Formación de Fases en PP-EP/(EV A/C20A)

El inmediato rechazo de dos polímeros inmiscibles inducido por la tensión interfacial durante el mezclado en fundido provoca la formación de dos fases, debido a que las atracciones químicas de cada polímero son mayores consigo mismo que con el otro polímero. Como consecuencia de la inmiscibilidad del copolímero de EVA con el copolímero heterofásico de PP-EP, en el curso del mezclado en fundido ocurre la formación de las dos fases, independientemente de la arcilla; la fase continua, o matriz de PP-EP, y la fase dispersa correspondiente al EVA. Esta última fase puede existir en forma de partículas esféricas o alargadas dependiendo de la relación de los dos polímeros. Para visualizar claramente la homogeneidad de la fase dispersa en la matriz fue necesario extraer mediante un disolvente a la misma. Los huecos provocados por la extracción pueden ser observados claramente en el microscopio electrónico de barrido (SEM).

Mediante esta técnica de extracción²²'23 '84

, se evaluaron entonces las características morfológicas a nivel micrométrico tanto de la mezcla PP-EP/EV A como de los nanocompuestos de PP-EP/(EV A/C20A) utilizando diferentes contenidos de EVA y en el caso de los nanocompuestos, diferentes contenidos de arcilla. Por medio de esta técnica de caracterización no es posible visualizar la exfoliación de la arcilla en el sistema, debido a que el análisis es superficial. Sin embargo, se puede identificar la distribución y tamaño de partículas o de fases en sistemas no miscibles⁹⁸•

La Figura 4.17b, c y d muestra la morfología del nanocompuesto de PP-EP/(EV A/C20A) con 0.8, 1.2 y 1.6 % en peso de arcilla respectivamente comparada con la mezcla de PP- EP/EV A (Figure 4.17a). Ambos sistemas con 20 % en peso de EVA. Los huecos causados por la extracción de EVA con tolueno son observados claramente, tal como se esperaba. La morfología consiste de partículas con un diámetro promedio de 0.30 a 0.45 µm dispersadas homogéneamente sobre la matriz de PP-EP. No se observan cambios morfológicos como efecto de la organoarcilla. Mehta y colaboradores⁹⁷ reportaron que el diámetro de partícula de hule etileno-propileno (EPR) disminuyó como consecuencia de la adicción de C20A en nanocompuestos de PP. Los autores mencionan que el modificador orgánico puede actuar como un agente interfacial, reduciendo la tensión

interfacial entre la matriz y la fase dispersa con una simultanea reducción en el tamaño de partícula. En el presente trabajo, no se observó el efecto de la organoarcilla sobre el tamaño de las fases, debido a que los cambios en el diámetro de partícula están dentro del promedio estadístico, además, se tienen bajos contenidos de arcilla en el sistema ternario.

Se deduce entonces que, si en una mezcla la organoarcilla actúa como un agente interfacial, los resultados deben ser interpretados como un incremento de la compatibilidad en el sistema. En el presente caso, la compatibilidad fue interpretada sobre la base de los cambios morfológicos causados por el efecto de coalescencia de partículas ocurrido a mayores concentraciones de EVA observado en la Figura 4.18 y deducido en estudios anteriores²⁶-28

.

Figura 4.17. Micrografías por SEM de: (a) mezcla PP-EP/EVA, (b), (c) y (d) nanocompuesto PP-EP/(EV A/C20A) con 0.8, 1.2 y 1.6 % de arcilla respectivamente. Los

sistemas contienen 20 % en peso de EVA.

Como se muestra en la Figura 4.18, un proceso de coalescencia de partículas ocurre al 40

% en peso de EVA tanto en la mezcla PP-EP/EV A (Figura 4.18a) como en los nanocompuestos (Figura 4.18b, c y d). En otras palabras, la morfología de la fase dispersa cambia de partículas esféricas a dominios elongados con una longitud mayor de 1.5 µm.

El comportamiento de coalescencia ha sido reportada como una morfología conveniente de compatibilidad entre dos polímeros inmiscibles^23•27. Thomas y colaboradores²³ reportaron este fenómeno como una fase co-continua o semi-continua dentro de una matriz continua de polipropileno, formada por enlaces interfaciales, promovidos por entrecruzamiento dinámico. En trabajos anteriores²⁷•28

se demostró por el desplazamiento de las temperaturas de transición vítrea (Tg's) de ambos copolímeros y por el incremento en las propiedades mecánicas, que la morfología de los dominios elongados promueve la compatibilidad en el sistema. Adicionalmente, se reportó que estas propiedades permanecieron aun cuando la mezcla sufre un proceso de multi-extrusión ¹

'º.

Figura 4.18. Micrografías por SEM con 40 % de EVA de: (a) PP-EP/EVA, (b), (c) y (d) nanocompuesto PP-EP/(EVA/C20A) con 1.6, 2.4, 3.2 % de arcilla respectivamente.

Como se observó anteriormente, si la concentración de la fase dispersa se incrementa, entonces las partículas comienzan a coalescer. Este comportamiento de coalescencia puede explicarse de acuerdo a dos fenómenos: (1) efecto de las interacciones naturales entre si de las partículas como una consecuencia de la disminución de la distancia ínter- partícula y (2) efecto de la disminución de la tensión interfacial debido a las interacciones moleculares entre los grupos etilénicos presentes en ambos copolímeros.

Este último efecto provoca la formación de un sistema casi-continuo y consecuentemente puede incrementar la compatibilidad en el sistema mezclado^27. La Figura 4.19 esquematiza los dos fenómenos mencionados.

(1)

(2)

EVA

disminución de la distancia ínter-partícula

EP

interacciones intermoleculares

Figura 4.19. Esquema representativo de los fenómenos de formación de coalescencia. (a) efecto de las interacciones naturales debido a la disminución de la distancia inter- partícula, (b) efecto de la disminución de la tensión interfacial debido a las interacciones

intermoleculares.

Los mecanismos de compatibilidad entre EVA y copolímeros heterofásicos complejos iPP-EPx estudiados en función del contenido de EP fueron reportados anteriormente²⁸, y

se demostró que los cambios morfológicos de los dominios esféricos de EVA a huecos interconectados mejoran la compatibilidad en sistemas PP-EP/EV A.

Cuando la concentración de EVA se incrementa a 60 y 70 % en peso, como es mostrado en la Figura 4.20, la coalescencia de partículas es más evidente y en el sistema comienza a ocurrir un nuevo cambio de fases. En este punto, la fase de EVA tiende a ser la fase continua y el PP-EP es entonces ahora la fase dispersa. En la mezcla con 70 % de EVA, como se muestra en la Figura 4.20b, los huecos son muy grandes. De hecho, debe de ocurrir un re-acomodamiento de la fase de PP-EP debido a la extracción de un mayor contenido de EVA. El efecto de la organoarcilla sobre la morfología a nivel microscópico en todo el rango de concentraciones de EVA es inapreciable. Sin embargo, se observó que la organoarcilla C20A no impide que ocurra el fenómeno de coalescencia en las concentración de arcilla estudiadas (ver Figura 4.18d). En la Figura 4.20 únicamente se muestra a la mezcla de PP-EP/EVA con 60 y 70 % en peso de EVA respectivamente.

Figura 4.20. Micrografías por SEM de la mezcla PP-EP/EVA con: (a) 60 y (b) 70 % en peso de EVA.