Une des manières d'augmenter la stabilité thermique de polymères consiste à leur ajouter de faibles quantités d'argile dispersées dans échelle nanométrique. De tels matériaux sont appelés de " nanocomposites ". Il existe plusieurs explications à ce phénomène, comme les effets de barrière de diffusion et la formation de charbon. D'autres sont en cours de vérification, comme les effets de piégeage de radicaux par les ions qui participent à des réactions de type Fenton. Notre objectif a été de suivre in situ des transformations chimiques de la phase argile, afin de mieux comprendre comment ces nanostructures lamellaires retardent la décomposition de polymères. Pour ce faire, trois types de nanocomposites ont été préparés: i) Poly(méthylméthacrylate)-co-Poly(trimetoxysilil propyl méthacrylate) et argiles montmorillonite (MMT) du type Cloisite (PMMA-co-PTMSM-Cloisite); ii) PMMA-argiles montmorillonites naturelles contenant différents taux d'ions Fe3+ dans les couches octaédrique (PMMA-MMT); iii) PMMA-hydroxydes doubles lamellaires (HDL), avec différentes proportions d' ions Zn2+ , Cu2+ et Fe3+ PMMA-HDL. La thermo-décomposition des argiles primitives et de leurs nanocomposites ont été suivies par des analyses thermiques, de diffusion de rayons X (SAXS et WAXS) et par spectroscopie d'absorption de rayons X (EXAFS). Les effets de l'atmosphère, de la composition chimique des lamelles, et de la quantité d'argile employée dans l'obtention des nanocomposites ont été évalués. L'étude des nanocomposites, PMMA-co-PTMSM-Cloisite a mis en évidence deux mécanismes de stabilisation. Elle a montré que l'addition d'argiles résulte en une stabilisation plus importante sous atmosphère d'air, que sous atmosphère de N2, et est aussi plus importante selon la quantité d'argile dispersée dans le polymère. La formation de charbon a aussi été observée seulement sous l'atmosphère d'air. La stabilité thermique des nanocomposites PMMA-MMT est aussi proportionnelle à la quantité d'argile employée dans l'obtention de la nanocomposite. Pour de faibles quantités d'argile, 0.3-1 % en masse, la stabilité thermique des nanocomposites est proportionnelle à la quantité de ions Fe3+ présents dans l'argile. Le suivi de l'environnement chimique des ions Fe3+ par EXAFS en fonction de la température, a montré que quand la phase argile est dispersée dans le PMMA, les ions Fe3+ sont réduits à Fe2+, ce qui ne se vérifie dans les phases primitives. Ces mécanismes de stabilisation indiquent que la phase argile stabilise le PMMA par des mécanismes de barrière de diffusion et par le piégeage des radicaux. Les nanocomposites PMMA-HDL contenant des ions Fe3+ sont plus stables que ceux qui contiennent des ions Cu2+. L'étude in situ de 'évolution de l'ordre local à moyenne distance en fonction de la température a montré que les phases HDL stabilisent le PMMA également par les mécanismes de barrière de diffusion et le piégeage de radicaux. L'ion Cu2+, induisant des distorsions dans l'ordre local, rend les lamelles moins stables : elles se décomposent à des températures inférieures, et l'effet de barrière de diffusion est alors réduit. Par contre, les ions Cu2+ et Fe3+ piègent des radicaux de la phase polymérique qui se décomposent et ralentissent le phénomène. Cette thèse démontre que les argiles peuvent agir comme des particules réactives ou inertes, c'est-à-dire, à travers des réactions chimiques avec le polymère ou comme barrière physique. La stabilisation thermique des polymères dépend d'une combinaison de mécanismes, parmi eux la barrière de diffusion, la formation de charbon et le piégeage de radicaux.

ABSTRACT PLASMA SURFACE MODIFICATION AND CHARACTERIZATION OF PMMA FILMS &Ouml / zgen, &Ouml / zge M.Sc., Department of Polymer Science and Technology Supervisor: Prof. Dr. Nesrin Hasirci Co-supervisor: Prof. Dr. Vasif Hasirci December 2011, 114 pages Surface properties play an essential role for determining the behavior of a material for many applications such as coating, printing, adhesion and prosthesis implanting since the surface is the first part that comes in contact with the environment. Although the bulk properties of some materials are at the desired level, the surface may need to be modified for a better compatibility with its surrounding. Plasma treatment is one generally preferred technique because of its high potential to create various functional groups on the surface of the sample by changing the applied plasma parameters. Some molecules can be successfully immobilized onto these surfaces using these specific chemical functional groups created by plasma. The type of the functional group is important for intended purpose of covalent binding of different molecules on the surface of a material. Present study offers important routes for optimization of the surface functionality of (PMMA) films by changing the plasma parameters. For this purpose, solvent casted polymethylmetacrylate PMMA films were modified by, nitrogen, argon and oxygen plasma by using a radiofrequency (RF) generator / and with various powers (10W, 50W, 100W) for different periods (5min, 15min and 30min). The effects of these plasma parameters (gas type, applied power, plasma time) on hydrophilicity, surface free energy, surface chemistry, and surface topography were investigated. Also, the types of surface free radicals created with oxygen plasma treatment were analysed and the decay of these radicals were examined by Electron Spin Resonance Spectroscopy (ESR). In general, plasma treatment reduced the contact angle of PMMA films where the most hydrophilic surface was obtained for 100W 30 min argon plasma treated sample showing superhydrophilic character with the water contact angle value of ~10&deg / . Surface free energy measurements were carried out according to Geometric Mean, Harmonic Mean, Acid-Base approach and it was found that oxygen, nitrogen and argon plasma treatments increased the surface free energy for all samples by increasing the polar components and introducing functional groups on the surface. X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis results revealed that free carbonyl and carbonate groups were formed by oxygen plasma treatment, whereas carboxylic acid and free carbonyl groups were formed after argon plasma treatment, and imine, primary amine, amide and nitrozo groups were formed by nitrogen plasma. Atomic Force Microscopy (AFM) analysis revealed that the roughness of the surface increased considerably from ~2 nm to ~75 nm for the 100W 30 min oxygen plasma treated samples. ESR analysis indicated the presence of peroxy radicals on the surface of the oxygen plasma treated PMMA and the intensity of these radicals increased with increasing plasma power. Decay study of the newly created radicals demonstrated that after 1 month under the atmospheric conditions there were still peroxy radicals on the surface of PMMA. This functionality is important in leading time for further process for binding of different molecules to the surface of the materials for specific purposes. As a result, RF plasma was found to be an effective tool for modification of surface properties of materials with product diversity for intended purposes.

