PROPIEDADES REOLÓGICAS Y TRIBOLÓGICAS DE NANOCOMPUESTOS DE POLIPROPILENO Y ARCILLA

WALTER TUCKART; MARÍA FERNANDA HORST; CORA O. ROHLMANN; MARCELO D. FAILLA; LIDIA M. QUINZANI

Santiago de Chile

Congreso; XI Jornadas Argentinas en Ciencias de los Materiales y 8vo. Congreso Nacional de Metalurgia y Materiales de Chile (SAM-CONAMET 2008); 2008

Asoc. Argentina de Materiales

Los compuestos híbridos de polipropileno (PP) y sistemas inorgánicos consistentes en pequeñas partículas han recibido considerable atención en los últimos años. En particular, los filosilicatos laminados resultan una carga atractiva dada su capacidad de exfoliarse en láminas delgadas durante el mezclado con el material polimérico. La arcilla más usada en la preparación de nanocompuestos poliméricos (PNC) es la Montmorillonita (MMT) que posee la rigidez, resistencia, flexibilidad y estabilidad dimensional requeridas. Las partículas naturales de MMT están formadas por el apilamiento de varias decenas de láminas, cada una de las cuales posee una dimensión lateral de 100 a 500 nm y un espaciado basal de ~1 nm. Para que la MMT pueda ser usada en matrices de PP, es necesario someterla a una etapa previa de acondicionamiento e intercambio de los cationes superficiales por cationes organofílicos más voluminosos (o-MMT). Estos cationes incrementan la separación entre láminas y mejoran la compatibilidad entre la arcilla hidrofílica y el polímero. Por otra parte, en el caso de polímeros de baja polaridad, como es el caso del polipropileno (PP), la dispersión de las láminas de arcilla es mejorada mediante el agregado de una fracción de PP modificado con anhídrido maleico (PPg). Durante el mezclado en fundido difícilmente se logra la exfoliación completa de la arcilla, por lo que, en el mejor de los casos, los PNC de PP/PPg/o-MMT son del tipo intercalado/exfoliado, quedando gran parte de la arcilla en forma de tactoides de espesores variados con un espaciado interlaminar relativamente grande debido a la penetración, al menos parcial, de macromoléculas. En este trabajo se presenta y discute el efecto la presencia de o-MMT y la organización de fases en las propiedades reológicas y tribológicas de nanocompuestos de PP/PPg/o-MMT. Los polímeros son: un PP (Mw=330,000 g/mol) de Petroquímica Cuyo y un PPg (Polybond 3200, Mw=120,000 g/mol, 1% anhídrido maleico) de Uniroyal Chemical Co. Las arcillas difieren en tamaño de partícula original, capacidad de intercambio catiónico, y tipo y cantidad de intercalante usado en al modificación. Los compuestos, que poseen 5 y 15% en peso de o-MMT y PPg respectivamente, se prepararon en una mezcladora Brabender Plastograph mezclando durante 15 min a 185°C y 50 rpm bajo atmósfera de nitrógeno. Para el estudio se usaron las técnicas de difracción de rayos-X y microscopía electrónica de barrido para obtener las características estructurales y espaciados interlaminares de las arcillas y compuestos. Los módulos dinámicos de los polímeros y las mezclas fundidas fueron medidos en flujo de corte oscilatorio de pequeña amplitud en atmósfera de nitrógeno. El comportamiento viscoelástico lineal y las características estructurales de de los compuestos de PP/PPg/o-MMT depende fuerte y principalmente de la naturaleza del intercalante usado en la o-MMT. Esto se debe a que la naturaleza del surfactante determina la estabilidad de la arcilla durante las etapas de procesado y caracterización y el valor de la energía ligante ‘arcilla-surfactante’ relativa a aquellas entre la arcilla y los polímeros. Otra variable importante es el añejamiento posterior al procesado, si éste se realiza a una temperatura cercana a la temperatura inicial de descomposición de la o-MMT. Se ha observado que durante el añejamiento el proceso de intercalación/exfoliado continua, produciendo materiales que tienen estructura de fase estable y mayor grado de interacción entre partículas del relleno. La resistencia al desgaste y el coeficiente de fricción de los materiales se determinaron mediante ensayos tipo pin-on-disc (según la norma ASTM G99) sin lubricación artificial. La técnica usa probetas de forma cilíndrica de 6 mm de diámetro con extremo plano normal y, como contraparte, un disco de acero SAE 4140 de 40 mm de diámetro. La respuesta tribológica se calculó determinando la pérdida de peso de las probetas durante 1728m de deslizamiento a velocidad constante de 375 rpm aplicando diferentes valores de carga normal. La resultados infieren que, a igualdad de condiciones, la presencia de carga inorgánica produce un aumento de la resistencia al desgaste y una reducción del coeficiente de fricción, respecto de la matriz polimérica.