Influence of MMT nanoclay dispersed in LDPE film

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Influenza dell'aggiunta di montmorillonite(MMT) nanometrica sui meccanismi foto-degradativi dei film agricoli FACOLTÁ DI SCIENZE MM.FF.NN. Corso di Laurea Triennale In Scienza dei Materiali Relatori: Prof. Francesco Babudri,Università degli Studi di Bari Prof. Ing. Antonio Greco,Università del Salento Laureando:NICOLA DIBATTISTA

Transcript of Influence of MMT nanoclay dispersed in LDPE film

Influenza dell'aggiunta di montmorillonite(MMT)nanometrica sui meccanismi foto-degradativi

dei film agricoli

FACOLTÁ DI SCIENZE MM.FF.NN.

Corso di Laurea Triennale In Scienza dei Materiali

Relatori: Prof. Francesco Babudri,Università degli Studi di BariProf. Ing. Antonio Greco,Università del Salento

Laureando:NICOLA DIBATTISTA

Introduzione al comparto plastica in agricoltura

sistemi di protezione(pacciamatura,copertura diretta) 43000 85000 12,46%mezzi di semi-forzatura(piccoli e medi tunnel) 30000 26000 8,70%mezzi di forzatura(serre e tunnel) 57000 30000 16,52%tendoni per vigneti 25000 40000 7,25%insilaggio, reti, tubi irrigazione, contenitori, vasi, spaghi, ecc 190000 55,07%totale 155000 181000

345000

1 2 , 4 6 %

8 , 7 0 %

1 6 , 5 2 %

7 , 2 5 %

5 5 , 0 7 %

C o n s u m i A n n u i i n I t a l i a p e r l e c o l t i v a z i o n i p r o t e t t e c o n m a t e r i a l e p l a s t i c o

s i s t e m i d i p r o t e z i o n e ( p a c c i a m a t u r a , c o p e r t u r a d i r e t t a )

m e z z i d i s e m i - f o r z a t u r a ( p i c c o l i e m e d i t u n n e l )

m e z z i d i f o r z a t u r a ( s e r r e e t u n n e l )

t e n d o n i p e r v i g n e t i

i n s i l a g g i o , r e t i , t u b i i r r i g a z i o n e , c o n t e n i t o r i , v a s i , s p a g h i , e c c

Fonte:AMI,Barcellona,2011

Tipica struttura a tendone con film plastico di copertura

Sistema d’estrusione multistrato in bolla

Gli additivi anti-UV

HALS

La foto-degradazione dei polimeri

Obiettivi del lavoro di tesi

• Studio del comportamento fotodegradativo del film plastico.

• Analisi degli effetti della dispersione di montmorillonite(MMT) in matrice polimerica a base di polietilene.

• Caratterizzazione meccanica e infrarossa mediante FT-IR.

• Studio del residuo reticolato insolubile.

Le materie prime

Il polietilene di base, utilizzato in questo lavoro, è una miscela in proporzione 70:20 di:LDPE(Low Density PolyEthylene);LLDPE(Linear Low Density PolyEthylene).Il polimero di base è stato gentilmente concesso dalla Serroplast,azienda di Rutigliano(BA)produttrice di film agricolo per coperture.

Il nanocomposito polimerico e la montmorillonite

In questo lavoro di tesi sono state utilizzate due varianti commerciali di montmorillonite:Dellite® HPS, montmorillonite minerale purificata al 98% , fornita dalla Laviosa Chimica Mineraria;Dellite® 67G, montmorillonite minerale purificata altamente organo-modificata al 43% con cloruro di di(sego idrogenato) dimetil ammonio, fornita da Laviosa Chimica Mineraria . Il compatibilizzante polimerico Licocene® PEMA4351è una struttura costituita da polietilene con aggraffante a base d’anidride maleica. Questi agenti sono molecole che possiedono contemporaneamente gruppi organo-funzionali e gruppi idrolizzabili per l’unione al materiale inorganico e la matrice polimerica.

Preparazione dei film nanocaricati: Approccio bi-step

LDPE+20%MMT=MASTERBATCH

Ri-granulazione

MASTERBATCH+LDPE+LLDPE+HALS=

NANOCOMPOSITO

Calandra

FILM NANOCOMPOSITO

Le composizioni dei film ottenuti

Nome CampioneLDPE(wt%)

LLDPE(wt%)

HALS(wt%)

Dellite67G(wt%)

DelliteHPS(wt%)

Licocene(wt%)