Matrix Assisted Laser Desorption Ionization–Time of Flight (MALDI-TOF) mass spectroscopy is used in the characterization of synthetic polymers. MALDI allows for determination of: modal, most probable peak (M P), molecular number average (MN), molecular weight average (MW), polydispersity (PD), and polymer spread (PSP). We evaluate a new sample preparation method using Induction Based Fluidics (IBF) to kinetically launch and direct nanoliter volumes to a target without contact. IBF offers signal improvement via field enhanced crystallization. This is the first study to discuss filed enhanced crystallization in MALDI sample preparation. IBF can increase signal/noise (S/N) and signal intensity for polystyrene (PS), poly(methyl methacrylate) (PMMA), and poly(ethylene glycol) (PEG) across a mass range of 2,500 to 92,000 Da showing more accurate PSP. Increases in S/N range up to: 279% for PS, 140% for PMMA, and 660% for PEG. Signal intensities increased up to: 438% for PS, 115% for PMMA, and 166% for PEG. Cross-polarization microscopy indicates dramatic morphology differences between IBF and micropipette. Finally, we speculate as to why IBF nanoliter depositions afford higher S/N values in experiments conducted in different instrumental configurations even without optimization. Next we sought to investigate whether nanoliter volumes of concentrated polar liquids and organic monomers launched to targets using IBF can be verified through the real time charge measurements. We show that using a nanoliter IBF dispensing device and nanocoulomb meter, charge measurements made on nanoliter drops in real time are correlated with the droplets surface area following Gauss’s Law. We infer the "induction only" formation of the double layer showing the ability to determine nanoliter volumes, nearly instantaneously, in real time. Implications are presented from these IBF measurement observations on improving/monitoring MALDI quantitation and its quality control. Polymer-dye interactions were further investigated using PMMA composites made from a polar metalloporphyrin [5-(4',4',5',5'-tetramethyl[1',3',2']dioxaborolan-2'-yl)-10,20-diphenylporphyrinato]zinc(II) (Zn(II)Bpin-DPP) in select weight %s (wt%s). Fluorescence spectroscopy has revealed that the porphyrin was well dispersed within the composite. Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed that porphyrin acted as an antiplasticizer raising the glass transition (Tg) from 105 °C to 123 °C. Dielectric Analysis (DEA) was performed in the frequency range of 0.3 Hz to 100 kHz between -150 to 270 ⁰C. Permittivity (ε’), loss factor (ε’’) and dielectric response of beta (β), alpha beta (αβ), and conductivity relaxations were studied. Previous DEA data was limited to 190 ⁰C. This study brings analysis to 270 ⁰C which is start point for the first part of PMMA degradation. Thus forwarding DEA can be used to evaluate PMMA degradation. The electric modulus formalism is used to reveal the β and conductivity relaxations. The apparent activation energies (Ea) for the molecular relaxations are presented. AC (ζAC) and DC (ζDC) conductivity are also evaluated. Tan delta (δ), dissipation factor, evaluated between 1 Hz to 100 kHz was shown to increase with porphyrin loading although locally affected by free volume restriction. Havriliak-Negami (H-N) equation was fit using the complex electric modulus (M*) modified form and was performed on the conductivity region 160 to 190 ⁰C and degradation region 190 to 270 °C. Relaxations above the Tg were proven to be conductivity relaxations using four proofs. This is the first study to investigate PMMA degradation DEA with the complex electric modulus, M*, revealing a unique occurrence of increasing central relaxation times (s-1) and reducing electric loss modulus (M") frequency maxima (Hz) after the degradation temperature of 220 ⁰C was reached supporting current literature of the first of a two part degradation process that proceeds via end chain scission.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 QueremAFA_DISSERT.pdf: 6927049 bytes, checksum: 5fbf755901320194b71aa9dc0dc0b657 (MD5) Previous issue date: 2013-06-07 / Studies indicate that a variation in the degree of crystallinity of the components of a polymer blend influences the mechanical properties. This variation can be obtained by subjecting the blend to heat treatments that lead to changes in the spherulitic structure. The aim of this work is to analyze the influence of different heat treatments on the variation of the degree of crystallinity and to establish a relationship between this variation and the mechanical behavior of poly(methyl methacrylate)/poly(ethylene terephthalate) recycled (PMMA / PETrec) with and without the use of compatibilizer agent poly(methyl methacrylate-al-glycidyl methacrylate-al-ethyl acrylate) (MMAGMA- EA). All compositions were subjected to two heat treatments. T1 heat treatment the samples were treated at 130 ? C for 30 minutes and cooled in air. In T2, the samples were treated at 230 ? C for 5 minutes and cooled to approximately -10 ? C. The variation of the degree of crystallinity was determined by the proportional relationship between crystallinity and density, with the density measured by pycnometry. The mechanical behavior was verified by tensile tests with and without the presence of notches and pre-cracks, and by method of fracture toughness in plane strain (KIC). We used the scanning electron microscopy (SEM) to analyze the fracture surface of the samples. The compositions subjected to heat treatment T1, in