Performance investigation of PA6/HIPS blends compatibilized with SEBS-MA. Effect of compatibilizer content on mechanical, thermomechanical, torque rheometry and morphology properties

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i8.17649

Keywords:

Polyamide 6; HIPS; Toughening; Compatibilization; Reactive copolymer.

Abstract

Blends of polyamide 6 (PA6) with high-impact polystyrene (HIPS) were prepared, using maleic anhydride grafted styrene-(ethylene-butylene)-styrene copolymer (SEBS-MA), as a compatibilizer agent. The blends were prepared in a co-rotating twin-screw extruder and subsequently injection molded. The properties of torque rheometry, Izod impact strength, heat deflection temperature (HDT) and scanning electron microscopy (SEM) were investigated. The results showed that there was an increase in the torque of the PA6/HIPS blends with the addition of the SEBS-MA compatibilizer. Impact strength and HDT increased by 56% and 24.5 % compared to neat PA6 when the PA6/HIPS blended formulation contains 15 pcr of SEBS-MA. This blend showed greater stability in morphology, as verified in the SEM, with better interfacial adhesion and less voids, resulting mainly in greater impact strength. In general, the impact strength and HDT properties of PA6 can be adapted and improved by developing polymer blends.

Author Biographies

Danilo Diniz Siqueira, Universidade Federal de Campina Grande

Mestre em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Possui aperfeiçoamento em Lean Manufacturing, WCM (Word Class Manufacturing) com ênfase em TPM (Manutenção Produtiva Total), MASP (Método de Análise e Solução de Problemas), Gerenciamento de Estoque, JIT - JUST IN TIME/MRP/DFMA/PPAP na Produção, PCP/MRP Planejamento e controle da produção e NR's Interpretação das Normas Regulamentadoras de Segurança, Operações Logísticas/Supply Chain, OEE/IROG/TEEP Métricas para Eficiência e Rendimento Global. Tem experiência na área de engenharia de materiais, com especialização em processamento de polímeros, bem como participações em trabalhos com materiais cerâmicos tradicionais e biomaterial.

Edson Antônio dos Santos Filho, Universidade Federal de Campina Grande

Mestrando em Ciência e Engenharia de Materiais, na Universidade Federal de Campina Grande - UFCG. Tem experiência na área de materiais poliméricos, mais especificamente na área de membranas poliméricas e processamento de compósitos e blendas.

Edcleide Maria Araújo, Universidade Federal de Campina Grande

Possui graduação em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal da Paraíba (UFPB - 1991), mestrado em Engenharia Química na UFPB (1995) e doutorado em Ciência e Engenharia dos Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar - 2001). Foi professora do Curso de Graduação em Engenharia de Materiais na UFPB de 1991 a 2002. Desde 2002, é professora do Curso de Graduação em Engenharia de Materiais na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Atualmente, é Professora Titular da UFCG. Já foi coordenadora do Curso de Graduação em Engenharia de Materiais e atuou também como coordenadora de monitoria. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais, com ênfase em Materiais Não-Metálicos, atuando principalmente nos seguintes temas: nanocompósitos, processamento de polímeros, blendas e membranas poliméricas e estrutura e propriedade de polímeros. Orienta alunos de graduação, mestrado e doutorado. Supervisiona pesquisadores de pós-doutorado. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais, capítulos de livro e um livro publicado. Atua também como consultor Ad hoc do CNPq, como revisor e parecerista de vários periódicos indexados, bem como, de projetos. É membro do Conselho Diretor da Associação Brasileira de Polímeros (ABPol). É bolsista de produtividade em pesquisa do CNPq, nível 1D.

References

Araújo, E. M., Júnior, E. H., & Carvalho, A. J. F. (2003a). Compatibilização de Blendas de Poliamida 6/ABS usando os Copolímeros Acrílicos Reativos MMA-GMA e MMA-MA. Parte 1: Comportamento Reológico e Propriedades Mecânicas das Blendas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 13(3), 205-211, 2003.

Araújo, E. M., Júnior, E. H., & Carvalho, A. J. F. (2003b). Morphological, mechanical and rheological properties of nylon 6/acrylonitrile-butadiene- styrene blends compatibilized with MMA/MA copolymers. Journal of Materials Science, 38(9), 3515–3520.

