2.4 CONCLUSÕES
3.3.1 Estudo Comparativo dos Métodos de LPF e SSD para a Obtenção dos
3.3.2.5 Comportamento de Fotodegradação dos Nanocompósitos de PP/mGO-P
Nesta etapa, estudou-se a influência que as nanoestruturas de mGO teriam quando incorporadas numa matriz polimérica, a fim de se retardar o efeito fotooxidativo comumente presente em materiais poliméricos quando submetidos aos fatores climáticos como umidade e radiação UV.
Conforme descrito anteriormente, a Figura 33 as curvas de absorbância em função do comprimento de onda (cm-1) resultantes da análise FTIR do PP puro e seus nanocompósitos (0,1 e 2,0% em massa de mGO) obtidos pelos dois métodos de processamento diferentes. As curvas das demais composições e dos diferentes nanocompósitos não diferem da apresentada. Com o objetivo de ter uma expressão quantitativa para a extensão da foto-degradação, o índice de carbonila para os nanocompósitos de PP/mGO em função do tempo de exposição é mostrado na Tabela 19 e Tabela 20.
Tabela 19. Efeito do teor de nanopartículas mGO-P e do processamento do método LPF no índice de carbonila para os nanocompósitos PP e PP/mGO-P irradiados com UV.
Índice de Carbonila – LPF carbonila para os nanocompósitos PP e PP/mGO-P irradiados com UV.
Índice de Carbonila – SSD
Amostra 0 Semanas 1 Semana 2 Semanas 3 Semanas 4 Semanas
PP Puro 2,15 6,91 34,31 55,02 83,63 retardam o processo foto-oxidativo, pelo mecanismo de tela. Isso significa que as nanoestruturas de mGO absorvem a radiação UV e reduzem a intensidade da radiação absorvida pelo polímero, induzindo o retardamento do processo foto-oxidativo do PP (ZHAO, H.; LI, 2006).
Estes resultados foram observados para os dois métodos, como mostrado nas tabelas, sugerindo que as diferenças obtidas na morfologia através dos dois métodos de processamento, não afetaram de maneira distinta o processo de fotodegradação do PP. Em ambos os casos (LPF e SSD), observa-se um fator de estabilização de três vezes superior para ambos os nanocompósitos, levando-se em consideração a porcentagem do índice de carbonila após quatro semanas, quando comparados o PP puro e nanocompósitos com 2% do mGO. O mesmo
comportamento no aumento a resistência a fotodegradação foi observado nos nanocompósitos de PP/mGO-L.
A Tabela 21 mostra dados que também podem ser usados para entender o efeito da radiação UV nas propriedades térmicas (Tc e Tm) dos nanocompósitos PP e PP/GO puros.
Dados de PP puro indicam que o aumento do tempo de exposição levou a uma cadeia de cisão e, por esse motivo, os valores de Tc estão menores.
Tabela 21. Efeito da radiação UV sobre propriedades térmicas (Tc e Tm) de nanocompósitos PP e PP / GO puros.
Analisando os valores de Tc para PP e os nanocompósitos, diminui-se o poder do agente nucleante (mGO) à medida que o tempo de exposição aumenta, uma vez que os valores tendem a diminuir. A redução nos valores de Tm e Tc, são menos significativas para os nanocompósitos obtidos pelo método LPF. A Tm para PP puro diminuiu significativamente quando exposta à radiação UV, cerca de 15% para as amostras expostas durante quatro semanas.
Enquanto os nanocompósitos apresentam redução na Tm de 5% e 11% para as amostras de 2% obtidas pelos métodos LPF e SSD, respectivamente. Isso indica que as nanoestruturas de mGO estão atuando como reforço na matriz de PP, retardando os efeitos de fotodegradação na matriz.
O mesmo perfil de comportamento foi observado para as amostras de PP/mGO-L. O qual as nanoestruturas de mGO-L auxiliam a reduzir o efeito de fodegradação nas temperaturas de fusão e cristalização dos materiais.
