Estudo da funcionalização do grafeno como via para compatibilização com a matriz de poli(tereftalato de etileno)

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência do grau de oxidação, da concentração e da funcionalização do óxido de grafeno (OG) na obtenção de nanocompósitos com matriz de poli(tereftalato de etileno). Para tanto, foram obtidos óxidos de grafeno via método de Hummers modificado, com tempo de reação de oxidação de 3 e 6 horas (OG3 e OG6) e os óxidos de grafeno funcionalizado com grupos amina/amida e magnetita oxidados por 3 e 6 horas (OGF3 e OGF6). Os nanomateriais foram produzidos utilizando o método de deposição sólido-sólido (solid solid deposition), com a roto-evaporação da suspensão das nanocargas em contato com o PET, seguido de intercalação por fusão em extrusora dupla rosca. O processamento foi realizado com 3 concentrações distintas de cada nanocarga (0,05%, 0,1% e 0,2% em massa), assim como com o polímero puro na mesma condição para fins de comparação. A caracterização do óxido de grafeno e do óxido de grafeno funcionalizado evidenciou a oxidação do grafite e funcionalização do OG. Os nanocompósitos foram avaliados por meio das análises de tração, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e ensaios reológicos de varredura em regime estacionário e oscilatório. Em geral, foram observadas melhorias nas propriedades mecânicas, sendo mais evidentes ao se utilizar como nanocarga o OGF3 e concentração de 0,1%, que resultou no aumento de cerca de 17% no módulo de elasticidade, 87% de deformação na ruptura, 38% de tensão máxima e 256% de tenacidade em relação ao PET puro roto-processado. A análise de DSC mostrou um incremento na temperatura de cristalização dos nanocompósitos de até 4ºC, indicando que a carga atua como agente de nucleação. Os ensaios reológicos apresentaram um aumento da viscosidade e da viscosidade complexa em relação ao PET puro roto-processado. A caracterização dos nanocompósitos foi realizada a partir das análises de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e ângulo de contato. Os testes indicaram que melhores dispersões foram obtidas para concentrações de até 0,1% da carga, pois em teores mais elevados foi observada a formação de aglomerados e consequentemente, menor interação com a matriz. Foi constatado que as propriedades podem ser ajustadas de acordo com o teor da carga, nível de oxidação e funcionalização, sendo observada a existência de um limite a partir do qual o aumento do teor de cargas e de grupos funcionais podem ser prejudiciais à dispersão. Portanto, as melhorias obtidas estão associadas ao aumento da dispersão carga-matriz, proporcionado pelo método de produção dos nanocompósitos, funcionalização e concentração adequada da nanocarga.