The interpretation and modelling of the dielectric response of thermosetting materials during cure was the main focus of this study. The equivalence of complex permittivity and complex impedance in terms of information content was outlined in a series of case studies covering the separate effects of dipolar movements and charge migration as well as the combined effect of the two polarisation mechanisms. Equivalent electrical circuits were used in order to model the evolution of the complex impedance during cure. A numerical method that can model consecutive spectra throughout the cure was developed. The method is based on Genetic Algorithms and requires only input from the modelling of the initial spectra. Complex impedance spectra were collected during the cure of a commercial epoxy resin formulation under isothermal and dynamic heating conditions. The spectra were analysed and modelled. The modelling was successful over the whole frequency range of the measurements (1 Hz – 1 MHz). The analysis of the estimated model parameters showed that charge migration dominates the dielectric response in a wide frequency range. In addition, the modelling algorithm also distinguished between the effects of electrode polarisation and dipolar movements in the signal. A new equivalent circuit was used in order to map the frequency regions where the each one of the three phenomena that together comprise the dielectric signal can be monitored most effectively. A chemical cure kinetics model was developed for the studied system. A correlation between the maximum point of the imaginary impedance spectrum and the reaction conversion was established. A mathematical model, based on a simple linear dependence of the dielectric signal on conversion and temperature, was built. The model predictions agreed well with the experimental data. The aim of simplifying the interpretation of the dielectric signals led to the development of a new experimental technique. Temperature Modulated Dielectric Analysis employs temperature modulations superimposed on an underlying thermal profile in order to separate the influence on the signal of the temperature alone from that of the cure reaction. The early study carried out here shows that such measurements are feasible and reveals important issues for its further development.

Com o intuito de identificar dentre os métodos de dispersão mecânica e por sonificação, qual apresentaria melhor desempenho na promoção do desemaranhamento e dispersão de nanotubos de carbono em resina epóxi, nesse trabalho foram elaborados compósitos nanotubos/epóxi. Os nanocompósitos obtidos foram submetidos a avaliações de microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, além de investigações na cinética de cura a partir de dados de calorimetria diferencial exploratória. Os resultados encontrados indicam que o nível de dispersão das amostras do processo de dispersão mecânica foi melhor quando comparado com as amostras sonificadas. Isso devido principalmente a interferência dos nanotubos dispersos na formação de ligações cruzadas. O que levou ao aumento dos valores de energia de ativação da reação de cura nas amostras de dispersão mecânica em relação a resina pura, enquanto nas amostras sonificadas houve uma queda nesses valores, indicando um estado mais aglomerado dos nanotubos. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-03T20:47:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Samuel Brando Susin.pdf: 3436970 bytes, checksum: fe310eb53342898dd809473254ef5fc7 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-03T20:47:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Samuel Brando Susin.pdf: 3436970 bytes, checksum: fe310eb53342898dd809473254ef5fc7 (MD5) / In this study nanotubes/epoxy composites were produced in order to evaluate which of the two studied techniques would result in a better degree of dispersion and unentanglement of carbon nanotubes in epoxy resin. The analized techniques were mechanical dispersion with a DRAIS mixer and sonication. The nanocomposites obtained were evaluated by scanning and transmission electron microscopy. Also the activation energys of the systems were calculated from differential scanning calorimetry data. The results obtained indicates that the degree of dispersion for the mechanical processing method seems better than that of sonication. It could be due to the interference of nanotubes on the crosslink network formation, which resulted on the increase of cure reaction activation energy for the mechanically dispersed samples. However, the sonicated samples activation energy decreased indicating a less dispersed and more agglomerated state.

