por Alexandre, M; eDubois, P. Polymer-Iayered silicate nanocomposites: preparation, propertiesand uses of a new class of materiais. Materials Science and Engineering, v. 28,n. 1-2, p. 1-63, 2000; Cho, J.W.; e Paul, D.R. Nylon 6 nanocomposites by meltcompounding. Polymer1 v. 42, n. 3, p. 1083-1094, 2001 e outros.Silicates are naturally hydrophilic, which makes interaction and mixing ability with nonpolar polymeric matrices difficult. Thus, the ion exchange process is often employed for nanocomposite development, improving the compatibility between the clay and the polymer matrix. In order for hydrophilic phylosilicates to become organophilic, the hydrated interlayer oscations must be exchanged. The exchange usually occurs with cationic surfactants (alkylammonium ions). These modified clays (or organo clay) have lower surface energy and are compatible with organic polymers and increase the interlayer distance (basal space, "d-spacing"), which facilitates intercalation by both monomers and polymers. See in this regard the articles by Alexandre, M; eDubois, P. Polymer-Iayered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials. Materials Science and Engineering, v. 28, no. 1-2, p. 1-63, 2000; Cho, J.W .; and Paul, D.R. Nylon 6 nanocomposites by meltcompounding. Polymer1 v. 42, no. 3, p. 1083-1094, 2001 and others.

Um compósito polimérico consiste na combinação de dois ou maismateriais, onde a fase contínua ou matriz é representada pelo polímeroenquanto a fase dispersa é representada pelas cargas reforçantes ou não. Ocomponente descontínuo (carga) oferece a principal resistência aocarregamento e o outro, contínuo (matriz), oferece o meio de transferênciadesse carregamento.A polymeric composite consists of the combination of two or more materials, where the continuous phase or matrix is represented by the polymer while the dispersed phase is represented by the reinforcing or not reinforcing fillers. The discontinuous component (load) offers the main load resistance and the other continuous (matrix) offers the transfer medium of this load.

O desempenho e as propriedades dos compósitos dependem daspropriedades individuais de seus componentes e da compatibilidade entre eles.The performance and properties of composites depend on the individual properties of their components and their compatibility.

A tendência de se criar materiais compósitos está voltada para redução decustos, aplicações específicas, aperfeiçoamento de propriedades por meio dacombinação de materiais caros com materiais mais baratos.As propriedades dos compósitos dependem não só de seuscomponentes, mas também da proporção entre eles, da natureza da interface eda morfologia do sistema. O tamanho, a forma da partícula da carga e adistribuição interfacial carga-polímero são parâmetros que devem serconsiderados para prever as características de reforço no polímero.The tendency to create composite materials is aimed at reducing costs, specific applications, enhancing properties by combining expensive materials with cheaper materials. The properties of composites depend not only on their components, but also on the proportion between them, the nature of the material. interface and system morphology. The size, shape of charge particle, and charge-polymer interfacial distribution are parameters that must be considered to predict the reinforcement characteristics in the polymer.

Quando cargas apropriadas são aplicadas aos termoplásticos, elaspropiciam melhorias em suas propriedades físicas e térmicas, modificam a suaaparência superficial e as características de processamento, além de reduzir ocusto do material.When appropriate fillers are applied to thermoplastics, they provide improvements in their physical and thermal properties, modify their surface appearance and processing characteristics, and reduce material cost.

A literatura apresenta trabalhos de compósitos e nanocompósitos depolipropileno e bentonita conforme os artigos por Araújo, S.S. et al.Nanocompósitos PP/betonita empregando uma bentonita de Wyoming tratadacom três diferentes tipos de sais quaternários de amônio. Revista Matéria, v. 9,n. 4, p. 426-436, 2004; Burmistry, M.V. et al. Synthesis, structure, thermal and mechanical properties of nanocomposites based on linear polymers and Iayeredsilicates modified by polymeric quaternary ammonium salts (ionenes). Polymer,v. 46, n.26, p. 12226-12232, 2005; Filho et al. Nanocompósitos PP/BentonitaVerde Lodo. I - Influência da modificação e teor de argila nas propriedadesmecânicas. Revista Matéria, v. 10, n.1, p. 24-30, 2005; Garcia-Lopez et al. Polypropylene-clay nanocomposites: effect of compatibilizing agents on claydispersion. European Polymer Journal, v. 39, n. 5, p. 945-950, 2003; Othman,N. et al. Effect of compatibilisers on mechanical and thermal properties ofbentonite filled polypropylene composites. Polymer Degradation and Stability, v.91, n. 10, p. 1761-1774, 2006; e Sarkar, M. et al. Polypropylene-clay compositeprepared from Indian bentonite. Bulletin of Materials Science, v. 31, n.1, p. 23-28, 2008.The literature presents works of composites and nanocomposites of polypropylene and bentonite according to the articles by Araújo, S.S. et al. PP / betonite nanocomposites employing a Wyoming bentonite treated with three different types of quaternary ammonium salts. Matter magazine, v. 9, no. 4, p. 426-436, 2004; Burmistry, M.V. et al. Synthesis, structure, thermal and mechanical properties of nanocomposites based on linear polymers and Iayeredsilicates modified by polymeric quaternary ammonium salts (ionenes). Polymer, v. 46, no. 26, p. 12226-12232, 2005; Filho et al. PP / Bentonite Green Sludge Nanocomposites. I - Influence of modification and clay content on mechanical properties. Matter magazine, v. 10, no. 1, p. 24-30, 2005; Garcia-Lopez et al. Polypropylene-clay nanocomposites: effect of compatibilizing agents on claydispersion. European Polymer Journal, v. 39, no. 5, p. 945-950, 2003; Othman, N. et al. Effect of compatibilisers on mechanical and thermal properties ofbentonite filled polypropylene composites. Polymer Degradation and Stability, v.91, no. 10, p. 1761-1774, 2006; and Sarkar, M. et al. Polypropylene-clay compositeprepared from Indian bentonite. Bulletin of Materials Science, v. 31, no. 1, p. 23-28, 2008.

No entanto, só existem três trabalhos na literatura que relatam autilização da vermiculita em compósitos com polipropileno, a saber Tjong, S.C.et al. Novel preparation and properties of polypropylene-vermiculitenanocomposites. Chemistry of Materials, v. 14, n. 1, p. 44-51, 2002; Tjong, S.C.e Meng, Y.Z. Impact-modified polypropylene/vermiculite nanocomposites.Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, v. 41, n. 19, p.2332-2341,2003 e Valásková, Μ. et al. Organovermiculite nanofillers in polypropylene.Applied Clay Science, v. 43, n. 1, p. 108-112, 2009, apesar de a vermiculita serum tipo de silicato abundante e mais barato que a bentonita, vide os artigos porXu, J. et al. Preparation and properties of poly(vinylalcohol)-Vermiculitenanocomposites. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, v. 41, n.7, p. 749-755, 2003 e Xu, J. et al. Preparation of poly(propylenecarbonate)/organo-vermiculite nanocomposites via direct melt intercalation.European Polymer Journal, v. 41, n. 4, p. 881-888, 2005.However, there are only three studies in the literature reporting the use of vermiculite in polypropylene composites, namely Tjong, S.C.et al. Novel preparation and properties of polypropylene-vermiculitenanocomposites. Chemistry of Materials, v. 14, no. 1, p. 44-51, 2002; Tjong, S.C.e Meng, Y.Z. Impact-modified polypropylene / nanocomposite vermiculite. Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, v. 41, no. 19, p.2332-2341,2003 and Valásková, Μ. et al. Organovermiculite nanofillers in polypropylene.Applied Clay Science, v. 43, no. 1, p. 108-112, 2009, although vermiculite is an abundant and cheaper silicate type than bentonite, see articles by Xu, J. et al. Preparation and properties of poly (vinylalcohol) -Vermiculitenanocomposites. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, v. 41, no. 7, p. 749-755, 2003 and Xu, J. et al. Preparation of poly (propylenecarbonate) / nanocomposite organo-vermiculite via direct melt intercalation.European Polymer Journal, v. 41, no. 4, p. 881-888, 2005.

O termo nanocompósito é usado para designar materiais compósitosque contêm mais de uma fase sólida nos quais a fase dispersa apresenta pelomenos uma de suas dimensões em escala nanométrica (10"9 m), tratando-se,portanto, de um tipo particular de compósito. Nanocompósitos poliméricos sãouma nova classe de materiais que apresentam propriedades superiores às doscompósitos poliméricos convencionais ou polímeros puros, devido ao pequenotamanho da unidade estrutural e à sua grande área superficial, o que aumentaintensamente as possibilidades de interações entre as fases.The term nanocomposite is used to refer to composite materials which contain more than one solid phase in which the dispersed phase has at least one of its nanoscale dimensions (10 "9 m) and is therefore a particular type of composite. Polymers are a new class of materials that have properties superior to conventional polymer composites or pure polymers, due to the small size of the structural unit and its large surface area, which greatly increases the possibilities of interactions between phases.

Os nanocompósitos de polímero-mineral são classificados em trêscategorias gerais: os convencionais, nos quais o mineral age como umenchimento convencional; os intercalados, nos quais ocorre a inserção damatriz polimérica de forma regular entre as Iamelas do mineral; e, osdelaminados ou esfoliados, nos quais as camadas do mineral são delaminadase dispersas na matriz polimérica contínua. Essa última estrutura permite aobtenção de melhores propriedades em relação à intercalada, porque maximizaa interação polímero-mineral.Polymer-mineral nanocomposites are classified into three general categories: conventional, in which the mineral acts as a conventional filler; the intercalated ones, in which the polymeric matrix insertion occurs regularly between the mineral lines; and, delaminated or exfoliated, in which the mineral layers are delaminated and dispersed in the continuous polymeric matrix. This last structure allows the obtainment of better properties in relation to the intercalated one, because it maximizes the polymer-mineral interaction.

Os nanocompósitos podem ser preparados a partir de quatro métodos:polimerização in situ, polimerização em emulsão, processo sol-gel e mistura noestado fundido. Nesse último, os nanocompósitos podem ser obtidos pelaintercalação do polímero fundido, no qual as cadeias poliméricas se difundemno espaço entre as camadas ou galerias das argilas. O método depende dainteração termodinâmica entre as cadeias poliméricas e a argila e do transportedessas cadeias, da massa fundida às cadeias de argila. A intercalação dopolímero fundido tem se mostrado eficiente, além de ser uma alternativa aosprocessos de intercalação tradicionais, limitados tanto à escolha demonômeros, quanto à disponibilidade de sistemas compatíveis polímero-solvente. Este método é também bastante atrativo devido à sua versatilidade,ausência de solventes, compatibilidade com as técnicas de processamentoconvencionais, simplicidade e menor custo que os processos de polimerização in situ.Nanocomposites can be prepared by four methods: in situ polymerization, emulsion polymerization, sol-gel process and molten state mixture. In the latter, nanocomposites may be obtained by melt polymer intercalation, in which the polymeric chains diffuse into the space between the layers or galleries of the clays. The method depends on the thermodynamic interaction between polymer chains and clay and the transport of these chains from the melt to the clay chains. Fused polymer interleaving has been shown to be efficient, as well as being an alternative to traditional interleaving processes, limited both to the choice of monomers and the availability of polymer-solvent compatible systems. This method is also very attractive due to its versatility, absence of solvents, compatibility with conventional processing techniques, simplicity and lower cost than in situ polymerization processes.

De todas as técnicas para processamento de polímeros no estadofundido, a extrusora dupla-rosca tem provado ser a mais eficiente para aesfoliação e a dispersão das camadas de silicato. Para os compósitospreparados em extrusora mono-rosca, normalmente a esfoliação total não éalcançada devido às menores taxas de cisalhamento e menores tempos deresidência, quando comparados aos da extrusora dupla-rosca.Of all the techniques for processing polymer in the melt, the twin screw extruder has proven to be the most efficient for exfoliating and dispersing silicate layers. For composites prepared in a single screw extruder, full exfoliation is usually not achieved due to lower shear rates and shorter residence times when compared to the double screw extruder.

A patente US 6.451.897 trata de nanocompósitos preparados a partir decopolímeros de polipropileno (PP) enxertados. O nanocompósito compreendeuma argila esmectita com cátions trocáveis que foi tratada com pelo menos umagente de inchamento orgânico, uniformemente dispersa em um copolímero deenxerto com um esqueleto de um polímero poroso de propileno. O teor total dematerial inorgânico no compósito varia entre 0,5 e 10% em relação ao pesototal do compósito. Após polimerização por enxerto, as cadeias formadas demonômero polimerizado intercalam na argila e produzem uma dispersãouniforme de partículas de argila no interior do material particulado depolipropileno.US 6,451,897 deals with nanocomposites prepared from grafted polypropylene (PP) decopolymers. The nanocomposite comprises a exchangeable cation smectite clay that has been treated with at least one organic swellant uniformly dispersed in a graft copolymer with a porous propylene polymer backbone. The total content of inorganic material in the composite varies between 0.5 and 10% in relation to the total weight of the composite. After graft polymerization, the polymerized demonomer chains formed intercalate in the clay and produce a uniform dispersion of clay particles within the polypropylene particulate material.

