Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-05-02T13:16:42Z No. of bitstreams: 1 2016_BrunadeCarvalhoFariaLimaLopes.pdf: 10524732 bytes, checksum: 6a3926fa46c3ae98ed72a5747107ed80 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T17:07:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_BrunadeCarvalhoFariaLimaLopes.pdf: 10524732 bytes, checksum: 6a3926fa46c3ae98ed72a5747107ed80 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T17:07:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_BrunadeCarvalhoFariaLimaLopes.pdf: 10524732 bytes, checksum: 6a3926fa46c3ae98ed72a5747107ed80 (MD5) / O futuro da prática da engenharia é a incorporação de aspectos da microestrutura nas características macroestruturais dos solos de modo a simplificar e tornar mais realistas as análises geotécnicas. Consequentemente, é de fundamental importância que se entenda a estrutura dos solos em diferentes estados (inderformado, reconstitutído, remouldado, compactado, etc.) e se correlacionem os mesmos, já que se sabe que o estado inicial do solo dita o seu comportamento. Neste sentido, esta pesquisa está focada no desenvolvimento do entendimento das mudanças na estrutura do solo através dos tamanhos dos seus poros e sua distribuição quando submetido a carregamentos mecânicos assim como a determinação do estado mais apropriado para descrever um estado de referência do comportamento do solo. Os solos testados foram duas argilas: Caulinita e Ball; e um solo tropical transicional: Solo de Brasília. A partir dos solos estudados foram produzidas amostras com pH 9, reconstituídas, remoldadas e indeformadas, esta última somente para o solo de Brasília. Cada uma destas amostras foi submetida à compressão unidimensional combinada no oedometro e aparelho de taxa constante de deformação a diferentes tensões: 2, 90, 360, 2.000, 5.000 e 11.000kPa. Em seguida as amostras foram congeladas e secas pelo processo de liofilização e por último foram submetidas ao ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio. Adicionalmente, mediu-se a sucção inicial de algumas das amostras dos três solos estudados. A partir dos resultados dos ensaios realizados foram propostos dois modelos conceituais um para as argilas e outro para o solo transicional. Os resultados do ensaio de adensamento foram modelados usando uma adaptação do modelo constitutivo SCLAY-1S (Koskinen et al., 2002) na qual a variável x descreve os efeitos da estrutura ao invés de cimentação como proposto originalmente. Além disto, a amostra pH 9 foi considerada a amostra de referência, assim para este estado x = 0 e todas as outras amostras tem estrutura, de acordo com a metodologia aqui proposta. Os resultados mostraram que a metodologia proposta para obtenção das amostras é adequada. A sucção inicial foi satisfatoriamente correlacionada à tensão de preadensamento. Resultados das análises de porosimetria confirmam que o estado da estrutura das amostras com pH 9 é mais adequado para representar um estado de referência que o estado das amostras reconstituídas. As amostras com pH 9 apresentam uma estrutura dispersa já que as laterais da partícula de caulinita são carregadas negativamente assim como as faces. Dessa forma com o aumento do carregamento não há muitas configurações possíveis, a estrutura da amostra irá ficar cada vez mais orientada e alinhada paralelamente. O mesmo acontece com as amostras em outros estados. A amostra indeformada apresenta inicialmente a estrutura mais aberta, seguida da reconstituída e remouldada. À medida que o carregamento aumenta a estrutura destas outras amostras tende para uma configuração dispersa com as partículas de caulinita orientadas e alinhadas paralelamente. A modelagem constitutiva se mostrou apropriada, embora ainda haja necessidade de aprimoramento nos estudos para que o parâmetro ax possa ser correlacionado com a variável x. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The future of engineering practice is to incorporate aspects of the microstructure into the macroscopic characteristics of soils in order to simplify and make the geotechnical analysis more realistic. Therefore, it is fundamentally important to understand the structure of soils in various states (undisturbed, reconstituted, remoulded, compacted, etc.) and correlate them, as it is already known that the initial state of the soil dictates its behaviour. Hence, this research focuses on developing an understanding of the changes in the soil structure through its pore sizes and distribution under mechanical loading, as well as determining which state is appropriate to describe a reference state of the soil behaviour. The soils tested were the two clays: Kaolin and Ball; and the tropical transitional soil: Brasilia Soil. From the studied soils, samples with pH9, reconstituted, remoulded and undisturbed (for the Brasilia Soil only), were produced. Each of these samples was subjected to uniaxial compression combined with oedometer and Constant Rate of Strain (CRS) apparatus up to: 2, 90, 360, 2,000, 5,000 and 11,000 kPa. Specimens of these samples were then freeze-dried by the lyophilization process and lastly subjected to the Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) test. Additionally, the initial suction of a few samples of the three soils was measured. From the results of the laboratory tests carried out, two conceptual models were proposed: one for the clays and one for the transitional