Nas extremidades dos dutos flexíveis utilizados na indústria petroleira offshore são instalados os end fittings, ou conectores. Uma parte fundamental deste componente é o sistema de ancoragem, que consiste nos arames de aço da armadura de tração embebidos em resina epóxi, onde seu propósito é transmitir os esforços que provêm do duto. Este estudo tem como objetivo apresentar uma avaliação de três diferentes resinas epóxi (Huntsman: SW404/HY404, AW4804/HW4804 e XAW1395/HY950) comparando as propriedades mecânicas e a influência do ambiente de serviço, a fim de definir qual melhor se adequa para este fim. As propriedades mecânicas das resinas epóxi foram determinadas através de ensaios de compressão, tração, cisalhamento, pullout e medições de dureza. Os denominados ensaios de pullout representam um modelo simplificado do sistema de ancoragem e possibilitam o estudo da interface entre a resina e o aço da armadura de tração. Para avaliar o efeito da exposição do polímero às condições ambientais de serviço, amostras foram envelhecidas numa solução de água marinha na temperatura constante de 60°C, durante um período de 6 meses. Após este período, realizaram-se ensaios de compressão, cisalhamento e pullout, cujos resultados foram comparados com os obtidos de amostras sem nenhum período de exposição. A influência das elevadas temperaturas sobre a propriedade de adesão nas diferentes resinas foi avaliada mediante ensaios de pullout realizados à temperatura de 100°C. Além disto, foi realizada uma análise térmica através de ensaios de TGA e DMTA. Por fim, às propriedades determinadas nos diferentes ensaios e medições lhes foram atribuídas um peso quantitativo de acordo com sua importância dentro do sistema de ancoragem. Os valores das propriedades e seus pesos foram introduzidos a uma matriz de análise de multicritérios, que permitiu selecionar a resina epóxi com a melhor combinação de propriedades para ser aplicada em end fittings. Finalmente, é proposta a determinação de alguns parâmetros adicionais das resinas epóxi para complementar o estudo realizado / End fittings are components that are installed at the ends of flexible pipes used in the offshore oil industry. A fundamental part of this component is the anchoring system, which consists of the steel wires of the tensile armour embedded in epoxy resin, which its purpose is to transmit the loads that come from the pipe. This study aims to present an evaluation of three different epoxy resins (Huntsman: SW404/HY404, AW4804/HW4804 e XAW1395/HY950), comparing the mechanical properties and studying the influence of the service environment, in order to define which material is best suited for this application. The mechanical properties of the epoxy resins were determined by tests such as compression, tensile, shear and pullout tests and hardness measurements. The pullout tests represent a simplified model of the anchoring system and they allow the study of the interface between the resin and the steel of the tensile armour. To evaluate the effect of the exposition of the polymer material to environmental conditions found in service, some samples were immersed in a bath of sea water at a constant temperature of 60°C during a period of 6 months. After this period, compression, shear and pullout tests were performed and the results were compared with those obtained from samples without degradation. The influence of the high temperatures on the adhesion property of the different epoxy resins was evaluated with pullout tests performed at a temperature of 100°C. Furthermore, a thermal analysis was realized through TGA and DMTA tests. Finally, to the properties determined in the different tests and measurements were given a quantitative weight according to their importance within the anchoring system. The values of the properties and their weights were introduced into a matrix of multicriterial analysis that allowed selecting the epoxy resin with the best combination of properties to be applied in end fittings. Finally, it was proposed the determination of other epoxy resins parameters to complement this study.

As resinas termorrígidas são uma classe de polímeros que devido à reação de reticulação deveriam apresentar uma única cadeia molecular de peso infinito, no entanto, questionamentos sugerem que a formação da rede tridimensional é não-homogênea. Atualmente, devido aos avanços obtidos pela nanotecnologia, torna-se possível uma abordagem diferenciada na modificação química de polímeros como a resina epoxídica. Neste trabalho, foram preparados nanocompósitos adicionando diferentes teores do oligômero poliédrico de silsesquioxano (POSS) n-fenilaminopropil na resina epoxídica. Foi substituindo 1, 5 e 10 por cento em massa (% m.) do agente de reticulação trietilenotetramina (TETA) por POSS. Esta modificação foi realizada com o objetivo de promover maior concentração de interligações nas interfaces das regiões nodulares, descritas como imperfeições ou descontinuidades que ocorrem pela cura não-homogênea da resina. Através da morfologia e da análise do teor de gel, foi evidenciada boa dispersão e melhoria na homogeneidade da rede tridimensional da resina acima de 5 % m. de POSS e aumento da fração gel nos nanocompósitos comparados com a resina epoxídica pura. Na realização de análises de difração de raio-x (DRX) foi visto que a adição do POSS aumentou a distância média entre as cadeias da resina. Foi realizada análise dinâmico-mecânica (DMA) no modo não-isotérmico e por varredura de frequência no modo isotérmico. Pelo modo não-isotérmico os resultados demonstraram que o POSS deslocou a Tg para temperaturas maiores e não alterou significativamente a densidade de ligações cruzadas da resina epoxídica. O modo isotérmico foi utilizado para a determinação de parâmetros das equações de Williams-Landel-Ferry (WLF) e Vogel-Fulcher-Tammann (VFT). Foi calculada a distribuição dos espectros de relaxação H(t) e retardação L(t) molecular através dos módulos de armazenamento e perda obtidos pelo modo isotérmico no DMA. Os parâmetros WLF e VFT demonstraram que a incorporação do POSS ao mesmo tempo em que aumentou a Tg, reduziu a energia de ativação de movimentação segmentar e tornou a resina epoxídica mais forte estruturalmente. A redução da energia de ativação foi associada com a redução das forças de interação intermolecular, enquanto que a redução da fragilidade foi associada ao fato do POSS ser capaz de interligar as interfaces de regiões nodulares. Os espectros H(t) e L(t) mostraram que o pico de relaxação associado aos nódulos formados no processo de reticulação desapareceu. A determinação da capacidade calorífica (Cp) e do excesso de entropia (Sex) através de análises de calorimetria exploratória diferencial modulada (MDSC) demonstrou que o POSS é capaz de minimizar as flutuações de calor ao longo da microestrutura da resina epoxídica. A minimização das flutuações térmicas e a alteração dos tempos de relaxação demonstram que a adição do POSS é eficiente em termos de minimização de imperfeições na microestrutura da resina epoxídica. / The thermosetting resins are a class of polymers that due to the crosslinking reaction should present a single chain with infinite molecular weight; however, questions suggest that the formation of three-dimensional network is non-homogeneous. Today, due to advancements in nanotechnology, became possible a differentiated approach in the chemical modification of polymers such as epoxy resin. In this work, nanocomposites with different contents of the polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) n-phenylaminopropyl in epoxy resin were prepared. It was substituted 1, 5 and 10 weight percent (wt%) of the crosslinking agent, triethylenetetramine (TETA), for POSS. This modification was performed in order to promote greater concentration of interconnections at the interfaces of the regions described as nodular imperfections or discontinuities that arise due to inhomogeneous cure of the resin. Through the morphology and the gel content analysis was observed good dispersion and improvements in the uniformity of three-dimensional network of the resin up till 5 wt% of the POSS and increase in the gel fraction of the nanocomposites compared with pure epoxy resin. X-ray diffraction (XRD) showed that the POSS promoted an increase in distance between chains of the resin. Dynamic-mechanical analysis (DMA) was performed in non-isothermal mode and a frequency sweep in the isothermal mode. By non-isothermal mode the results showed that the POSS shifted the Tg to higher temperatures and does not modify the crosslink density. The isothermal mode was used to determine the parameter of the Williams-Landel-Ferry (WLF) and Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) equations. The distribution of the relaxation H(t) and retardation L(t) spectra was calculated through the storage (E') and loss (E'') modulus obtained by the DMA isothermal mode. The WLF and VFT parameters showed that the incorporation of POSS at the same time increased the Tg reduced the activation energy of segmental motion and made the epoxy resin structurally stronger. The reduction in the activation energy was associated with reduced intermolecular forces whereas the decrease in the structural fragility is associated with the fact that the POSS be able to interconnect the interfaces of the nodular regions. The H(t) and L(t) spectra showed that the nodules formed in the crosslinking process disappeared. The determination of the heat capacity (Cp) and excess entropy (Sex), analyzed by modulated differential scanning calorimetry (MDSC), showed that POSS is capable of minimizing fluctuations of heat along the microstructure of the epoxy resin. The reduction of thermal fluctuations and change in the relaxation times shows that the POSS addition is efficient to minimize imperfections in the microstructure of the epoxy resin.

Lastabtragende Klebverbindungen stellen im Konstruktiven Glasbau einen wesentlichen Forschungsgegenstand der vergangenen Jahre dar. Getrieben von gestalterischen Gesichtspunkten sind dabei die transparenten Klebstoffe von besonderem wissenschaftlichem und wirtschaftlichem Interesse. Die vorliegende Arbeit widmet sich ausschließlich der Klebstoffgruppe der zweikomponentigen Epoxidharze, da diese im Konstruktiven Glasbau bisher kaum Beachtung finden. Detaillierte Informationen zu den Eigenschaften und zum Verhalten fehlen fast vollständig und werden innerhalb der vorliegenden Arbeit geschaffen. Die durchgeführten Untersuchungen gliedern sich in die Untersuchungen zur Wahl eines geeigneten Epoxidharzes, in die Untersuchungen der Verarbeitungsbedingungen und in die Charakterisierung der optimierten Klebverbindung. Ferner wurden auch konstruktive Maßnahmen zum Schutz der Klebschicht in die Untersuchungen eingebunden. Innerhalb des Untersuchungsprogramms wurde großer Wert auf eine ausgewogene Gewichtung unterschiedlicher Kriterien gelegt. In die engere Auswahl kamen acht Epoxidharzklebstoffe, die grundlegend untersucht und analysiert wurden. Im Ergebnis konnte ein vielversprechender Klebstoff ausgewählt werden. Die weiterführenden Untersuchungen zu den Verarbeitungsbedingungen hatten die Optimierung des Eigenschaftsprofils zum Ziel. Sowohl die thermische Stabilität des Klebstoffs als auch das Anfangs- und das Restbruchverhalten der Glas-Metall-Verbindungen konnten nennenswert verbessert werden. Ebenso wurde die Wirksamkeit der konstruktiven Schutzmaßnahmen erfolgreich nachgewiesen. Aus den Ergebnissen und deren Wertung konnten abschließend Handlungsempfehlungen für den Einsatz transparenter Epoxidharze in Glastragwerken abgeleitet werden. Die sich nach den eigenen Untersuchungen ergebenden, weiteren offenen wissenschaftlichen Fragestellungen und deren zugehöriger Forschungsbedarf werden am Ende ebenfalls erörtert.

A aplicação de uma ou mais camadas de tinta sobre as superfícies metálicas é a maneira mais comum e eficaz de proteger os substratos metálicos contra o fenômeno da corrosão. No entanto, os sistemas de pintura podem vir a falhar precocemente por diferentes motivos, causando um ataque corrosivo inesperado no metal a ser protegido. Por esta razão, o processo de repintura em estruturas metálicas é realizado frequentemente para garantir a integridade da estrutura pintada e aumentar sua vida útil. Como o processo de repintura gera impactos econômicos e ambientais, sistemas de pintura capazes de sofrerem uma reparação sem a necessidade de uma intervenção humana, precisam ser desenvolvidos. O encapsulamento de agentes de reparação, com propriedades de formação de filme, em microcápsulas poliméricas é uma excelente alternativa para que os sistemas de pintura se autorreparem, aumentando os intervalos de repintura. Após o processo de encapsulamento, as microcápsulas contendo o agente de reparação são incorporadas na preparação da tinta, para que o sistema de pintura seja aplicado sobre a estrutura metálica. Este tipo de aditivação confere ao revestimento a propriedade de autorreparação, pois quando o sistema de pintura é danificado as microcápsulas são rompidas e liberam o agente de reparação no local danificado, protegendo novamente o substrato metálico. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema autorreparador monocomponente, através do microencapsulamento de uma resina a base de éster de epóxi, pelo método de polimerização in-situ. Também foi desenvolvido um sistema autorreparador bicomponente, através do microencapsulamento de uma resina a base de epóxi, pelo método de emulsão e polimerização in-situ de ureia-formaldeído-melamina e do seu endurecedor a base de poliamida, pelo método de extração de solvente em paredes de poliestireno. Foi realizado um planejamento estatístico para estudar a emulsão precursora das microcápsulas de poli(ureia-formaldeído-melamina) contendo o sistema monocomponente, onde foram estudados: o tipo e a velocidade de agitação, a presença de cloreto de sódio na formulação, o uso de uma sonda ultrassônica após a etapa de dispersão, a concentração de tensoativo na formulação e o tensoativo utilizado. Como variáveis de resposta foram determinadas: a estabilidade visual das emulsões e o diâmetro das gotículas formadas. A melhor condição de emulsificação determinada foi utilizada para a obtenção das microcápsulas de poli(ureia-formaldeídomelamina) contendo a resina éster de epóxi e das microcápsulas de poli(ureiaformaldeído-melamina) contento a resina epóxi. Entre as condições de emulsificação estudadas, apenas a condição utilizando o tensoativo goma arábica possibilitou a obtenção das microcápsulas de poli(ureia-formaldeído-melamina) na faixa de diâmetro desejada. O método escolhido para o encapsulamento do endurecedor possibilitou a obtenção de microcápsulas de poliestireno, porém com uma baixa capacidade de armazenamento. A liberação dos agentes de reparação encapsulados foi observada pela microscopia óptica e comprovada pela técnica de espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e pela técnica de espectroscopia Raman. Os aditivos autorreparadores desenvolvidos (mono e bicomponente) foram adicionados separadamente em uma tinta epóxi, nas proporções mássicas em base seca de 10 e 15 %. O sistema de pintura foi aplicado em um esquema de três camadas e o aditivo de autorreparação foi incorporado na primeira e/ou segunda camada aplicada. O sistema de pintura contendo o aditivo autorreparador monocomponente apresentou um aspecto visual melhor do que o sistema de pintura contendo o aditivo autorreparador bicomponente, porém o sistema bicomponente forneceu melhores propriedades de aderência, de impermeabilidade, anticorrosivas e de autorreparação à tinta aditivada. As medidas com as técnicas eletroquímicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e de varredura com eletrodo vibratório (SVET) comprovaram que os dois aditivos desenvolvidos proporcionaram o efeito autorreparador aos sistemas de pintura aditivados, quando estes foram danificados mecanicamente com uma microbroca ou com um estilete. Ensaios acelerados de corrosão em câmara de névoa salina e ensaios de exposição ao intemperismo natural mostraram que os aditivos desenvolvidos promoveram uma proteção adicional ao aço carbono, quando o sistema de pintura foi danificado mecanicamente. / The application of one or more coating layers on the metallic surfaces is the most common and effective way to protect metallic substrates against corrosion. Nevertheless, the coating layer may fail early for different reasons, leading to an unexpected corrosive attack on the protected metal. For this reason, the coating repair process is performed to ensure the integrity during the service life of the coated metallic structures. Due to the fact that coating repair process generates economic and environmental impacts; there is a great need for the development of systems capable to repair themselves, without human intervention. The encapsulation of repairing agents, with film forming properties, in polymeric microcapsules is an excellent alternative to the coating self-repair, decreasing the coating repair process frequency. After the encapsulation process, the microcapsules containing the repair agent are incorporated into the paint preparation and the coating system could be applied normally to the metallic surface. This kind of additivation confers to the coating the self-healing property, because when the coating system is damaged the microcapsules suffers a rupture and release the repair agent into the damaged site, protecting the metallic substrate from corrosion. In this work, a mono-component self-healing system was developed, through the microencapsulation of an epoxy ester resin, by the in-situ polymerization method. A bi-component self-healing system was also developed, by the microencapsulation of an epoxy resin, through the emulsion and in-situ polymerization method and by the microencapsulation of a polyamide hardener, by the double emulsion and solvent extraction method. A factorial design was developed to study the precursor emulsion of the poly (urea-formaldehyde-melamine) microcapsules containing the monocomponent system, where the studied factors were: the type and speed of the agitation, the presence of sodium chloride in the formulation, the use of an ultrasonic probe after the emulsification, the surfactant type and concentration. The analyzed response variables were: the visual stability of the emulsions and the mean diameter of the formed droplets. The best obtained emulsification conditions were employed to produce the poly(urea-formaldehyde-melamine) microcapsules containing the epoxy ester resin and poly(urea-formaldehyde-melamine) microcapsules containing the epoxy resin. Among the studied emulsification conditions, only using arabic gum surfactant the poly (urea-formaldehyde-melamine) microcapsules were obtained. The selected method for the hardener encapsulation was efficient to obtain polystyrene microcapsules, but with low loading capacity. The release of the encapsulated repair agents was observed by optical microscopy and confirmed by infrared spectroscopy (FTIR) technique and Raman spectroscopy technique. The developed self-healing additives (mono and bicomponent) were added separately in an epoxy commercial coating, using the dry mass ratios 10% and 15 %. The coating system was applied in a three layer coating system and the self-healing additive was incorporated into the first and/or second layer. The coated samples containing the mono-component additive had a better visual appearance than the bi-component additive system; nevertheless the bi-component system provided better adhesion, impermeability, anti-corrosion and self-healing properties to the doped coating. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and scanning vibrating electrode technique (SVET) measurements proved that the two developed additives provided self-healing properties to the doped coating systems, when they were mechanically damaged with a micro drill or a blade. Accelerated corrosion tests in the salt spray chamber and natural atmospheric corrosion tests showed that the developed additives provided an additional protection to the carbon steel, when the coating system has been mechanically damaged.

