Study of the barrier properties of films from nanocomposites of the blend of HDPE/LLDPE and organophilic montmorillonite

O trabalho teve como objetivo estudar o desempenho de filmes flexíveis de nanocompósitos visando aplicação na área de embalagens. Partindo-se de uma blenda típica do mercado, de polietileno de alta densidade - PEAD, com polietileno de baixa densidade linear - PEBDL, foram preparados nanocompósitos com uma argila montmorilonita organofílica comercial. Na primeira parte experimental foi elaborado, em uma extrusora de dupla rosca, um concentrado ou masterbatch de argila montmorilonita com resina compatibilizante à base de polietileno de baixa densidade linear enxertado com anidrido maléico - PEBDL-AM e partir deste concentrado foram feitos filmes com uma blenda de PEAD e PEBDL com o objetivo de se obter uma estrutura esfoliada da argila na matriz polimérica. A morfologia do concentrado e dos filmes de nanocompósitos foi caracterizada por Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura - MET, bem como foram avaliadas as propriedades de barreira ao gás oxigênio e vapor d'água e as propriedades mecânicas dos filmes produzidos. A partir da análise dos resultados da primeira parte experimental, executou-se a segunda parte experimental, onde se mudaram as condições de processamento e a formulação do masterbatch visando uma melhor dispersão da nanocarga. Novos filmes foram preparados como o masterbatch e a blenda de PEAD e PEBDL e as mesmas propriedades da parte experimental I foram estudadas. As variáveis de processamento do masterbatch e o teor de argila influenciaram a dispersão da argila e os resultados de permeabilidade dos filmes obtidos. O modelo de Nielsen foi aplicado para estimar a razão de aspecto e para entender o grau de esfoliação da argila. Melhorias nas propriedades de barreira foram observadas, o que indica que os sistemas estudados mostram-se promissores para aplicações em embalagens flexíveis.The objective of this work was to study the properties of a flexible film based in nanocomposites for packaging application. Assuming a typical blend of HDPE and LLDPE, nanocomposites were prepared with commercial organophilic clay. In the first experimental part, a masterbatch was prepared from a linear low density polyethylene modified with maleic anhydride and a montmorillonite clay. The masterbatch was diluted in a blend of high density polyethylene (HDPE) with linear low density polyethylene (LLDPE) and films were extruded. The objective was to obtain nanocomposites whitin an exfoliated structure of the clay in the polymer matrix. The nanocomposites morphologies were evaluated by X-ray diffraction and TEM. Besides, the properties of gas barrier to oxygen and water vapor and mechanical properties were also determined. Analyzing the results of the first experimental part, improvement on the clay dispersion based on the processing conditions was expected and the second experimental part was held. The conditions of processing and masterbatch formulation were changed. Dilutions were also made in the blend of HDPE / LLDPE for films preparation and the same properties of the experimental I were studied. Processing conditions and clay content affect the ability of the clay dispersion and the results of permeability. Nielsen's model was applied in order to measure the aspect ratio and to understand the clay exfoliation level. Improvements on the barrier properties were observed and the studied systems were shown to be promising for applications in flexible packaging