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Previous issue date: 2014 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Bentonitas são argilas que tem como seu principal constituinte argilominerais do
grupo da esmectita, predominantemente montmorillonita. De acordo com o cátion
predominante no espaço intercamada da esmectita, a bentonita pode ser classificada como
sódica, cálcica ou magnesiana. Essas argilas possuem vasta aplicação industrial, como fluidos
de perfuração, pelotização, moldes de fundição, dentre outros. Para algumas aplicações mais
específicas e que agregam maior valor ao produto final, como na síntese de nanocompósitos
polímero/argila, faz-se necessário à intercalação de íons orgânicos na intercamada do argilomineral. No Brasil, a produção industrial de argilas organofílicas é pequena e voltada para os mercados de tintas, graxas e resinas de poliéster. Empresas do setor de bentonitas, que ainda não estão produzindo esse tipo de material, vêm mostrando crescente interesse nesta
aplicação. Dentro desse contexto, este trabalho buscou avaliar o potencial da Bentonita
Formosa, uma Mg-bentonita recentemente descrita e relativamente abundante no nordeste do
Brasil, na produção de argilas organofílicas e sua aplicação em síntese de nanocompósitos
polímero/argila. Para isso, foram realizadas sínteses variando a concentração dos íons
surfactantes hexadeciltrimetilamônio (HDTMA+) e dodeciltrimetilamônio (DTMA+) em 0,7,
1,0 e 1,5 vezes o valor de CEC, com tempo de reação de 12 horas e variação de temperatura
de 25 ºC e 80 ºC. A Mg-Bentonita in natura e ativada com carbonato de sódio foi utilizada
como material de partida. Tanto o material de partida como as argilas organofílicas obtidas
foram caracterizadas por DRX, DTA/TG e IV. As argilas que apresentaram melhores
resultados de intercalação foram utilizadas nas proporções de 1%, 3% e 10% para a síntese de
nanocompósitos poli(metacrilato de metila) (PMMA)/argila. As análises de DRX
confirmaram a intercalação dos íons orgânicos no espaço intercamada da Mg-esmectita com e
sem ativação. Com os resultados de IV foi possível observar que a razão de confôrmeros
gauche/trans diminui com o aumento do espaçamento basal. Os resultados de DTA/TG
confirmaram a estabilidade térmica das argilas organofílicas à temperatura máxima de 200
°C, o que possibilita a utilização desse material em síntese de nanocompósitos polímero/argila
obtidos por processo de fusão. A análise de DRX confirmou a intercalação do PMMA no
espaço intercamada da Mg-esmectita em todos os nanocompósitos produzidos. Com as
análises de DSC foi possível observar o aumento da temperatura de transição vítrea para todos
os nanocompósitos, quando comparados com PMMA puro. Com isso, é possível concluir que
a Mg-Bentonita pode ser intercalada com íons alquilamônio, sem a necessidade prévia de
ativação sódica, formando argilas organofílicas, assim como sua utilização em síntese de nanocompósitos. Essa possibilidade de utilização da Mg-bentonita in natura pode representar
uma importante diferença em termos de custos de processo, na comparação com as bentonitas
cálcicas existentes no Brasil, ou mesmo as importadas, que precisam ser ativadas durante o
beneficiamento. Finalmente, acredita-se que a pesquisa deve avançar com a avaliação das
propriedades mecânicas dos nanocompósitos produzidos neste trabalho, visando as diferentes
possibilidades de aplicações desses materiais. / Bentonites are clays whose main constituent is a clay mineral of the smectite group, mainly
montmorillonite. According to the predominant cation that occupies the interlayer space of the
smectite, they can be classified as sodium-, calcium- or magnesian-bentonites. Such clays
have wide industrial applications, such as: drilling fluids, pelletizing, foundry molds, among
others. For some specific applications that add greater value to the final product, as in the
synthesis of polymer/clay nanocomposites, it is necessary to intercalate organic ions in the
interlayer of the clay mineral. In Brazil, industrial production of organoclays is small and
geared towards the markets of paints, greases and polyester resins. Most companies that
exploit bentonites for the traditional uses and do not produce this type of material are showing
increasing interest in this new kind of application. In this context, this study aimed to evaluate
the potential of the Formosa Bentonite in the production of organoclays and its application in
the synthesis of polymer/clay nanocomposites. Formosa is a Mg-bentonite recently described
and relatively abundant in northeastern Brazil. For this purpose, synthesis experiments were
carried out by varying the concentration of two surfactants: hexadecyltrimethylammonium
ions (HDTMA+) and dodecyltrimethylammonium (DTMA+), in the concentrations 0.7, 1.0
and 1.5 times the value of CEC, with reaction time of 12 hours and temperature variation of
25 ºC and 80 ºC. The Mg-bentonite was used as starting material both in natura and activated
with sodium carbonate. Both the starting material and the organoclays obtained were
characterized by XRD, DTA/TG and FTIR. The clays that exhibited better intercalation
results were used in the proportions of 1%, 3% and 10% for further synthesis of the polymer
(PMMA)/clay nanocomposites. The XRD results confirmed the intercalation of organic ions
in the interlayer space of the Mg-smectite, for both in natura and activated samples.
According to FTIR results, it was observed that the ratio of gauche/trans conformers
decreases with the increasing of basal spacing. The results of DTA/TG confirm the thermal
stability of organoclays at a maximum temperature of 200 °C, allowing the use of such
material in the synthesis of polymer/clay nanocomposites obtained by the fusion process.
XRD patterns confirmed the intercalation of PMMA in the interlayer space of the Mgsmectite
for all nanocomposites produced. With the DSC analysis, it was possible to observe
the increase in glass transition temperature for all nanocomposites in comparison with pure
PMMA. Thus, it is possible to conclude that the Mg-bentonite can be intercalated with
alkylammonium ions, without previous sodium activation, forming organoclays, as well as
their use in the synthesis of nanocomposites. This possibility of using natural (non-activated) Mg-bentonite may represent an important difference in terms of process costs, in comparison
with existing Ca-bentonites in Brazil, or even the imported, that need to be activated during
beneficiation. Finally, one believes that the research should proceed with the evaluation of
mechanical properties of the nanocomposites produced in this work, aiming future
possibilities of application for such materials.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpa.br:2011/6371 |
| Date | 21 February 2014 |
| Creators | CAVALCANTE, Manoella da Silva |
| Contributors | ANGÉLICA, Rômulo Simões |
| Publisher | Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica, UFPA, Brasil, Instituto de Geociências |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPA, instname:Universidade Federal do Pará, instacron:UFPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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