Incorporação de nanopartículas em poliésteres de base natural

Abstract

O principal objetivo deste trabalho prende-se com o melhoramento das propriedades de resinas de poliésteres insaturados (UPRs) através da incorporação de nanopartículas. Foram desenvolvidas UPRs a partir de poliésteres insaturados (UPs) sintetizados com monómeros de origem renovável e, tendo-se substituído parcialmente o estireno por reticulantes de base natural (RBN), preparados ao longo do trabalho. Diferentes nanopartículas (nanoargila (MMT), nanosílica (NS) e carbonato de cálcio nanoprecipitado (NPCC)) foram depois adicionadas às UPRs e a sua influência nas propriedades termomecânicas das mesmas foi avaliada. Os UPs e os RBN foram caracterizados quimicamente (FTIR, 1H RMN) e termicamente (TGA, DSC, DMTA). Relativamente aos nanocompósitos, estes foram caracterizados em termos de teor em gel e propriedades termomecânicas, avaliadas por análise dinâmica termomecânica (DMTA). Os resultados da análise química mostraram que tanto os UPs como os RBN foram sintetizados com sucesso. Nos UPs, verificou-se que a alteração de um dos monómeros na formulação não afeta significativamente a sua estabilidade térmica e observou-se que estes são estáveis até cerca de 200ºC. Para os RBN, verificou-se a sua estabilidade térmica até valores entre os 150 e os 170ºC. No desenvolvimento dos nanocompósitos sem RBN, constatou-se que a incorporação dos aditivos nanométricos não adicionou mudanças significativas às suas propriedades termomecânicas, sendo a Tg da UPR1 e respetivos nanocompósitos de 100ºC e da UPR2 e respetivos nanocompósitos de 60ºC. Quanto aos nanocompósitos desenvolvidos com os RBN, verificou-se um aumento no valor da Tg com a adição das nanopartículas. Relativamente ao módulo de elasticidade, no geral, observou-se que a incorporação das nanopartículas aumentou a elasticidade dos nanocompósitos. Verificou-se que os nanocompósitos desenvolvidos com o poliéster UPT1 foram os que apresentaram melhores propriedades termomecânicas. Em relação às nanopartículas incorporadas, devido à semelhança de resultados não foi possível concluir qual a que induz melhores propriedades aos poliésteres em estudo.

The main objective of this work is the incorporation of nanoparticles in the unsaturated polyester resins (UPRs) in order to improve their properties. In UPR formulations, unsaturated polyesters (UPs) were synthesized with renewable monomers and, styrene was partially replaced by natural based crosslinkers (RBN). Different nanoparticles (nanoclay (MMT), nanosilica (NS) and nanoprecipitated calcium carbonate (NPCC)) were added to the UPRs and influence of these components was evaluated regarding the thermomechanical properties. Both formulations (UPs and RBN) were chemically (FTIR, 1H RMN) and thermally (TGA, DSC, DMTA) characterized. The nanocomposites were characterized in terms of gel content and thermomechanical properties, evaluated by dynamic mechanical and thermal analysis (DMTA). The chemical analysis, showed that both UPs and RBN were successfully synthesized. UPs were also analyzed by TGA and DSC showing that the replacement of a monomer in the UPs formulation, didn’t significantly affect their structure. Both polyesters, showed to be thermally stable up to 200ºC. For RBN, it was also observed thermal stability values ranging between 150 and 170ºC. The incorporation of nanosized additives in nanocomposites without crosslinkers didn’t change significantly their thermal properties. The glass transition temperatures (Tg) of UPR1 and respective nanocomposite were around 100ºC and the UPR2 and respective nanocomposites showed Tg values of 60ºC. For the nanocomposites with RBN, an increase in the Tg value was observed. On the other hand, in general, nanocomposites without nanoparticles led to an increase in the elastic modulus values. Generally, the nanocomposites synthetized with UPR1 presented better thermomechanical properties. Due to the similar behavior exhibited by the different nanoparticles, it was not possible to choose one specific to improve the properties of the studied polyesters.