Totale(%)

base+HALS 71.43 20.41 8.16 0.00 0.00 0.00 100

base+om-MMT+HALS 67.67 19.34 7.73 5.26 0.00 0.00 100

base+MMT+HALS 69.28 19.80 7.92 0.00 3.00 0.00 100

base+om-MMT+ ma-g-PE +HALS 64.10 18.31 7.33 5.26 0.00 5.00 100

base+MMT+ma-g-PE+HALS 65.71 18.78 7.51 0.00 3.00 5.00 100

Prove meccaniche in trazione e strappo

ISO 537-3

ASTM D1892

Risultati prove meccaniche per i film non esposti

Modulo Elastico

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

TQ+HALS TQ+MB1+Hals TQ+MB2+Hals TQ+MB3+Hals TQ+MB4+Hals

MPa

Resistenza a rottura e allo snervamento

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

TQ+HALS TQ+MB1+Hals TQ+MB2+Hals TQ+MB3+Hals TQ+MB4+Hals

MP

a

Resistenza allo strappo

0

2

4

6

8

10

12

base+HALS base+om-MMT +HALS

base+MMT+HALS base+ om-MMT+ g-PE+HALS

base+MMT+ g-PE+HALS

N

Allungamenti a Rottura

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

TQ+HALS TQ+MB1+Hals TQ+MB2+Hals TQ+MB3+Hals TQ+MB4+Hals

%

L’invecchiamento artificiale

Prove in trazione su film esposti

Resistenza a rottura

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Tq+Hals Tq+MB1+hals Tq+MB2+hals Tq+MB3+hals Tq+MB4+hals

MPa

non esposto esposto per 216 ore esposto per 432 ore esposto per 864 ore esposto a 1328 ore

resistenza allo snervamento

0

2

4

6

8

10

12

14

Tq+Hals Tq+MB1+hals Tq+MB2+hals Tq+MB3+hals Tq+MB4+hals

MPa

non esposto

esposto per 432 ore

esposto per 864 ore

esposto a 1328 ore

I valori di resistenza a rottura,a snervamento e il modulo elastico non subiscono variazioni degne di particolare attenzione.

modulo elastico dei film esposti

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

500.00

TQ+HALS TQ+MB1+Hals TQ+MB2+Hals TQ+MB3+Hals TQ+MB4+Hals

MPa

non esposto

esposto a 216 ore

esposto a 432 ore

esposto a 864 ore

esposto a 1328 ore

Prove in trazione su film esposti(2)

Allungamenti a rottura

0.00%

100.00%

200.00%

300.00%

400.00%

500.00%

600.00%

700.00%

Tq+Hals Tq+MB1+hals Tq+MB2+hals Tq+MB3+hals Tq+MB4+hals

%

non esposti

esposti per 216 ore

esposti per 432 ore

esposti per 864 ore

esposti per 1328 ore

Prove in trazione su film esposti(3)

0.00

0.50

1.00

0 216 432 864 1328

tempo d'esposizione(ore)

allu

ngam

ento

no

rmal

izza

to a

l val

ore

iniz

iale

base+Hals

base+om-MMT+Hals

base+MMT+Hals

base+om-MMT+ma-g-PE+Hals

base+MMT+ma-g-PE+Hals

Resistenza allo strappo nei film espostieffetti dell aging sulla resistenza allo strappo

0

2

4

6

8

10

12

14

base+Hals base+om-MMT+Hals base+MMT+Hals base+om-MMT+ma-g-PE+Hals

base+MMT+ma-g-PE+Hals

non esposti

esposti a 216 ore

esposti 432 ore

esposti 864 ore

esposti 1328 ore

Spettroscopia Infrarossa

Confronto base+MMT prima e dopo invecchiamento

Confronto base+om-MMT prima e dopo l’invecchiamento

“L’indice al carbonile”(C=O)

Campioni Indice al carbonile

TQ+HALS esposti 432h 0,0356

TQ+om-MMT+HALS esposti 432h -

TQ+MMT+HALS esposti432h 0.02143

TQ+om-MMT+g-PE+HALS esposti432h 0.20433

TQ+MMT+g-PE+HALS esposti432h 0.04125

[ ][ ]1

1

1470

1720−

−=

∆=

cmA

cmAindex

CH

OC

Il grafico relativo al campione TQ+mb3+HALS, mostra l'evidente formazione del picco carbonile.I dati in tabella ci confermano che il campione contenente modificante organico va ad peggiorare la risposta foto-degradativa.

Estrazione residuo reticolato post-essiccamento

campioni Massa iniziale(mg) Massa reticolato estratto(mg)Frazione

reticolato(%)

TQ+om-MMT+HALS 310.82 132.83 42.74%

TQ+MMT+HALS 382.72 112.14 29.30%

TQ+om-MMT+ma-g-PE+ HALS 365.38 122.73 33.59%

TQ+MMT+ma-g-PE+ HALS 297.00 91.49 30.80%

Considerazioni e sviluppi finali La MMT non può sostituire completamente l’additivo HALS.

Tutti i campioni nanocaricati hanno più alto modulo elastico e valori più bassi nell’allungamento a rottura (infragilimento).

L’uso di nanocarica pura è molto più efficace rispetto all'uso di nanocarica organo-modificata per tempi d’esposizione più elevati.

Le analisi dell’indice al carbonile e del residuo reticolato concordano nel dimostrare che la combinazione di MMT pura+HALS apporta un aumento di rigidità, resistenza allo snervamento e resistenza allo strappo con minori perdite in termini di allungamento a rottura.

Reverse engineering: uso di diversi LLDPE, metalloceni, ecc.

Grazie per l’attenzione.