soil. The results of the consolidation test were modelled using an adaptation of the constitutive model, SCLAY-1S (Koskinen et al., 2002), in which the variable x describes the structure rather than bonding as originally proposed. Furthermore, the pH9 sample was considered the reference state; thus this state has x = 0, while all other states have some structure, according to the methodology herein proposed. Results showed that the methodology proposed for obtaining the specimens is adequate. The initial suction measured was satisfactorily correlated to the preconsolidation stress. Results of the MIP confirmed that the pH9 state is the most suitable to represent a reference state, rather than the reconstituted state. The pH9 state presents a disperse structure, as the edges of the kaolinite particle are charged negatively as well as the faces. Therefore, as the loading increases there are not many possible configurations for this sample, hence the structure will orient in a preferential direction. The same happens for the samples in other states. The undisturbed sample has the most open structure, followed by the reconstituted and remoulded states. As the loading progresses, the structure of these samples tends towards the dispersed configuration with the kaolinite particles well-oriented and aligned in parallel with each other. The constitutive modelling is appropriate; however, there is still room for improvement studies to correlate the parameter ax with the state variable x.

Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de polipropileno (PP) com diferentes Montmorilonitas organicamente modificadas (OMMT) através de dois métodos de obtenção: intercalação por fusão em extrusora dupla rosca e intercalação por solução em xileno. Foram utilizados diferentes agentes compatibilizantes (PP-g-MA e OTMS), aditivos (plastificantes), tipos de homopolímeros de PP, além de diversas condições de processo. O efeito dos métodos de obtenção e suas variáveis de formulação e de processo sobre as propriedades morfológicas, térmicas e mecânicas desses materiais foram avaliadas por difração de raios–X, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura, calorimetria diferencial de varredura, termogravimetria, flamabilidade horizontal, análise dinâmico-mecânica, propriedades mecânicas e de barreira a gases. Os resultados mostram que o grau de dispersão, o tipo de estrutura formada e a força de adesão interfacial entre a argila e o PP estão diretamente relacionas as variáveis de formulação e de processo, e afetam as propriedades mecânicas, de barreira e térmicas dos nanocompósitos. As condições de processo e formulação, tais como, o uso de diferentes tipos de extrusora, configurações de rosca, tipos de alimentação, ultrassom, Ultra-Turrax, agentes compatibilizantes, plastificantes com polaridades variadas e outros homopolímeros de PP com distribuição e peso moleculares diferenciados promoveram mudanças significativas na morfologia dos nanocompósitos aumentando a temperatura de cristalização (Tc), de deflexão térmica (HDT), de degradação inicial (T10%) e final (T50%), o módulo e principalmente a resistência ao impacto desses materiais. Além disso, alguns nanocompósitos apresentaram propriedades de retardância à chama e de barreira ao vapor de água. A formação de estruturas alongadas foi produzida quando plastificantes com caráter polar e configurações de rosca foram usados e estruturas mais esfoliadas foi alcançada quando OTMS e ultrassom foram utilizados na mistura de PP com OMMT. / In this work nanocomposites of polypropylene (PP) were prepared with different organically modified Montmorillonites (OMMT), through two syntheses methods: the melt intercalation in twin screw extruder and solution intercalation in xylene solvent. Different compatibilizer agents (PP-g-MA and OTMS), addictives (plasticizers), different grades of PP homopolymer were used, besides several processing conditions. The effect of the obtaining methods, their formulation and process variables on the morphologic, thermal and mechanics properties of those materials were evaluated by X- ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, horizontal flammability, dynamic mechanical analysis, mechanical and gas barrier properties. The results showed that the dispersion degree, the type of formed structures and the interfacial adhesion force between the clay and the PP are directly related to the formulation and processing variables, and they affect the mechanical, barrier and thermal properties of the PP/OMMT nanocomposites. The process and formulation conditions, such as, the use of different extruders types, twin screw configurations, feeding types, ultrasound, Ultra-Turrax, compatibilizing agents, plasticizers with varied polarities and other PP homopolymers with different distribution and molecular weight promoted significant morphology changes in the PP nanocomposites increasing the crystallization temperature (Tc), heat distortion temperature (HDT), initial (T10%) and final (T50%) degradation temperature, the modulus and mainly the impact strength of those materials. Furthermore, some PP/OMMT nanocomposites presented fire retardancy and water steam barrier properties. The formation of prolonged structures was produced when plasticizers with polar character and twin screw configurations were used and structures more exfoliated was reached when OTMS and ultrasound were used in the PP/OMMT.