A estrutura dos nanocompósitos traz melhorias nas propriedades debarreira do material. Essa melhoria resulta na redução da permeabilidade agases e no aumento da resistência a solventes. A estrutura Iamelar de algumascargas reforçadoras encontradas em nanocompósitos pode oferecer vantagenspara essas propriedades de barreira, especialmente em embalagens. Umajustificativa para o decréscimo da permeabilidade em estruturas nanométricasna forma Iamelar seria a de que quando elas estão dispersas no polímero criamuma espécie de labirinto dificultando a difusão de gases e solventes através domaterial polimérico. É muito provável que a fina dispersão de nanopartículasem forma de placas aumente o percurso para o caminho da difusão do gás ousolvente.The structure of nanocomposites brings improvements in the material's deburring properties. This improvement results in reduced permeability and increased resistance to solvents. The Iamelar structure of some reinforcing fillers found in nanocomposites may offer advantages for these barrier properties, especially in packaging. One justification for the decrease in permeability in nanometric structures in the Iamelar form would be that when they are dispersed in the polymer they create a kind of maze hindering the diffusion of gases and solvents through the polymeric material. It is very likely that the fine dispersion of plate-shaped nanoparticles will increase the path to the solvent gas diffusion path.

O pedido norte-americano publicado US 20060252870 descreve umprocesso para a preparação de nanocompósitos de poliolefina no qual onanocompósito pode ser preparado de modo simples, eficiente e econômicoatravés de etapa única. O processo consiste em misturar resina de poliolefinacomo polietileno ou polipropileno e outras, o nanomaterial, monômero paraenxertar e peróxido para dispersar o nanomaterial e enxertar o monômerosimultaneamente. Os componentes são misturados por extrusão a quente emtemperaturas entre 150-200°C. O nanomaterial compreende uma argilaorganofílica como montmorilonita, hectorita e vermiculita. No entanto estedocumento não menciona as propriedades de barreira a CO2 aperfeiçoadasexibidas por esses compósitos quando a argila do nanocompósito compolipropileno é vermiculita como na presente invenção.US Published Application US 20060252870 describes a process for the preparation of polyolefin nanocomposites in which one composite can be prepared simply, efficiently and economically through one-step. The process consists of mixing polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene and others, the nanomaterial, grafting monomer and peroxide to disperse the nanomaterial and graft the monomers simultaneously. The components are hot-extruded mixed at temperatures between 150-200 ° C. The nanomaterial comprises an organophilic clay such as montmorillonite, hectorite and vermiculite. However, this document does not mention the improved CO2 barrier properties exhibited by such composites when the polypropylene nanocomposite clay is vermiculite as in the present invention.

A publicação internacional W0/2000/034180 diz respeito a umnanocompósito com propriedades de barreira aperfeiçoadas, o nanomaterialcompreendendo uma argila intercalada com uma mistura de dois ou maiscátions orgânicos e o polímero matriz compreendendo um poliéster,polieteréster, poliamida, poliesteramida, poliuretana, poliimida, poliéterimida,poliureia, poliamidaimida, polifenilenoóxido, resina fenóxi, resina epóxi,poliolefina, poliacrilato, poliestireno, polietileno-co-ácool vinílico, copolímero dosmesmos ou mistura dos mesmos.International publication W0 / 2000/034180 relates to a nanocomposite having improved barrier properties, the nanomaterial comprising a clay interspersed with a mixture of two or more organic cations and the matrix polymer comprising a polyester, polyetherester, polyamide, polyesteramide, polyurethane, polyimide, polyetherimide. , polyurea, polyamideimide, polyphenylene oxide, phenoxy resin, epoxy resin, polyolefin, polyacrylate, polystyrene, polyethylene co-vinyl alcohol, same copolymer or a mixture thereof.

Apesar dos trabalhos acadêmicos e patentes sobre o assunto, a técnicaainda necessita de um nanocompósito polimérico com propriedades de barreiraaperfeiçoadas em relação a materiais similares à base de bentonita. Essenanocompósito com propriedade de barreira pode ser obtido a partir devermiculita organofílica, tal nanocompósito e uso do mesmo sendo descrito ereivindicado no presente pedido.Despite academic work and patents on the subject, the technique still requires a polymeric nanocomposite with enhanced barrier properties over similar bentonite-based materials. Such a barrier property composite can be obtained from organophilic micro-granite, such nanocomposite and use thereof being described and claimed in the present application.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

De modo amplo, a presente invenção trata de um nanocompósito à basede vermiculita organofílica e polipropileno ou polipropileno enxertado comanidrido maleico, com propriedades de barreira aperfeiçoadas, ditonanocompósito compreendendo, em massa:Broadly, the present invention is a nanocomposite based on organophilic vermiculite base and polypropylene or maleic co-grafted polypropylene with improved barrier properties, ditonanocomposite comprising, by mass:

a) de 0,1 a 10% de vermiculita organofílica obtida por tratamento devermiculita com um ânion de amônio quaternário;(a) from 0,1 to 10% organophilic vermiculite obtained by treatment with a quaternary ammonium anion;

b) de 75 a 99% de uma poliolefina de alto grau de cristalinidade; eb) from 75 to 99% of a high crystallinity polyolefin; and

c) de 0,1 a 10% de copolímero de polipropileno enxertado com anidridomaleico.c) from 0.1 to 10% anhydridomaleic grafted polypropylene copolymer.

O nanocompósito é preparado conforme uma das técnicas usuais paraeste tipo de material, por mistura no estado fundido em extrusora dupla rosca.Nanocomposite is prepared according to one of the usual techniques for this type of material by mixing in the molten state in a twin screw extruder.

Assim, a presente invenção provê um nanocompósito polimérico à basede vermiculita e polipropileno com propriedades de barreira aperfeiçoadas.Thus, the present invention provides a vermiculite and polypropylene base polymer nanocomposite with improved barrier properties.

A presente invenção provê também um nanocompósito polimérico àbase de vermiculita e polipropileno puro ou enxertado com anidrido maleicocom propriedades de barreira aperfeiçoadas para CO2 em relação acompósitos similares à base de bentonita.The present invention also provides a pure polypropylene or vermiculite-based polymeric nanocomposite based on maleic anhydride with improved CO2 barrier properties over similar bentonite based compositions.

A presente invenção provê ainda um nanocompósito polimérico à basede vermiculita e polipropileno com propriedades de barreira aperfeiçoadas parauso em embalagens industriais e alimentícias, folhas e garrafas além de umavariedade de novas aplicações.The present invention further provides a vermiculite and polypropylene polymeric nanocomposite with improved barrier properties for use in industrial and food packaging, sheets and bottles in addition to a variety of new applications.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

A FIGURA 1 anexa apresenta o Espectro de FTIR da VMT in natura (A)e da VMT modificada organicamente (B).The accompanying FIGURE 1 shows the in natura VMT (A) and organically modified VMT (B) FTIR Spectrum.

A FIGURA 2 anexa apresenta os Difratogramas de raios-X das argilas(A) VMT in natura, (B) VMT-Na e (C) VMT-org.The accompanying FIGURE 2 shows the X-ray Diffractograms of (A) VMT in natura, (B) VMT-Na and (C) VMT-org clays.

A FIGURA 3 anexa apresenta os Difratogramas de raios-X do PP e doscompósitos PP/VMT-org.The accompanying FIGURE 3 shows the X-ray Diffractograms of PP and PP / VMT-org composites.

A FIGURA 4 anexa apresenta os Difratogramas de raios-X do PP/PP-g-MA e dos compósitos PP/PP-g-MA/VMT-org.The accompanying FIGURE 4 shows the X-ray Diffractograms of PP / PP-g-MA and PP / PP-g-MA / VMT-org composites.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

O objeto da presente invenção trata de um nanocompósito à base devermiculita organofílica e polipropileno ou polipropileno enxertado com anidridomaleico, com propriedades de barreira aperfeiçoadas, dito nanocompósitocompreendendo, em massa:The object of the present invention is a nanocomposite based on an organophilic and anhydridomale grafted polypropylene or polypropylene micro-granite having improved barrier properties, said nanocomposite comprising, by mass:

a) de 0,1 a 10% de vermiculita organofílica obtida por tratamento devermiculita com um ânion de amônio quaternário;(a) from 0,1 to 10% organophilic vermiculite obtained by treatment with a quaternary ammonium anion;

b) de 75 a 99% de uma poliolefina de alto grau de cristalinidade; eb) from 75 to 99% of a high crystallinity polyolefin; and

c) de 0,1 a 10% de copolímero de polipropileno enxertado com anidridomaleico.c) from 0.1 to 10% anhydridomaleic grafted polypropylene copolymer.

Para esta invenção, o ânion de amônio quaternário contido em a) é umsal alcalino de amônio quaternário, pertencente ao grupo consistido de: cloretode cetiltrimetilamônio, brometo de cetiltrimetilamônio, cloreto deestearildimetilamônio, cloreto de alquildimetilbenzilamônio, brometo dedimetildioctadecilamônio, ou brometo de dimetildioctadecilamônio.For this invention, the quaternary ammonium anion contained in a) is an alkaline quaternary ammonium salt, belonging to the group consisting of: cetyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium bromide, alkyldimethylbenzylammonium bromide, dimethyldecammonium bromide,

Onde em b), a poliolefina de alto grau de cristalinidade pode serselecionada dentre polietileno de alta densidade e polipropileno.Where in b), high crystallinity polyolefin may be selected from high density polyethylene and polypropylene.

Alternativamente, a poliolefina de b) é polipropileno (denominado aqui de PP)misturado com o copolímero de polipropileno enxertado com anidrido maleicocontido em c) e denominado aqui de PP-g-MA.Alternatively, the polyolefin of b) is polypropylene (referred to herein as PP) mixed with the maleic anhydride grafted polypropylene copolymer in c) and referred to herein as PP-g-MA.

A obtenção do nanocompósito de vermiculita organofílica-PP ouvermiculita organofílica-PP-g-MA com propriedades de barreira aperfeiçoadasem relação a compostos análogos preparados com bentonita organofílica-PPsegue os procedimentos usuais da tecnologia da área.Obtaining nanocomposite of organophilic vermiculite-PP or organophilic vermiculite-PP-g-MA with improved barrier properties with respect to analogous compounds prepared with organophilic bentonite-PP follows the usual procedures of the field technology.

Em linhas gerais no tratamento da argila da invenção é seguido oprocedimento descrito por Xu1 J. Preparation of poly(propylenecarbonate)/organo-vermiculite nanocomposites via direct melt intercalation.European Polymer Journal, v. 41, n. 4, p. 881-888, 2005.In general the clay treatment of the invention is followed by the procedure described by Xu1 J. Preparation of poly (propylenecarbonate) / organo-vermiculite nanocomposites via direct melt intercalation. European Polymer Journal, v. 41, no. 4, p. 881-888, 2005.

Deve ficar bem claro para os especialistas que embora o presentedocumento se refira ao polipropileno como a poliolefina que foi utilizadaexperimentalmente, polietileno de alta densidade e outras poliolefinascristalinas são igualmente úteis e como tal fazem parte do escopo da invenção.It should be made clear to those skilled in the art that while the present document refers to polypropylene as the polyolefin that has been used experimentally, high density polyethylene and other crystalline polyolefins are equally useful and as such are within the scope of the invention.

No caso de misturas do copolímero de polipropileno enxertado comanidrido maleico, a proporção de polipropileno está entre 90% em massa e99% em massa da mistura.Assim, vermiculita (VMT) e bentonita (BENT) in natura nacionais, apóscaracterização dos materiais puros por técnicas de difratometria de raios-X(XRD) e análise termogravimétrica (TGA), são tratadas quimicamente paraproduzir argilas organofílicas, essas sendo igualmente caracterizadas porfluorescência de raios-X, espectroscopia de absorção na região doinfravermelho (FTIR), XRD1 microscopia eletrônica de varredura (MEV) e TGA.In the case of blends of maleic grafted grafted polypropylene copolymer, the proportion of polypropylene is between 90 wt.% And 99 wt.% Of the mixture.So, vermiculite (VMT) and bentonite (BENT) in natura after characterization of the pure materials by techniques X-ray diffractometry (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA), are chemically treated to produce organophilic clays, which are also characterized by X-ray fluorescence, infrared absorption spectroscopy (FTIR), XRD1 scanning electron microscopy (SEM) ) and TGA.