general, showed an increase in the degree of crystallinity in tensile strength and a tendency to decrease in toughness, while compositions undergoing treatment T2 showed that the opposite behavior. Therefore, this work showed that heat treatment can give a polymer blend further diversity of its properties, this being caused by changes in the crystal structure / Estudos apontam que uma varia??o no grau de cristalinidade dos componentes de uma blenda polim?rica influencia nas suas propriedades mec?nicas. Essa varia??o pode ser obtida pela submiss?o da blenda a tratamentos t?rmicos que levam a modifica??es da estrutura esferul?tica. O objetivo desse trabalho ? analisar a influ?ncia de diferentes tratamentos t?rmicos na varia??o do grau de cristalinidade e estabelecer uma rela??o entre essa varia??o e o comportamento mec?nico da blenda poli(metacrilato de metila)/poli(tereftalato de etileno) reciclado (PMMA/PETrec) com e sem o uso do agente compatibilizante interfacial poli(metacrilato de metila-almetacrilato de glicidila-al-acrilato de etila) (MMA-GMA-EA). Todas as composi??es foram submetidas a dois tratamentos t?rmicos. No tratamento t?rmico T1 as amostras foram tratadas a 130 ?C por 30 minutos e resfriadas ao ar. No tratamento T2 as amostras foram tratadas a 230 ?C por 5 minutos e resfriadas a aproximadamente 10 ?C. A varia??o do grau de cristalinidade foi verificada pela rela??o de proporcionalidade existente entre cristalinidade e densidade, sendo a densidade medida por picnometria. O comportamento mec?nico foi verificado por ensaios de tra??o, com e sem a presen?a de entalhes e pr?-trincas, e pelo m?todo da tenacidade ? fratura em estado plano de deforma??o (KIC). Utilizou-se a microscopia eletr?nica de varredura (MEV) para analisar a superf?cie de fratura das amostras. As composi??es submetidas ao tratamento t?rmico T1, de uma forma geral, mostraram aumento no grau de cristalinidade, na resist?ncia ? tra??o e uma tend?ncia ? redu??o na tenacidade ? fratura, enquanto que as composi??es submetidas ao tratamento T2 mostraram um comportamento oposto a esse. Portanto, este trabalho mostrou que um tratamento t?rmico pode conferir a uma blenda polim?rica uma diversidade ainda maior de suas propriedades, sendo essa ocasionada pelas mudan?as na estrutura cristalina

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-10-11T21:36:56Z No. of bitstreams: 1 LenitaDaSilvaLucioFernandes_TESE.pdf: 34327781 bytes, checksum: 331e3980ba66cf852b3fa0cd7970b923 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-10-14T23:06:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LenitaDaSilvaLucioFernandes_TESE.pdf: 34327781 bytes, checksum: 331e3980ba66cf852b3fa0cd7970b923 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T23:06:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LenitaDaSilvaLucioFernandes_TESE.pdf: 34327781 bytes, checksum: 331e3980ba66cf852b3fa0cd7970b923 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / As nanopart?culas s?o de grande interesse cient?fico, devido a uma ampla variedade de potenciais aplica??es nos campos da biomedicina, ?tica e eletr?nica. Muitos estudos t?m sido realizados com o objetivo de produzir part?culas polim?ricas em nano escala. A principal raz?o ? a maior propor??o de ?rea de superf?cie por volume, o que resulta em caracter?sticas espec?ficas. Tais considera??es levaram os pesquisadores a desenvolver t?cnicas para a obten??o de nanopart?culas polim?ricas com propriedades que permitem a aplica??o em diferentes ?reas. No presente trabalho, ? proposto um processo de polimeriza??o por atomiza??o aplicado a sistemas de miniemuls?o e suspens?o para a forma??o de part?culas submicrom?tricas de poli(metacrilato de metila) (PMMA) e poliestireno (PS), sob a forma de homopol?mero e copol?mero. Nesta t?cnica, um dispositivo atomizador ? utilizado como um m?todo alternativo para gerar as got?culas de mon?mero antes da dispers?o no meio reacional. Rea??es usando a t?cnica proposta foram realizadas e as part?culas de PMMA e PS obtidas por polimeriza??es em suspens?o ou miniemuls?o foram analisadas por espalhamento din?mico de luz (DLS), microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e microscopia eletr?nica de transmiss?o (MET). Observou-se, atrav?s das an?lises de DLS, que foram obtidas part?culas polim?ricas com tamanho m?dio entre 40 e 1400 nm. J? com as an?lises de MEV e MET, foi poss?vel observar que as part?culas geralmente alcan?aram tamanhos inferiores a 200 nm e com caracter?stica morfol?gica bem definida e esf?rica. Tais resultados foram obtidos at? mesmo nas polimeriza??es em suspens?o, o que n?o ? comum de conseguir com t?cnicas convencionais. Por outro lado, a t?cnica proposta neste estudo tem demonstrado dificuldade em atingir altas concentra??es de s?lidos, sendo o valor m?ximo obtido de 130 g/L. Tal limita??o est? associada ao arraste das got?culas de mon?mero durante a atomiza??o, sendo este efeito mais pronunciado principalmente quando o mon?mero ? mais vol?til. Por esta raz?o, diferentes configura??es do sistema de polimeriza??o foram testadas com o prop?sito de melhoria dos resultados. Al?m de demonstrar que ? capaz de obter part?culas nanom?tricas, a t?cnica proposta neste trabalho parece promissora na obten??o de part?culas carreadoras, sendo, portanto, uma alternativa interessante pela facilidade de adapta??o para larga escala, diferentemente dos m?todos convencionais de produ??o de nanopart?culas polim?ricas.As nanopart?culas s?o de grande interesse cient?fico, devido a uma ampla variedade de potenciais aplica??es nos campos da