Araújo, E. M., Júnior, E. H., & Carvalho, A. J. F. (2004). Compatibilização de Blendas de Poliamida 6/ABS usando os Copolímeros Acrílicos Reativos MMA-GMA e MMA-MA. Parte 2: Comportamento Termomecânico e Morfológico das Blendas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 14(1), 22-30.

Agrawal, P., Araújo, E. M., & Mélo, T. J. A. (2008a). Reometria de Torque, Propriedades Mecânicas e Morfologia de Blendas Compatibilizadas de PA6/PEAD. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 18(2), 152-157.

Agrawal, P., Araújo, E. M., & Mélo, T. J. A. (2008). Effect of the processing method on the mechanical properties and morphology of compatibilized PA6/LDPE blends. Journal of Materials Science, 43(6), 4443–4449.

Agrawal, P., Rodrigues, A. W. B., Araújo, E. M., & Mélo, T. J. A. (2010). Influence of reactive compatibilizers on the rheometrical and mechanical properties of PA6/LDPE and PA6/HDPE blends. Journal of Materials Science, 45(2), 496-502.

Agrawal, P., Rodrigues, A. W. B., Araújo, E. M., & Mélo, T. J. A. (2009). Blendas de PA6/PE: avaliação da reatividade de diferentes compatibilizantes com a PA6 por reometria de torque. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 4(3), 1-10.

Bassani, A., Pessan, L. A., & Júnior, E. H. (2002). Propriedades Mecânicas de Blendas de Nylon-6/ Acrilonitrila-EPDM-Estireno (AES) Compatibilizadas com Copolímero Acrílico Reativo (MMA-MA). Polímeros: Ciência e Tecnologia, 12(2), 102-108.

Bassani, A., Pessan, L. A., & Júnior, E. H. (2005). Evolução da Morfologia de Fases de Blendas PA6/AES em Extrusora de Dupla Rosca e Moldagem por Injeção. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 15(3), 176-185.

Barra, G. M. O., Roeder, J., Soldi, V., Pires, A. T. N., & Agnelli, J. A. M. (2003). Blendas de Poliamida 6/Elastômero: Propriedades e Influência da Adição de Agente Compatibilizante. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 13(2), 94-101.

Bezerra, E. B., França, D. C., Morais, D. D. S., Ferreira, E. S. B., Araújo, E. M., & Wellen, R. M. R. (2017). Comportamento reológico do Bio-PE e do PCL na presença do PEgAA e PEgMA. Matéria (Rio J.), 22 (1), e11798.

Bezerra, E. B., Leite, A. M. D., Araújo, E. M., & Mélo, T. J. A. (2014). Obtenção e Caracterização de Membranas Obtidas a Partir de Blendas Poliméricas de Poliamida 6. Polímeros, 24(3), 381-387.

Bo, J., Feipeng, C., Xianzhong, Q., Bo, W., Guilin, J., & Jinhua, G. (2021). The influence of extrusion process on micromorphology of PA 6/POE/POE-g-MA ternary blends: A quantitative analysis. Journal of Elastomers & Plastics, 53(2), 110-122.

Castro, L. D. C., Oliveira, A. D., Kersch, M., Altstadt, V., & Pessan, L. A. (2016). Effects of mixing protocol on morphology and properties of PA6/ABS blends compatibilized with MMA-MA. Journal of Applied Polymer Science, 133(27), 1-8.

Carvalho, A. P. A., & Sirqueira, A. S. (2016). Effect of compatibilization in situ on PA/SEBS blends. Polímeros, 26(2), 123-128.

Chiang, C. R., & Chang, F. C. (1997). Polymer blends of polyamide-6 (PA6) and poly(phenylene oxide) (PPO) compatibilized by styrene-maleic anhydride (SMA) copolymer. Polymer, 38(19) 4807-4817.

Correa, C. A., Yamakawa, R. S., Razzino, C. A., & Júnior, E. H. (2007). Tenacidade à Fratura de Blendas PA 6/ABS Avaliada através do Método EWF (Trabalho Essencial de Fratura) – Parte A: Avaliação do Efeito do Compatibilizante. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 17(1), 36-45.

