Dissertação
Blenda ternária de PEAD e PP com PS via compatibilização reativa por Friedel-Crafts
Registro en:
CARVALHO, Vinicius Luiz de. Blenda ternária de PEAD e PP com PS via compatibilização reativa por Friedel-Crafts. 2015. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2015.
Autor
Carvalho, Vinícius Luiz de
Institución
Resumen
The reactive compatibilization of Friedel-Crafts has been applied in binary blends of
polyolefins and polystyrene aiming reuse of post consumer polymers. The chemical
route is solely applied at pairs polymeric. In this work, the Friedel-Crafts alkylation
reaction, catalyzed with aluminum chloride, was employed by the first time as
chemical route in the in situ compatibilization for a ternary blend of high density
polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) with polystyrene (PS). Two
compositions – 50/30/20 and 40/40/20 – with pure homopolymers were studied in
echo to fraction of local plastics post-consumer. The graft of alkyl groups in benzene
ring of PS was accessed by a combination of Fourier transform infrared
spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance (NMR). At first, the reactive
compatibilization was indirectly determined through the absorbance indices in the
linkages of aromatic ring. In the second group of spectrums the benzene ring psubstitution
is directly detected and quantified. The changes caused in
morphological structure were observed by electronic microscopic (FEG) together
with the analyses on particle size (ImageJ software). The thermal characterization
via differential scanning calorimetry (DSC) and gravimetric analysis (TGA), more the
mechanic properties extracted by tensile test corroborate the effects of a
compatibilized agent in comparison to physical blends. The Soxhlet extraction
allowed quantify a mass ratio on the compatibilized agent formed. After the phase of
PS had extracted by solvent of physical and reactive blends, the absorbance indices
detected the presence of the aromatic ring in the reactive samples more than in the
physical ones. NMR spectrums identified the signs of the p-substitution plus the
signs of specimens arising from of reactive compatibilization. With the increase on
the concentration of catalyst the amount of compatibilizer increased followed by a
larger degradation in the chains of PS and PP. The morphology imposed by the
reactive synthesis shifts the PS domains on the PP phase to HDPE phases,
implying preference of HDPE-g-PS copolymer in relationship at the PP-g-PS.
Nevertheless, the FTIR and DSC of the residual of soxhlet extraction revealed that
the compatibilizer had in your chemical structure more PP segments than HDPE,
what could not be proved by the NMR. There was an 80% of reduction in PS
domain after the reactive compatibilization in 0,3 % at mass of catalyst amount. The
DSC showed migration of PEAD and PP polymer chains to the copolymerized
agents. Improves in the thermal parameters indicated a delay at sliding of the
interfaces caused through anchoring effects of the compatibilizer. The mechanical
variables proved the relationship between the amount of catalyst and the emulsion
curve obtained by quantitative analyses on ImageJ software. With 0,3% of catalyst
there was improves for elongation at break, tensile strength, toughness and elastic
modulus. The investigation proved the availability of the Friedel-Crafts reaction in
compatibilization of ternary blends, having the NMR as the best technique to
characterization of the material. A compatibilização reativa de Friedel-Crafts é aplicada a blendas de poliolefinas e
poliestireno visando à reutilização de polímeros pós-consumo. A rota, pouco
abordada na literatura, é aplicada somente a pares poliméricos. Neste trabalho, a
alquilação de Friedel-Crafts, catalisada com cloreto de alumínio, foi utilizada pela
primeira vez como rota química de compatibilização in situ para uma blenda
ternária de polietileno de alta densidade (PEAD) e polipropileno (PP) com
poliestireno (PS). Duas composições – 50/30/20 e 40/40/20 – foram estudadas em
eco às frações plásticas encontradas nas usinas de reciclagem. O enxerto de
grupos alquila no anel aromático do PS foi verificado por uma combinação das
técnicas de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e
ressonância magnética nuclear (RMN). Na primeira a compatibilização reativa foi
indiretamente aferida através dos índices de absorbância das ligações no anel
benzênico. Na segunda, a p-substituição foi detectada diretamente e quantificada.
As alterações causadas no arranjo morfológico foram observadas via microscopia
eletrônica por emissão de campo (FEG) junto da análise do tamanho de partículas
(software ImageJ). A caracterização térmica por calorimetria diferencial exploratória
(DSC) e termogravimétrica (TGA) mais as propriedades mecânicas extraídas do
ensaio de tração corroboraram os efeitos do agente compatibilizante em
comparação às blendas não reativas. A extração Soxhlet permitiu uma relação
mássica da quantidade de compatibilizante formado. Após a fase PS ter sido
extraída por solvente das blendas físicas e reativas, os índices de absorbância
detectaram a presença de mais anéis aromáticos nas amostras reativas do que nas
físicas. Os espectros de RMN captaram sinais da p-substituição mais os picos das
espécies resultantes da compatibilização. Com o aumento na concentração de
catalisador a quantidade de compatibilizante aumentou, seguido pela maior
degradação de PS e PP. A morfologia imposta pela síntese reativa deslocou os
domínios dispersos de PS da fase PP para a fase PEAD indicando a preferência do
copolímero PEAD-g-PS em relação ao PP-g-PS. Todavia, o FTIR e DSC do
material residual da extração Soxhlet indicaram que o compatibilizante tem em sua
estrutura química mais segmentos PP do que de PEAD, o que não pôde ser
comprovado via RMN. Houve redução de 80% dos domínios PS após a
compatibilização reativa na menor quantidade de catalisador utilizado, 0,3% em
massa. O DSC indicou a migração de cadeias de PEAD e PP para os agentes
copolimerizados. As melhoras nos parâmetros térmicos revelaram um atraso no
deslizamento das interfaces provocado pelo efeito de ancoração do
compatibilizante. As variáveis mecânicas constataram um ponto ótimo, 0,3% de
catalisador, onde houve melhoras para elongação na ruptura, tenacidade,
resistência à tração e módulo elástico. A investigação comprovou a viabilidade da
reação de Friedel-Crafts na compatibilização da blenda ternária, tendo o RMN
como melhor técnica de investigação. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior