Recycled bottle-grade poly(ethylene terephthalate) based nanocomposites with organo-modified montmorillonite

O estudo de nanocompósitos de poli(tereftalato de etileno) reciclado (PETr), principal objeto deste trabalho, foi dividido em duas partes. Preliminarmente, foram preparados nanocompósitos de PETr, com diversos teores (1, 3 e 5% em massa) de montmorilonita organicamente modificada (MMTm), pelo método de intercalação no estado fundido, em uma extrusora de dupla rosca corotacional à velocidade de 250 rpm. Buscando um melhor entendimento sobre as implicações que envolvem a preparação de nanocompósitos com respeito ao sistema PETr/MMTm disponível comercialmente, na segunda parte deste estudo, além de diferentes teores (neste caso 2,5 e 5,0%), distintas velocidades da rosca foram também utilizadas (250 e 150 rpm). Adicionalmente, para efeitos comparativos, foram ainda processados nanocompósitos com equivalentes formulações, porém com matriz de PET virgem. Como na primeira parte, a morfologia dos corpos de prova moldados por injeção foi avaliada por difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). As propriedades térmicas e mecânicas dos nanocompósitos obtidos foram então analisados por calorimetria diferencial exploratória (DSC) e testes de impacto e tração. As imagens de MET mostraram uma morfologia mista exibindo lamelas intercaladas e também algumas esfoliadas. Uma pequena quantidade de agregados pôde também ser observada. Teores mais elevados de MMTm conduziram a valores mais altos de cristalização desenvolvida dentro do molde de injeção, o que indica que a MMTm atuou como agente nucleante como ficou evidenciado pela diminuição e pelo aumento das temperaturas de cristalização, a frio e a partir do fundido, respectivamente, nos nanocompósitos resultantes. Os valores máximos para o módulo de Young foram observados nos nanocompósitos contendo 5% de MMTm processados a 150 rpm. A análise morfológica efetivamente revelou um maior grau de esfoliação para os nanocompósito baseados em matriz de PET virgem. Contudo a termo-estabilidade dos nanocompósitos de PETr, durante o processo de injeção, foi relativamente superior àquela mostrada pelos de PET virgem. A obtenção de nanocompósitos de PET reciclado (com vistas a futuras aplicações de engenharia) mostrou-se viável, mesmo quando comparada à de nanocompósitos com matriz do material virgemThe study of the recycled poly(ethylene terephthalate) (rPET) nanocomposites, which was the main object of this work, has been divided into two parts. At first, nanocomposites of rPET with several amounts (1, 3 and 5wt.%) of an organic modified montmorillonite (mMMT) were prepared by direct melt intercalation process in a co-rotating twin-screw extruder at 250 rpm. In order to obtain a better understanding about the implications that involve the preparation of nanocomposites regarding the system rPET and a commercial mMMT, in the second part of this study, besides different amounts of mMMT (2.5 and 5.0% in this case), different screw rotation speed (250 and 150 rpm) were also used. In addition, as a reference, nanocomposites with the same formulations but with virgin PET matrix were also processed. As in the first part, the morphology of the injection-molded formulations was evaluated by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Thermal and mechanical properties of the resulting nanocomposites were then analyzed by differential scanning calorimetry (DSC), tensile and impact tests. The TEM images showed a mixed morphology with intercalated and some exfoliated platelets, a little amount of aggregated platelets could also be observed. Higher concentrations of mMMT led to higher values of crystallization into the mold. This indicates that mMMT actuated as nucleating agent, as evidenced by a decrease and an increase in both cold and melt crystallization temperatures in the obtained nanocomposites, respectively. Maximum enhancement in Young's modulus was observed in the nanocomposites containing 5 wt% of mMMT processed at 150 rpm. The morphological analysis has effectively revealed a better degree of exfoliation for the nanocomposites based in virgin PET matrix. However, the thermal stability of the rPET nanocomposites, during de injection-molding process, was relatively better than those of the virgin PET. The obtaining of rPET nanocomposites, having in mind future engineering applications showed availability even when compared with virgin material nanocomposite