Nanocompósitos de polietileno de alta densidade : nitreto de boro hexagonal para aplicações em embalagens

Abstract

Este trabalho refere-se à preparação e caracterização de nanocompósitos a base de polietileno de alta densidade - PEAD com incorporação de nanopartículas de nitreto de boro hexagonal (hBN), a fim de se obter materiais com melhorias em desempenho mecânico e propriedade de barreira a gases quando comparados ao PEAD puro. O hBN foi obtido por meio de esfoliação líquida em água e caracterizado por espectroscopia UV-Vis, espectroscopia Raman, Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia de Força Atômica. Os resultados indicaram que o processo de esfoliação usado apresenta forte dependência com o tempo de esfoliação, porém mostrou-se eficiente gerando um material com baixo número de camadas empilhadas. Os nanocompósitos foram obtidos por mistura no estado fundido utilizando o método Solid Solid Deposition – SSD em extrusora dupla rosca obtendo-se concentrações finais de carga variando entre 0,05% e 1,0% em massa. Uma segunda extrusão foi realizada para produção dos filmes (extrusora mono-rosca). Os nanocompósitos (após primeira extrusão) foram analisados por Análise Térmica Diferencial Exploratória (DSC), Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho (FTIR) e Ensaios Mecânicos. O nanocompósito PEAD/hBN (0,10%) apresentou resultados destacados em todas as análises utilizadas ao se comparar com os demais, indicando a existência de uma melhor distribuição e dispersão da carga na matriz polimérica. Os filmes produzidos pela segunda extrusão foram avaliados por Ângulo de Contato, Ensaio de Tração, Transmissão de Vapor D’água e Permeabilidade ao Oxigênio. O filme do nanocompósito PEAD/ hBN (0,10%) atingiu melhores propriedades mecânicas ao alongar no sentido da extrusão, além de baixa permeação ao vapor d’água.

This work concerns the preparation and characterization of HDPE-based high density polyethylene (HDPE) nanocomposites with incorporation of hexagonal boron nitride (hBN) nanoparticles to obtain materials with improvements in mechanical performance and gas barrier properties. when compared to pure HDPE. The hBN was obtained by liquid exfoliation in water and characterized by UV-Vis Spectroscopy, Raman Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy. The results indicated that the exfoliation process used is strongly dependent on the exfoliation time, but it was efficient generating a material with low number of stacked layers. The nanocomposites were obtained by melt blending using the Solid Solid Deposition - SSD method in a double screw extruder to obtain final loading concentrations ranging from 0.05% to 1.0% by weight. A second extrusion was performed to produce the films (single screw extruder). Nanocomposites (after first extrusion) were analyzed by Exploratory Differential Thermal Analysis (DSC), X-ray Diffraction (XRD), Infrared Spectroscopy (FTIR) and Mechanical Tests. The HDPE / hBN nanocomposite (0.10%) presented outstanding results in all the analyzes used when compared with the others, indicating the existence of a better charge distribution and dispersion in the polymeric matrix. The films produced by the second extrusion were evaluated by Contact Angle, Tensile Test, Water Vapour Permeability and Oxygen Permeability. HDPE / hBN nanocomposite film (0.10%) achieved better mechanical properties by stretching in the extrusion direction, as well as low water vapor permeation.