Qualquer trabalho de investigação deve ter por base o atual estado da arte. No presente trabalho, procedeu-se a uma pesquisa bibliográfica exaustiva relativa ao efeito dos diferentes tipos e formas de nanopartículas no comportamento ao fogo dos resultantes nanocompósitos. Tendo em conta o grande leque de polímeros existentes sobre os quais já
Pesquisa Bibliográfica Recolha de Dados Tratamento e Análise de Dados Discussão de Resultados Documento Final
se fizeram experiências com adições nanométricas, indica-se seguidamente alguns resultados já obtidos em outras investigações, tendo em conta a matriz e as nanopartículas, com especial enfoque nas resinas de poliéster e de epóxi modificadas com nano óxidos (por ainda não terem sido muito investigados).
Dos artigos analisados sobre nanocompósitos de alumina com poliéster, apurou-se que são utilizadas percentagens/quantidades relativamente baixas de nanopartículas, conseguindo mesmo assim obter resultados promissores. As percentagens de nanopartículas utilizadas variam de 3 % a 20% em peso, relativamente ao peso da resina. Adicionalmente, algumas formulações utilizaram micropartículas tais como alumina trihidratada, fósforo e cloro, em que as quantidades usadas variaram de 3% a 10% em peso, relativamente ao peso da resina (Du et al., 2006; Ilia and Drehe, 2010; Baskaran et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). Os processos de mistura utilizados resumem-se, essencialmente, aos seguintes métodos: mistura mecânica tradicional (800-2000 rpm) por um intervalo de tempo de 30-60 min, complementado ou não por uma mistura com ultrassons; e mistura com ultrassons com o uso de vácuo paralelamente, para remover as bolhas provocadas pelo processo de mistura (Du et al., 2006; Ilia and Drehe, 2010; Baskaran et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). De forma genérica, as formulações obtidas foram curadas por 24 h à temperatura ambiente, onde em algumas situações os moldes eram agitados durante esse tempo para evitar a migração das nanopartículas para o fundo do molde. Os tratamentos de pós-cura também variam bastante, em termos de temperatura e duração, em função da natureza do polímero e do sistema catalisador (Du et al., 2006; Ilia and Drehe, 2010; Baskaran et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). Em alguns trabalhos constatou-se a existência de aglomerações de nanopartículas na adição de percentagens mais elevadas (≅ 5%) (Du et al., 2006; Ilia and Drehe, 2010; Baskaran et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). Em termos genéricos, na maior parte dos estudos realizados, verificou-se que a incorporação destas nanopartículas trouxe melhorias ao produto final, comparativamente ao de controlo, tendo sido melhoradas as resistências mecânicas e ao fogo. Destaca-se também o efeito sinérgico existente entre as nanopartículas e as micropartículas utilizadas a nível da retardação da chama (Du et al., 2006; Ilia and Drehe, 2010; Baskaran et al., 2011; Tibiletti et al., 2011).
Quando se altera a matriz para a resina epóxi, as percentagens de nanopartículas de alumina utilizadas, são relativamente baixas (1-10% em peso relativamente ao peso da resina) (Sulaiman et al., 2006; Dudkin et al., 2008; Sanada et al., 2009; Ribeiro et al., 2010). Os processos de mistura usados foram: mecânica, magnética e ultrassons. Utilizou- se o vácuo para remover o solvente (quando usado) e as bolhas de ar. Em algumas das situações os moldes foram pré-aquecidos. Posteriormente a resina foi curada e pós-curada por tempos e temperaturas variáveis (Sulaiman et al., 2006; Dudkin et al., 2008; Sanada et
al., 2009; Ribeiro et al., 2010). Os resultados finais das experiências não foram
consensuais, visto que numas situações a adição das nanopartículas não trouxeram melhorias a nível das propriedades mecânicas e ao fogo, e noutras verificaram-se melhorias significativas relativamente às mesmas propriedades (Sulaiman et al., 2006; Dudkin et al., 2008; Sanada et al., 2009; Ribeiro et al., 2010).
As percentagens de sílica usualmente utilizadas nos nanocompósitos de sílica com poliéster representam 1.5-12% em peso do peso total da resina (Chen et al., 2005; Svehla
46 Objetivos e metodologia
et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). Em algumas das formulações desenvolvidas foi
adicionado 5% de micropartículas de alumina trihidratada (Chen et al., 2005; Svehla et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). O processo de mistura desenvolvido resume-se essencialmente: a) à mistura mecânica tradicional, complementado por uma mistura com ultrassons ou com uso de um solvente para garantir uma melhor dispersão das nanopartículas, onde, nas duas situações, realizou-se um tratamento em vácuo para remover o ar ou o solvente; b) à mistura com ultrassons com o uso de vácuo devido aos mesmos motivos anteriormente mencionados; c) e à mistura “in situ”, onde a solução de sílica é primeiramente misturada com os monómeros e, em seguida é realizada a polimerização por condensação (Chen et al., 2005; Svehla et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). A cura das formulações foi realizada à temperatura ambiente por 24 h, onde em algumas situações os moldes foram agitados durante esse tempo para evitar a migração das nanopartículas para o fundo do molde. Posteriormente foi realizada uma pós-cura com temperaturas e tempos variados (Chen et al., 2005; Svehla et al., 2011; Tibiletti et al., 2011). No entanto no processo de mistura mecânica, observou-se em algumas experiências a existência de aglomerações de nanopartículas (Chen et al., 2005). Constatou-se que as nanopartículas alteraram o comportamento do material resultante, nomeadamente, modificaram a viscosidade (aumenta com percentagens baixas e diminui com percentagens altas e melhoraram as propriedades mecânicas e a resistência ao fogo) (Chen et al., 2005; Svehla et al., 2011; Tibiletti et al., 2011).