A argila é uma matéria-prima básica nos processos de fabricação de pisos e azulejos. Especificações industriais devem ser cumpridas para sua utilização como componente das formulações cerâmicas. A homogeneidade é vital. Nos depósitos minerais fonte desse material, as características cerâmicas da argila, sua representatividade, variabilidade e interação com a geologia local precisam ser bem conhecidas, a fim de propriamente quantificá-la e classificá-la de forma georeferenciada. Isso consubstancia a tomada de decisões mineiras relacionadas. Essa dissertação apresenta uma alternativa metodológica de avaliação de recursos geológicos e reservas recuperáveis de argila cerâmica, em uma perspectiva probabilística. Métodos geoestatísticos como krigagem e simulação estocástica são aplicados em suporte de blocos de lavra. Recursos geológicos ocorrentes nos diversos setores de um depósito estudado são estimados acuradamente. Em sua porção mais favorável reservas recuperáveis são avaliadas, sob critérios cerâmicos e de seletividade mineira, tomados separadamente e em conjunto, em escala global e local Para o estudo de caso apresentado, duas propriedades cerâmicas pós-queima são consideradas, absorção d’água e retração linear, além da espessura do horizonte argiloso. Modelos de cenários extremos e medianos de reservas são construídos, flexibilizando a apreciação do quadro geral obtido, e permitindo assim maior segurança na condução de decisões e eventuais operações mineiras. Comparativos com métodos tradicionalmente utilizados na avaliação deste tipo de depósitos, em suas diversas fases, comprovam as vantagens da metodologia proposta, a qual permite, além da quantificação e classificação cerâmica de reservas, uma incorporação de margem de riscos nas predições realizadas.