CONCLUSÃO GERAL E SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS
Neste trabalho, foi apresentado o estudo das propriedades das nanoestruturas de óxido de grafeno obtidas por duas metodologias de síntese a fim de se compreender o comportamento de cada uma destas nanoestruturas ao serem incorporadas numa matriz polimérica de polipropileno.
Também foi realizado um estudo da influência de dois métodos de processamento, conhecidos como LPF e SSD, a fim de compreender a influência que as técnicas e parâmetros de processamento utilizados teriam na morfologia, grau de dispersão e interação da nanoestrutura com o polipropileno, assim como nas propriedades dos nanocompósitos resultantes para futuras aplicações. Por fim, foi realizado para os nanocompósitos PP/mGO. Um estudo do comportamento de resistência à fotodegradação desses materiais, com o propósito de compreender como as nanoestruturas influenciariam na propriedade do polipropileno.
Os óxidos de grafite (GrO) obtidos pelos métodos L e P foram caracterizados antes e após a esfoliação por diversas técnicas, para se investigar as propriedades e particularidades apresentadas pelas duas nanoestuturas. Foi constatado pelo conjunto de técnicas de análise morfológica e química (TGA, DRX, Raman, XPS, AFM, MEV) que o GrO-P apresentou um aumento do grau de oxidação em cerca de 5%, conforme resultados de XPS e TGA, que demonstrou que as nanoestruturas de mGO-P possuem maior perda de massa na faixa de 100-300 °C, referente à combustão dos grupos funcionais oxigenados. Esta proporção foi confirmada também com análises elementares como o CHN, que apresentou as alterações na geração de grupos funcionais das nanoestruturas, constatando-se que GrO-P (~46% de O e ~1,5% de H) possui maior grau de oxidação que o GrO-L (~44% de O e ~1,0% de H). Na análise de XPS, também foi confirmada essa relação nas amostras de mGO, pois o mGO-L apresentou uma relação C/O de 0,8, enquanto o mGO-P apresentou o valor de 1,2.
Esse aumento no grau de oxidação das nanoestruturas também pôde ser observado devido ao aumento na distância interplanar entre as folhas de óxido de grafeno, devido ao GO-P possuir mais grupos funcionais em sua estrutura. Isso corroborou com a espectroscopia Raman e imagens de MEV, onde o mGO-P apresentou maior relação de ID/IG, indicando uma maior concentração de defeitos em sua estrutura, principalmente defeitos de borda, como ilustrado nas imagens de MEV e AFM, onde as nanoestruturas apresentam menores tamanhos de área e empilhamento.
A morfologia dos nanocompósitos foi investigada por microscopia ótica e mostrou que as nanoestruturas de mGO-L possuem maior tendência a se aglomerar durante o processamento, principalmente para o método SSD. Já as nanoestruturas de mGO-P apresentam dispersão homogênea na microestrutura do material nanocompósito, assim como apresentam tamanhos de nanoestruturas menores. Este efeito poderia estar atribuído à maior distância interplanar entre as folhas no mGO-P, provenientes do maior número de grupos funcionais atribuídos ao material podem promover a aglomeração das nanoestruturas, enquanto o solvente é removido no processo de rotoevaporação. Ainda com relação aos métodos, os nanocompósitos obtidos pelo método LPF apresentam tamanhos menores de nanoestruturas quando comparados ao método SSD.
A morfologia resultante e a concentração de nanoestruturas para os nanocompósitos mostraram influências no comportamento reológico. Uma vez que, a viscosidade de cisalhamento dos nanocompósitos com 2% em massa de mGO é menor do que o polímero puro, este efeito foi atribuído à propriedade intrínseca de lubrificação de materiais derivados da grafite.
Através do DRX, observamos que os nanocompósitos PP/GO-L preparados pelo método SSD tiveram a estrutura do PP alterada, ao ser observado o surgimento do pico correspondente a fase cristalina β do polipropileno. Houve um aumento significativo da fase β correlacionado ao aumento da concentração das nanoestruturas de mGO-L no polipropileno, alterando ligeiramente o valor final da cristalinidade para os nanocompósitos.