As resinas termorrígidas são uma classe de polímeros que devido à reação de reticulação deveriam apresentar uma única cadeia molecular de peso infinito, no entanto, questionamentos sugerem que a formação da rede tridimensional é não-homogênea. Atualmente, devido aos avanços obtidos pela nanotecnologia, torna-se possível uma abordagem diferenciada na modificação química de polímeros como a resina epoxídica. Neste trabalho, foram preparados nanocompósitos adicionando diferentes teores do oligômero poliédrico de silsesquioxano (POSS) n-fenilaminopropil na resina epoxídica. Foi substituindo 1, 5 e 10 por cento em massa (% m.) do agente de reticulação trietilenotetramina (TETA) por POSS. Esta modificação foi realizada com o objetivo de promover maior concentração de interligações nas interfaces das regiões nodulares, descritas como imperfeições ou descontinuidades que ocorrem pela cura não-homogênea da resina. Através da morfologia e da análise do teor de gel, foi evidenciada boa dispersão e melhoria na homogeneidade da rede tridimensional da resina acima de 5 % m. de POSS e aumento da fração gel nos nanocompósitos comparados com a resina epoxídica pura. Na realização de análises de difração de raio-x (DRX) foi visto que a adição do POSS aumentou a distância média entre as cadeias da resina. Foi realizada análise dinâmico-mecânica (DMA) no modo não-isotérmico e por varredura de frequência no modo isotérmico. Pelo modo não-isotérmico os resultados demonstraram que o POSS deslocou a Tg para temperaturas maiores e não alterou significativamente a densidade de ligações cruzadas da resina epoxídica. O modo isotérmico foi utilizado para a determinação de parâmetros das equações de Williams-Landel-Ferry (WLF) e Vogel-Fulcher-Tammann (VFT). Foi calculada a distribuição dos espectros de relaxação H(t) e retardação L(t) molecular através dos módulos de armazenamento e perda obtidos pelo modo isotérmico no DMA. Os parâmetros WLF e VFT demonstraram que a incorporação do POSS ao mesmo tempo em que aumentou a Tg, reduziu a energia de ativação de movimentação segmentar e tornou a resina epoxídica mais forte estruturalmente. A redução da energia de ativação foi associada com a redução das forças de interação intermolecular, enquanto que a redução da fragilidade foi associada ao fato do POSS ser capaz de interligar as interfaces de regiões nodulares. Os espectros H(t) e L(t) mostraram que o pico de relaxação associado aos nódulos formados no processo de reticulação desapareceu. A determinação da capacidade calorífica (Cp) e do excesso de entropia (Sex) através de análises de calorimetria exploratória diferencial modulada (MDSC) demonstrou que o POSS é capaz de minimizar as flutuações de calor ao longo da microestrutura da resina epoxídica. A minimização das flutuações térmicas e a alteração dos tempos de relaxação demonstram que a adição do POSS é eficiente em termos de minimização de imperfeições na microestrutura da resina epoxídica. / The thermosetting resins are a class of polymers that due to the crosslinking reaction should present a single chain with infinite molecular weight; however, questions suggest that the formation of three-dimensional network is non-homogeneous. Today, due to advancements in nanotechnology, became possible a differentiated approach in the chemical modification of polymers such as epoxy resin. In this work, nanocomposites with different contents of the polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) n-phenylaminopropyl in epoxy resin were prepared. It was substituted 1, 5 and 10 weight percent (wt%) of the crosslinking agent, triethylenetetramine (TETA), for POSS. This modification was performed in order to promote greater concentration of interconnections at the interfaces of the regions described as nodular imperfections or discontinuities that arise due to inhomogeneous cure of the resin. Through the morphology and the gel content analysis was observed good dispersion and improvements in the uniformity of three-dimensional network of the resin up till 5 wt% of the POSS and increase in the gel fraction of the nanocomposites compared with pure epoxy resin. X-ray diffraction (XRD) showed that the POSS promoted an increase in distance between chains of the resin. Dynamic-mechanical analysis (DMA) was performed in non-isothermal mode and a frequency sweep in the isothermal mode. By non-isothermal mode the results showed that the POSS shifted