Fotodegradação e fotoestabilização de filmes de nanocompósitos de PEAD/h-BN - Kalupgian, Cristiane Doria (2022)
Este trabalho refere-se ao estudo de fotodegradação de nanocompósitos a base de polietileno de alta densidade - PEAD e nanofolhas de nitreto de boro hexagonal (h-BN) com e sem a presença de aditivos estabilizantes, a fim de se obter informações sobre os mecanismos de degradação quando estes são expostos a radiação ultravioleta. O h-BN foi produzido por esfoliação líquida usando uma mistura de IPA/água e equipamento de ultrassom de ponteira. O material antes e após esfoliação foi caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM), Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia Raman. A partir da esfoliação, foi obtido nanofolhas de h-BN multicamadas (6 a 15 camadas empilhadas) e tamanho lateral com uma maior frequência entre 75 e 200 nm. Foram preparados masterbatches via mistura no estado fundido dos aditivos: a) antioxidantes – AOX: mistura contendo 80% de Irgafos 168 + 20% de Irganox 1076, b) absorvedor de UV - UV: Tinuvin 326, c) Amina estericamente impedida – HALS, do inglês hindered amine light stabilizer: Tinuvin 622 SF, bem como do h-BN com concentrações em massa de 5%, usando o PEAD como veículo. Utilizando uma extrusora dupla rosca, foram preparadas as misturas de PEAD aditivadas com 0,2% absorvedor UV, 0,4% HALS e 0,2% antioxidantes (PEAD – C1 ; PEAD/AOX – C2; PEAD/UV/AOX – C3; PEAD/HALS/AOX – C4; PEAD/UV/HALS/AOX – C5) e dos nanocompósitos (PEAD/h-BN – C6 ; h-BN/AOX – C7; h-BN UV/AOX – C8; h-BN /HALS/AOX – C9; h-BN/UV/HALS/AOX – C10). Uma segunda extrusão foi realizada para a produção dos filmes em extrusora monorosca com matriz de perfil plano. As amostras foram expostas à radiação UV em câmara de envelhecimento acelerado por até 4 semanas. Posteriormente, foram coletadas em diferentes tempos de exposição e caracterizadas por Espectroscopia no Infravermelho por Reflexão Total Atenuada (FTIR-ATR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia por UV-Vis e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados indicaram que as amostras referências e os nanocompósitos contendo o aditivo HALS (C4, C5, C9 e C10) ganharam destaque com a menor formação de cristalinidade secundária em comparação ao puro apresentada pelo DSC, indicando que houve um menor número de cisões e geraram menos grupos carbonila como foi mostrado pelos espectros de FTIR-ATR. Também tiveram mínimas alterações na morfologia após as 4 semanas de exposição UV. Somente as composições com UV/AOX (C3 e C8) desenvolveram um comportamento não esperado e semelhante ao PEAD após 4 semanas, comprovando pelo UV-Vis que o Tinuvin 326 foi consumido durante a exposição. O desempenho do h-BN acelerou o processo fotodegradativo, já que todos os 9 nanocompósitos sem o HALS (C6, C7 e C8) apresentaram maiores formações de quimio cristalização e elevados índices de carbonila com uma maior formação de grupos carboxílicos, indicando uma tendência a reações de cisões-β e/ou Norrish tipo I e II. Tal comportamento apenas mudou com a presença de HALS nas composições, o qual fotoestabilizou o nanocompósito de maneira eficaz. De acordo com a literatura, sugere-se que a ação do h-BN como catalisador na fotodegradação do PEAD pode ser explicada pela presença de metais no h-BN e/ou pela formação de óxido de boro após o envelhecimento. Este nanocompósito tem um grande potencial para aplicações em embalagens plásticas, as quais degradariam mais rapidamente e assim, contribuiria na diminuição da quantidade de resíduos plásticos persistentes no meio ambiente.