As argilas organofílicas resultantes são misturadas ao PP ou PP/PP-g-MA com o objetivo de avaliar a possibilidade de obtenção de nanocompósitos ede obter um material com baixa permeabilidade a gás.The resulting organophilic clays are mixed with PP or PP / PP-g-MA in order to evaluate the possibility of obtaining nanocomposites and obtaining a material with low gas permeability.

Paralelamente argilas não tratadas (in natura) são também misturadasao PP ou PP/PP-g-MA com o objetivo de comparação de resultados.In parallel untreated clays (in natura) are also mixed with PP or PP / PP-g-MA for the purpose of comparing results.

A fim de caracterizar os compósitos são confeccionados corpos de provapor compressão.In order to characterize the composites, bodies of compression proofing are made.

Os compósitos são então caracterizados por análises morfológicas(XRD), espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) no estadosólido, análises térmicas (calorimetria diferencial de varredura - DSC, TGA) eanálise de permeabilidade.The composites are then characterized by morphological analysis (XRD), solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), thermal analysis (differential scanning calorimetry - DSC, TGA) and permeability analysis.

As argilas VMT e BENT são tratadas com cloreto de sódio para trocar osíons presentes nas argilas por um único tipo de íon (Na+). Após essa troca catiônica, as duas argilas são modificadas com um sal alcalino de amônioquaternário, pertencente ao grupo consistido de: cloreto de cetiltrimetilamônio,brometo de cetiltrimetilamônio, cloreto de estearildimetilamônio, cloreto dealquildimetilbenzilamônio, brometo de dimetildioctadecilamônio, ou brometo dedimetildioctadecilamônio. Preferencialmente, nesta invenção é empregadocomo sal alcalino de amônio quaternário para intercalação do compostoorgânico nas galerias das argilas o cloreto de cetiltrimetilamônio.VMT and BENT clays are treated with sodium chloride to exchange the ions present in the clays with a single type of ion (Na +). Following this cation exchange, the two clays are modified with an alkaline ammonium salt belonging to the group consisting of: cetyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium bromide, stearyldimethylammonium chloride, dimethyldioctadecylammonium bromide, or bromide. Preferably, in this invention as quaternary ammonium alkaline salt is employed for intercalation of the organic compound in the clay galleries is cetyltrimethylammonium chloride.

Resultados de espectrometria de fluorescência de raios-X, FTIR e XRDcomprovam a modificação química e a incorporação do sal de amônio entre ascamadas das argilas.X-ray fluorescence spectrometry, FTIR and XRD results confirm the chemical modification and incorporation of the ammonium salt between the clay layers.

Vermiculita e bentonita incorporadas com sal de amônio e in natura (nãoincorporadas) são misturadas ao PP obtendo-se masterbatches, que contêmentre 10 e 50% m (em massa) de argila, com um valor médio de 32%m.Posteriormente esses masterbatches são diluídos para obtenção decompósitos com teores de argila entre 0,1 e 10% m, com um valor médio entre1 e 5%m. Os masterbatches e os compósitos são obtidos em extrusora dupla-rosca co-rotativa.Vermiculite and bentonite incorporated with unincorporated ammonium salt (unincorporated) are mixed with PP to obtain masterbatches containing 10 and 50% m (by mass) of clay, with an average value of 32% m. Subsequently these masterbatches are diluted to obtain decomposites with clay contents between 0.1 and 10% m, with an average value between 1 and 5% m. Masterbatches and composites are obtained in a co-rotating twin screw extruder.

Os compósitos com vermiculita e bentonita in natura e organofílicas sãocaracterizados quanto às propriedades morfológicas, térmicas, mecânicas e depermeação a CO2.Inorganic vermiculite and bentonite composites and organophilics are characterized for morphological, thermal, mechanical and CO2 permeation properties.

Resultados de XRD dos compósitos preparados com as argilasorganofílicas (VMT-org e BENT-org) mostram a intercalação do polímero entreas Iamelas das argilas e a possível obtenção de nanocompósitos comestruturas parcialmente intercaladas e (ou) esfoliadas.XRD results of composites prepared with the organophilic clays (VMT-org and BENT-org) show the intercalation of the polymer between the clay yamels and the possible obtainment of partially intercalated and (or) exfoliated nanocomposites.

Os resultados de DSC de todos os compósitos mostram o efeitonucleante da argila na cristalização da matriz polimérica.DSC results from all composites show the clay effect on crystallization of the polymeric matrix.

Observa-se através da técnica de TGA que a estabilidade térmica doscompósitos preparados com a VMT é superior à do polímero puro e à doscompósitos com a BENT.It is observed through the TGA technique that the thermal stability of composites prepared with VMT is superior to that of pure polymer and composites with BENT.

Os compósitos preparados com 1,3%m de VMT-org sem PP-g-ΜΑ ecom 4,2%m de VMT-org com PP-gr-MA mostram uma redução significativa napermeabilidade ao gás CO2 de 59 e 65%, respectivamente, em relação aospolímeros PP e PP/PP-g-MA puros. Esses compósitos também apresentarammelhores propriedades de barreira que os compósitos preparados com aBENT-org.Composites prepared with 1.3% m of VMT-org without PP-g-ΜΑ and 4.2% m of VMT-org with PP-gr-MA show a significant reduction in CO2 gas permeability of 59 and 65% respectively. for pure PP and PP / PP-g-MA polymers. These composites also had better barrier properties than composites prepared with aBENT-org.

Os compósitos preparados com 1,3%m de VMT-org sem PP-gr-MA ecom 4,2%m de VMT-org com PP-gr-MA mostram uma redução significativa napermeabilidade ao gás CO2 de 59 e 65%, respectivamente, em relação aospolímeros PP e PP/PP-g-MA puros.Composites prepared with 1.3% m of VMT-org without PP-gr-MA and 4.2% m of VMT-org with PP-gr-MA show a significant reduction in CO2 gas permeability of 59 and 65% respectively. for pure PP and PP / PP-g-MA polymers.

Vermiculita e bentonita com granulometria uniforme na faixa de 40 meshsão tratadas com uma solução de cloreto de sódio (NaCI), de modo a tornar oespaçamento interlamelar o mais homogêneo e regular ao longo de suaextensão. Para tanto, são utilizados 20 g de argila in natura (vermiculita oubentonita), 100g de NaCI e 200 mL de água deionizada, os ingredientes sãoadicionados em um balão de três bocas e aquecidos sob agitação por cerca de72 horas. Após a retirada da água sobrenadante, as argilas resultantes da trocacatiônica são transferidas para tubos e a solução é centrifugada por 30 minutosna velocidade de 3.500rpm. O produto é centrifugado com água deionizada(3000mL) a fim de remover os ânions Cl". A ausência de cloreto é verificadaatravés da reação com uma solução de AgNO3 0,1 molar. As argilas na formahomoiônica sódica são secas em estufa com circulação de ar a 60°C por 48horas, para a retirada do excesso de água e armazenadas em ausência deumidade.Vermiculite and bentonite with uniform grain size in the 40 mesh range are treated with sodium chloride (NaCl) solution to make the interlamellar spacing as homogeneous and regular throughout its extension. For this purpose, 20 g of fresh clay (vermiculite or bentonite), 100 g of NaCl and 200 ml of deionized water are used. The ingredients are added to a three-necked flask and heated under stirring for about 72 hours. After removal of the supernatant water, the trochacidonic clays are transferred to tubes and the solution is centrifuged for 30 minutes at a speed of 3,500rpm. The product is centrifuged with deionized water (3000mL) to remove Cl "anions. The absence of chloride is verified by reaction with a 0.1 molar AgNO3 solution. Clays in sodium formalin are dried in a circulating oven. at 60 ° C for 48 hours for removal of excess water and stored in the absence of moisture.

Para tornar a argila compatível com o polímero, os íons sódiopresentes entre as Iamelas da argila são trocados por íons de sal de amônioquaternário (cloreto de cetiltrimetilamônio), para produzir a argila organofílica.Deve ficar bem claro que outros sais de amônio quaternário são igualmenteúteis para as praticas da invenção. íons amônio quaternário são selecionadosadicionalmente dentre brometo de cetiltrimetilamônio, cloreto deestearildimetilamônio, cloreto de alquildimetilbenzilamônio, brometo dedimetildioctadecilamônio, ou brometo de dimetildioctadecilamônio.To make the clay compatible with the polymer, the sodium-present ions between the clay yamels are exchanged for ions of quaternary ammonium salt (cetyltrimethylammonium chloride) to produce the organophilic clay. It should be made clear that other quaternary ammonium salts are equally useful for the practices of the invention. Quaternary ammonium ions are additionally selected from cetyltrimethylammonium bromide, stearyldimethylammonium chloride, alkyldimethylbenzylammonium chloride, dimethyldioctadecylammonium bromide, or dimethyldioctadecylammonium bromide.

A reação de organofilização é efetuada segundo o mesmoprocedimento de troca por íon sódio descrito acima. São utilizados 20g deargila homoiônica sódica (vermiculita ou bentonita), 24g de cloreto decetiltrimetilamônio e 400 ml_ de água deionizada. A ausência de cloreto éverificada através da reação com uma solução de AgNO3 0,1 molar. Osaglomerados de argilas organofílicas obtidos são secos em estufa comcirculação de ar a 60°C por 48 horas e desagregados mecanicamente até aobtenção de materiais pulverulentos, e armazenados ao abrigo da umidade.The organophilization reaction is performed according to the same sodium ion exchange procedure described above. Sodium homoionic 20g of sodium (vermiculite or bentonite), 24g of decethyltrimethylammonium chloride and 400 ml of deionized water are used. The absence of chloride is verified by reaction with a 0.1 molar AgNO3 solution. The obtained organophilic clay agglomerates are oven dried with air circulation at 60 ° C for 48 hours and mechanically disaggregated to powdery materials and stored under moisture.

A fim de avaliar as características químicas, estruturais, morfológicas etérmicas dessas cargas, as amostras de argila (vermiculita e bentonita) antes edepois da modificação são caracterizadas por espectroscopia de fluorescênciade raios-X, espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR),difratometria de raios-X (XRD), microscopia eletrônica de varredura (MEV) eanálise termogravimétrica (TGA).In order to evaluate the chemical, structural, morphological and morphological characteristics of these charges, the clay samples (vermiculite and bentonite) before and after modification are characterized by X-ray fluorescence spectroscopy, infrared absorption spectroscopy (FTIR), diffractometry. X-ray (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and thermogravimetric analysis (TGA).

Através dos resultados da Figura 1 pode-se observar que VMT-orgmostrou novas faixas de absorções em 2922 e 2847 cm"1 (atribuídos aoestiramento simétrico e assimétrico do grupo CH2l respectivamente) e em 1472cm"1 (devido às vibrações de flexão do grupo CH3). Esses resultados indicamque as moléculas de sal foram incorporadas na estrutura da argila.From the results of Figure 1 it can be observed that VMT-showed new absorption ranges at 2922 and 2847 cm "1 (attributed to the symmetrical and asymmetrical stretching of the CH2l group respectively) and at 1472cm" 1 (due to the flexural vibrations of the CH3 group). ). These results indicate that salt molecules have been incorporated into the clay structure.

A fim de verificar as possíveis mudanças no plano cristalográfico da VMTtratada com NaCI e com o sal de amônio, procedeu-se a uma análise de XRD.In order to verify possible changes in the crystallographic plane of VMT treated with NaCI and ammonium salt, an XRD analysis was performed.

Os difratogramas de raios-X da VMT não modificada (A)1 da VMT sódica(B) e da VMT modificada organicamente (C) estão apresentados na Figura 2.X-ray diffractograms of unmodified VMT (A) 1 of sodium VMT (B) and organically modified VMT (C) are shown in Figure 2.

O difratograma de raios-X da VMT in natura (A) mostra o picocaracterístico (plano (001)) da vermiculita em 2Θ = 6,46°. O pico que apareceem 2Θ = 18,73°, embora com baixa intensidade, é característico da VMT. Essaamostra apresenta como impureza pequenas quantidades de quartzo (2Θ =24,92 e 26,91°), e de sepiolita (2Θ = 31,24°). Os difratogramas de raios-X dasargilas (A, B e C) confirmaram que os dois tratamentos empregados para oprocesso de troca catiônica promoveram mudanças significativas nodeslocamento do pico de difração característico (plano (001)) da VMT in natura(2Θ = 6,46°) as quais serão mais detalhadas na Tabela 1 abaixo.The X-ray diffractogram of VMT in natura (A) shows the picocharacteristic (plane (001)) of vermiculite at 2Θ = 6.46 °. The peak that appears 2Θ = 18.73 °, although with low intensity, is characteristic of the VMT. This sample has impurity as small quantities of quartz (2Θ = 24.92 and 26.91 °) and sepiolite (2Θ = 31.24 °). X-ray diffractograms (A, B, and C) confirmed that the two treatments employed for the cation exchange process promoted significant changes in the displacement of the characteristic diffraction peak (plane (001)) of the in natura VMT (2Θ = 6.46). °) which will be further detailed in Table 1 below.

