Estudio de nanocompuestos basados en copolímeros propileno-etileno y montmorillonita organofílica

VERÓNICA RIECHERT; LIDIA MARÍA QUINZANI; MARCELO DANIEL FAILLA

Rosario

Congreso; VII Congreso Argentino de Ingeniería Química (CAIQ?13); 2013

Sociedad Argentina de Ingenieros Químicos

Durante los últimos quince o veinte años, el interés científico e industrial que han despertado los nanocompuestos de cerámicos y polímeros ha sido muy grande. En particular, los nanocompuestos poliméricos (NCP) son materiales reforzados preparados con bajas concentraciones de partículas con dimensiones que alcanzan la escala del nanómetro. Las propiedades físicas, mecánicas y de barrera de los polímeros así modificados suelen verse mejoradas, especialmente si esa carga tiene una gran relación de aspecto. Esto se suele lograr sin aumentar significativamente la densidad del polímero y sin que su reciclabilidad o sus propiedades ópticas cambien. Las arcillas constituyen las cargas más usadas hasta el momento por estar constituidas por partículas formadas por estructuras estratificados de alúmino-silicatos de ~1 nm de espesor y ~500 nm de diámetro. La posibilidad de separar en láminas, o delaminar, estas partículas, o al menos romperlas en tactoides formados por unas pocas láminas, y lograr que grandes cantidades de partículas inorgánicas con una gran relación de aspecto se dispersen en la matriz polimérica, es lo que hace tan atractivo el uso de esta carga. Cuanto mayor es el grado de delaminación logrado, mayores serán los cambios en las propiedades del material, por lo que la separación de las láminas de arcilla y la calidad de la dispersión de esas láminas en el polímero son las etapas claves en la preparación de estos NC. Diferentes polímeros ya han sido utilizados como matrices de NCP, tales como polipropileno (PP) y polietileno. Por otro lado, los copolímeros al azar propielno-etileno (CPE), en los que el contenido de etileno suele ser bajo, entre 1 y 7 %p/p, han logrado cubrir un nicho importante del mercado actual de polímeros termoplásticos (del orden del 10% del mercado de PP). La incorporación de etileno en el PP afecta su grado de cristalinidad disminuyendo la rigidez, la dureza y la resistencia a la tracción, a la vez que se obtiene un material más transparente, con menor temperatura de fusión y peso específico que el homopolímero. Esta combinación de propiedades condicionan las aplicaciones a las que están dirigidos los CPE, siendo una de las más conocidas los envases para alimentos en las que sus propiedades barrera a la difusión de gases y líquidos resultan de importancia. De allí que, la mejora en las propiedades barrera de estos copolímeros por el agregado de una pequeña proporción de arcilla delaminada, resultaría muy ventajoso desde un punto de vista tecnológico y de gran beneficio económico dado su importancia dentro del mercado. En este trabajo se estudian nanocompuestos basados en CPE y arcilla preparados mediante la técnica de mezclado en fundido, en una mezcladora de laboratorio Brabender® Plastograph. El CPE utilizado (de Petroquimica Cuyo S.A.I.C.) posee un contenido de etileno del 3%p/p. Como carga se empleó una montmorillonita organofílica (oMMT) de origen comercial, Nanomer® I.44P de Nanocor. La presencia de un intercalante organofílico entre las láminas de la MMT aumenta la separación de sus láminas y favorece la compatibilidad arcilla-polímero. Ambas características ayudan a la dispersión de la arcilla durante el mezclado. Por otro lado, para mejorar aún más esta compatibilidad entre el CPE y la carga, se agrega un polímero compatibilizante, en este caso, el mismo CPE previamente funcionalizado con anhídrido maleico (CPEg). Para este trabajo se han elaborado NCPs con un contenido de 2, 5 y 8 %p/p de arcilla, manteniendo una relación CPEg:o-MMT de 3:1. Las compuestos se obtuvieron mezclando los tres componentes en la mezcladora de laboratorio a 180°C, con una velocidad de tornillo de 30 rpm, durante 20 minutos. Los materiales obtenidos han sido caracterizados mediante espectroscopia de infrarrojo, permeabilidad al oxígeno y reometría rotacional. Los resultados obtenidos hasta el momento son muy promisorios, mostrando que el incremento en el contenido de arcilla se traduce en un aumento gradual de los módulos dinámicos del material, mayormente en el módulo elástico y a baja frecuencia, y una disminución de la permeabilidad al oxígeno respecto al CPE original. Estos resultados sugieren la interacción entre partículas de arcilla, lo que sólo puede ocurrir a estas bajas concentraciones, si existe una buena dispersión de partículas pequeñas de carga. La estructura y morfología de fase de los compuestos está siendo analizada mediante difracción de rayos-X y microscopía electrónica de barrido.