Comportamento térmico de compósitos PS-HDL (Mg-Al) modificados com DBS e SDS
Thermal behavior of composites of PS-LDH (Mg-Al) modified with SDB and SDS
Dominguini, Lucas; Rosa, Renata Guidi da; Martinello, Karina; Pizzolo, Juliana Pavei; Fiori, Márcio Antônio
http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.1581
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.25, nSuppl, p.25-30, 2015
Resumo
Hoje em dia é crescente a quantidade de estudos envolvendo a utilização de cargas ou aditivos nos materiais poliméricos, em especial no poliestireno, a fim de atuar como retardante de chama. Partindo desse princípio, este trabalho compara o comportamento térmico dos compósitos de poliestireno/hidróxido duplo lamelar magnésio-alumínio (PS-HDL [Mg-Al]) em relação ao poliestireno puro. Os compostos foram preparados com HDL, quimicamente modificado com dodecil sulfato de sódio (SDS-Na) ou com dodecilbenzeno sulfonato de sódio (DBS-Na). A síntese desses aditivos (HDL-SDS e HDL-DBS) foi feita pelo método de coprecipitação e inseridos no PS via solubilização em clorofórmio. Os compostos foram caracterizados por difratometria de raios-X e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, onde o primeiro comprovou a intercalação do DBS/SDS com o HDL e o segundo confirmou a presença dos grupos característicos no HDL. Através da análise termogravimétrica, avaliaram-se as propriedades térmicas do compósito. Os resultados mostraram que o PS-HDL modificado comporta-se melhor que o PS puro, pois apresenta maior estabilidade térmica. Comparando-os em uma perda de massa de 50%, o PS-HDL-SDS apresentou resultado superior ao PS puro, com um ganho de aproximadamente 44 ºC na temperatura de decomposição térmica.
Palavras-chave
comportamento térmico, poliestireno, hidróxido duplo lamelar, modificação química.
Abstract
Nowadays there is an increasing number of studies involving the use of fillers or additives for polymeric materials, in particular polystyrene, as flame retardants. Starting from this principle, this paper compares the thermal performance of composites of polystyrene/double layered magnesium-aluminium hydroxide (PS-LDH [Mg-Al]) compared to pure polystyrene. Compounds were prepared with LDH, chemically modified with sodium dodecyl sulphate (SDS-Na) or sodium dodecylbenzene sulfonate (SDB-Na). The synthesis of these additives (SDS-LDH and SDB-LDH) was carried out by the coprecipitation method and inserted via the PS dissolution in chloroform. The compounds were characterized by X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy, where the first method proved the intercalation of the SBD/SDS with LDH and the second confirms the presence of the characteristic groups in LDH. Thermal properties of the composite were evaluated by thermo gravimetric analysis. The results showed that the modified PS-LDH behaves better than pure PS, it has higher thermal stability. Comparing them in a mass loss of 50%, the PS-LDH-SDS showed better results compared to pure PS, with a gain of approximately 44 ºC in the thermal decomposition temperature.
Keywords
thermal behavior, polystyrene, lamellar double hydroxide, chemical modification.
References
1. Canevarolo, S. V., Jr. (2006). Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artliber.
2. Xia, Y., Mao, Z., Jin, F., Guan, Y., & Zheng, A. (2014). Synthesis of 1-hydroxy ethylidene-1,1-diphosphonic ammonium and the promise of this ammonium salt as an intumescent flame retardant in polystyrene. Polymer Degradation & Stability, 102(4), 186-194. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.011.
3. Kuljanin-Jakovljevic, J., Marinovic´-Cincovic, M., Stojanovic´, Z., Krkljes, A., Abazovic, N. D., & Comor, M. I. (2009). Thermal degradation kinetics of polystyrene/cadmium sulfide composites. Polymer Degradation & Stability, 94(6), 891-897. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.03.004.
4. Becker, C. M., Gabbardo, A. D., Wypych, F., Amico S. C. (2009). Estudo das características mecânicas e de imflamabilidade de compósitos Epóxi/HDL. In Anais do 10º congresso Brasileiro de Polímeros (pp. 1-10). Foz do Iguaçú: ABPol.
5. Gallo, J. B., & Agnelli, A. M. (1998). Aspecto do comportamento térmico dos polímeros em condições de incêndio. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 8(1), 23-38. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14281998000100005.
6. Mouritz, A. P., & Gibson, A. G. (2006). Fire properties of polymer composite materials. Ontario: Springer.
7. Martínez, D. R., & Carbajal, G. G. (2010). Hidróxidos dobles laminares: arcillas sintéticas con aplicaciones en nanotecnología. Avances en Química, 7(1), 87-99.