A Tabela 1 apresenta a posição do pico de difração característico (plano(001)) (2Θ) da VMT in natura, da VMT-Na e da VMT-org e suas respectivasdistâncias interplanares.Table 1 presents the position of the characteristic diffraction peak (plane (001)) (2Θ) of the in natura VMT, the VMT-Na and the VMT-org and their respective interplanar distances.

TABELA 1TABLE 1

<table>table see original document page 15</column></row><table><table> table see original document page 15 </column> </row> <table>

O pico característico (plano (001)) da VMT in natura em 2Θ = 6,46°corresponde a uma distância interplanar de 13,68 A. Resultado semelhante foiencontrado por Santos et al., Caracterização e usos de argilas bentonitas evermiculitas para adsorção de cobre (II) em solução. Cerâmica, v. 48, n. 308, p.178-182, 2002.The characteristic (flat (001)) peak of VMT in natura at 2Θ = 6.46 ° corresponds to an interplanar distance of 13.68 A. Similar result was found by Santos et al., Characterization and uses of evermiculite bentonite clays for adsorption of copper (II) in solution. Pottery, v. 48, no. 308, p.178-182, 2002.

A análise de XRD da VMT-Na mostrou que a distância interplanar domineral diminuiu de 13,68 (VMT in natura) para 11,74 A (2Θ = 7,53°). Oresultado é condizente com o esperado, pois como o cálcio e o potássio queestão sendo trocados pelo sódio são íons com raio e volume atômico maior, adistância deve diminuir proporcionalmente aos seus tamanhos.VMT-Na XRD analysis showed that the domineral interplanar distance decreased from 13.68 (in natura VMT) to 11.74 A (2Θ = 7.53 °). The result is consistent with the expected, as calcium and potassium being exchanged for sodium are ions with a radius and larger atomic volume, the distance should decrease proportionally to their size.

Já a VMT-org apresentou três picos distintos em 2Θ = 3,02°, 5,83° e6,68°, correspondendo a valores de distâncias interplanares de 29,25, 15,16 e13,23 A, respectivamente.VMT-org presented three distinct peaks at 2Θ = 3.02 °, 5.83 ° and 6.68 °, corresponding to values of interplanar distances of 29.25, 15.16 and13.23 A, respectively.

De acordo com Le-baron, P.C. et al., Polymer-Iayered silicatenanocomposites : An overview. Applied Clay Science, v. 15, n. 1, p. 11-29,1999, o aparecimento de três picos distintos para a VMT-org provavelmenteindica diferenças na orientação do sal de amônio entre as camadas da argila.Deve-se observar que a distância interplanar de 29,25 A é significativamentemaior do que aquela apresentada pela VMT-Na, que teve um espaçamentointerlamelar de 11,74 A. O maior afastamento das galerias da argila indica quepossivelmente ocorreu a intercalação do sal quaternário de amônio entre ascamadas do silicato.According to Le-baron, P.C. et al., Polymer-Iayered silicatenanocomposites: An overview. Applied Clay Science, v. 15, no. 1, p. 11-29,1999, the appearance of three distinct peaks for the VMT-org probably indicates differences in the orientation of the ammonium salt between the clay layers. It should be noted that the interplanar distance of 29.25 A is significantly greater than that presented. VMT-Na, which had an interlamellar spacing of 11.74 A. The greatest distance from the galleries of the clay indicates that the quaternary ammonium salt may be intercalated between the silicate layers.

As amostras de argila são previamente secas em estufa a 60°C por 24horas antes da etapa de extrusão.Clay samples are previously oven dried at 60 ° C for 24 hours before the extrusion step.

Os compósitos com a vermiculita são obtidos a partir de quatrodiferentes masterbatches: 1) PP e vermiculita in natura\ 2) PP, vermiculita innatura e PP-g-MA (10 %m); 3) PP e vermiculita modificada; e, 4) PP,vermiculita modificada e PP-g-MA (10 %m). O copolímero PP-g-MA é utilizadopara avaliar possível melhoria na interação entre o PP e a vermiculita.The vermiculite composites are obtained from four different masterbatches: 1) PP and fresh vermiculite \ 2) PP, innatura vermiculite and PP-g-MA (10% m); 3) PP and modified vermiculite; and 4) PP, modified vermiculite and PP-g-MA (10% m). PP-g-MA copolymer is used to evaluate possible improvement in the interaction between PP and vermiculite.

Os compósitos com a bentonita são obtidos pela prévia preparação dedois diferentes masterbatches: 1) PP e bentonita in natura\ e 2) PP e bentonitamodificada.The bentonite composites are obtained by prior preparation with different masterbatches: 1) PP and bentonite in natura and 2) PP and bentonite modified.

Em todos os masterbatches as argilas são adicionadas por umalimentador lateral. Os masterbatches são preparados em extrusora dupla-rosca co-rotativa com diâmetro de rosca 20 mm e L/D = 36, com umavelocidade de 300 rpm e temperatura de 200°C. Posteriormente, a quantidadeadequada de PP é adicionada de modo a obter as concentrações de 1 a 5 %mde argila. A velocidade de processamento e o perfil de temperatura são osmesmos empregados para a preparação do masterbatch. A matriz circularacoplada à saída da extrusora direciona o polímero no estado fundido parauma canaleta com água corrente, causando sua solidificação na forma defilamento contínuo. O material é então picotado em tamanho próximo ao grãode PP original.In all masterbatches the clays are added by a side feeder. Masterbatches are prepared in a co-rotating twin-screw extruder with a thread diameter of 20 mm and L / D = 36, with a speed of 300 rpm and a temperature of 200 ° C. Thereafter, the appropriate amount of PP is added to give the concentrations of 1 to 5% m of clay. The processing speed and temperature profile are the same as those used for masterbatch preparation. The circular die coupled to the extruder outlet directs the molten polymer into a running water channel, causing it to solidify in the continuous defilement form. The material is then shredded in size close to the original PP grain.

Os corpos de prova para os diferentes ensaios (morfológicos,mecânicos e térmicos) são estampados de placas obtidas por compressão emprensa de bancada tipo Carver. Ensaios de tração são efetuados conforme oMétodo ASTM D-882 (ASTM, 1986).The specimens for the different tests (morphological, mechanical and thermal) are stamped from plates obtained by compression on the Carver bench type. Tensile tests are performed according to ASTM Method D-882 (ASTM, 1986).

Para a análise de permeabilidade são igualmente preparados corposde prova por compressão.For permeability analysis, compression specimens are also prepared.

Os compósitos são então caracterizados e avaliados quanto às suaspropriedades.The composites are then characterized and evaluated for their properties.

Determinação do teor real de carga nos compósitos e de copolímero PP-gr-MA por termogravimetria.Determination of the actual charge content in composites and copolymer PP-gr-MA by thermogravimetry.

O teor real (residual) de carga incorporada nos masterbatches e noscompósitos é verificado por termogravimetria. As análises são realizadas nosmasterbatches, nos compósitos e no polímero puro para certificação ecomparação de resultados.The actual (residual) load content incorporated in masterbatches and composites is verified by thermogravimetry. Analyzes are performed on masterbatches, composites and pure polymer for certification and comparison of results.

Também é calculado o teor do copolímero PP-g-MA presente noscompósitos. O teste é realizado no analisador termogravimétrico (TGA) na faixade temperatura de 25 0C a 700° C com taxa de aquecimento de 10 °C/min ematmosfera de nitrogênio.The content of the PP-g-MA copolymer present in the composites is also calculated. The test is performed on the thermogravimetric analyzer (TGA) at a temperature range of 25 ° C to 700 ° C with a heating rate of 10 ° C / min and a nitrogen atmosphere.

Para a caracterização morfológica é empregada a técnica dedifratometria de raios-X (XRD).For morphological characterization, the X-ray diffraction (XRD) technique is employed.

A interação carga-matriz é avaliada com auxílio da técnica de RMN noestado sólido.As técnicas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e análisetermogravimétrica (TGA) são utilizadas para a caracterização térmica doscompósitos.The charge-matrix interaction is evaluated using the solid state NMR technique. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) techniques are used for the thermal characterization of the composites.

Através da técnica de DSC são avaliadas: a temperatura de fusãocristalina (Tm), a temperatura de cristalização ocorrida durante o resfriamento(Tcc) e o grau de cristalinidade (Xc). A influência da presença do materialIamelar nas transições térmicas e nos graus de cristalinidade dos compósitos éigualmente avaliada.The DSC technique evaluated the crystalline melting temperature (Tm), the crystallization temperature during cooling (Tcc) and the degree of crystallinity (Xc). The influence of the presence of lamellar material on the thermal transitions and crystallinity degrees of the composites is also evaluated.

Análise termogravimétrica (TGA): esta análise permite avaliar o efeitoque a argila pode ter causado na resistência térmica da poliolefina. Os valoresreferentes à estabilidade térmica do polipropileno são comparados com ascurvas de decomposição térmica da matriz do polipropileno nos compósitosobtidos.Thermogravimetric Analysis (TGA): This analysis allows us to evaluate the effect that clay may have had on the thermal resistance of polyolefin. The values related to the thermal stability of the polypropylene are compared with the thermal decomposition impurves of the polypropylene matrix in the obtained composites.

Caracterização mecânica: a resistência à tração do PP puro e doscompósitos de PP e argilas in natura e modificadas é avaliada segundo anorma ASTM D882.Mechanical Characterization: The tensile strength of pure PP and modified PP and fresh clay composites is evaluated according to ASTM D882.

Já a propriedade de barreira da matriz polimérica com a inserção deargila é avaliada através da análise de permeabilidade do polímero puro, isentode material lamelar, e dos compósitos com as argilas vermiculita e bentonita innatura e modificadas organicamente. Os compósitos escolhidos para essaanálise são os que apresentam maiores valores de grau de cristalinidade Xc,pois esse parâmetro influencia bastante na permeabilidade do material.The barrier property of the polymer matrix with the clay insert is evaluated through the permeability analysis of the pure polymer, free of lamellar material, and the composites with vermiculite and innatural bentonite clays. The composites chosen for this analysis are those with higher values of crystallinity degree Xc, because this parameter greatly influences the permeability of the material.

A permeabilidade é determinada com auxílio de equipamento específicoequipado com membrana, para medidas de permeação de gases.Permeability is determined with the aid of specific membrane equipment for gas permeation measurements.

Considerando o escoamento unidirecional do gás através da membrana,a permeabilidade (P) pode ser descrita pela Equação 1.Considering the unidirectional gas flow through the membrane, permeability (P) can be described by Equation 1.

<formula>formula see original document page 18</formula><formula> formula see original document page 18 </formula>

Equação 1Equation 1

Na qual J é o fluxo de gás através da membrana, Apê a diferença de pressãoe / é a espessura da membrana.Considerando o comportamento ideal dos gases, o fluxo pode sercalculado conforme apresentado na Equação 2.Where J is the gas flow through the membrane, after the pressure difference and / is the membrane thickness. Considering the optimal gas behavior, the flow can be calculated as presented in Equation 2.

<formula>formula see original document page 19</formula><formula> formula see original document page 19 </formula>

— Equação 2- Equation 2

Na qual A é a área de permeação, Ré a constante dos gases, Pcntp e Tcntpsão a pressão e a temperatura nas condições normais de temperatura epressão, dn/díê a variação do número de moles do gás com o tempo e V é ovolume de gás.Where A is the permeation area, D is the gas constant, Pcntp and Tcnt are the pressure and temperature under normal temperature and pressure conditions, dn / d is the change in the number of moles of gas over time and V is the volume of gas. .

A variação do número de moles com o tempo, dn/dt, pode ser calculadaconsiderando comportamento ideal para o gás que ocupa o permeado, cujovolume é conhecido (Vs , igual ao volume do sistema), conforme a Equação 3.The change in number of moles over time, dn / dt, can be calculated by considering optimal behavior for the gas that occupies the permeate, whose volume is known (Vs, equal to system volume), according to Equation 3.

<formula>formula see original document page 19</formula><formula> formula see original document page 19 </formula>

Equação 3Equation 3

Na qual Tamb é a temperatura ambiente e dp/dt é a variação da pressão com otempo, determinada pela curva de calibração para o sistema, em que o sinalelétrico (mA) é convertido em pressão. A substituição destas equações naEquação 2, resulta na Equação 4.Where also is ambient temperature and dp / dt is the pressure variation over time, determined by the calibration curve for the system, where the signal (mA) is converted to pressure. Substitution of these equations in Equation 2 results in Equation 4.

<formula>formula see original document page 19</formula><formula> formula see original document page 19 </formula>

Equação 4Equation 4

As unidades mais utilizadas para a permeabilidade são GPU (gaspermeatiori unit, equivalente a 10"6 cm3 (CNTP).cm"2.s"1.cmHg"1) e Barrer(correspondente a 10"10cm3 (CNTP).cm.cm"2.s"1.cmHg"1).The most commonly used units for permeability are GPU (gaspermeatiori unit, equivalent to 10 "6 cm3 (CNTP) .cm" 2.s "1.cmHg" 1) and Barrer (corresponding to 10 "10cm3 (CNTP) .cm.cm "2.s" 1.cmHg "1).

A caracterização morfológica dos compósitos é feita através de análisede difratometria de raios-X (XRD).The morphological characterization of the composites is made by X-ray diffraction (XRD) analysis.

A Tabela 2 abaixo mostra o valor do pico principal (001) da VMT e suarespectiva distância interplanar para os compósitos PP/VMT e PP/PP-gf-MA/VMTTABELA 2Table 2 below shows the main peak value (001) of the VMT and its interplanar distance for the PP / VMT and PP / PP-gf-MA / VMTTABELA 2 composites.

<table>table see original document page 20</column></row><table><table> table see original document page 20 </column> </row> <table>

Os resultados de raios-X mostraram que houve um deslocamento sutildo pico principal da VMT (001) para regiões de baixo ângulo, indicando umaumento da distância entre as camadas de argila. A mudança mais significativaocorreu para o compósito processado com 4,5%m de VMT sem PP-g-MA, noqual a distância interplanar do mineral aumentou de 13,68 (VMT in natura) para15,21 A. Contudo, esse pequeno deslocamento não confirma a ocorrência deintercalação ou esfoliação do polímero entre as galerias da argila.X-ray results showed that there was a subtle shift from the main peak of the VMT (001) to low angle regions, indicating an increase in the distance between the clay layers. The most significant change occurred for the composite processed with 4.5% m VMT without PP-g-MA, whereas the interplanar distance of the mineral increased from 13.68 (in natura VMT) to 15.21 A. However, this small displacement did not increase. confirms the occurrence of polymer interleaving or exfoliation between the galleries of the clay.

Nas Figuras 3 e 4 são mostrados respectivamente os difratogramas deraios-X dos compósitos com a vermiculita modificada organicamente (VMT-org)na ausência e na presença de PP-g-MA.Figures 3 and 4 show respectively the X-ray diffractograms of the organically modified vermiculite (VMT-org) composites in the absence and presence of PP-g-MA.

De acordo com Gianelli, W. et al., Effect of matrix features onpolypropylene Iayered silicate nanocomposites. Polymer, v. 46, n. 18, p. 7037-7046, 2005 e Liu, X. et al. Facile synthesis of exfoliated polyaniline/vermiculitenanocomposites. Materials Letters, v. 60, n. 15, p. 1847-1850, 2006, adispersão direta do filossilicato no polímero fundido possibilita a obtenção deestruturas híbridas intercaladas ou esfoliadas e a evidência da intercalaçãopode ser estudada através da difratometria de raios-X (GIANELLI, W., 2005;LIU, X., 2001).According to Gianelli, W. et al., Effect of matrix features onpolypropylene Iayered silicate nanocomposites. Polymer, v. 46, no. 18, p. 7037-7046, 2005 and Liu, X. et al. Facile synthesis of exfoliated polyaniline / vermiculitenanocomposites. Materials Letters, v. 60, no. 15, p. 1847-1850, 2006, the direct dispersion of phyllosilicate in the molten polymer enables the obtainment of intercalated or exfoliated hybrid structures and the evidence of interleaving can be studied by X-ray diffraction (GIANELLI, W., 2005; LIU, X., 2001). .

Pelos resultados de raios-X (Figuras 3 e 4) observou-se que essasmudanças no nível de dispersão das lâminas de VMT nas cadeias do polímerorealmente ocorreram. Nas amostras sem PP-g-MA pode-se verificar a ausênciado pico principal da VMT-org, porém os compósitos ainda exibem picos emregiões de mais baixos ângulos. Já para os compósitos processados com PP-g-MA, não foi observada a presença de nenhum pico referente à VMT-org.From the X-ray results (Figures 3 and 4) it was observed that these changes in the dispersion level of the VMT blades in the polymer chains actually occurred. In samples without PP-g-MA, the absence of the main peak of the VMT-org can be verified, but the composites still show peaks in regions from lower angles. For composites processed with PP-g-MA, no peak was observed for VMT-org.

Os mesmos valores para compósitos com a vermiculita modificadaorganicamente (VMT-org) na ausência e na presença de PP-g-MA estão naTabela 3 a seguir, que lista os valores de pico de difração e distânciainterplanar da VMT-org e dos compósitos PP/VMT-org e PP/PP-g-MA/VMT-orgThe same values for composites with organically modified vermiculite (VMT-org) in the absence and presence of PP-g-MA are shown in Table 3 below, which lists the peak diffraction and interplanetary distance values of VMT-org and PP / g composites. VMT-org and PP / PP-g-MA / VMT-org

TABELA 3TABLE 3

<table>table see original document page 21</column></row><table><table> table see original document page 21 </column> </row> <table>

Os compósitos sem PP-g-MA não apresentam o pico principal da VMT-org em 2Θ = 3,02°. Contudo nota-se a presença de picos em 2Θ = 4,52° e 6,54°para o compósito com 1,3%m VMT-org, em 2Θ = 6,47°, para o compósito com4,0%m VMT-org e em 2Θ = 4,93° quando se adiciona 7,7%m VMT-org. Estecomportamento sugere que ocorre esfoliação de uma parte da argila. Os outrospicos de difração que aparecem deslocados para menores ânguloscorrespondem à intercalação das cadeias do polímero entre as camadas daargila. Não é observada a presença de picos referentes à VMT-org noscompósitos com PP-g-MA, indicando uma possível obtenção de estruturasesfoliadas.A técnica de RMN no estado sólido mede o tempo de retorno do núcleoao estado fundamental quando excitado por um campo magnético. Esseparâmetro é o tempo de relaxação spin rede (T1H) e pode dar informaçõesimportantes sobre as forças de interação entre as cadeias poliméricas.The composites without PP-g-MA do not show the main peak of VMT-org at 2Θ = 3.02 °. However, peaks at 2Θ = 4.52 ° and 6.54 ° are noted for the 1.3% m VMT-org composite, at 2Θ = 6.47 ° for the 4.0% m VMT composite -org and at 2Θ = 4.93 ° when 7.7% m VMT-org is added. This behavior suggests that exfoliation of part of the clay occurs. The other diffraction peaks that appear shifted to smaller angles correspond to the interleaving of the polymer chains between the clay layers. VMT-org peaks are not observed in PP-g-MA composites, indicating a possible obtaining of exfoliated structures. The solid state NMR technique measures the return time from core to ground state when excited by a magnetic field. This parameter is the spin network relaxation time (T1H) and can give important information about the interaction forces between polymer chains.

Geralmente o aumento nos valores de T-iH indica menor mobilidade dascadeias, resultado da maior rigidez do material, mostrando boa interação entrea matriz polimérica e as cargas. O valor da porcentagem revela o percentual deestruturas (domínios) com a mesma grandeza de interação.Generally, the increase in T-iH values indicates lower chain mobility, as a result of higher material rigidity, showing good interaction between the polymer matrix and the loads. The percentage value reveals the percentage of structures (domains) with the same magnitude of interaction.

Nos compósitos com VMT submetidos à análise de RMN foramcoletados os valores de T1H de uma exponencial, o valor de T1H de cadadomínio e suas respectivas porcentagens, sendo apresentados nas Tabelas 4e 5. A VMT in natura não pode ser analisada por RMN de baixo campo,provavelmente devido à grande quantidade de metal presente e também aopouco hidrogênio disponível na composição química da amostra de VMT. Paraa VMT-org foi possível observar um único valor de TiH em 0,6 ms devido àágua adsorvida (vide Rodrigues, T.C., 2008, citado abaixo). A Tabela 4 lista osvalores de T1H de uma exponencial, T1H dos domínios detectados eporcentagens desses domínios de PP, PP-g-MA e compósitos com a VMT innaturaIn the VMT composites submitted to NMR analysis the T1H values of an exponential, the T1H value of each domain and their respective percentages were collected, being presented in Tables 4 and 5. In natura VMT cannot be analyzed by low field NMR, probably due to the large amount of metal present and also the little hydrogen available in the chemical composition of the VMT sample. For VMT-org it was possible to observe a single TiH value in 0.6 ms due to the adsorbed water (see Rodrigues, T.C., 2008, cited below). Table 4 lists the T1H values of an exponential, T1H of the detected domains and percentages of these PP, PP-g-MA domains, and VMT innatura composites.

TABELA 4TABLE 4

<table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table><table>table see original document page 24</column></row><table><table> table see original document page 22 </column> </row> <table> <table> table see original document page 23 </column> </row> <table> <table> table see original document page 24 < / column> </row> <table>

Através dos dados listados na Tabela 4 é possível observar que nãohouve muitas mudanças nos valores de T1H de uma exponencial (tambémchamado de TiH médio) para os compósitos obtidos com a VMT in natura emrelação ao PP puro. Apenas para o compósito com maior teor de argila foiobservado um ligeiro aumento no valor desse parâmetro. O polímero puro (PP)apresentou um valor de T1H de uma exponencial de 315 ms. Os compósitoscom 1,5, 4,5 e 8%m de VMT in natura apresentaram valores de 316, 315 e 318ms, respectivamente. Esses resultados mostram que a presença e o aumentoda quantidade de VMT não alteraram os domínios rígidos do PP.From the data listed in Table 4 it is possible to observe that there were not many changes in T1H values of an exponential (also called average TiH) for composites obtained with in natura VMT in relation to pure PP. Only for the higher clay composite, a slight increase in the value of this parameter was observed. The pure polymer (PP) had an exponential T1H value of 315 ms. The composites with 1.5, 4.5 and 8% m of fresh VMT presented values of 316, 315 and 318ms, respectively. These results show that the presence and increase of the amount of VMT did not alter the rigid PP domains.

Para os compósitos de PP/PP-g-MA obtidos com a VMT in natura foiobservado um aumento no valor de T1H de uma exponencial em relação aoPP/PP-g-MA puro (300 ms). Os compósitos com 2,0, 4,5 e 7,3%m de argilamostraram valores de 314, 309 e 310 ms, respectivamente. Os resultadossugerem um pequeno aumento da rigidez do material em relação ao polímeropuro. Porém, os compósitos com maiores teores de carga apresentam rigidezligeiramente menor que o compósito com menor teor de VMT.For PP / PP-g-MA composites obtained with fresh VMT, an exponential increase in T1H was observed over pure PPP / g-MA (300 ms). The composites with 2.0, 4.5 and 7.3% m of clay showed values of 314, 309 and 310 ms, respectively. The results suggest a slight increase in material stiffness relative to the pure polymer. However, composites with higher load contents have slightly lower stiffness than composite with lower VMT content.

Os valores de T1H de uma exponencial para os compósitos com ocopolímero PP-g-MA, de um modo geral, são um pouco menores do que osmostrados para os compósitos sem PP-g-MA, ou seja, a nível molecular, osistema se torna mais flexível.The exponential T1H values for PP-g-MA copolymer composites are generally slightly lower than those shown for composites without PP-g-MA, ie at molecular level the system becomes more flexible.

Os valores obtidos de T1H do domínio 3 (terceiro valor, na ordemcrescente, de T-iH apresentado para cada amostra na Tabela 4) apresentamexpressiva contribuição para o processo de relaxação dos compósitos econfirmam a observação abordada no parágrafo anterior, que aponta umarigidez ligeiramente menor para os compósitos preparados na presença docopolímero PP-g-MA.The values obtained from domain 3 T1H (third value, in ascending order, T-iH presented for each sample in Table 4) make an expressive contribution to the composites relaxation process and confirm the observation in the previous paragraph, which points to a slightly lower stiffness for the composites prepared in the presence of PP-g-MA polymer.