Neste trabalho foram obtidos nanocompósitos de PP a partir de cinco diferentes montmorilonitas organicamente modificadas (MMT), através do método de intercalação do fundido, com a adição da argila em solução, para obtenção de um novo produto com boas propriedades mecânicas e térmicas. Foram utilizados alguns aditivos para alcançar propriedades finais superiores nos nanocompósitos formados, tais como o uso de PP-g-MA para aumentar a força de adesão entre a argila e a matriz termoplástica e também, o uso dos plastificantes: EMCA e PPG para auxiliar na dispersão da nanocarga na matriz de PP. A adição de argila nos sistemas proporcionou um aumento nas propriedades térmicas e mecânicas do PP, principalmente quando o grau máximo de esfoliação e orientação foram alcançados (com a adição de 1:1 PP-g-MA:MMT e pelo uso de PPG). As argilas com menor quantidade de sal de amônio apresentaram melhor modulo (C-20A e Nanofil 5), pois estas possuem uma boa capacidade de intercalação e esfoliação, já as argilas com maior capacidade de deslizar suas camadas uma sobre as outras apresentaram melhor resistência ao impacto (I44P, C-15A e Nanofil 5).Para finalizar o trabalho foi avaliado o efeito das misturas de duas argilas (uma argila com alto valor de módulo e outra com alto valor de impacto - 1:1 C-20A/C-15A) com o objetivo de unir a sinergia dessas duas argilas na obtenção de significativos ganhos de módulo de flexão e impacto em um sistema único e este objetivo foi alcançado principalmente com o sistema 2% de mistura C-15A/C-20A + 5% PP-g-MA +1% PPG, o qual apresentou uma melhoria no módulo de flexão e um acentuado aumento de impacto (aproximadamente quatro vezes mais que o PP puro). / PP nanocomposites were obtained with five different organically modified montmorillonites, through the melt intercalation method with the addition of the clay in solution for obtaining of a new product with good mechanical and thermal properties. Some additive were used to reach superior final properties in the formed nanocomposites, such as the use of PP-g-MA to increase the force of adhesion between the clay and the thermoplastic matrix and also, the use of the plasticizer: EMCA and PPG to aid in the dispersion of the nanofillers in the PP matrix. The clay addition in the systems provided an increase in the thermal and mechanical properties of the PP matrix, mainly when the maximum degree of exfoliation and orientation were reached (with the addition of 1:1 PP-g-MA:MMT and for the use of PPG). The clays with smaller amount of salt of ammonium presented better flexural modulus (C-20A and Nanofil 5), because they possess a good intercalation and exfoliation capacity, while the clays with larger capacity of layer sliding presented better resistance to the impact (I44P, C- 15A and Nanofil 5). To conclude the work the effect of the mixtures of two clays was evaluated (a clay with high value of modulus and another with high impact value - 1:1 C-20A/C-15A) with the objective of searching a synergism among those two clays in the obtaining of significant increase of flexural modulus and impact in only one system and this objective was reached mainly with the system 2% of mixture C-15A/C-20A + 5% PP-g-MA +1% PPG, which presented an improvement in the flexural modulus and an accentuated impact increase (approximately four times more than pure PP).

O presente estudo propõe uma metodologia para caracterizar o comportamento eletroforético e reológico de argilas em meio aquoso para visando ao processamento eletroforético de barbotinas. Para tanto, foram utilizadas seis argilas com características cauliníticas, caulinítica-esmectítica e esmectíticas de diferentes procedências. Foram desenvolvidos três dispositivos que permitiram analisar suspensões aquosas dessas argilas, obtendo-se informações que dizem respeito à corrente elétrica, viscosidade relativa e mobilidade eletroforética de barbotinas em fluxo, além de dispositivos de conformação eletroforética de amostras de argilas. As suspensões de argilas, com e sem adição de silicato de sódio, foram feitas em água deionizada. Foram determinados ainda o potencial zeta, a viscosidade aparente e o índice de azul de metileno dessas suspensões. O principal resultado em destaque, no presente trabalho, foi o comportamento singular da variação da corrente elétrica quando da adição de silicato de sódio às suspensões aquosas de argila. A quantidade relativa de silicato de sódio e argila determinada por essa singularidade levou à realização de experimentos associados à viscosidade e mobilidade eletroforética. Os resultados obtidos para a corrente elétrica, viscosidade relativa e mobilidade eletroforética a partir de experimentos com suspensões aquosas de argila sem e com silicato de sódio foram analisados e correlacionados sob o enfoque do fenômeno eletroforético. A metodologia desenvolvida apresenta as correlações das três propriedades eletroforéticas citadas, além do potencial zeta e índice de azul de metileno (que é uma medida da capacidade de troca catiônica da argila), com as análises das propriedades físicas, como área superficial e distribuição do tamanho de partícula. O método mostrou-se eficaz na interpretação dessas correlações, determinando com precisão o ponto em que a suspensão aquosa de argila atinge sua melhor estabilidade pela adição de silicato de sódio. O conhecimento exato desta estabilidade é de suma importância nos processos de conformação eletroforética de barbotinas. / The present study shows experiments with aqueous suspensions of clays. It was studied six kaolinitics clays from different sources, but mainly a kaolinite-smectite and smectite clay. Three devices have been developed that allowed the analysis of aqueous suspensions of these clays, obtaining information concerning the electrical conductance, viscosity and electrophoretic mobility of the slips in flow. It was also built a device for electrophoretic conformation of pieces. Aqueous suspensions and solution of sodium silicate were made with deionized water. Laboratory tests were also performed of zeta potential, viscosity and methylene blue index. The main result highlighted in this study, was the singular behavior of the variation of the electric current when the addition of sodium silicate to an aqueous suspensions of clay. The relative amounts of sodium silicate and clay determined by of the uniqueness of the performed experiments were associated with viscosity and electrophoretic mobility. The results for the electrical conductance, relative viscosity and electrophoretic mobility from these tests, i.e., experiments with clay aqueous suspensions with and without sodium silicate, were correlated and analyzed under the approach of electrophoretic phenomena. The developed method showed the correlation of these three properties, electrophoresis, zeta potential and methylene blue index, with the physical properties of the clays such as surface area and particle size distribution. Thus, the method was effective in interpreting these correlations, and determining the precise point where the aqueous clay suspension reaches its improved stability by the addition of sodium silicate. Accurate knowledge of this stability is of paramount importance in electrophoretic process and slip casting.

TEIXEIRA, R. N. P. Remoção de Cu(II), Ni(II), Cd(II) e Pb(II) de efluentes de indústrias de galvanoplastia usando o sistema híbrido adsorção-eletro-flotação-coagulação. 2015. 185 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-04-13T19:28:56Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_rnpteixeira.pdf: 3270287 bytes, checksum: d68bbe74476bded4e08dbf504199fc3e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-04-23T14:29:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_rnpteixeira.pdf: 3270287 bytes, checksum: d68bbe74476bded4e08dbf504199fc3e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-23T14:29:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_rnpteixeira.pdf: 3270287 bytes, checksum: d68bbe74476bded4e08dbf504199fc3e (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 / Bodies of water contamination problems have stimulated many researchers around the world in the search for alternatives to solve or minimize the effects caused by discharges of toxic materials to the environment. What is desired, preferably, is that such solutions are economically viable and efficient. Toxic metals on the list of the main contaminants of water bodies. Because these are very dangerous chemicals, this class of materials has led many research groups seeking to achieve avoid contamination of water bodies by this type of material. The wastewater generated by electroplating industries have a high concentration of metal ions, so it should be treated before discharge to receiving waters. The processes using adsorption emerge as one of the research lines most valued by many researchers in order to contribute to this issue. Electrochemical processes have also been tested in the remediation of wastewater contaminated with various pollutants, including toxic metals. Natural clays play an important role in this type of study. Several studies have shown very promising results with the use of such material in the removal of toxic metals. This paper aims to conduct a comparative study of removal efficiency of Cu (II), Ni (II), Cd (II) and Pb (II) from six natural clays Brazilian soil. The clays were used: sodium Clay (AS), green clay (AV), clay chocolate calcium (ACCA), ferric clay (AF), attapulgite (AT) and kaolin (CAU). Balance studies were performed through adsorption isotherms in batch systems. For the balance of studies used monoelementares systems and multielement containing the four metal ions. We have also performed the kinetic study to evaluate the lower equilibrium times. Finally experiments were conducted with hybrid systems which use electrocoagulation-adsorption and coagulation with the purpose of working in a continuous system. The results show that all clays have good adsorption capacity for the four ions. The adsorption equilibrium results were compared with the Langmuir, Freundlich and Temkin. The maximum adsorption capacity obtained from monoelementares solutions were: 50.76 mg.g-1 [AS / Pb (II)], 50.76 mg.g-1 [AV / Cu (II)], 57.14 mg.g-1 [ACCA / Cu (II)], 34.72 mg.g-1 [AF / Cu (II)], 169.4 mg.g-1 [AT / Pb (II)] and 10 29 mg.g-1 [CAU / Cu (II)]. The kinetic model best suited to the experimental data was the pseudo second order. The Webber-Morri diffusion models and Boyd show that adsorption processes occur in more than one step and that in the early days predominates intrafilme diffusion process. The electrocoagulation-clotting experiments associated with adsorption with clays are promising because it promoted an increase in the removal capacity and facilitate the separation of the clay from the aqueous phase. The ion removal capacities of Cu (II) from industrial wastewater using the hybrid system were: 54% [AL / AS] to 45% [Al / ACCA] to 57% [Al / HF] 33% to [AL / AT], 48% / Problemas de contaminação dos corpos hídricos têm estimulado muitos pesquisadores em todo mundo na busca de alternativas que resolvam ou minimizem os efeitos causados pelos descartes de materiais tóxicos ao meio ambiente. O que se deseja, preferencialmente, é que tais soluções sejam economicamente viáveis e eficientes. Os metais tóxicos fazem parte da lista dos principais contaminantes dos corpos hídricos. Por se tratarem de substâncias químicas bastante perigosas, esta classe de material tem levado muitos grupos de pesquisa na busca de conseguir evitar a contaminação dos corpos hídricos por este tipo de material. Os efluentes gerados pelas indústrias de galvanoplastia possuem uma elevada concentração de íons metálicos, por isso devem ser tratados antes do descarte aos corpos receptores. Os processos que usam adsorção despontam como uma das linhas de pesquisas mais avaliadas por inúmeros pesquisadores no intuito de contribuir com esta problemática. Os processos eletroquímicos também têm sido testados na remediação de efluentes contaminado por diversos poluentes, inclusive metais tóxicos. As argilas naturais desempenham um papel importante neste tipo de estudo. Diversos trabalhos vêm apresentando resultados bastante promissores com o uso deste tipo de material na remoção de metais tóxicos. Este trabalho se propõe a realizar um estudo comparativo de eficiência de remoção dos íons Cu(II), Ni(II), Cd(II) e Pb(II) a partir de seis argilas naturais de solo brasileiro. As argilas utilizadas foram: Argila sódica (AS), argila verde (AV), argila chocolate cálcica (ACCA), argila férrica (AF), atapulgita (AT) e caulim (CAU). Foram realizados estudos de equilíbrio através de isotermas de adsorção em sistemas de batelada. Para os estudos de equilíbrio utilizaram-se sistemas monoelementares e multielementares contendo os quatro íons metálicos. Realizou-se também o estudo cinético para avaliarmos os menores tempos de equilíbrio. Por fim foram realizados experimentos com sistemas híbridos que utilizam adsorção e eletroflotação-coagulação, com a finalidade de trabalharmos em sistemas contínuos. Os resultados obtidos mostram que todas as argilas apresentam boa capacidade de adsorção para os quatro íons. Os resultados de equilíbrio de adsorção foram confrontados com os modelos de Langmuir, Freundlich e Temkin. As capacidades máximas de adsorção obtidas a partir de soluções monoelementares foram: 50,76 mg.g-1 [AS/Pb(II)], 50,76 mg.g-1 [AV/Cu(II)], 57,14 mg.g-1 [ACCA/ Cu(II)], 34,72 mg.g-1 [AF/ Cu(II)], 169,4 mg.g-1 [AT/Pb(II)] e 10,29 mg.g-1 [CAU/Cu(II)]. O modelo cinético que melhor se adequou aos dados experimentais foi o de pseudo segunda ordem. Os modelos de difusão de Webber-Morri e Boyd demonstram que os processos de adsorção ocorrem em mais de uma etapa e que nos primeiros tempos predomina o processo de difusão intrafilme. Os experimentos de eletroflotação-coagulação associados à adsorção com argilas mostraram-se promissores porque promoveram um incremento nas capacidades de remoção e facilitam a separação dos argilominerais da fase aquosa. As capacidades de remoção do íon Cu(II) a partir do efluente industrial usando o sistema híbrido foram: 54% para [AL/AS], 45% para [AL/ACCA], 57% para [AL/AF] 33% para [AL/AT], 48% para [FE/AS], 47% para [FE/ACCA], 54% para [FE/AF] e 40% para [FE/AT].