8. Taviot-Gueho, C., Illaik, A., Vuillermoz, C., Commereuc, S., Verney, V., & Leroux, F. (2007). LDH-dye hybrid material as coloured filler into polystyrene: structural characterization and rheological properties. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(5-6), 1140-1146. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.03.003.
9. Matusinovic, Z., Lu, H., & Wilkie, C. A. (2012). The role of dispersion of LDH in fire retardancy: the effect of dispersion on fire retardant properties of polystyrene/Ca-Al layered double hydroxide nanocomposites. Polymer Degradation & Stability, 97(9), 1563-1568. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2012.07.020.
10. Crepaldi, E. L., & Valim, J. B. (1998). Hidróxidos duplos lamelares: síntese, estrutura, propiedades e aplicações. Quimica Nova, 21(3), 300-311. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40421998000300011.
11. Zammarano, M., Franceschi, M., Bellayer, S., Gilman, J. W., & Meriani, S. (2005). Preparation and flame resistance properties of revolutionary self-extinguishing epoxy nanocomposites based on layered double hydroxides. Polymer, 46(22), 9314-9328. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.07.050.
12. Félix, T. (2010). Produção de compósitos e nanocompósitos de poliestireno de alto impacto com propriedades antichamas (Dissertação de mestrado). Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.
13. Botan, R., Nogueira, T. R., & Lona, L. M. F. (2011). Síntese e caracterização de nanocompósitos esfoliados de poliestireno: hidróxido duplo lamelar via polimerização in situ. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 21(1), 34-38. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282011005000017.
14. Ding, P., & Qu, B. (2005). Synthesis and characterization of exfoliated polystyrene/ZnAl layered double hydroxide nanocomposite via emulsion polymerization. Journal of Colloid and Interface Science, 291(1), 13-18. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2005.08.056. PMid:16165142.
15. Bujdosó, T., Hornok, V., & Dékány, I. (2011). Thin films of layered double hydroxide and silver-doped polystyrene particles. Applied Clay Science, 51(3), 241-249. http://dx.doi.org/10.1016/j.clay.2010.11.026.
16. Zhao, C., Qin, H., Gong, F., Feng, M., Zhang, S., & Yang, M. (2005). Mechanical, thermal and flammability properties of polyethylene/clay nanocomposites. Polymer Degradation & Stability, 87(1), 183-189. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.08.005.
17. Qiu, L., Chen, W., & Qu, B. (2005). Structural characterisation and thermal properties of exfoliated polystyrene/ZnAl layered double hydroxide nanocomposites prepared via solution intercalation. Polymer Degradation & Stability, 87(3), 433-440. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.09.009.
18. Nyambo, C., Kandare, E., Wang, D., & Wilkie, C. A. (2008). Flame-retarded polystyrene: Investigating chemical interactions between ammonium polyphosphate and MgAl layered double hydroxide. Polymer Degradation & Stability, 93(9), 1656-1663. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2008.05.029.
19. Duarte de Farias, A. M., Fraga, M. A., Oliveira, R. B., & Oliveira, M. G. (2010). Propriedades mecânicas e térmicas de nanocompósitos de polipropileno e hidróxidos duplos lamelares. In Anais 19º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais (pp. 8413-8420). Campos do Jordão: CBECiMat.
20. Leroux, F., Meddar, L., Mailhot, B., Morlat-Thérias, S., & Gardette, J. (2005). Characterization and photooxidative behaviour of nanocomposites formed with polystyrene and LDHs organo-modified by monomer surfactant. Polymer, 46(11), 3571-3578. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.03.044.
21. Wang, L., Su, S., Chen, D., & Wilkie, C. A. (2009). Variation of anions in layered double hydroxides: effects on dispersion and fire properties. Polymer Degradation & Stability, 94(5), 770-781. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.02.003.
2. Xia, Y., Mao, Z., Jin, F., Guan, Y., & Zheng, A. (2014). Synthesis of 1-hydroxy ethylidene-1,1-diphosphonic ammonium and the promise of this ammonium salt as an intumescent flame retardant in polystyrene. Polymer Degradation & Stability, 102(4), 186-194. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.011.
3. Kuljanin-Jakovljevic, J., Marinovic´-Cincovic, M., Stojanovic´, Z., Krkljes, A., Abazovic, N. D., & Comor, M. I. (2009). Thermal degradation kinetics of polystyrene/cadmium sulfide composites. Polymer Degradation & Stability, 94(6), 891-897. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.03.004.