Na Tabela 5 observou-se uma diminuição nos valores do T1H de umaexponencial de todos os compósitos obtidos PP/VMT-org e PP/PP-g-MA/VMT-org, em relação aos polímeros puros (PP e PP/PP-g-MA). Exceto para ocompósito PP/1,3%VMT-org que não foi observada variação desse parâmetro;o baixo teor de VMT não influiu na rigidez do PP. Os compósitos de PP/VMT-org com 4,0 e 7,7% de carga apresentaram valores de T1H de uma exponencialde 290 e 286 ms, respectivamente. Os compósitos PP/PP-gr-MA/VMT-orgrevelaram valores de 298, 277 e 257 ms para teores de carga de 1,4, 4,2 e7,2%m, respectivamente. O decréscimo nos valores de TiH obtidos de umaexponencial com o aumento do teor de carga pode ser atribuído à mudançaestrutural gerada pela adição da argila organofílica, formando um novo sistemaem que as interações criadas (polímero-argila organofílica) não são tão fortesquanto às pré-existentes (polímero-polímero). Conforme citado em: Preparaçãode compósitos PVC/pó de madeira e caracterização por ressonância magnéticanuclear no estado sólido. 2008. 164 p. Tese (Doutorado em Ciência eTecnologia de Polímeros) - Instituto de Macromoléculas Professora EloisaMano, Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, 2000.Table 5 shows a decrease in T1H values of an exponential of all composites obtained PP / VMT-org and PP / PP-g-MA / VMT-org in relation to pure polymers (PP and PP / PP-g -BAD). Except for the PP / 1.3% VMT-org composite where no variation of this parameter was observed, the low VMT content did not influence the PP stiffness. PP / VMT-org composites with 4.0 and 7.7% load showed T1H values of exponential 290 and 286 ms, respectively. The PP / PP-gr-MA / VMT-orb composites showed values of 298, 277 and 257 ms for load contents of 1.4, 4.2 and 7.2% m, respectively. The decrease in TiH values obtained from an exponential increase in charge content can be attributed to the structural change generated by the addition of organophilic clay, forming a new system in which the interactions created (polymer-organophilic clay) are not as strong as those that existed before. (polymer-polymer). As cited in: Preparation of PVC composites / wood dust and solid state nuclear magnetic resonance characterization. 2008. 164 p. Thesis (Doctorate in Polymer Science and Technology) - Institute of Macromolecules Professor EloisaMano, Federal University of Rio de Janeiro, RJ, 2000.

Assim como observado para os compósitos com a VMT in natura, oscompósitos preparados na presença do copolimero PP-g-MA, de um modogeral, apresentaram valores de TiH de uma exponencial menores do que osmostrados para os compósitos sem PP-g-MA.As observed for composites with VMT in natura, composites prepared in the presence of the PP-g-MA copolymer of one general had lower exponential TiH values than those shown for composites without PP-g-MA.

Verificou-se que, de um modo geral, tanto para os compósitos com aVMT in natura quanto com a VMT-org, a concentração mais baixa de argilaapresenta o valor de TiH de uma exponencial mais alto que das outrascomposições com maiores teores de argila. Provavelmente, esse fato poderáestar relacionado com a distribuição e interação das partículas de argila namatriz polimérica. Quando em pequena concentração, a argila distribui-se deforma mais homogênea, proporcionando maior interação com o polímero. Emgrandes concentrações, pode-se ter aglomeração das partículas, dificultando ainteração entre as partículas e o PP. Este impedimento estérico dificultapossível interação química entre as moléculas dos polímeros.Generally, for both in-natured aVMT and VMT-org composites, the lowest clay concentration has the TiH value of a higher exponential than other higher clay composites. Probably, this fact may be related to the distribution and interaction of the polymeric clay matrix particles. When in small concentration, the clay is more evenly distributed, providing greater interaction with the polymer. At high concentrations, particle agglomeration may occur, making it difficult to interact between particles and PP. This steric hindrance hinders the possible chemical interaction between polymer molecules.

Após a incorporação da argila organofílica na matriz polimérica, osresultados de RMN no estado sólido mostraram que os compósitosapresentaram uma diminuição no TiH de uma exponencial e no tempo derelaxação obtido do domínio 2, que indica a presença de partículas detamanhos nanométricos. De acordo com Rodrigues, T.C. Desenvolvimento denanocompósitos de polietileno de alta densidade e argila organofílica. 2008,242 p. Tese de Doutorado em Ciência e Tecnologia de Polímeros) - Instituto deMacromoléculas Professora Eloisa Mano, Universidade Federal do Rio deJaneiro, RJ, 2008. os metais existentes na estrutura da argila agem diminuindoo tempo de relaxação dos núcleos de hidrogênio mais próximos a eles, porquesão paramagnéticos, o que indica a tendência de esfoliação da argila na matrizpolimérica. Possivelmente, para esses materiais, pode ter ocorrido um aumentoda mobilidade devido às interações carga matriz, após ocorrer a esfoliação daargila quando processados, sob a condição de processamento empregadanesse trabalho. A queda nos valores de TiH indica um aumento na mobilidademolecular das cadeias poliméricas após a inserção da argila modificada quepode atuar como agente nucleante, propiciando a mudança no tamanho doscristais e separação das cadeias (região amorfa e região cristalina), sugerindouma boa dispersão da argila na matriz polimérica e conseqüentemente umaindicação de esfoliação e obtenção de nanocompósitos. Essa tendência demaior caráter de esfoliação corrobora com os resultados observados por DRX.After incorporation of the organophilic clay into the polymeric matrix, the solid state NMR results showed that the composites showed a decrease in TiH of an exponential and in the domain 2 deltaxation time, which indicates the presence of nanometric sized particles. According to Rodrigues, T.C. Development of high density polyethylene nanocomposites and organophilic clay. 2008,242 p. PhD Thesis in Polymer Science and Technology) - Institute of Macromolecules Professor Eloisa Mano, Federal University of Rio de Janeiro, RJ, 2008. The metals in the clay structure act by decreasing the relaxation time of the hydrogen nuclei near them, because they are paramagnetic. , which indicates the tendency of exfoliation of clay in the polymeric matrix. Possibly, for these materials, increased mobility may have occurred due to matrix loading interactions after clay exfoliation when processed under the processing condition employed in this work. The decrease in TiH values indicates an increase in the molecular mobility of the polymeric chains after the insertion of the modified clay that can act as a nucleating agent, leading to a change in the crystal size and separation of the chains (amorphous region and crystalline region), suggesting a good clay dispersion in the clay. polymeric matrix and consequently an indication of exfoliation and obtaining nanocomposites. This tendency of greater exfoliation character corroborates the results observed by XRD.

Através de análise de DSC é possível verificar o grau de cristalinidade eo comportamento térmico do PP na presença da VMT.Through DSC analysis it is possible to verify the degree of crystallinity and the thermal behavior of PP in the presence of VMT.

Os valores da temperatura de fusão crsitalina (Tm), da temperatura decristalização ocorrida durante o resfriamento (Tcc) e do grau de cristalinidade(Xc) do polímero puro e dos compósitos são determinados e encontram-sedetalhados na Tabela 6.The crystalline melt temperature (Tm), the crystallization temperature during cooling (Tcc), and the degree of crystallinity (Xc) of the pure polymer and composites are determined and detailed in Table 6.

As amostras de polímero podem ser encontradas em diversos graus deorganização de suas cadeias. Dependendo de fatores comoestereorregularidade, simetria, entre outros, os polímeros irão apresentar maiorou menor tendência a cristalizar.Polymer samples can be found in varying degrees of chain organization. Depending on factors such as stereoregularity, symmetry, among others, the polymers will present greater or less tendency to crystallize.

A relação quantitativa entre a região cristalina e amorfa de um polímeroé expressa em termos de porcentagem de cristalinidade ou grau decristalinidade (Xc). O grau de cristalinidade é avaliado a partir do picoendotérmico correspondente à fusão cristalina. O cálculo é baseado naquantidade efetiva de cristalinidade do material puro ou da mistura.The quantitative relationship between the crystalline and amorphous region of a polymer is expressed in terms of percent crystallinity or degree of crystallinity (Xc). The degree of crystallinity is evaluated from the picoendothermic corresponding to the crystalline fusion. The calculation is based on the effective amount of crystallinity of the pure material or mixture.

A Tabela 6 a seguir lista as propriedades térmicas do PP1 PP/PP-g-MA edos compósitos PP/VMT e PP/PP-g-MA/VMTThe following Table 6 lists the thermal properties of PP1 PP / PP-g-MA and PP / VMT and PP / PP-g-MA / VMT composites.

TABELA 6TABLE 6

<table>table see original document page 27</column></row><table><table> table see original document page 27 </column> </row> <table>

Os graus de cristalinidade dos compósitos com 1,5 e 4,5%m de VMTsem PP-g-MA e do compósito com 2,0%m de VMT com PP-g-MA praticamentenão sofrem variação em relação ao PP e ao PP/PP-g-MA puro.The crystallinity degrees of VMT-containing 1.5 and 4.5% m composites without PP-g-MA and VMT-containing composites with 2.0% m with PP-g-MA practically do not vary from PP and PP / PP-g-MA pure.

O compósito PP/PP-g-MA/4,5%VMT apresenta um ligeiro aumento nograu de cristalinidade Xc.The PP / PP-g-MA / 4.5% VMT composite exhibits a slight increase in degree of crystallinity Xc.

Para altos teores de carga, 8,0 e 7,3%m de VMT na ausência epresença de PP-g-MA, é observada uma diminuição do Xc do material naordem de 7% e 18%, respectivamente, em relação ao polímero puro. Estesresultados indicam que a formação dos cristais do PP é afetada negativamentepela quantidade de argila presente no compósito, quando em quantidade maiorque 7%. A adição de maiores teores de VMT ao PP e ao PP/PP-g-MA parecedificultar a cristalização do polímero.For high load contents, 8.0 and 7.3% m of VMT in the absence and presence of PP-g-MA, a decrease in Xc of the material in the order of 7% and 18%, respectively, is observed in relation to the pure polymer. . These results indicate that the formation of PP crystals is negatively affected by the amount of clay present in the composite, when greater than 7%. The addition of higher VMT contents to PP and PP / PP-g-MA would appear to crystallize the polymer.

A Tabela 7 mostra os dados de propriedades térmicas através de DSCobtidos para o PP puro, PP/PP-g-MA e para os compósitos com a VMTorganofilizada na ausência e na presença de PP-g-MA.TABELA 7Table 7 shows the DSC-coated thermal properties data for pure PP, PP / PP-g-MA and for composites with organophilized VMT in the absence and presence of PP-g-MA.TABELA 7

<table>table see original document page 28</column></row><table><table> table see original document page 28 </column> </row> <table>

A Tcc de todos os compósitos aumenta em relação ao PP e ao PP-g-MApuros, porém a maioria deles apresenta valores ligeiramente menores do queos apresentados pelos compósitos com a VMT in natura (Tabelas 6 e 7). Essecomportamento indica que a VMT-org, assim como a VMT não modificadatambém atua como agente nucleante.The Tcc of all composites increases in relation to PP and PP-g-MApuros, but most of them have slightly lower values than those presented by in natura VMT composites (Tables 6 and 7). This behavior indicates that VMT-org as well as unmodified VMT also acts as a nucleating agent.

Nota-se uma tendência de diminuição do grau de cristalinidade doscompósitos sem PP-g-MA com o aumento da quantidade de VMT-org,indicando que a formação dos cristais possivelmente foi afetada pelo teor deargila. Já os compósitos com PP-g-MA não apresentaram a mesma tendência,pois o Xc dos compósitos com 1,4 e 4,2%m de VMT-org não mostrou nenhumavariação. Já o Xc do compósito com 7,2%m diminuiu para 76%. Verificou-secom a adição do copolímero, um aumento da cristalização do PP. O objetivo daadição de PP-g-MA é a melhoria da adesão interfacial, contudo, essa atuaçãoainda não foi suficiente para manter a tendência de aumento da cristalinidadeem misturas com percentagens de vermiculita organofílica maiores que 7%.There is a tendency to decrease the degree of crystallinity of non-PP-g-MA composites with increasing amount of VMT-org, indicating that crystal formation was possibly affected by the glycyl content. The composites with PP-g-MA did not show the same trend, because the Xc of the composites with 1.4 and 4.2% m of VMT-org showed no variation. The composite Xc with 7.2% m decreased to 76%. With the addition of copolymer, increased crystallization of PP was found. The goal of PP-g-MA addition is to improve interfacial adhesion, however, this action has not yet been sufficient to maintain the tendency of crystallinity increase in mixtures with percentages of organophilic vermiculite greater than 7%.