biomedicina, ?tica e eletr?nica. Muitos estudos t?m sido realizados com o objetivo de produzir part?culas polim?ricas em nano escala. A principal raz?o ? a maior propor??o de ?rea de superf?cie por volume, o que resulta em caracter?sticas espec?ficas. Tais considera??es levaram os pesquisadores a desenvolver t?cnicas para a obten??o de nanopart?culas polim?ricas com As nanopart?culas s?o de grande interesse cient?fico, devido a uma ampla variedade de potenciais aplica??es nos campos da biomedicina, ?tica e eletr?nica. Muitos estudos t?m sido realizados com o objetivo de produzir part?culas polim?ricas em nano escala. A principal raz?o ? a maior propor??o de ?rea de superf?cie por volume, o que resulta em caracter?sticas espec?ficas. Tais considera??es levaram os pesquisadores a desenvolver t?cnicas para a obten??o de nanopart?culas polim?ricas com propriedades que permitem a aplica??o em diferentes ?reas. No presente trabalho, ? proposto um processo de polimeriza??o por atomiza??o aplicado a sistemas de miniemuls?o e suspens?o para a forma??o de part?culas submicrom?tricas de poli(metacrilato de metila) (PMMA) e poliestireno (PS), sob a forma de homopol?mero e copol?mero. Nesta t?cnica, um dispositivo atomizador ? utilizado como um m?todo alternativo para gerar as got?culas de mon?mero antes da dispers?o no meio reacional. Rea??es usando a t?cnica proposta foram realizadas e as part?culas de PMMA e PS obtidas por polimeriza??es em suspens?o ou miniemuls?o foram analisadas por espalhamento din?mico de luz (DLS), microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e microscopia eletr?nica de transmiss?o (MET). Observou-se, atrav?s das an?lises de DLS, que foram obtidas part?culas polim?ricas com tamanho m?dio entre 40 e 1400 nm. J? com as an?lises de MEV e MET, foi poss?vel observar que as part?culas geralmente alcan?aram tamanhos inferiores a 200 nm e com caracter?stica morfol?gica bem definida e esf?rica. Tais resultados foram obtidos at? mesmo nas polimeriza??es em suspens?o, o que n?o ? comum de conseguir com t?cnicas convencionais. Por outro lado, a t?cnica proposta neste estudo tem demonstrado dificuldade em atingir altas concentra??es de s?lidos, sendo o valor m?ximo obtido de 130 g/L. Tal limita??o est? associada ao arraste das got?culas de mon?mero durante a atomiza??o, sendo este efeito mais pronunciado principalmente quando o mon?mero ? mais vol?til. Por esta raz?o, diferentes configura??es do sistema de polimeriza??o foram testadas com o prop?sito de melhoria dos resultados. Al?m de demonstrar que ? capaz de obter part?culas nanom?tricas, a t?cnica proposta neste trabalho parece promissora na obten??o de part?culas carreadoras, sendo, portanto, uma alternativa interessante pela facilidade de adapta??o para larga escala, diferentemente dos m?todos convencionais de produ??o de nanopart?culas polim?ricas.propriedades que permitem a aplica??o em diferentes ?reas. No presente trabalho, ? proposto um processo de polimeriza??o por atomiza??o aplicado a sistemas de miniemuls?o e suspens?o para a forma??o de part?culas submicrom?tricas de poli(metacrilato de metila) (PMMA) e poliestireno (PS), sob a forma de homopol?mero e copol?mero. Nesta t?cnica, um dispositivo atomizador ? utilizado como um m?todo alternativo para gerar as got?culas de mon?mero antes da dispers?o no meio reacional. Rea??es usando a t?cnica proposta foram realizadas e as part?culas de PMMA e PS obtidas por polimeriza??es em suspens?o ou miniemuls?o foram analisadas por espalhamento din?mico de luz (DLS), microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e microscopia eletr?nica de transmiss?o (MET). Observou-se, atrav?s das an?lises de DLS, que foram obtidas part?culas polim?ricas com tamanho m?dio entre 40 e 1400 nm. J? com as an?lises de MEV e MET, foi poss?vel observar que as part?culas geralmente alcan?aram tamanhos inferiores a 200 nm e com caracter?stica morfol?gica bem definida e esf?rica. Tais resultados foram obtidos at? mesmo nas polimeriza??es em suspens?o, o que n?o ? comum de conseguir com t?cnicas convencionais. Por outro lado, a t?cnica proposta neste estudo tem demonstrado dificuldade em atingir altas concentra??es de s?lidos, sendo o valor m?ximo obtido de 130 g/L. Tal limita??o est? associada ao arraste das got?culas de mon?mero durante a atomiza??o, sendo este efeito mais pronunciado principalmente quando o mon?mero ? mais vol?til. Por esta raz?o, diferentes configura??es do sistema de polimeriza??o foram testadas com o prop?sito de melhoria dos resultados. Al?m de demonstrar que ? capaz de obter part?culas nanom?tricas, a t?cnica proposta neste trabalho parece promissora na obten??o de part?culas carreadoras, sendo, portanto, uma alternativa interessante pela facilidade de adapta??o para larga escala, diferentemente dos m?todos convencionais de produ??o de nanopart?culas polim?ricas. / Nanoparticles are of great scientific interest due to a wide variety of potential applications in biomedicine, optical and electronic fields. Many studies have been carried out in order to produce polymeric particles in nano scale. The main reason for this is the higher ratio of surface area per volume, which results in specific characteristics. Such considerations have driven researchers to develop techniques to obtain polymeric nanoparticles with properties that allow application in different areas. In the present work is proposed a polymerization process by atomization applied to miniemulsion and suspension systems for formation of submicron particles of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS), in