MÉTODO DE PREPARAÇÃO DOS NANOCOMPÓSITOS

Devido à elevação da viscosidade dos monômeros de epóxi conforme nanopartículas são incorporadas e dispersas, foi necessário estipular uma fração máxima de adição de

nanopartículas, com o intuito de que não inviabilizar o processamento do material através da técnica de RTM. As argilas foram utilizadas em maiores teores do que os NTC, portanto irão contribuir preferencialmente para a elevação da viscosidade do sistema, devendo ser verificado o limite possível sem que inviabilize seu processamento. Em primeiros testes de moldagens com o método de RTM, quando utilizado um teor de argila natural de 4% m/m (% m/m: massa em relação à massa de monômeros de epóxi. Por exemplo: 4g de argila para 100g de monômeros de epóxi), já não foi possível realizar o processamento via RTM, devido à elevada viscosidade da mistura. Deste modo, fixou-se o teor de ambas as argilas em 2% m/m e o de NTC em 0,1% m/m. A opção de adicionar 0,1%m/m de NTC em todas as amostras foi embasada na garantia de formação de uma rede de percolação com a utilização deste teor, onde o limiar de percolação para nanocompósitos de epóxi e NTC se encontra em torno de 0,04-0,10% m/m de NTC (BARRAU et al., 2005; LIU; GRUNLAN, 2007; ŠPITALSKÝ et al., 2009). Entretanto, ensaios de espectroscopia de impedância somente foram possíveis de serem realizados em última instância, e foi verificado que o limiar de percolação não foi alcançado com 0,1% m/m de NTC, sendo necessário fabricar amostras com outros dois maiores teores de NTC, exclusivamente para as espectroscopias de impedância: 0,25% m/m e 0,40% m/m de NTC. Estas amostras estão demarcadas com um asterisco _{“*”, na Tabela 3.} Acredita-se que a obtenção de limiares de percolação de NTC abaixo de 0,10% m/m para o sistema de epóxi utilizado somente é possível com o uso de solventes durante a dispersão, pois a elevada viscosidade dos monômeros de epóxi restringe a transferência do cisalhamento causado no processo de sonicação, devendo ser obtido um meio de menor viscosidade para uma efetiva dispersão dos NTC.

É desejável obter caminhos de percolação, para que as amostras já apresentem regime condutivo e também para que seja possível avaliar as variações na condutividade do nanocompósito quando simultaneamente forem adicionados os dois tipos de argilas (natural e organoargila). Desta forma, foram obtidas onze composições de amostras, de acordo com a relação exibida na Tabela 3. A amostra LY é amostra de referência, sendo composta somente da resina epóxi pura com seu endurecedor. Os teores de 0,10%, 0,25% e 0,40% m/m de NTC foram convertidos para fração volumétrica em cada nanocompósito, o que fornece respectivamente os valores de 0,04%, 0,10% e 0,17% v/v. Como forma de se utilizar uma nomenclatura intuitiva para as amostras, baseou-se na fração volumétrica de NTC, quando presentes, por exemplo: C_04, C_10 e C_17. Sendo assim, as amostras na Tabela 3 são compostas pelos itens que estão assinalados em cada coluna.

Tabela 3 - Composição e nomenclatura de amostras.

* Amostras fabricadas exclusivamente para as espectroscopias de impedância.

A rota adotada para o preparo das amostras é apresentada na Figura 13. Inicialmente, as nanopartículas referentes a cada composição foram pesadas em uma balança analítica com precisão de 10-4 g em função de 100g ± 0,5g de resina epóxi LY1316. Esta massa de epóxi foi fixada para que seja utilizada a mesma relação de energia por massa (J/g) durante a sonicação. Todo o procedimento de pesagem de nanopartículas foi realizado dentro de uma câmara estanque (glovebox). As nanopartículas já pesadas foram adicionadas às 100g de epóxi em um becker e realizou-se uma pré-mistura manual com um bastão de vidro, por aproximadamente 1 minuto. A mistura do becker foi então submetida à sonicação por 30 minutos à 188W de potência, no equipamento Sonics VCX 750. Após a sonicação e ambientação de temperatura da mistura, esta foi transferida para um frasco kitassato e foram adicionados 0,3% m/m de desaerante BYK A500 e 0,5% m/m de desaerante BYK A560, de acordo com resultados prévios obtidos por outros autores na combinação destes desaerantes com epóxi DGEBA (OLIVEIRA, A. et al., 2009), submetendo-se em seguida a mistura ao vácuo a partir de uma bomba a vácuo, à temperatura ambiente, por 40 minutos, juntamente com um agitador magnético à aproximadamente 200 RPM, para facilitar na remoção de bolhas do sistema. O endurecedor HY1208 (TETA) foi pesado à proporção de 13% m/m de monômeros de epóxi (HUNTSMAN, 2004) e então adicionado ao kitassato, ainda sob agitação magnética. A agitação magnética foi mantida à aproximadamente 200 RPM, sendo novamente aplicado vácuo por 3 minutos. Para o método de casting, as amostras foram moldadas por vazamento da mistura em moldes de silicone ou teflon e curadas à temperatura ambiente por 24 horas até a desmoldagem.

Estas mesmas composições, sob o mesmo procedimento de preparo, foram processadas também via RTM no LACOMP – UFRGS, Porto Alegre. Utilizou-se de três mantas de fibra de vidro sobrepostas, gerando fração volumétrica de aproximadamente 27%. Foram utilizadas pressões de injeção de 0,8 a 1,2 bars. A cura foi realizada em temperatura

ambiente e a desmoldagem foi realizada aproximadamente 12 horas após a injeção. Em ambos os métodos de moldagem (casting e RTM), as amostras serão ensaiadas com no mínimo sete dias após o início de cura.

Figura 13 - Fluxograma da rota adotada para preparo das amostras.

Este trabalho utilizará o método de polimerização in-situ, sem a utilização de solventes durante a rota, pois além da necessidade de uma efetiva extração do solvente previamente à cura do epóxi, a sua utilização em escalas produtivas tem diversos contrapontos:

i. Riscos de saúde relacionados à exposição de trabalhadores a voláteis, podendo gerar irritação aos olhos e à pele, problemas respiratórios e depressão do sistema nervoso central;

ii. Risco de acidentes na sua manipulação, pois é um líquido altamente inflamável; iii. Atualmente, a produção de acetona é realizada a partir de fontes fósseis, através do

processo do cumeno, onde benzeno e propileno geram acetona e fenol. Evitando o seu uso, reduz-se a dependência de utilização de mais este composto petroquímico (“Product Safety Assessment (PSA): Dow Acetone,” 2010).