Polímeros: Ciência e Tecnologia
http://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/S0104-14282007000400015
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Nanocompósitos Derivados de Dispersões Aquosas de Poliuretano e Argila: Influência da Argila na Morfologia e Propriedades Mecânicas

Nanocomposites derived from polyurethane aqueous dispersion and clay: Influence of the clay on the morphology and mechanical properties

Oréfice, Rodrigo L.; Ayres, Eliane

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Resumo

Foi sintetizada uma dispersão aquosa de poliuretano (PUD) na qual o poli(propileno glicol) (PPG) foi utilizado como segmento flexível. O segmento rígido foi baseado nos reagentes isoforona diisocianato (IPDI) e a diamina hidrazina (HZ), produzindo um poli(uretano-uréia). A PUD assim obtida foi modificada com Na+-montmorilonita (Na+-MMT) para gerar nanocompósitos (CPUD’s) com 1, 3 e 5 % de argila. Neste processo, o aumento do espaçamento basal das camadas de silicato foi provocado pela água sem necessidade de qualquer tratamento químico da argila. De acordo com as curvas de difração de raios X (XRD), os nanocompósitos obtidos apresentaram partículas de argila intercaladas com o polímero, enquanto a técnica de espalhamento de raios X de baixo ângulo (SAXS) detectou evidências de uma esfoliação parcial da montmorilonita. A esfoliação incompleta das partículas de argila indica re-agregação dos nanocomponentes (inicialmente delaminados na dispersão aquosa) durante a formação do filme. O grau de ligações de hidrogênio, avaliado por espectroscopia no infravermelho (FTIR), foi usado para investigar o efeito da argila no processo de separação de microfases do poliuretano e indicou uma tendência de perturbação da estrutura dos domínios do poliuretano com a presença da argila. A PUD exibiu valores de resistência à tensão na ruptura e alongamento na ruptura na faixa de 30 MPa e 1400% respectivamente. A adição de 1% de argila na PUD promoveu aumentos no módulo e tensão na ruptura de cerca de 230 e 20% respectivamente em relação ao polímero puro, sem perda significativa do alongamento na ruptura.

Palavras-chave

Poliuretano, dispersão aquosa, nanocompósitos, SAXS

Abstract

Waterborne polyurethane (PUD) was synthesized by using poly(propylene glycol) (PPG) as soft segment. The hard segment was formed by extending isophorone diisocyanate (IPDI) with hydrazine (HZ) producing poly(urethane-urea). PUD was reinforced with Na+-montmorillonite (Na+-MMT) to yield nanocomposites (CPUD’s) with 1, 3 and 5% of clay. Water was used as swelling agent to make the basal space of silicate layers widen without any chemical treatment. According to XRD curves, the nanocomposites showed intercalation of the polymer with respect to the clay, while small angle X ray scattering (SAXS) results showed that some degree of clay exfoliation was present in the produced film. The incomplete exfoliation of the clay proved that a re-aggregation process of the nanocomponents (originally delaminated in the aqueous dispersion) had occurred during film formation. The degree of hydrogen bonding, evaluated by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), was used to investigate the effect of clay on the microphase separation of the polyurethane and indicated that the presence of the clay particles changed the structure of the polymer phase domains. PUD exhibited values of tensile strength and elongation at break about 30 MPa and 1400%, respectively. The incorporation of 1 weight % of MMT improved by 230 and 20% the modulus and strength on the polymer respectively, while keeping the elongation at break almost unchanged.

Keywords

Polyurethane, aqueous dispersion, nanocomposites, SAXS

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