Existem muitos estudos sobre os nanocompósitos de epóxi com nanopartículas de sílica, sendo as percentagens utilizadas muito variáveis, variando desde 0,6% a 25% em peso, relativamente ao peso da resina. Verificam-se algumas combinações com silano e com retardadores de chama convencionais (20% de SINK). Algumas das nanopartículas foram alvo de tratamentos superficiais para garantir uma melhor relação com a matriz Os nanocompósitos foram obtidos por: mistura mecânica, sonicação, e mistura por fusão. Em alguns casos, além da mistura, foram realizados tratamentos de vácuo quer para remover as bolhas de ar quer para remover os solventes utilizados. Posteriormente a resina foi curada e pós-curada com tratamentos térmicos ou por radiação. As propriedades mecânicas, ao fogo e à retração foram de uma forma genérica melhoradas (Huang et al., 2005; Han and Cho, 2006; Chen and Anderson, 2007; Deng et al., 2007; Li et al., 2007; Wang et al., 2007; Chen et al., 2008; Chen and Morgan, 2009; Chen et al., 2009; Mahrholz et al., 2009; Zheng et al., 2009; Wu and Hsu, 2010; Liu et al., 2011; Yang and Nelson, 2011).
Os nanocompósitos de titânio com poliéster, usam normalmente percentagens relativamente baixas de nanopartículas, entre 2 e 15% em peso relativamente ao peso da resina, conseguindo mesmo assim obter resultados promissores. Adicionalmente, algumas formulações utilizaram micropartículas tais como fósforo e cloro, em que as quantidades usadas variaram entre 3% e 10% em peso, relativamente ao peso da resina (Evora and Shukla, 2003a; Evora and Shukla, 2003b; Yinghong et al., 2003; Évora et al., 2005; Ilia
and Drehe, 2010). Os processos de mistura utilizados resumem-se essencialmente: à mistura mecânica tradicional, complementada ou não por uma mistura com ultrassons; e à mistura com ultrassons com recurso a vácuo para remover as bolhas provocadas pela mistura (Evora and Shukla, 2003a; Evora and Shukla, 2003b; Yinghong et al., 2003; Évora
et al., 2005; Ilia and Drehe, 2010). Os provetes foram curados por 24 h à temperatura
ambiente, onde em algumas situações os moldes foram agitados para evitar a migração das nanopartículas. Posteriormente foram realizados tratamentos de pós-cura com temperaturas e tempos variados (Evora and Shukla, 2003a; Evora and Shukla, 2003b; Yinghong et al., 2003; Évora et al., 2005; Ilia and Drehe, 2010). Verificaram-se algumas aglomerações nos nanocompósitos que utilizaram o processo mistura mecânica (Ilia and Drehe, 2010).Os resultados obtidos foram comparáveis com os apresentados com os retardantes de fogo comerciais a nível do comportamento ao fogo, no entanto a presença das nanopartículas no compósito tiveram efeitos significativos na dureza e nas propriedades mecânicas (Evora and Shukla, 2003a; Evora and Shukla, 2003b; Yinghong et al., 2003; Évora et al., 2005; Ilia and Drehe, 2010).
Nos nanocompósitos de titânio com epóxi as percentagens de nanopartículas variam usualmente entre 0,5 e 10% em peso relativamente ao peso da resina. Adicionalmente, em algumas formulações foram utilizadas micropartículas tais como fósforo e cloro, em que as quantidades usadas variaram de 3% a 10% em peso relativamente ao peso da resina (Chatterjee and Islam, 2008; Wu and Hsu, 2010). As misturas foram realizadas mecanicamente ou através de banho de ultrassons. As bolhas de ar e os solventes foram removidos através de vácuo. Posteriormente a resina foi curada e pós-curada com tratamentos térmicos com tempos e temperaturas variadas (Chatterjee and Islam, 2008; Wu and Hsu, 2010). As propriedades da resina foram influenciadas com a percentagem das nanopartículas. Os estudos revelam que a adição deste nano-filler melhora as propriedades térmicas, mecânicas e viscoelásticas (Chatterjee and Islam, 2008; Wu and Hsu, 2010).