Esmizadeh, E., Vahidifar, A., Shojaie, S., Naderi, G., Kalaei, M. R., & Mekonnen, T. H. (2021). Tailoring the properties of PA6 into high-performance thermoplastic elastomer: Simultaneous reinforcement and impact property modification. Materials Today Communications, 26(3), 102027.

Filho, E. A. S., Luna, C. B. B., Siqueira, D. D., Araújo, E. M., & Wellen, R. M. R. (2020). Efeito do recozimento nas propriedades mecânicas, térmicas e termomecânicas da PCL. Research, Society and Development, 9(12), e13191210764.

Huang, C. H., Tan, Y. L., Guo, Z. X., & Yu, J. (2018). Reducing water sorption of injection-molded polyamide 6 bars by polymerization-induced diffusion of styrene and grafting with polystyrene. Journal of Applied Polymer Science, 135(18), 46243.

Idumah, C. I. (2021). Recent advancements in self-healing polymers, polymer blends, and nanocomposites. Polymers and Polymer Composites. 29(4), 246-258.

Lima, J. C. C., Araújo, J. P., Agrawal, P., & Mélo, T. J. A. (2016). Efeito do teor do copolímero SEBS no comportamento reológico da blenda PLA/SEBS. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 11(1), 10–17.

Luna, C. B. B., Silva, D. F., & Araújo, E. M. (2015). Estudo do comportamento de blendas de poliamida 6/resíduo de borracha da indústria de calçados. Revista Univap, 20(36), 98-110.

Luna, C. B. B., Silva, D. F., & Araújo, E. M. (2014). Análise do comportamento termomecânico, térmico e mecânico de blendas de PA6/resíduos de borracha. Revista de Engenharia e Tecnologia, 6(1), 160-169.

Luna, C. B. B., Silva, D. F., Araújo, E. M., Melo, & T. J. A., Oliveira, A. D. (2015b). Estudo do comportamento mecânico, termomecânico e morfológico de misturas de poliestireno/composto de borracha reciclada (SBR). Matéria (Rio de Janeiro), 20(2), 322-334.

Luna, C. B. B., Siqueira, D. D., Ferreira, E. S. B., Araújo, E. M., & Wellen, R. M. R. (2020a). Reactive compatibilization as a proper tool to improve PA6 toughness. Materials Research Express, 6(12), 125367.

Luna, C. B. B., Araújo, E. M., Siqueira, D. D., Morais, D. D. S., Filho, E. A. S., & Fook, M. V. L. (2020b). Incorporation of a recycled rubber compound from the shoe industry in polystyrene: Effect of SBS compatibilizer contente. Journal of Elastomers & Plastics, 52(1), 3-28.

Luna, C. B. B., Siqueira, D. D., Ferreira, E. S. B., Silva, W. A., Nogueira, J. A. S., & Araújo, E. M. (2020c). From Disposal to Technological Potential: Reuse of Polypropylene Waste from Industrial Containers as a Polystyrene Impact Modifier. Sustainability, 12(13), 5272.

Luna, C. B. B., Ferreira, E. S. B., Siqueira, D. D., Silva, W. A., Araújo, E. M., & Wellen, R. M. R. (2019a). Tailoring performance of PP/HIPS/SEBS through blending design. Materials Research Express, 6(11), 115321.

Luna, C. B. B., Silva, D. F., Araújo, E. M., Mélo, T. J. A., Bezerra, E. O. T., Siqueira, D. D., & Oliveira, A. D. (2019b). Blends of polystyrene/shoes waste (SBRr): influence of mixture sequence and compatibilizer. Macromolecular Symposia, 383(1), 1800046.

Luna, C. B. B., Ferreira, E. S. B., Silva, L. J. M. D., Silva, W. A., Araújo, E. M., Melo, & J. B. C. A. (2019c). Blends with technological potential of copolymer polypropylene with polypropylene from post-consumer industrial containers. Materials Research Express, 6(12), 125319.