O grau de cristalinidade de todos os compósitos sem e com PP-g-MAforam maiores do que os compósitos com a argila in natura (Tabelas 6 e 7).Nota-se um aumento significativo no grau de cristalinidade de algunscompósitos, o que mostra que esses materiais possuem maior grau deordenação das cadeias poliméricas quando comparadas aos compósitos com aargila sem tratamento. Esses resultados foram bastante evidentes para osmateriais com 1,3 e 1,4%m de VMT-org sem e com PP-g-MA (85 e 83%,respectivamente) e 4,2%m VMT (85%) com PP-g-MA.The crystallinity degree of all composites without and with PP-g-MA were higher than those with in natura clay (Tables 6 and 7). There is a significant increase in the crystallinity degree of some composites, which shows that These materials have a higher degree of polymeric chain ordering when compared to untreated clay composites. These results were quite evident for the materials with 1.3 and 1.4% m of VMT-org without and with PP-g-MA (85 and 83%, respectively) and 4.2% m VMT (85%) with PP. -g-ma.

A Tabela 8 apresenta os valores de degradação térmica do PP, PP/PP-g-MA, masterbaches e dos compósitos com a VMT in natura na ausência e napresença de PP-gr-MA.Table 8 shows the thermal degradation values of PP, PP / PP-g-MA, masterbaches and composites with in natura VMT in the absence and presence of PP-gr-MA.

TABELA 8TABLE 8

<table>table see original document page 29</column></row><table><table> table see original document page 29 </column> </row> <table>

Tmaxima= temperatura máxima de degradaçãoTmax = maximum degradation temperature

Os masterbaches de PP/VMT e PP/PP-g-MA/VMT apresentam melhorestabilidade térmica que o polímero puro. O masterbach preparado com o PP ea VMT in natura apresenta T iniciai e T máxima de 380 e 434°C, respectivamente.Já o masterbach com PP-g-MA e VMT in natura apresenta T jniciai e T máxima de445 e 460°C, respectivamente.PP / VMT and PP / PP-g-MA / VMT masterbaches have better thermal stability than pure polymer. The masterbach prepared with PP and VMT in natura has initial T and maximum T of 380 and 434 ° C, respectively. Already the masterbach with PP-g-MA and VMT in natura has T jniciai and maximum T of 445 and 460 ° C, respectively.

Todos os compósitos sem e com PP-g-MA apresentam temperaturainicial de degradação superior ao PP puro (363°C) e ao PP/PP-g-MA (359°C),exceto para os compósitos PP/1,5%VMT (361 °C) e PP/PP-gr-MA com 2,0 e7,3%m de VMT (363 e 3610C, respectivamente). A maioria dos materiaismostra valores de temperatura máxima de degradação (TmáXima) superiores à dopolímero puro. Apenas para os compósitos PP/1,5%VMT e PP/PP-g-MA com2,0 e 7,3%m de VMT não é observado esse aumento. O aumento maispronunciado na Tjniciai e na Tmáxima ocorre para o compósito com 8,0%m de VMTsem PP-g-MA, sendo 374 e 424°C, respectivamente.All composites without and with PP-g-MA have a degradation temperature higher than pure PP (363 ° C) and PP / PP-g-MA (359 ° C), except for PP / 1.5% VMT composites. (361 ° C) and PP / PP-gr-MA with 2.0 and 7.3% m wt (363 and 3610C, respectively). Most materials show maximum degradation temperature (Tmax) values higher than pure dopolymer. Only for PP / 1.5% VMT and PP / PP-g-MA composites with 2.0 and 7.3% m VMT, this increase is not observed. The most pronounced increase in Tjniciai and Tmax occurs for the composite with 8.0% m VMT without PP-g-MA, being 374 and 424 ° C, respectively.

Em geral a adição de PP-g-MA não promove uma melhora significativana estabilidade térmica dos compósitos. Apenas o compósito PP/PP-g-MA/4,5%VMT mostra um aumento em 9°C e 4°C na temperatura inicial e natemperatura máxima de degradação em relação ao polímero puro.In general, the addition of PP-g-MA does not significantly improve the thermal stability of composites. Only the PP / PP-g-MA / 4.5% VMT composite shows an increase of 9 ° C and 4 ° C in the initial temperature and maximum degradation temperature in relation to the pure polymer.

Segundo o artigo por Gilman, J. W. Flammability and thermal stabilitystudies of polymer layered-silicate (clay) nanocomposites. Applied ClayScience, v. 15, n. 1, p. 31-49, 1999, a elevada estabilidade térmica dospolímeros na presença de nanopartículas de argila pode ser devido ao efeito debarreira provocado pelas camadas esfoliadas ou intercaladas da argila, criandoum caminho tortuoso o que dificulta a difusão de produtos voláteis através domaterial polimérico. Segundo alguns estudos, a curva da perda de massa dosnanocompósitos é quase vertical, o que significa que a decomposição donanocompósito, uma vez iniciada, é muito rápida.According to the article by Gilman, J. W. Flammability and thermal stability studies of polymer layered-silicate (clay) nanocomposites. Applied ClayScience, v. 15, no. 1, p. 31-49, 1999, the high thermal stability of polymers in the presence of clay nanoparticles may be due to the deburring effect caused by the exfoliated or intercalated clay layers, creating a tortuous path which hinders the diffusion of volatile products through the polymeric material. According to some studies, the mass loss curve of nanocomposites is almost vertical, which means that the decomposition of nanocomposites, once initiated, is very rapid.

Na Tabela 9 são mostrados os valores de degradação térmica do PP,PP/PP-g-MA, masterbaches e dos compósitos com a VMT-org na ausência ena presença de PP-g-MA.Table 9 shows the thermal degradation values of PP, PP / PP-g-MA, masterbaches and VMT-org composites in the absence and presence of PP-g-MA.

TABELA 9TABLE 9

<table>table see original document page 30</column></row><table>Tinidai = temperatura inicial de degradaçãoTmáxima= temperatura máxima de degradação<table> table see original document page 30 </column> </row> <table> Tinidai = initial degradation temperatureTmax = maximum degradation temperature

Os masterbaches de PP/VMT-org e PP/PP-g-MA/VMT-org apresentammelhor estabilidade térmica que o PP e o PP/PP-g-MA puro. O masterbachpreparado com o PP e a VMT-org apresentou T iniciai e T máxima de 445 e 460°C,respectivamente. Já o masterbach com o PP/PP-g-MA e a VMT-org apresentouT iniciai e T máxima de 478 e 493°C, respectivamente.PP / VMT-org and PP / PP-g-MA / VMT-org masterbaches have better thermal stability than PP and PP / PP-g-MA pure. The masterbach prepared with PP and VMT-org presented initial T and maximum T of 445 and 460 ° C, respectively. Masterbach with PP / PP-g-MA and VMT-org presented initial T and maximum T of 478 and 493 ° C, respectively.

Nota-se que a estabilidade térmica de todos os compósitos é melhoradasignificativamente com a presença de VMT-org comparada aos compósitoscom a VMT in natura (Tabela 8). A presença de apenas 1,3%m de VMT-orgpromoveu uma melhoria de aproximadamente 60 e 33°C na TjniCiai e na Tmáxima.quando comparada ao compósito com 1,5%m de VMT in natura. Houve umatendência de ligeiro aumento na Tiniciai dos compósitos com o aumento do teorde VMT-org. Os compósitos com 1,3, 4,0 e 7,7%m de VMT-org mostramvalores de TiniCiaide 421, 429 e 432°C, respectivamente.It is noted that the thermal stability of all composites is significantly improved with the presence of VMT-org compared to composites with in natura VMT (Table 8). The presence of only 1.3% m of VMT-org promoted an improvement of approximately 60 and 33 ° C in TjniCiai and Tmax. When compared to the composite with 1.5% m of in natura VMT. There was a slight upward trend in composites Tincture with increasing VMT-org content. The composites with 1.3, 4.0 and 7.7% m of VMT-org show TiniCiaide values 421, 429 and 432 ° C, respectively.

A Tmáxima dos compósitos foi maior que a apresentada pelo PP puro(411°C), porém o valor não variou com o aumento do teor de VMT-org. Osvalores foram de 447, 446 e 448°C para os compostos com 1,3, 4,0 e 7,7%mde VMT-org, respectivamente.The maxima of the composites was higher than the pure PP (411 ° C), but the value did not vary with the increase of the VMT-org content. The values were 447, 446 and 448 ° C for the compounds with 1.3, 4.0 and 7.7% mt of VMT-org, respectively.

Os compósitos com 1,4 e 4,2%m de VMT-org na presença de PP/PP-g-MA apresentaram o mesmo valor de TiniCiai (432°C), cerca de 73°C maior que oPP/PP-g-MA (359°C). O compósito com maior teor de VMT-org (7,2%m)apresentou uma Tjnidai de 438°C, cerca de 6 e 79°C maior que os compósitoscom menores teores de VMT-org (1,4 e 4,2%m) e que o PP/PP-g-MA,respectivamente.The composites with 1.4 and 4.2% m of VMT-org in the presence of PP / PP-g-MA showed the same TiniCiai value (432 ° C), about 73 ° C higher than oPP / PP-g. -MA (359 ° C). The composite with higher VMT-org content (7.2% m) had a Tjnidai of 438 ° C, about 6 and 79 ° C higher than composites with lower VMT-org content (1.4 and 4.2%). m) and that PP / PP-g-MA, respectively.

A temperatura máxima de degradação de todos os compósitos com PP,PP-g-MA e a argila também foi bastante superior à do PP/PP-g-MA,independente do teor de VMT-org incorporado. Os compósitos de PP/PP-g-MAcom 1,4, 4,2 e 7,2%m de VMT-org apresentaram valores de Tmáxima de 447,449 e 452°C, respectivamente. O aumento do teor de VMT-org não mostroumuita influência na Tmáxima dos compósitos.Esses maiores valores corroboram os resultados de DSC. O aumento daestabilidade térmica das misturas contendo o copolímero, um material quehistoricamente melhora a adesão interfacial, pode estar associado ao aumentodo grau de cristalinidade das misturas com o PP-g-MA, observado nosresultados de DSC. Essa maior cristalinidade conferiu aos compósitos umamaior estabilidade térmica provavelmente devido ao efeito de barreiraprovocado pela presença das regiões cristalinas. De acordo com García-López,D. et al., Polypropylene-clay nanocomposites: effect of compatibilizing agentson clay dispersion. European Polymer Journal, v. 39, n. 5, p. 945-950, 2003, osgrupos anidrido maleico podem reagir com os grupos hidroxila da superfície daargila destruindo os aglomerados ou reduzindo o tamanho deles.The maximum degradation temperature of all composites with PP, PP-g-MA and clay was also significantly higher than that of PP / PP-g-MA, regardless of the incorporated VMT-org content. The PP / PP-g-MA composites with 1.4, 4.2 and 7.2% m of VMT-org presented Tmax values of 447.449 and 452 ° C, respectively. The increase in VMT-org content did not show much influence on the composites Tmax. These higher values corroborate the DSC results. Increased thermal stability of mixtures containing the copolymer, a material that historically improves interfacial adhesion, may be associated with the increased degree of crystallinity of the PP-g-MA mixtures observed in DSC results. This higher crystallinity gave the composites a higher thermal stability probably due to the barrier effect caused by the presence of the crystalline regions. According to García-López, D. et al., Polypropylene-clay nanocomposites: effect of compatibilizing agentson clay dispersion. European Polymer Journal, v. 39, no. 5, p. 945-950, 2003, maleic anhydride groups may react with hydroxyl groups on the clay surface by destroying the clusters or reducing their size.

A Tabela 10 apresenta a comparação dos resultados das propriedadesde barreira ao gás CO2 dos compósitos com a VMT e com a BENT in natura emodificadas em relação ao polímero puro, respectivamente.Table 10 presents the comparison of the results of the CO2 gas barrier properties of the composites with VMT and in natura BENT in relation to the pure polymer, respectively.

Os dados da Tabela 10 abaixo se referem à permeabilidade ao CO2 egrau de cristalinidade (Xc) das membranas do PP, PP/PP-g-MA e de algunscompósitos com a VMT in natura e com a VMT-org.The data in Table 10 below refer to the CO2 permeability and crystallinity degree (Xc) of the PP, PP / PP-g-MA membranes and some composites with in natura VMT and VMT-org.

TABELA 10TABLE 10

<table>table see original document page 32</column></row><table><table> table see original document page 32 </column> </row> <table>

A Tabela acima permite verificar que o compósito PP com 1,3%m devermiculita organofílica apresenta excelente propriedade de barreira a CO2. Ocompósito PP/PP-g-MA com 4,2% m de vermiculita tem propriedades debarreira similares. Os resultados apresentados na Tabela 10 mostram que apermeabilidade ao CO2 é dependente da quantidade de nanopartículas, comoobservado nos resultados de RMN (Tabela 4) e do grau de cristalinidade dasamostras.The Table above shows that the 1.3% PP composite with organophilic micro-granite exhibits excellent CO2 barrier property. The PP / PP-g-MA composite with 4.2% m of vermiculite has similar debarking properties. The results presented in Table 10 show that CO2 permeability is dependent on the amount of nanoparticles, as observed in the NMR results (Table 4) and on the degree of crystallinity of the samples.