4. Becker, C. M., Gabbardo, A. D., Wypych, F., Amico S. C. (2009). Estudo das características mecânicas e de imflamabilidade de compósitos Epóxi/HDL. In Anais do 10º congresso Brasileiro de Polímeros (pp. 1-10). Foz do Iguaçú: ABPol.
5. Gallo, J. B., & Agnelli, A. M. (1998). Aspecto do comportamento térmico dos polímeros em condições de incêndio. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 8(1), 23-38. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14281998000100005.
6. Mouritz, A. P., & Gibson, A. G. (2006). Fire properties of polymer composite materials. Ontario: Springer.
7. Martínez, D. R., & Carbajal, G. G. (2010). Hidróxidos dobles laminares: arcillas sintéticas con aplicaciones en nanotecnología. Avances en Química, 7(1), 87-99.
8. Taviot-Gueho, C., Illaik, A., Vuillermoz, C., Commereuc, S., Verney, V., & Leroux, F. (2007). LDH-dye hybrid material as coloured filler into polystyrene: structural characterization and rheological properties. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(5-6), 1140-1146. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.03.003.
9. Matusinovic, Z., Lu, H., & Wilkie, C. A. (2012). The role of dispersion of LDH in fire retardancy: the effect of dispersion on fire retardant properties of polystyrene/Ca-Al layered double hydroxide nanocomposites. Polymer Degradation & Stability, 97(9), 1563-1568. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2012.07.020.
10. Crepaldi, E. L., & Valim, J. B. (1998). Hidróxidos duplos lamelares: síntese, estrutura, propiedades e aplicações. Quimica Nova, 21(3), 300-311. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40421998000300011.
11. Zammarano, M., Franceschi, M., Bellayer, S., Gilman, J. W., & Meriani, S. (2005). Preparation and flame resistance properties of revolutionary self-extinguishing epoxy nanocomposites based on layered double hydroxides. Polymer, 46(22), 9314-9328. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.07.050.
12. Félix, T. (2010). Produção de compósitos e nanocompósitos de poliestireno de alto impacto com propriedades antichamas (Dissertação de mestrado). Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.
13. Botan, R., Nogueira, T. R., & Lona, L. M. F. (2011). Síntese e caracterização de nanocompósitos esfoliados de poliestireno: hidróxido duplo lamelar via polimerização in situ. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 21(1), 34-38. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282011005000017.
14. Ding, P., & Qu, B. (2005). Synthesis and characterization of exfoliated polystyrene/ZnAl layered double hydroxide nanocomposite via emulsion polymerization. Journal of Colloid and Interface Science, 291(1), 13-18. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2005.08.056. PMid:16165142.
15. Bujdosó, T., Hornok, V., & Dékány, I. (2011). Thin films of layered double hydroxide and silver-doped polystyrene particles. Applied Clay Science, 51(3), 241-249. http://dx.doi.org/10.1016/j.clay.2010.11.026.
16. Zhao, C., Qin, H., Gong, F., Feng, M., Zhang, S., & Yang, M. (2005). Mechanical, thermal and flammability properties of polyethylene/clay nanocomposites. Polymer Degradation & Stability, 87(1), 183-189. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.08.005.
17. Qiu, L., Chen, W., & Qu, B. (2005). Structural characterisation and thermal properties of exfoliated polystyrene/ZnAl layered double hydroxide nanocomposites prepared via solution intercalation. Polymer Degradation & Stability, 87(3), 433-440. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.09.009.
18. Nyambo, C., Kandare, E., Wang, D., & Wilkie, C. A. (2008). Flame-retarded polystyrene: Investigating chemical interactions between ammonium polyphosphate and MgAl layered double hydroxide. Polymer Degradation & Stability, 93(9), 1656-1663. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2008.05.029.
19. Duarte de Farias, A. M., Fraga, M. A., Oliveira, R. B., & Oliveira, M. G. (2010). Propriedades mecânicas e térmicas de nanocompósitos de polipropileno e hidróxidos duplos lamelares. In Anais 19º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais (pp. 8413-8420). Campos do Jordão: CBECiMat.
20. Leroux, F., Meddar, L., Mailhot, B., Morlat-Thérias, S., & Gardette, J. (2005). Characterization and photooxidative behaviour of nanocomposites formed with polystyrene and LDHs organo-modified by monomer surfactant. Polymer, 46(11), 3571-3578. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.03.044.
21. Wang, L., Su, S., Chen, D., & Wilkie, C. A. (2009). Variation of anions in layered double hydroxides: effects on dispersion and fire properties. Polymer Degradation & Stability, 94(5), 770-781. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.02.003.
Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn
Mendeley
StumbleUpon
CiteULike
Reddit
Email