Blendas de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) com poliuretano termoplástico (TPU) com fase reticulada preparadas por solução

Abstract

O estudo de blendas poliméricas se expandiu em um grande campo com muitas aplicações diferentes. A mistura de polímeros é um método de baixo custo para alterar diferentes propriedades dos polímeros, como propriedades mecânicas, térmicas, ópticas e elétricas. Alguns parâmetros são primordiais para a determinação dessas propriedades, sendo a morfologia da blenda um dos mais importantes e complexos. Esta pode variar muito e depende basicamente da composição da mistura, da tensão interfacial, das condições de preparo da blenda e das propriedades reológicas dos seus componentes. Quando dois polímeros diferentes são misturados, estes formam mais de uma fase devido a leve interação repulsiva que existe entre seus meros. Quando a mesma mistura de polímeros é reticulada em uma fase, as forças elásticas se desenvolvem e não permitem que isso ocorra. Através da adição de um agente reticulante é possível transformar uma morfologia de fase anteriormente co-contínua em uma morfologia de fase dispersa com a reticulação da fase elastomérica. Assim ocorrerá a dispersão de partículas elastoméricas reticuladas na matriz termoplástica estabilizando a morfologia de fases das blendas. Com isso, muitas pesquisas estão sendo feitas para caracterizar os efeitos dos agentes reticulantes e compatibilizantes nas morfologias das misturas e suas consequências em propriedades. Neste trabalho foram preparadas blendas a partir da mistura em solução de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) com poliuretano termoplástico (TPU), em proporção de 50/50 PVDF/TPU, utilizando a dimetilformamida (DMF) como solvente. Além disso, houve a adição de hexametilenodiamina como agente reticulante com variações de 1, 2 e 4 phr em relação a massa de TPU, com objetivo de promover a reação entre os grupos amino presente no agente e o isocianato encontrado no TPU e assim possibilitar uma maior estabilidade entre as fases. As misturas foram solubilizadas em um frasco reagente em agitação magnética com aquecimento a 170°C por duas horas e meia, com a retirada do solvente feita em estufa por 5 horas. A partir das blendas preparadas foram investigados os efeitos do agente reticulante nas propriedades mecânicas de tração e fluência, térmicas e quantitativas de traços de elementos. Os espectros de FTIR mostraram o surgimento de bandas conforme a adição de hexametilenodiamina, indicando a presença de aminas e ureia nas blendas, afirmando a ocorrência das reações do agente com o isocianato do TPU, confirmando a reticulação. A análise por DSC demonstraram pouca diferença entre as temperaturas de fusão para a fase PVDF das blendas em todas as composições em relação às do polímero puro e diminuição da cristalinidade do PVDF. Conforme foram aumentados os teores de amina, menores os graus de cristalinidade encontrados devido ao aumento de reticulações. O ensaio de tração apresentou que as blendas com 2 e 4 phr do agente tiveram suas propriedades mecânicas reduzidas, já blenda de 1 phr obteve melhores resultados entre todas as composições. No ensaio de fluência, observou-se que o grau de reticulação afetou negativamente a deformação da blenda, limitando sua capacidade de deformação e absorção de energia.

The study of polymeric blends has expanded into a broad field with many different applications. Polymer blending is a cost-effective method of altering various properties of polymers, such as mechanical, thermal, optical, and electrical properties. Several parameters are crucial for determining these characteristics, with blend morphology being one of the most important and complex factors. Blend morphology can vary significantly and depends primarily on the blend composition, interfacial tension, blend preparation conditions, and rheological properties of its components. When two different polymers are mixed, they form more than one phase due to the slight repulsive interaction between their mer units. However, when the same polymer mixture is cross-linked within a phase, elastic forces develop, preventing phase separation. By adding a cross-linking agent, it is possible to transform a previously co-continuous phase morphology into a dispersed phase morphology with the cross-linking of the elastomeric phase. This results in the dispersion of cross-linked elastomeric particles in the thermoplastic matrix, stabilizing the phase morphology of the blends. As a result, extensive research is being conducted to characterize the effects of cross-linking and compatibilizing agents on blend morphologies and their consequences on properties. In this work, blends were prepared from the solution mixture of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and thermoplastic polyurethane (TPU) in a 50/50 PVDF/TPU ratio, using dimethylformamide (DMF) as a solvent. Additionally, hexamethylenediamine was added as a cross-linking agent with variations of 1, 2, and 4 phr relative to the mass of TPU, aiming to promote a reaction between the amino groups present in the agent and the isocyanate groups found in TPU, thus enhancing phase stability. The mixtures were solubilized in a reagent flask under magnetic stirring with heating at 170°C for two and a half hours, followed by solvent removal in an oven for 5 hours. The effects of the cross-linking agent on the mechanical properties of tensile strength and creep, as well as thermal and quantitative trace element properties, were investigated using the prepared blends. FTIR spectra showed the emergence of bands with the addition of hexamethylenediamine, indicating the presence of amines and urea in the blends, confirming the occurrence of reactions between the agent and the TPU isocyanate and thus confirming cross-linking. DSC analysis demonstrated little difference in the melting temperatures of the PVDF phase in the blends for all compositions compared to the pure polymer, indicating low crystallinity of PVDF. As the amine content increased, lower degrees of crystallinity were observed due to increased cross-linking. The tensile test revealed reduced mechanical properties for the blends with 2 and 4 phr of the agent, while the blend with 1 phr showed better results among all compositions. In the creep test, it was observed that the degree of cross-linking negatively affected the blend's deformation, limiting its ability to deform and absorb energy.