Foram utilizados como matrizes poliméricas dos nanocompósitos o polietileno de alta densidade (HDPE) e a poliamida 6 (PA6), devido ao fato destes materiais apresentarem polaridades distintas. Desta forma, o estudo do comportamento reológico, tanto na produção dos nanocompósitos quanto no processo de sopro dos filmes tubulares, pôde ser realizado avaliando-se dois tipos diferentes de matrizes, que por sua vez apresentam interações diferentes com suas respectivas argilas organofílicas.
Apesar de ser um dos polímeros mais utilizados na indústria de embalagens, são poucos os estudos realizados que correlacionam as propriedades reológicas de nanocompósitos de HDPE com o processo de sopro. Já o uso de PA6 em extrusão de filmes tubulares, que não sejam multicamadas, é muito pouco explorado, devido à baixa resistência do fundido e elasticidade apresentada pelas poliamidas disponíveis comercialmente, e, portanto, é raro encontrar estudos que correlacionam as suas propriedades reológicas com o processo de sopro de filmes tubulares.
3.1.1 Polietileno de Alta Densidade (HDPE)
Um dos nanocompósitos estudados neste trabalho teve como matriz polimérica um polietileno de alta densidade, cuja estrutura química está representada na Figura 3.1.
Este material, de especificação HF 0150, fornecido pela Braskem de Triunfo/RS, é indicado para a produção de filmes tubulares devido à sua elevada elasticidade, apresentando boa processabilidade e conferindo aos filmes ótimas propriedades óticas e mecânicas. Sua faixa de temperatura de processamento varia de 180°C na zona de alimentação até 210°C na região da matriz [68]. A Tabela 3.1 contém valores de algumas propriedades deste polímero.
Tabela 3.1 Propriedades típicas do polietileno de alta densidade HF 0150 [68].
Propriedade Valor Índice de Fluidez (190ºC / 5kg) 1 0,45 g/10min
Índice de Fluidez (190ºC / 21,6kg) 1 10,0 g/10min
Densidade 2 0,948 g/cm3
1
ASTM D-1238 2 ASTM D-1505
3.1.2 Copolímero Aleatório de Etileno e Acetato de Vinila (EVA)
Um copolímero aleatório de etileno e acetato de vinila foi utilizado como agente compatibilizante na produção dos nanocompósitos de HDPE. Sua estrutura química está representada na Figura 3.2.
Figura 3.2 Estrutura química dos monômeros do EVA e uma representação esquemática de suas moléculas [67].
Observando a sua estrutura química, nota-se que os segmentos moleculares apolares, formados por seqüências etilênicas, devem apresentar
uma maior compatibilidade química com as cadeias do HDPE, enquanto que os grupos polares de acetato de vinila devem apresentar uma maior interação com as superfícies das lamelas da argila.
O EVA utilizado, de especificação Evateno 8019-PE, foi fornecido pela Braskem de Camaçari/BA [68]. Algumas de suas características estão contidas na Tabela 3.2.
Tabela 3.2 Propriedades típicas do copolímero EVA Evateno 8019-PE [68].
Propriedade Valor Índice de Fluidez (190°C / 2,16kg) 1 8,0 g/10min
Densidade 2 0,940 g/cm3
Teor de acetato de vinila 19 %
1
ASTM D-1238 2 ASTM D-1505
3.1.3 Poliamida 6 (PA6)
Uma poliamida 6, cuja estrutura química está ilustrada na Figura 3.3, também foi utilizada como matriz polimérica de um dos nanocompósitos estudados.
Figura 3.3 Estrutura química da poliamida 6.
Este material, de especificação Technyl 402 C, fornecido pela Rhodia Poliamida e Especialidades de São Bernardo do Campo/SP, trata-se de uma poliamida 6 linear sintetizada a partir de monômeros ε-caprolactamas de elevadas massas moleculares, o que lhe confere uma maior elasticidade em
relação às poliamidas tradicionalmente utilizadas, além de uma alta resistência do fundido. Este material também contém pequenos teores de monômero residual ou agente de ramificação. Sua faixa de temperatura de processamento varia de 225°C na zona de alimentação até 245°C na região da matriz. Este polímero deve ser sempre secado em estufa à vácuo por 14 horas a 80ºC antes de ser utilizado [69]. A Tabela 3.3 contém algumas de suas propriedades.
Tabela 3.3 Propriedades da poliamida 6 Technyl 402 C [69].
Propriedade Valor Teor de umidade (24h a 23ºC) 1 1,90 %
Densidade 2 1,14 g/cm3
1
ISO 62 2 ASTM D-792
3.1.4 Argilas Montmorilonita Organofílicas (MMT)
Para a obtenção dos nanocompósitos de HDPE e de PA6 utilizou-se duas argilas organofílicas comerciais, ambas produzidas pela Southern Clay Products Inc, nos Estados Unidos: a Cloisite® 15A e a Cloisite® 30B, respectivamente.
A Cloisite® 15A (C15A) é uma argila montmorilonita natural modificada organicamente com um sal de amônio quaternário [70]. A estrutura química do surfatante usado na modificação desta argila está ilustrada na Figura 3.4.
Possui uma boa afinidade química com polímeros apolares ou de baixa polaridade, devido à presença de dois longos grupos alquila (HT) que facilitam o processo de intercalação e de seu caráter essencialmente hidrofóbico.
A concentração do modificador orgânico utilizada é de 125meq/100g de argila. O teor de umidade adsorvida na superfície das lamelas é inferior a 2%, com perda de massa durante a queima de 43%, devido tanto a eliminação de água e como a de material orgânico. A sua densidade aparente é de aproximadamente 0,29g/cm3, enquanto que a densidade de sua estrutura cristalina é de 1,66g/cm3. O seu espaçamento basal inicial de 3,15nm é superior ao espaçamento da montmorilonita sem tratamento (1,17nm) [70].
A Cloisite® 30B (C30B) também se trata de uma argila montmorilonita natural modificada organicamente. Neste caso, o sal de amônio quaternário utilizado no tratamento, ilustrado na Figura 3.5, possui dois grupamentos polares, além de um longo grupo alquila que aumenta o espaçamento entre as lamelas, facilitando o processo de intercalação. É, portanto, indicada para uso com polímeros polares, devido ao seu caráter hidrofílico.
Figura 3.5 Estrutura química do modificador orgânico da Cloisite® 30B [70].
A concentração do modificador utilizada no tratamento é de 90meq/100g de argila. O material possui teor de umidade inferior a 2% e perda de massa durante a queima de 30%, através de eliminação de água e de material orgânico. A sua densidade aparente é de aproximadamente 0,36g/cm3, enquanto que a densidade de sua estrutura cristalina é de 1,98g/cm3. O seu espaçamento basal inicial é de 1,85nm, sendo inferior ao da Cloisite® 15A [70].