Os compósitos que apresentam os maiores percentuais de grau decristalinidade Xc são os que apresentam os menores valores de permeabilidadeao CO2- O compósito PP/1,3%VMT-org que apresenta um Xc de 85% mostrauma redução na permeabilidade de 59% em relação ao PP puro.The composites with the highest percent crystallinity grade Xc are the ones with the lowest permeability values. CO2- The PP / 1.3% VMT-org composite with an Xc of 85% shows a 59% reduction in permeability compared to Pure PP.

Os compósitos com 1,4 e 4,2%m de VMT-org na presença de PP-g-MAapresentam reduções na permeabilidade ao CO2 de 49 (Xc = 83%) e 65% (Xc =85%) quando comparado ao PP/PP-g-MA puro.Composites with 1.4 and 4.2% m of VMT-org in the presence of PP-g-MA show CO2 permeability reductions of 49 (Xc = 83%) and 65% (Xc = 85%) when compared to PP / PP-g-MA pure.

Os melhores resultados de permeabilidade são obtidos para os materiaispreparados com a vermiculita organofílica. Esses resultados corroboram asanálises de raios-X e de RMN que mostram uma possível obtenção decompósitos esfoliados.The best permeability results are obtained for materials prepared with organophilic vermiculite. These results corroborate the X-ray and NMR analyzes that show possible exfoliated decompositions.

De acordo com Sarantópoulos, C.I.G.L. et al., Embalagens plásticasflexíveis. Campinas: CETEA/ITAL, 2002. 267p os efeitos de cristalinidade dopolímero em relação ao processo de permeação mostram que o processo dedifusão do permeante através do material polimérico é inversamenteproporcional ao conteúdo cristalino, uma vez que a região cristalina éimpermeável aumentando portanto a tortuosidade do caminho de permeação.According to Sarantópoulos, C.I.G.L. et al., Flexible plastic packaging. Campinas: CETEA / ITAL, 2002. 267p Polymer crystallinity effects in relation to the permeation process show that the permeant diffusion process through the polymeric material is inversely proportional to the crystalline content, since the crystalline region is impermeable thus increasing the tortuosity of the path. permeation.

Possivelmente a presença de nanocamadas de argila esfoliadas e apossível obtenção de nanocompósitos como observado pela técnica de RMNcontribuíram para a diminuição da permeabilidade ao gás CO2 do materialdevido a melhor dispersão e interação da carga com a matriz polimérica. Deacordo com Gusev, A.A. et al., Rational Design of nanocomposites for barrierapplications. Advanced Materials v. 13, n. 21, p. 1642-1643, 2001; Ray, S.S. etal., Polymer-Iayered silicate nanocomposites: a review from preparation toprocessing. Progress in Polymer Science v. 28, n. 11, p. 1539-1641, 2003;Chaicko, J.D. et al., Thermal transitions and barrier properties of olefinicnanocomposites. Chemistry of Materials v. 17, n. 1, p. 13-19, 2005 e outros aestrutura dos nanocompósitos traz melhorias nas propriedades de barreira domaterial. Essa melhoria pode-se mostrar na redução da permeabilidade agases e no aumento da resistência a solventes. A estrutura Iamelar de algumascargas reforçadoras encontradas em nanocompósitos pode oferecer vantagenspara essas propriedades de barreira, especialmente em embalagens. Umajustificativa para o decréscimo da permeabilidade em estruturas nanométricasna forma Iamelar seria a de que quando elas estão dispersas no polímero criamuma espécie de labirinto dificultando a difusão de gases e solventes através domaterial polimérico. É muito provável que a fina dispersão de nanopartículasem forma de placas aumente o percurso para o caminho da difusão do gás ousolvente.Possibly the presence of exfoliated clay nanolayers and the possible obtaining of nanocomposites as observed by the NMR technique contributed to the decrease of CO2 gas permeability of the material due to better dispersion and charge interaction with the polymer matrix. According to Gusev, A.A. et al., Rational Design of nanocomposites for barrierapplications. Advanced Materials v. 13, no. 21, p. 1642-1643, 2001; Ray, S.S. etal., Polymer-Iayered silicate nanocomposites: a review from preparation toprocessing. Progress in Polymer Science v. 28, no. 11, p. 1539-1641, 2003; Chaicko, J.D. et al., Thermal Transitions and Barrier Properties of Olefinicnan Compounds. Chemistry of Materials v. 17, no. 1, p. 13-19, 2005 and others the nanocomposite structure brings improvements in the material barrier properties. This improvement can be shown in reducing the permeability of gases and increasing resistance to solvents. The Iamelar structure of some reinforcing fillers found in nanocomposites may offer advantages for these barrier properties, especially in packaging. One justification for the decrease in permeability in nanometric structures in the Iamelar form would be that when they are dispersed in the polymer they create a kind of maze hindering the diffusion of gases and solvents through the polymeric material. It is very likely that the fine dispersion of plate-shaped nanoparticles will increase the path to the solvent gas diffusion path.

Já conforme pode ser visto na Tabela 11 abaixo, um compósito análogopreparado com bentonita organofílica apresenta propriedades de barreira beminferiores às do compósito com vermiculita. Apenas o compósitoPP/2,8%BENT-org que apresentou um grau de cristalinidade Xc de 81%mostrou uma redução na permeabilidade mais significativa, de 37% em relaçãoao PP puro, resultado bem menor do que o observado para os compósitos coma vermiculita. Isso informa que a vermiculita é uma argila com maior potencialpara ser utilizada em peças que necessitem menor permeabilidade, comparadaà bentonita.As can be seen from Table 11 below, an analogous composite prepared with organophilic bentonite has much lower barrier properties than the vermiculite composite. Only the PP / 2.8% BENT-org composite that showed a Xc crystallinity degree of 81% showed a more significant reduction in permeability of 37% compared to pure PP, a result much lower than that observed for vermiculite composites. This informs that vermiculite is a clay with greater potential to be used in parts that require less permeability compared to bentonite.

A Tabela 11 lista os valores de permeabilidade ao CO2 e grau decristalinidade (X0) das membranas de alguns compósitos com a BENT in naturae com a BENT-org.Table 11 lists the CO2 permeability and degree of crystallinity (X0) values of the membranes of some BENT in naturae with BENT-org composites.

TABELA 11TABLE 11

<table>table see original document page 34</column></row><table><table> table see original document page 34 </column> </row> <table>

A pesquisa da Requerente que deu origem ao presente pedido difere doartigo publicado por Tidjani, A., Polypropylene-gra/if-maleic anhydride-nanocomposites: Il - fire behaviour of nanocomposites produced under nitrogenand in air. Polymer Degradation and Stability, v. 87, n. 1, p. 43-49, 2005, poisfoi utilizada como carga de reforço a argila vermiculita, que de acordo com Du1X.S. et ai, Synthesis of pol(arylene disulfide)-vermiculite nanocomposites via insitu ring-opening reaction of cyclic oligomers. European Polymer Journal, v. 39,n. 9, p. 1735-1739, 2003 e Xu1 J. et ai, Preparation and properties ofpoly(vinylalcohol)-Vermiculite nanocomposites. Journal of Polymer Science PartB: Polymer Physics, v. 41, n. 7, p. 749-755, 2003 é um mineral pertencente àfamília das micas e não a argila montmorilonita freqüentemente empregada emcompósitos com matrizes poliméricas.The Applicant's research giving rise to this application differs from the article published by Tidjani, A., Polypropylene-gra / if-maleic anhydride-nanocomposites: Il - fire behavior of nanocomposites produced under nitrogen in air. Polymer Degradation and Stability, v. 87, no. 1, p. 43-49, 2005, as vermiculite clay, which according to Du1X.S. et al., Synthesis of pol (arylene disulfide) -vermiculite nanocomposites via the ring-opening reaction of cyclic oligomers. European Polymer Journal, v. 39, no. 9, p. 1735-1739, 2003 and Xu1 J. et al., Preparation and properties of poly (vinylalcohol) -Vermiculite nanocomposites. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, v. 41, no. 7, p. 749-755, 2003 is a mineral belonging to the mica family and not the montmorillonite clay often used in composites with polymeric matrices.

Claims (11)

1. Nanocompósito polimérico com propriedades de barreira ao CO2aperfeiçoadas, caracterizado por dito nanocompósito compreender, emmassa:a) de 0,1 a 10% de vermiculita organofílica obtida por tratamento devermiculita com um ânion de amônio quaternário;b) de 75 a 99% de uma poliolefina de alto grau de cristalinidade; ec) de 0,1 a 10% de copolímero de polipropileno enxertado com anidridomaleico.1. Polymeric nanocomposite with improved CO2 barrier properties, characterized in that said nanocomposite comprises: (a) 0.1 to 10% organophilic vermiculite obtained by treatment with a quaternary ammonium anion; a high crystallinity polyolefin; and c) from 0.1 to 10% anhydridomaleic grafted polypropylene copolymer. 2. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por oânion de amônio quaternário ser selecionado dentre cloreto decetiltrimetilamônio, brometo de cetiltrimetilamônio, cloreto deestearildimetilamônio, cloreto de alquildimetilbenzilamônio, brometo dedimetildioctadecilamônio, ou brometo de dimetildioctadecilamônio.Nanocomposite according to Claim 1, characterized in that the quaternary ammonium anion is selected from decyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium bromide, stearyldimethylammonium chloride, alkyldimethylbenzylammonium bromide, or dimethyldioctadecylammonium bromide. 3. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por oânion de amônio quaternário ser cloreto de cetiltrimetilamônio.Nanocomposite according to Claim 2, characterized in that the quaternary ammonium anion is cetyltrimethylammonium chloride. 4. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por umapoliolefina de alto grau de cristalinidade ser selecionada dentrepolietileno de alta densidade e polipropileno.Nanocomposite according to Claim 1, characterized in that a high crystallinity grade polyolefin is selected from high density polyethylene and polypropylene. 5. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por apoliolefina de alto grau de cristalinidade ser polipropileno.Nanocomposite according to Claim 4, characterized in that the high crystallinity apolyolefin is polypropylene. 6. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por aspropriedades de barreira ao CO2, tal como medidas por equipamentopara medição de permeabilidade através de membranas, seremaperfeiçoadas em relação a: i) polipropileno puro; /'/) polipropilenoenxertado com anidrido maleico); e ii) nanocompósitos análogos obtidosa partir de argila bentonita.Nanocomposite according to Claim 1, characterized in that the CO2 barrier properties, as measured by equipment for membrane permeability measurement, will be improved with respect to: (i) pure polypropylene; () polypropylene grafted with maleic anhydride); and ii) analogous nanocomposites obtained from bentonite clay. 7. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por ocompósito PP/1,3%VMT-org mostrar redução na permeabilidade ao CO2de 59% em relação a polipropileno puro.Nanocomposite according to Claim 6, characterized in that the PP / 1.3% VMT-org composite shows a 59% reduction in CO2 permeability relative to pure polypropylene. 8. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por oscompósitos PP/PP-gr-MA/1,4%VMT-org e PP/PP-g-MA/4,2%VMT-orgapresentarem reduções na permeabilidade ao CO2 de respectivamente-49 e 65% quando comparados ao PP/PP-g-MA puro.Nanocomposite according to Claim 6, characterized in that the PP / PP-gr-MA / 1.4% VMT-org and PP / PP-g-MA / 4.2% VMT-ore compounds exhibit reductions in the CO2 permeability of respectively-49 and 65% when compared to pure PP / PP-g-MA. 9. Nanocompósito de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por ocompósito PP/1,3%VMT-org mostrar redução na permeabilidade ao CO2de 58% em relação ao compósito análogo à base de bentonita PP/1,1%BENT-org.Nanocomposite according to claim 6, characterized in that the PP / 1.3% VMT-org composite shows a 58% reduction in CO2 permeability relative to the PP / 1.1% BENT-org bentonite based analog. 10. Uso do nanocompósito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6,caracterizado por ser em embalagens industriais e alimentícias querequerem propriedades de barreira ao CO2 aperfeiçoadas.Use of the nanocomposite according to Claims 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that it is in industrial and food packaging which requires improved CO2 barrier properties. 11. Uso de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ser em folhas egarrafas.Use according to claim 10, characterized in that it is in bottled sheets.
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