Influência das condições de mistura e dos teores de Acetato de Vinila e de argila nas propriedades de nanocompósitos de EVA/montmorilonita organofílica

Abstract

O copolímero Etileno Acetato de Vinila (EVA) é uma poliolefina utilizada principalmente em filmes para embalagens, onde a sua flexibilidade, tenacidade, elasticidade e transparência são atributos desejáveis. As propriedades mecânicas, térmicas e de barreira do EVA podem ser melhoradas pela incorporação de cargas inorgânicas. O EVA apresenta polaridade variável de acordo com o teor de Acetato de Vinila, o que promove a viabilidade para obtenção de nanocompósitos com argilas organicamente modificadas, tornando desnecessária a adição de agentes compatibilizantes. Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de EVA e montmorilonita organofílica comercial pelo método de intercalação do fundido em um reômetro de torque, com rotores tipo roller, a 150°C durante 10minutos, com monitoramento do torque em função do tempo. A fim de investigar a influência da polaridade do EVA, da concentração da argila e das condições de processamento nas características dos nanocompósitos, variou-se a concentração de Acetato de Vinila (19% e 28%), o teor de argila (2% e 5%) e a velocidade de rotores (60 rpm e 100 rpm). Foram avaliadas a estrutura da argila, a estabilidade térmica e as propriedades mecânicas e de barreira dos nanocompósitos, mediante as técnicas de difração de raios X, análise termogravimétrica, ensaio de tração e análises de taxa de permeabilidade ao oxigênio e ao vapor d’água. A partir dos dados de permeabilidade foi aplicado o modelo de Nielsen para avaliar o grau de esfoliação da argila. Dentre os principais resultados com o planejamento fatorial destacam-se: (a) o aumento da polaridade do EVA aumentou a permeabilidade ao oxigênio e ao vapor d’água dos materiais; (b) o teor de argila não modificou a estabilidade térmica dos nanocompósitos e a estrutura da argila; (c) o aumento da concentração da argila aumentou o módulo elástico, reduziu a deformação de ruptura e reduziu significativamente o coeficiente de permeabilidade ao oxigênio e ao vapor d’água; (d) o fator rotação não implicou em alterações significativas em nenhuma das respostas avaliadas.The copolymer Ethylene Vinyl Acetate (EVA) is a polyolefin used mainly in packaging films, where its flexibility, toughness, elasticity and transparency are desirable attributes. The mechanical, thermal and barrier properties of EVA can be improved by the incorporation of inorganic fillers. Its polarity varies according to the content of Vinyl Acetate, which allows for nanocomposites to be obtained with organically modified clay, with no need to add compatibilizing agents. In this work nanocomposites of EVA and commercial organophilic montmorillonite were prepared by melt intercalation in a torque rheometer with rotors roller type, at 150°C for 10 minutes, monitoring the torque versus time. The concentration of Vinyl Acetate (19% and 28%), clay content (2% to 5%) and the rotors rotation (60 rpm to 100 rpm) were varied in order to investigate their influence on the characteristics of the nanocomposites. The clay structure, thermal stability, mechanical and barrier properties of the nanocomposites were evaluated by X-ray diffraction, thermal analysis, tensile testing, oxygen and water vapor transmission rates. Based on the permeability data, Nielsen´s model was applied to assess the degree of clay exfoliation. The main results obtained from the factorial design are: (a) increasing the polarity of EVA led to an increase in the permeability to oxygen and water vapor of the material, (b) the clay content did not change the clay structure or the thermal stability of the nanocomposites, (c) increasing the concentration of clay increased the elastic modulus, decreased the elongation at break and significantly reduced the coefficient of permeability for oxygen and water vapor, (d) the rotation factor did not result in significant changes in any of the evaluated responses.