Development of multifunctional fluoroelastomers based on nanocomposites

Os polímeros fluorados são conhecidos por suas ótimas propriedades mecânicas, pela alta estabilidade térmica e pela resistência a ambientes químicos agressivos, e por causa destas propriedades são muito utilizados em indústrias automobilística, petroquímica, de manufatura, dentre outras. Para aprimorar as propriedades térmicas e de barreira a gases da matriz polimérica, é muito utilizado a incorporação de nanopartículas nesta matriz, pois após a incorporação o nanocompósito permanece com suas próprias características e adquire novas propriedades devido a presença da nanopartícula. Devido as características dos fluoropolímeros, sua modificação estrutural e morfológica é muito difícil de ser obtida por técnicas tradicionais e para transpor essa dificuldade a radiação ionizante é uma técnica muito utilizada e eficaz para a alteração estrutural de polímeros fluorados. Neste trabalho foram desenvolvidos nanocompósitos poliméricos à base de fluoroelastômero (FKM) incorporado com quatro diferentes nanopartículas: argila Cloisite 15A, POSS 1159, POSS 1160 e POSS 1163. Após obtenção dos filmes de nanocompósitos foi realizado o processo de enxertia de estireno induzida por radiação ionizante, seguida de sulfonação para obtenção de membrana trocadora de íons. O efeito da incorporação de nanopartículas e da radiação ionizante nos filmes desenvolvidos foram caracterizados por difração de raios X, análise térmica, análise mecânica, microcospia eletrônica de varredura e intumescimento; enquanto que as membranas obtidas foram avaliadas quanto ao grau de enxertia, capacidade de troca iônica e intumescimento. Após a caracterização os filmes, foi verificado que a reticulação foi o efeito predominante nos nanocompósitos irradiados antes da vulcanização, enquanto que a degradação foi o efeito predominante nos nanocompósitos irradiados após a vulcanização.The fluoropolymers are known for their great mechanical properties, high thermal stability and resistance to aggressive chemical environment, and because of those properties they are widely used in industries, such as automobile, petroleum, chemistry, manufacturing, among others. To improve the thermal properties and gases barrier of the polymeric matrix, the incorporation of nanoparticle is used, this process permits the polymer to maintain their own characteristics and acquire new properties of nanoparticle. Because of those properties, the structural and morphological modification of fluoropolymers are very hard to be obtained through traditional techniques, in order to surmount this difficulty, the ionizing radiation is a well-known and effective method to modify fluoropolymers structures. In this thesis a nanocomposite polymeric based on fluoroelastomer (FKM) was developed and incorporated with four different configurations of nanoparticles: clay Cloisite 15A, POSS 1159, POSS 1160 and POSS 1163. After the nanocomposites films were obtained, a radiation induced grafting process was carried out, followed by sulfonation in order to obtain a ionic exchanged membrane. The effect of nanoparticle incorporation and the ionizing radiation onto films were characterized by X-ray diffraction, thermal and mechanical analysis, scanning electron microscopy and swelling; and the membranes were evaluated by degree of grafting, ionic exchange capacity and swelling. After the films were characterized, the crosslinking effect was observed to be predominant for the nanocomposites irradiated before the vulcanization, whereas the degradation was the predominant effect in the nanocomposites irradiated after vulcanization