the form of homopolymer and copolymer. In this technique, a simple atomizer device is used as an alternative method to generate the monomer droplets before the dispersion in reaction medium. Reactions using the proposed technique were carried out and the particles of PMMA and PS obtained by suspension or miniemulsion polymerizations were analyzed by dynamic light scattering (DLS), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). It was observed through DLS analysis that polymeric particles were obtained with average size between 40 and 1400 nm. Concerning the SEM and TEM analysis, it was possible to observe that the particles generally reached sizes below 200 nm and with well-defined and spherical morphological characteristics. Such results were obtained even in the polymerizations using suspension formulations, which is not common of getting with conventional techniques. On the other hand, the proposed technique in this study has demonstrated difficulty in reaching high solid contents, being the maximum value obtained of 130 g/L. Such limitation is associated with the drag of the monomer droplets during atomization, being this effect more particularly pronounced when the monomer is more volatile. For this reason, different configurations of the polymerization system were tested for the purpose of improvement of results. Besides to demonstrate that is able to obtain polymeric nanoparticles, the technique proposed in this work looks promising in obtaining carrier particles, being, therefore, an interesting alternative by the facility of adaptation to large scale, differently of the conventional methods of polymeric nanoparticles production.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09602.pdf: 7986999 bytes, checksum: 3925b141ff3cb5747e1bfa4d230c6dbf (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:99/06641-9

Le district minier de Lavras do Sul comprend des prospections contenant de l’Au-Cu (±Pb, Zn, Ag) en une séquence plutono-volcanique néoprotérozoïque, au Sud du Brésil. Les minéralisations ont lieu dans des veines et brêches de quartz avec une direction préférentielle N40°W à E-W et en halos hydrotermaux dans les encaissantes. Les principaux minéraux d’altération associés aux minéralisations en filon dans les granitoïdes et dans les roches volcanogéniques comprennent de la séricite et de la chlorite, respectivement. Des études de terrain, de pétrographie (optique et MEV), de diffractométrie de rayons X, de décomposition de diffractogrammes et de chimie minérale des zones d’altération minéralisées montrent que les séricites associées à des altérations phyllique comprennent: (i) phengite, ilite et interstratifiés I/S (R≥1) riches en ilite (>80%). Ces composants montrent une zonalité spatiale et temporelle à l’échelle régionale: de grands cristaux hexagonaux fengitiques (2M1) prédominent dans les prospections à l’Ouest du complexe granitique, étant substitués en abondance par de petits cristaux en bande de ilite et I/S R≥1 (tous deux de 1M) en direction aux zones à l’Est. La distribution spatiale de ces minéraux ratifie des observations préalables selon lesquelles les zones les plus profondes du complexe granitique se localisent à l’Ouest. Cette évolution par rapport aux argilominéraux est accompagnée par des différences texturales dans les veines de quartz, typiques de déséquilibre, à l’Est. Les zones minéralisées (veines et halos d’altération) évoluent dans le temps depuis des assemblées dominées par des minéraux dioctaédriques vers des assemblées dominées par de la chlorite (±calcite), associée à l’évolution du fluide (d’acide à neutre) et au collapsus du système hydrothermal. Avec l’utilisation de techniques d’isotopes stables (O-H) et d’inclusions fluides, ont été caractérisés les fluides hydrothermaux impliqués dans ce système. Des échantillons à prédominance de phengite et ilite sont cristallisés par des fluides magmatiques (∼200-350°C, IF acqueuses L, L+V et de rares hypersalines) et météoriques, tandis que les riches en I/S le sont sous influence de fluides magmatiques et météoriques de composition distincte, proche de celle qui cristallise la chlorite (∼60-200°C, IF prédominantes acqueuses L et L+V). La cristallisation de chlorite en veines et halos d’altération dans les roches volcanogéniques a été générée principalement par une interaction des roches volcanogéniques avec des fluides météoriques de composition similaire à ceux de latitudes polaires. Ceci inlflue sur le positionnement géotectonique du domaine d’étude sur près de 600Ma et sur la variation de la polarité du flux de fluides engagé dans la génération des veines minéralisées contenant de la phengite et de l’ilite (d’Ouest en Est) et les associés à I/S et à la chlorite (d’Est en Ouest). La comparaison de la porosité entre roches non altérées (0.5-0.6%) avec des roches associées à l’altération propylitique, par la méthode du 14C-PMMA, montre une augmentation significative dans ces dernières (1.7-1.8%). En comparant la porosité entre granitoïdes non altérés de faciès différents, il est observé que les porosités initiales sont similaires, n’influençant pas sur les épaisseurs différentiées de halos d’altération observées sur le terrain. La porosité observée dans les roches non altérées est associée à des limites de grain, des minéraux mafiques et des microfractures, alors que dans celles des roches altérées, la porosité majeure est associée directement aux minéraux d’altération eux-mêmes. L’intégration des données obtenues montre que les dépôts en filon de cette région sont passés par un