Síntese de argilas organofílicas e sua incorporação em polimerização in situ para a obtenção de nanocompósitos antichamas de poliestireno

Abstract

Neste trabalho sintetizamos algumas bentonitas organofílicas, a partir de argilas esmectíticas sódicas (MMT-Na+), com o objetivo de incorporá-las em nanocompósitos de poliestireno-argila organofílica (PS-MMT). As argilas organofílicas foram obtidas pela reação de troca catiônica da argila esmectítica sódica (bentonita) com alguns sais quaternários de amônio. Primeiramente, foram caracterizados os materiais esmectíticos sódicos, através do inchamento de Foster, difração de raios-X (DRX) e capacidade total de troca de cátions (CTC). Em seguida foi feita reações de troca catiônica da argila esmectítica sódica com os sais quaternários de amônio selecionados. As argilas emectíticas sódicas e as organofílicas foram caracterizadas por DRX e pela espectroscopia de infravermelho (IR), respectivamente. Adicionalmente à essas análises, foram realizados os testes de inchamento de Foster. Os difratogramas das argilas organofílicas mostraram um deslocamento do espaçamento basal com relação a argila esmectítica sódica. Além disto, as argilas organofílicas apresentaram bandas de IR típicas dos radicais nitrogênio e alquila. Após a devida caracterização das argilas organofílicas, foram feitas polimerizações em massa do estireno juntamente com a argila organofílica. Nesta polimerização é incorporada argila organofílica formando o nanocompósito de poliestireno-argila organofílica (PS-MMT). O PS-MMT apresentou características antichamas com relação ao poliestireno puro, ilustrado nas curvas de termogravimetria (TGA). Este comportamento retardante de chamas proporciona ponteciais aplicações dos materiais organofílicos modificados. In this work we synthesized some organophilic bentonites derived of sodium smectite clays (MMT-Na+) for incorporing them into polystyrene-organoclay nanocomposites (PS-MMT). The organoclays was obtained by cation exchange reaction of sodium smectite clay (bentonite) with some quaternary ammonium salts. Firstly, we characterize the starting sodium smectitic materials by Foster swelling, X-ray diffratometry (XRD), and total cation exchange capacity (CEC). Following, we performed the controlled cation exchange reaction of the sodium smectitic clay with the chosen quaternary ammonium salts. We characterize both sodium smectitic clay and the organoclay by XRD and infrared spectroscopy (IR). Additionally, in the same materials we performed the Foster swelling tests. The diffratograms of the organoclays showed basal spacement expansion in relation to the sodium smectitic clay. Besides this, the organophilic clays pointed out some typical bands of nitrogen and alkyl radicals. After the proper organoclay synthesized, were conducted bulk polymerizations of the monomer styrene with in situ incorporation of the organoclay into the polystyrene-organoclay nanocomposite. The nanocomposite polymer-organoclay formed showed markedly flame retardant increasing in relation to the pure polystyrene according to TGA plots. This flame retardant behavior inducted the high potential applications of the modified organoclay materials.