Com relação às análises térmicas observou-se que o comportamento entre os nanocompósitos foi similar, pois apresentaram incremento dos valores de T10% e T90% à medida que a concentração de nanoestruturas aumentava na matriz polimérica, com exceção apenas dos nanocompósitos PP/mGO-P obtidos pelo método SSD, que não apresentaram grandes melhorias nos resultados de estabilidade. O mesmo efeito de alteração foi observado na Tc dos nanocompósitos, que aumenta com o aumento da concentração de nanoestruturas, podendo ser inferido que as nanoestruturas tendem a agir como agentes nucleantes para a cristalização do PP.
Constatou-se pelos ensaios mecânicos que os nanocompósitos de PP/mGO-P não oferecem melhorias nas propriedades de módulo de elasticidade e resistência ao impacto, apenas permitem um maior alongamento do material quando submetido ao esforço de tração. Diferente dos nanocompósitos de PP/mGO-L que apresentam melhorias de até 11% no modelo de elasticidade do material. Isto poderia ser um indicio do efeito do grau de oxidação das nanoestruturas, pois nanoestruturas de mGO mais oxidadas, reduzem o efeito de interação do mGO (polar) com o PP (apolar).
Com relação as análises dos nanocompósitos de PP/mGO-L após exposição aos raios UV revelou-se que o mGO influenciou o processo de fotodegradação do polipropileno. Análises de FTIR apresentaram as intensidades de picos de carbonila e mostraram uma diminuição para nanocompósitos com alto teor de mGO, indicando que as camadas GO desempenham um papel importante na estabilização das moléculas de PP e retardam o processo foto-oxidativo, principalmente pelo mecanismo de “tela”. Outra observação importante para a fotoestabilização é a morfologia do polímero, e para os nanocompósitos (LPF e SSD) observa-se ligeiro aumento na cristalinidade, sugerindo a diminuição do oxigênio presente devido à penetração, o que impede as reações foto-oxidativas.
Em resumo ao que foi proposto estudar neste trabalho, conclui-se que em relação ao método de processamento que fornecesse melhor interação do mGO com a matriz de PP, foram observados melhores resultados para os nanocompósitos obtidos pelo método LPF. Isto induz que é possível a realização de uma compatibilização física de uma nanoestrutura de mGO (material polar) numa matriz de PP (material apolar) sem uso de modificações químicas no PP ou no mGO. Com relação ao efeito da síntese do mGO na interação com o PP, conclui-se que o método P gera nanoestruturas mais oxidadas. Contudo para a aplicação na produção de nanocompósitos PP/mGO, esse aumento no grau de oxidação interfere negativamente na interação do mGO com o PP, não gerando grandes benefícios para as propriedades térmicas e mecânicas. Assim o método de síntese L, onde o permanganato é diluído em água é mais eficiente para a produção das nanoestruturas estudas neste trabalho.
Os presentes resultados são muito significativos na busca de se compreender melhor o processamento dos nanocompósitos poliméricos e as influências que as nanoestruturas e os métodos de processamento possuem para melhorar as propriedades especificas do material para uma determinada aplicação. Como por exemplo, devido à melhoria da resistência à
fotodegradação com o uso do mGO, esses nanocompósitos de polipropileno são materiais promissores para aplicações como embalagens, peças têxteis e automotivas.
Como sugestões para próximos trabalhos, pode ser realizado um aprofundamento em se compreender os efeitos que o tamanho das nanoestruturas resulta na interação com matrizes poliméricas. Também pode ser estudada a utilização de outras nanoestruturas como o rGO e seu estudo no efeito de fotodegradação e compatibilização com a matriz de polipropileno. Assim como estudos com modificações na cadeia de polipropileno (funcionalização) a fim de melhorar a compatibilização do óxido de grafeno com a matriz, ou mesmo funcionalização nas nanoestruturas de mGO com o intuito de compreender a relação de interação com matrizes poliméricas apolares.
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