processus d’altération hydrothermale complexe à plusieurs étapes, qui évolue de conditions de plus grande température associée au magmatisme à des conditions proches de celles observées en champs géothermiques actuels. / O distrito mineiro de Lavras do Sul compreende prospectos contendo Au-Cu (±Pb, Zn, Ag) em uma seqüência plutono-vulcânica neoproterozóica no Sul do Brasil. As mineralizações ocorrem em veios e brechas de quartzo com direção preferencial N40°W a E-W e em halos hidrotermais nas encaixantes. Os principais minerais de alteração associados às mineralizações filonianas nos granitóides e nas rochas vulcanogênicas compreendem sericita e clorita, respectivamente. Estudos de campo, petrografia (ótica e MEV), difratometria de raios X, decomposição de difratogramas e química mineral das zonas de alteração mineralizadas mostram que as sericitas associadas à alteração fílica compreendem: (i) fengita, ilita e interestratificados I/S (R≥1) ricos em ilita (>80%). Estes componentes mostram uma zonalidade espacial e temporal em escala regional: grandes cristais hexagonais fengíticos (2M1) predominam nos prospectos à Oeste do complexo granítico, sendo substituídos em abundância por pequenos cristais em ripa de ilita e I/S R≥1 (ambos 1M) em direção às zonas à Leste. A distribuição espacial destes minerais ratifica observações prévias de que as zonas mais profundas do complexo granítico se localizam à Oeste. Esta evolução em relação aos argilominerais é acompanhada por diferenças texturais nos veios de quartzo, típicas de desequilíbrio à Leste. As zonas mineralizadas (veios e halos de alteração) evoluem no tempo de assembléias dominadas por minerais dioctaédricos para assembléias dominadas por clorita (±calcita), associada à evolução do fluido (ácido para neutro) e ao colapso do sistema hidrotermal. Com o uso de técnicas de isótopos estáveis (O-H) e inclusões fluidas, foram caracterizados os fluidos hidrotermais envolvidos neste sistema. Amostras com predominância de fengita e ilita são cristalizadas por fluidos magmáticos (∼200-350°C, IF aquosas L, L+V e raras hipersalinas) e meteóricos, enquanto as ricas em I/S sob influência de fluidos magmáticos e meteóricos de composição distinta, próxima à do que cristaliza a clorita (∼60-200°C, IF predominantes aquosas L e L+V). A cristalização de clorita em veios e halos de alteração nas rochas vulcanogênicas foi gerada principalmente por interação das rochas vulcanogênicas com fluidos meteóricos de composição similar aos de latitudes polares. Isso implica no posicionamento geotectônico da área de estudo há cerca de 600Ma e na variação da polaridade do fluxo de fluidos envolvido na geração dos veios mineralizados contendo fengita e ilita (Oeste para Leste) e os associados a I/S e clorita (Leste para Oeste). A comparação da porosidade entre rochas não alteradas (0.5-0.6%) com rochas associadas à alteração propilítica pelo método 14C-PMMA, mostra um aumento significativo nestas últimas (1.7-1.8%). Comparando-se a porosidade entre granitóides não alterados de fácies diferentes, se observa que as porosidades iniciais são similares, não influenciando nas espessuras diferenciadas de halos de alteração observadas em campo. A porosidade observada nas rochas não alteradas é associada a limites de grão, minerais máficos e microfraturas, enquanto que as nas rochas alteradas, a porosidade maior é associada diretamente com os próprios minerais de alteração. A integração dos dados obtidos mostra que os depósitos filonianos da região passaram por um processo de alteração hidrotermal complexo em várias etapas, que evolui de condições de maior temperatura associada ao magmatismo à condições próximas às observadas em campos geotérmicos atuais.

Le district minier de Lavras do Sul comprend des prospections contenant de l’Au-Cu (±Pb, Zn, Ag) en une séquence plutono-volcanique néoprotérozoïque, au Sud du Brésil. Les minéralisations ont lieu dans des veines et brêches de quartz avec une direction préférentielle N40°W à E-W et en halos hydrotermaux dans les encaissantes. Les principaux minéraux d’altération associés aux minéralisations en filon dans les granitoïdes et dans les roches volcanogéniques comprennent de la séricite et de la chlorite, respectivement. Des études de terrain, de pétrographie (optique et MEV), de diffractométrie de rayons X, de décomposition de diffractogrammes et de chimie minérale des zones d’altération minéralisées montrent que les séricites associées à des altérations phyllique comprennent: (i) phengite, ilite et interstratifiés I/S (R≥1) riches en ilite (>80%). Ces composants montrent une zonalité spatiale et temporelle à l’échelle régionale: de grands cristaux hexagonaux fengitiques (2M1) prédominent dans les prospections à l’Ouest du complexe granitique, étant substitués en abondance par de petits cristaux en bande de ilite et I/S R≥1 (tous deux de 1M) en direction aux zones à l’Est. La distribution spatiale de ces minéraux ratifie des observations préalables selon lesquelles les zones les plus profondes du complexe granitique se localisent à l’Ouest. Cette évolution par rapport aux argilominéraux est accompagnée par des différences texturales dans les veines de quartz, typiques de déséquilibre, à l’Est. Les zones minéralisées (veines et halos d’altération) évoluent dans le temps depuis des assemblées dominées par des minéraux dioctaédriques vers des assemblées dominées par de la chlorite (±calcite), associée à l’évolution du fluide (d’acide à neutre) et au collapsus du système hydrothermal. Avec l’utilisation de techniques d’isotopes stables (O-H) et d’inclusions fluides, ont été caractérisés les fluides hydrothermaux impliqués dans ce système. Des échantillons à prédominance de phengite et ilite sont cristallisés par des fluides magmatiques (∼200-350°C, IF acqueuses L, L+V et de rares hypersalines) et météoriques, tandis que les riches en I/S le sont sous influence de fluides magmatiques et météoriques de composition distincte, proche de celle qui cristallise la chlorite (∼60-200°C, IF prédominantes acqueuses L et L+V). La cristallisation de chlorite en veines et halos d’altération dans les roches volcanogéniques a été générée principalement par une interaction des roches volcanogéniques avec des fluides météoriques de composition similaire à ceux de latitudes polaires. Ceci inlflue sur le positionnement géotectonique du domaine d’étude sur près de 600Ma et sur la variation de la polarité du flux de fluides engagé dans la génération des veines minéralisées contenant de la phengite et de l’ilite (d’Ouest en Est) et les associés à I/S et à la chlorite (d’Est en Ouest). La comparaison de la porosité entre roches non altérées (0.5-0.6%) avec des roches associées à l’altération propylitique, par la méthode du 14C-PMMA, montre une augmentation significative dans ces dernières (1.7-1.8%). En comparant la porosité entre granitoïdes non altérés de faciès différents, il est observé que les porosités initiales sont similaires, n’influençant pas sur les épaisseurs différentiées de halos d’altération observées sur le terrain. La porosité observée dans les roches non altérées est associée à des limites de grain, des minéraux mafiques et des microfractures, alors que dans celles des roches altérées, la porosité majeure est associée directement aux minéraux d’altération eux-mêmes. L’intégration des données obtenues montre que les dépôts en filon de cette région sont passés par un processus d’altération hydrothermale complexe à plusieurs étapes, qui évolue de conditions de plus grande température associée au magmatisme à des conditions proches de celles observées en champs géothermiques actuels. / O distrito mineiro de Lavras do Sul compreende prospectos contendo Au-Cu (±Pb, Zn, Ag) em uma seqüência plutono-vulcânica neoproterozóica no Sul do Brasil. As mineralizações ocorrem em veios e brechas de quartzo com direção preferencial N40°W a E-W e em halos hidrotermais nas encaixantes. Os principais minerais de alteração associados às mineralizações filonianas nos granitóides e nas rochas vulcanogênicas compreendem sericita e clorita, respectivamente. Estudos de campo, petrografia (ótica e MEV), difratometria de raios X, decomposição de difratogramas e química mineral das zonas de alteração mineralizadas mostram que as sericitas associadas à alteração fílica compreendem: (i) fengita, ilita e interestratificados I/S (R≥1) ricos em ilita (>80%). Estes componentes mostram uma zonalidade espacial e temporal em escala regional: grandes cristais hexagonais fengíticos (2M1) predominam nos prospectos à Oeste do complexo granítico, sendo substituídos em abundância por pequenos cristais em ripa de ilita e I/S R≥1 (ambos 1M) em direção às zonas à Leste. A distribuição espacial destes minerais ratifica observações prévias de que as zonas mais profundas do complexo granítico se localizam à Oeste. Esta evolução em relação aos argilominerais é acompanhada por diferenças texturais nos veios de quartzo, típicas de desequilíbrio à Leste. As zonas mineralizadas (veios e halos de alteração) evoluem no tempo de assembléias dominadas por minerais dioctaédricos para assembléias dominadas por clorita (±calcita), associada à evolução do fluido (ácido para neutro) e ao colapso do sistema hidrotermal. Com o uso de técnicas de isótopos estáveis (O-H) e inclusões fluidas, foram caracterizados os fluidos hidrotermais envolvidos neste sistema. Amostras com predominância de fengita e ilita são cristalizadas por fluidos magmáticos (∼200-350°C, IF aquosas L, L+V e raras hipersalinas) e meteóricos, enquanto as ricas em I/S sob influência de fluidos magmáticos e meteóricos de composição distinta, próxima à do que cristaliza a clorita (∼60-200°C, IF predominantes aquosas L e L+V). A cristalização de clorita em veios e halos de alteração nas rochas vulcanogênicas foi gerada principalmente por interação das rochas vulcanogênicas com fluidos meteóricos de composição similar aos de latitudes polares. Isso implica no posicionamento geotectônico da área de estudo há cerca de 600Ma e na variação da polaridade do fluxo de fluidos envolvido na geração dos veios mineralizados contendo fengita e ilita (Oeste para Leste) e os associados a I/S e clorita (Leste para Oeste). A comparação da porosidade entre rochas não alteradas (0.5-0.6%) com rochas associadas à alteração propilítica pelo método 14C-PMMA, mostra um aumento significativo nestas últimas (1.7-1.8%). Comparando-se a porosidade entre granitóides não alterados de fácies diferentes, se observa que as porosidades iniciais são similares, não influenciando nas espessuras diferenciadas de halos de alteração observadas em campo. A porosidade observada nas rochas não alteradas é associada a limites de grão, minerais máficos e microfraturas, enquanto que as nas rochas alteradas, a porosidade maior é associada diretamente com os próprios minerais de alteração. A integração dos dados obtidos mostra que os depósitos filonianos da região passaram por um processo de alteração hidrotermal complexo em várias etapas, que evolui de condições de maior temperatura associada ao magmatismo à condições próximas às observadas em campos geotérmicos atuais.