Luna, C. B. B., Siqueira, D. D., Ferreira, E. S. B., Araújo, E. M., & Wellen, R. M. R. (2021). Reactive processing of PA6/EPDM-MA blends as modifier for application and development of high-performance polypropylene. https://doi.org/10.1002/vnl.21846.

Mello, F.B., Nachtigall, S.M.B., Salles, C.D.A., & Amico, S.C. (2018). Compatibilization and mechanical properties of compression-molded polypropylene/high-impact polystyrene blends. Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 34(3), 117–127.

Oliveira, A. D., Larocca, N. M., & Pessan, L. A. (2011). Efeito da Sequência de Mistura nas Propriedades de Blendas PA6/ABS Compatibilizadas com o Copolímero SMA. Polímeros, 21(1), 27-33.

Oliveira, A. D., Castro, L. D. C., Beatrice, C. A. G., Lucas, A. A., & Pessan, L. A. (2017). Effect of Maleic Anhydride Content in Properties of PA6/AES Blends Compatibilized with MMA-MA. Materials Research, 20(6), 1630-1637.

Ren, J., Wang, H., Jian, L., Zhang, J., & Yang, S. (2008). Morphological, thermal and mechanical properties of compatibilized nylon 6/ABS blends. Journal of Macromolecular Sciencew, Part B: Physics, 47(4), 712–722.

Rusayyis, M. A. B., Schiraldi, D., & Maia, J. (2018). Property/morphology relationships in SEBS- compatibilized HDPE/poly (phenylene ether) blends. Macromolecules, 51 (16), 6513- 6523.

Silva, D. F., Luna, C. B. B., Silva, G., Araújo, E. M., & Mélo, T. J. A. (2014). Avaliação das propriedades mecânicas de blendas de poliestireno/composto de borracha reciclada (SBRr). Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 9(2), 92–97.

Sundararaj, U., & Macosko, C. (1995). Drop breakup and coalescence in polymer blends: the effects of concentration and compatibilization. Macromolecules, 28(8), 2647-2657.

Tan, Y. L, Huang, C. H., Guo, Z. X., & Yu, J. (2018). Morphology and Mechanical Properties of Polyamide 6/Polystyrene Blends Prepared by Diffusion and Subsequent Polymerization of Styrene in Polyamide 6 Pellets. Materials, 11(5), 776.

Wang, C., Su, J. X., Li, J., Yang, H., Zhang, Q., Du, Z. R., & Fu, Q. (2006). Phase morphology and toughening mechanism of polyamide 6/EPDM-g-MA blends obtained via dynamic packing injection molding. Polymer, 47(9), 3197-3206.

Wang, Y., Zhang, Y., Xu, Y., Liu, X., & Guo, W. (2021). Research on compatibility and surface of high impact bio-based polyamide. High Performance Polymers. https://doi.org/10.1177/09540083211005511.

Wei, Z., Wang, R., Zhang, C., Wang, J., Yang, Y., Wang, W., & Cao, Y. (2021). Preparation and characterization of super-toughened PA6/r-PVB blends with “transplanted” multicore morphology by reactive compatibilization. European Polymer Journal, 143(1), 110173.

Wilkinson, A. N., Laugel, L., Clemens, M. L., Harding, V. N., & Marin, M. (1999). Phase structure in polypropylene/PA6/SEBS blends. Polymer, 40(17), 4971-4975.

Xu, M., Lu, J., Qiao, Y., Wei, L., Liu, T., Lee, P. C., Zhao, L., & Park, C. B. (2020). Toughening mechanism of long chain branched polyamide 6. Materials & Design, 196(11), 109173.

Published

18/07/2021

How to Cite

ANDRADE DOS SANTOS NOGUEIRA , J. .; LUNA, C. B. B. .; SIQUEIRA, D. D. .; SANTOS FILHO, E. A. dos .; ARAÚJO, E. M. . Performance investigation of PA6/HIPS blends compatibilized with SEBS-MA. Effect of compatibilizer content on mechanical, thermomechanical, torque rheometry and morphology properties. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 8, p. e58510817649, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i8.17649. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/17649. Acesso em: 24 apr. 2024.

Issue

Section

Engineerings