the Tg to higher temperatures and does not modify the crosslink density. The isothermal mode was used to determine the parameter of the Williams-Landel-Ferry (WLF) and Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) equations. The distribution of the relaxation H(t) and retardation L(t) spectra was calculated through the storage (E') and loss (E'') modulus obtained by the DMA isothermal mode. The WLF and VFT parameters showed that the incorporation of POSS at the same time increased the Tg reduced the activation energy of segmental motion and made the epoxy resin structurally stronger. The reduction in the activation energy was associated with reduced intermolecular forces whereas the decrease in the structural fragility is associated with the fact that the POSS be able to interconnect the interfaces of the nodular regions. The H(t) and L(t) spectra showed that the nodules formed in the crosslinking process disappeared. The determination of the heat capacity (Cp) and excess entropy (Sex), analyzed by modulated differential scanning calorimetry (MDSC), showed that POSS is capable of minimizing fluctuations of heat along the microstructure of the epoxy resin. The reduction of thermal fluctuations and change in the relaxation times shows that the POSS addition is efficient to minimize imperfections in the microstructure of the epoxy resin.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-02-20T11:58:42Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli Silveira Alves Júnior - 2016.pdf: 12417931 bytes, checksum: 6db7ee264bfc1aa30451796af3624091 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-02-20T11:59:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli Silveira Alves Júnior - 2016.pdf: 12417931 bytes, checksum: 6db7ee264bfc1aa30451796af3624091 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-20T11:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli Silveira Alves Júnior - 2016.pdf: 12417931 bytes, checksum: 6db7ee264bfc1aa30451796af3624091 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / Nanocomposites based on magnetic nanoparticles dispersed in a polymer matrix has emerged as a new class of materials that might be applied in various technology segments, such as telecommunication, aerospace and recently biomedical industry. However, obtaining nanocomposites with uniform distribution of nanoparticles in the polymeric matrix has been a challenge due to the chemical incompatibility between these materials. In this context, the objective of this study was to evaluate the homogeneity of the dispersion of cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles in an epoxy resin matrix by varying the method of incorporating them into the polymeric matrix (by adding a powder or a colloidal dispersion of nanoparticles). The prepared materials were evaluated by chemical (FTIR, AA, UV-Vis), structural (XRD), thermal (TG, DSC), morphological (DLS, SEM, TEM) and magnetic (VSM) characterization techniques. A strong correlation between the method of incorporation of the cobalt ferrite nanoparticles, the uniformity of their dispersion into the polymeric matrix and the thermal and magnetic properties of the nanocomposites was verified. / Nanocompósitos de nanopartículas magnéticas dispersas numa matriz polimérica tem se destacado como uma nova classe de materiais que podem ser aplicados em diversos segmentos tecnológicos, como nas indústrias de telecomunicações, indústria aeroespacial e, recentemente, na indústria biomédica. Contudo, a confecção de nanocompósitos com distribuição uniforme das nanopartículas na matriz polimérica tem sido um desafio, em virtude da incompatibilidade química entre estes materiais. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a homogeneidade da dispersão de nanopartículas de ferrita de cobalto (CoFe2O4) em uma matriz epoxídica, variando-se o método de incorporação das nanopartícula na matriz polimérica (adicionando-se um pó ou uma dispersão coloidal de nanopartículas). As propriedades dos materiais preparados foram avaliadas pelas técnicas de caracterização química (FTIR, AA, UV-Vis), estrutural (XRD), térmica (TG, DSC), morfológica (DLS, SEM, TEM) e magnética (VSM). Verificou-se forte correlação entre o método de incorporação das nanopartículas de ferrita de cobalto, a uniformidade da dispersão destas na matriz polimérica e as propriedades térmicas e magnéticas apresentadas pelos nanocompósitos.