Le district minier de Lavras do Sul comprend des prospections contenant de l’Au-Cu (±Pb, Zn, Ag) en une séquence plutono-volcanique néoprotérozoïque, au Sud du Brésil. Les minéralisations ont lieu dans des veines et brêches de quartz avec une direction préférentielle N40°W à E-W et en halos hydrotermaux dans les encaissantes. Les principaux minéraux d’altération associés aux minéralisations en filon dans les granitoïdes et dans les roches volcanogéniques comprennent de la séricite et de la chlorite, respectivement. Des études de terrain, de pétrographie (optique et MEV), de diffractométrie de rayons X, de décomposition de diffractogrammes et de chimie minérale des zones d’altération minéralisées montrent que les séricites associées à des altérations phyllique comprennent: (i) phengite, ilite et interstratifiés I/S (R≥1) riches en ilite (>80%). Ces composants montrent une zonalité spatiale et temporelle à l’échelle régionale: de grands cristaux hexagonaux fengitiques (2M1) prédominent dans les prospections à l’Ouest du complexe granitique, étant substitués en abondance par de petits cristaux en bande de ilite et I/S R≥1 (tous deux de 1M) en direction aux zones à l’Est. La distribution spatiale de ces minéraux ratifie des observations préalables selon lesquelles les zones les plus profondes du complexe granitique se localisent à l’Ouest. Cette évolution par rapport aux argilominéraux est accompagnée par des différences texturales dans les veines de quartz, typiques de déséquilibre, à l’Est. Les zones minéralisées (veines et halos d’altération) évoluent dans le temps depuis des assemblées dominées par des minéraux dioctaédriques vers des assemblées dominées par de la chlorite (±calcite), associée à l’évolution du fluide (d’acide à neutre) et au collapsus du système hydrothermal. Avec l’utilisation de techniques d’isotopes stables (O-H) et d’inclusions fluides, ont été caractérisés les fluides hydrothermaux impliqués dans ce système. Des échantillons à prédominance de phengite et ilite sont cristallisés par des fluides magmatiques (∼200-350°C, IF acqueuses L, L+V et de rares hypersalines) et météoriques, tandis que les riches en I/S le sont sous influence de fluides magmatiques et météoriques de composition distincte, proche de celle qui cristallise la chlorite (∼60-200°C, IF prédominantes acqueuses L et L+V). La cristallisation de chlorite en veines et halos d’altération dans les roches volcanogéniques a été générée principalement par une interaction des roches volcanogéniques avec des fluides météoriques de composition similaire à ceux de latitudes polaires. Ceci inlflue sur le positionnement géotectonique du domaine d’étude sur près de 600Ma et sur la variation de la polarité du flux de fluides engagé dans la génération des veines minéralisées contenant de la phengite et de l’ilite (d’Ouest en Est) et les associés à I/S et à la chlorite (d’Est en Ouest). La comparaison de la porosité entre roches non altérées (0.5-0.6%) avec des roches associées à l’altération propylitique, par la méthode du 14C-PMMA, montre une augmentation significative dans ces dernières (1.7-1.8%). En comparant la porosité entre granitoïdes non altérés de faciès différents, il est observé que les porosités initiales sont similaires, n’influençant pas sur les épaisseurs différentiées de halos d’altération observées sur le terrain. La porosité observée dans les roches non altérées est associée à des limites de grain, des minéraux mafiques et des microfractures, alors que dans celles des roches altérées, la porosité majeure est associée directement aux minéraux d’altération eux-mêmes. L’intégration des données obtenues montre que les dépôts en filon de cette région sont passés par un processus d’altération hydrothermale complexe à plusieurs étapes, qui évolue de conditions de plus grande température associée au magmatisme à des conditions proches de celles observées en champs géothermiques actuels. / O distrito mineiro de Lavras do Sul compreende prospectos contendo Au-Cu (±Pb, Zn, Ag) em uma seqüência plutono-vulcânica neoproterozóica no Sul do Brasil. As mineralizações ocorrem em veios e brechas de quartzo com direção preferencial N40°W a E-W e em halos hidrotermais nas encaixantes. Os principais minerais de alteração associados às mineralizações filonianas nos granitóides e nas rochas vulcanogênicas compreendem sericita e clorita, respectivamente. Estudos de campo, petrografia (ótica e MEV), difratometria de raios X, decomposição de difratogramas e química mineral das zonas de alteração mineralizadas mostram que as sericitas associadas à alteração fílica compreendem: (i) fengita, ilita e interestratificados I/S (R≥1) ricos em ilita (>80%). Estes componentes mostram uma zonalidade espacial e temporal em escala regional: grandes cristais hexagonais fengíticos (2M1) predominam nos prospectos à Oeste do complexo granítico, sendo substituídos em abundância por pequenos cristais em ripa de ilita e I/S R≥1 (ambos 1M) em direção às zonas à Leste. A distribuição espacial destes minerais ratifica observações prévias de que as zonas mais profundas do complexo granítico se localizam à Oeste. Esta evolução em relação aos argilominerais é acompanhada por diferenças texturais nos veios de quartzo, típicas de desequilíbrio à Leste. As zonas mineralizadas (veios e halos de alteração) evoluem no tempo de assembléias dominadas por minerais dioctaédricos para assembléias dominadas por clorita (±calcita), associada à evolução do fluido (ácido para neutro) e ao colapso do sistema hidrotermal. Com o uso de técnicas de isótopos estáveis (O-H) e inclusões fluidas, foram caracterizados os fluidos hidrotermais envolvidos neste sistema. Amostras com predominância de fengita e ilita são cristalizadas por fluidos magmáticos (∼200-350°C, IF aquosas L, L+V e raras hipersalinas) e meteóricos, enquanto as ricas em I/S sob influência de fluidos magmáticos e meteóricos de composição distinta, próxima à do que cristaliza a clorita (∼60-200°C, IF predominantes aquosas L e L+V). A cristalização de clorita em veios e halos de alteração nas rochas vulcanogênicas foi gerada principalmente por interação das rochas vulcanogênicas com fluidos meteóricos de composição similar aos de latitudes polares. Isso implica no posicionamento geotectônico da área de estudo há cerca de 600Ma e na variação da polaridade do fluxo de fluidos envolvido na geração dos veios mineralizados contendo fengita e ilita (Oeste para Leste) e os associados a I/S e clorita (Leste para Oeste). A comparação da porosidade entre rochas não alteradas (0.5-0.6%) com rochas associadas à alteração propilítica pelo método 14C-PMMA, mostra um aumento significativo nestas últimas (1.7-1.8%). Comparando-se a porosidade entre granitóides não alterados de fácies diferentes, se observa que as porosidades iniciais são similares, não influenciando nas espessuras diferenciadas de halos de alteração observadas em campo. A porosidade observada nas rochas não alteradas é associada a limites de grão, minerais máficos e microfraturas, enquanto que as nas rochas alteradas, a porosidade maior é associada diretamente com os próprios minerais de alteração. A integração dos dados obtidos mostra que os depósitos filonianos da região passaram por um processo de alteração hidrotermal complexo em várias etapas, que evolui de condições de maior temperatura associada ao magmatismo à condições próximas às observadas em campos geotérmicos atuais.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09602.pdf: 7986999 bytes, checksum: 3925b141ff3cb5747e1bfa4d230c6dbf (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:99/06641-9