Existem diversos métodos de preparação de nanocompósitos, visando obter-se o estado de dispersão das nanopartículas, e desta maneira o aumento do desempenho multifuncional de um nanocompósito. Cada um deles apresenta aspectos diferentes, como dispersão, conversão, impacto ambiental e consequente possibilidades de contaminação do nanocompósito. A preparação de nanocompósitos de matriz polimérica é abordada segundo três estratégias principais, descritas a seguir, e exemplificadas na Figura 12 (ESTEVES; BARROS-TIMMONS; TRINDADE, 2004).
I) Mistura simples dos componentes: dispersão em solução, dispersão por fusão ou mistura dispersiva;
II) Síntese das nanopartículas in situ ; III) Polimerização da matriz in situ.
Figura 12 – Métodos de preparação de nanocompósitos
Fonte: (ESTEVES; BARROS-TIMMONS; TRINDADE, 2004). 3.6.1 Mistura Simples
A mistura simples dos componentes tem sido o método mais utilizado na fabricação de nanocompósitos. Nanocompósitos contendo nanopartículas com estrutura lamelar tem apresentado bons resultados com o uso de técnicas de dispersão por mistura simples. Porém o método não se demonstra adequado para nanopartículas com outras geometrias, onde tem-se relatado a obtenção de materiais com dificuldade de regiões homogêneas ao longo de toda a matriz polimérica. Dentro do método de mistura simples, destacam-se três possibilidades: a dispersão por fusão, dispersão por solução, e a utilização de materiais micro e/ou mesoporosos (MITTAL, 2010)(ESTEVES; BARROS-TIMMONS; TRINDADE, 2004).
Dispersão por fusão consiste em dispersar por ação de cisalhamento mecânico as nanopartículas na matriz polimérica, com uma temperatura acima da Tm , no caso de polímeros cristalinos, ou em estados de alta mobilidade molecular, para polímeros amorfos. Este método apresenta maior facilidade de preparação, sendo a base dos métodos de processamento de polímeros (MITTAL, 2010).
A dispersão por solução promove a dispersão de nanopartículas em uma solução contendo a matriz polimérica previamente solubilizada. Por apresentar baixa viscosidade, o
método tende a facilitar a dispersão das nanopartículas na matriz polimérica, podendo ou não estar associado a dispositivos de sonicação de alta energia, e à agitação mecânica, para promover a esfoliação de nanopartículas e auxiliar na obtenção de um estado de dispersão. Este método tem sido bastante eficaz na dispersão de nanopartículas, porém em geral são necessárias grandes quantidades de solventes orgânicos em comparação à massa de nanocompósito obtida, tornando o custo da técnica elevado, e ambientalmente incorreta. Tem-se ainda a possibilidade de contaminação do nanocompósito caso não sejam eliminados todos os resíduos de solvente do meio, sendo restrita a utilização final do nanocompósito. A dispersão por solução é um método viável para a preparação de nanocompósitos quando o polímero é solúvel com o solvente, sendo recomendado que a nanopartícula possa ser delaminada neste mesmo solvente (MITTAL, 2010).
A sonicação de alta energia é uma técnica que atua com o princípio de cavitação acústica. É associado sempre a meios líquidos que possam propagar as ondas de ultrassom, gerando regiões de compressão e de rarefação próximas às regiões de propagação das ondas, que são senoidais. Regiões de rarefação geram a formação de bolhas em função da redução de pressão em níveis abaixo da pressão de vapor do meio líquido e pelo aumento repentino de volume. Com o deslocamento da onda de ultrassom, regiões de compressão atuarão nas bolhas formadas, aumentando a pressão sobre as mesmas e resultando no colapso pela redução do volume e aumento de pressão interna da bolha. Este ciclo acontece repetidamente, pois o campo senoidal das ondas de ultrassom propicia a geração destes campos de compressão e rarefação. A ruptura da bolha formada libera uma quantidade de calor e de energia para o meio, sendo reportadas temperatura na ordem de 2000K a 5000K, e pressões de 1000atm, isto resulta em altas taxas de cisalhamento, motivando a utilização da técnica para a obtenção de estados esfoliados de nanopartículas em nanocompósitos poliméricos (SUSLICK; FLANNIGAN, 2008)
Na utilização de materiais micro e mesoporosos, as nanopartículas possuem poros ou canais estáveis com dimensões maiores que as cadeias poliméricas. O método objetiva a inserção das cadeias poliméricas nos poros, facilitando a adesão da nanopartícula na matriz polimérica. Os poros tendem a apresentar
tamanhos de 2 a 500 Å. A esta técnica geralmente é associadas a dispersão por solução, na qual a matriz polimérica encontra-se solubilizada, para maior facilidade de inclusão da cadeia polimérica nos poros do material (ESTEVES; BARROS- TIMMONS; TRINDADE, 2004).
3.6.2 Síntese de Nanopartículas In-Situ
A síntese das nanopartículas envolve métodos químicos de preparação controlado de sólidos inorgânicos. Desta forma, a partícula é obtida junto da matriz polimérica, muitas vezes presentes no meio reacional, objetivando a dispersão das nanopartículas. O método resulta em híbridos mais homogêneos. São geralmente utilizados dois métodos nesta técnica, reações em sol-gel e síntese na presença de materiais estruturantes. Um exemplo deste tipo de preparação são nanocompósitos de SiO2 com Poliimida. (ESTEVES; BARROS-TIMMONS; TRINDADE, 2004)
3.6.3 Polimerização In-Situ
Na polimerização in-situ objetiva-se dispersar as nanopartículas no momento da polimerização da matriz polimérica, de forma a permitir maior interação da nanopartícula com a cadeia polimérica, estabilizando a fase dispersa e evitando a reaglomeração da mesma. Desta forma, obtém-se o polímero já com a nanopartícula intercalada. Exemplos deste tipo de nanocompósitos podem ser verificados em estudos com a utilização de nanopartículas e resinas epóxi, na qual a matriz polimérica é polimerizada e reticulada na formação dos corpos de prova (SENE, 2012).
3.7 NANOCOMPÓSITOS COM MATRIZ DE POLIETILENO DE