The high functionality epoxy resins tetraglycidyl-4,4’-diaminodiphenyl-methane(TGDDM) and triglycidyl-p-aminophenol (TGPAP) are the main components in most aerospace grade epoxy resin formulations. Owing to their high reactivity and high viscosity, TGDDM and TGPAP pose difficulties when used in wet layup composite manufacturing. As such, these resins are often modified to achieve the desired performance both in the liquid and cured states. The main objective of this thesis is to optimise a low viscosity multi-component epoxy resin formulation suitable for use as an aerospace grade composite matrix. The formulation will allow for the addition of high levels of thermoplastic to improve the fracture toughness of the resin whilst also maintaining resin processability. Through the use of thermal analytical techniques this thesis aims to study the effects of varying the TGDDM/TGPAP ratio, incorporation of a low viscosity bi-functional epoxy resin, the diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF) and changes to the stoichiometric ratio (r)between reactive groups of the epoxy resin and amine hardener (4,4’-diaminodiphenylsulphone, DDS) in multi-component epoxy resin formulations. Resin formulations were optimised using factorial experimental design (FED). Results from two FED’s showed curing multi-component resins at a low stoichiometric ratio significantly increased the processing window whilst also increasing the glass transition temperature (Tg) of the cured resin. No apparent benefit could be assigned to the inclusion of TGDDM owing to its poor processability and a Tg similar to TGPAP. Up to 60% DGEBF was incorporated in a multi-component resin formulation whilst still attaining a Tg greater than 220°C. Its inclusion at 60% had the additional benefit of increasing the processing window by 48 minutes over TGPAP, an increase of 62%. Two optimised resin formulations, 100% TGPAP (100T) and a binary mix of 60% DGEBF and 40% TGPAP (60D) were taken forward to study the effects of adding a thermoplastic toughener (polyethersulphone, PES) in incremental amounts up to 50wt%. SEM images showed all toughened 100T resins had a phase separated morphology whilst all 60D resins were homogenous. The phase separation seen in 100T did not improve the matrix fracture toughness when loaded at 10 wt% and 30 wt% PES. Only when 50 wt% PES was added did fracture toughness increase in comparison to the homogenous 60D resins. Through factorial experimental design two epoxy resin formulations which excluded TGDDM were optimised with a low stoichiometric ratio. The optimum aerospace formulation is dependent on the desired processability and fracture toughness of the resin. High DGEBF-containing formulations give the longest processing windows whilst the 100% TGPAP formulation toughened with 50% PES has the highest fracture toughness.

The diploma thesis describes the influence of humid conditions on the curing of epoxy resins by multifunctional amines. The aim of the experimental part was the identification of degradation products and their quantification, as well as the determination of the influence of humid conditions on the degree of hardening, modulus of elasticity, and flexural strength. Another goal was to optimize the formulation of the reactive mixture for the preparation of epoxy resin with lower susceptibility to carbamate bloom. The degradation products were evaluated by determining the mechanical properties by bending test according to the standard ČSN EN 179-1. The degree of hardening was monitored through temperature modulated differential scanning calorimetry (TMDSC). Degradation products were identified by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and quantified by UV-VIS spectroscopy. The morphology of the surface layer was monitored by confocal laser scanning microscopy (CLSM). The dependence of the relative humidity of the environment on the curing process of the epoxy resin and its resulting mechanical properties was determined. Based on the analyzes, a modification of the formulation for the suppression of spurious carbamate during the curing of the epoxy matrix was designed and experimentally verified.