Neste trabalho foi avaliada a influência de uma resina hidrocarbônica hidrogenada (RHH), de baixo peso molecular, na morfologia e propriedades finais de nanocompósitos de polipropileno. Os nanocompósitos foram obtidos utilizando-se duas argilas organofílicas, uma de caráter catiônico (MMT, C-l5A) e outra de caráter aniônico (HDL, Perkalite), e dois agentes compatibilizantes de polipropileno com diferentes teores de anidrido maleico. Os nanocompósitos foram preparados pelo método de intercalação no estado fundido em câmara de mistura e em extrusora dupla rosca. Um estudo preliminar, em câmara de mistura, foi realizado para verificar o efeito da ordem de mistura dos componentes principalmente sobre a morfologia dos nanocompósitos. Os resultados mostraram que uma melhor distribuição e dispersão das partículas de argila foram alcançadas na matriz polimérica quando argila e RHH foram primeiramente misturadas e, somente depois de decorridos 3 minutos de processamento o polipropileno foi incorporado. A partir destes resultados, optou-se em realizar uma pré-mistura constituída de argila, compatibilizante e RHH em um misturador intensivo, e esta foi incorporado ao PP na extrusora dupla-rosca. Os resultados mostraram que o uso de pré-misturas da argila Cloisite-15A, compatibilizante Polybond 3150 e RHH resultaram em uma morfologia com maior distribuição e dispersão das partículas de argila, melhores propriedades mecânicas com incremento de 57% no módulo elástico, aumento na estabilidade térmica e redução de 58% na permeabilidade ao oxigênio. Tais resultados mostraram que a RHH conseguiu auxiliar na esfoliação da argila pelo uso do misturador intensivo. Para os nanocompósitos com a argila Perkalite o uso do misturador intensivo não influenciou na morfologia. O módulo elástico dos nanocompósitos com essa argila apresentaram resultados superiores comparados com a argila C-15A quando a mistura de todos os componentes foi feita em uma única etapa na extrusora dupla rosca cujo ganho é atribuído à ação da RHH que conseguiu auxiliar na dispersão da argila Perkalite. / In this study it was evaluated the effect of a low molecular weight hydrogenated hydrocarbon resin (RHH) in morphology and final properties of polypropylene nanocomposites. The nanocomposites were obtained using two organoclays, a cationic (MMT) and a anionic (HDL) and two compatibilizing agents of polypropylene grafted with different amounts of maleic anhydride. Nanocomposites were prepared by intercalation in molten state by using batch mixer and twin-screw extruder. A preliminary study in the batch mixer was conducted to determine the effect of mixing order of the components on the final morphology of nanocomposites. The results showed that a better distribution and dispersion of the clay particles have been achieved in the polymeric matrix when the clay and RHH were first mixed during 3 minutes, then incorporated into the polypropylene. From these results, further tests were conducted with a pre-mixture consisting of clay, compatibilizer and RHH in an intensive mixer was incorporated into the PP on a twin-screw extruder. The results showed that the use of premixes clay Cloisite 15A, compatibilizer Polybond 3150 and RHH exhibited a morphological enhancement in distribution and dispersion of clay particles, improving mechanical properties up to 57% on Young’s modulus, increased thermal stability and reduction of oxygen permeability in 58%. For Perkalite clay nanocomposites, the use of intensive mixer did not influence the morphology. The Young’s modulus of nanocomposites with this clay showed superior results compared with the clay 15A-C when the mixture of all components was performed in a single step in a twin screw extruder, shown that RHH could assist in dispersion of Perkalite.

Foi estudado o efeito da adição ao poliestireno de montmorilonitas organicamente modificadas produzidas em indústria do setor. O método de obtenção de nanocompósitos selecionado neste trabalho foi intercalação no estado fundido (melt intercalation) em função de potencialmente poder ser aplicado em indústrias de transformação de termoplásticos, pois nestas é comum a presença de extrusoras e injetoras. Iniciou-se o trabalho com a adição direta ao poliestireno, em extrusoras, de uma argila que continha um anel aromático por molécula do agente modificador (surfactante). O resultado foi a obtenção de nanocompósitos que apresentavam tactoides na matriz polimérica e que quanto ao desempenho registraram ganho em apenas uma das propriedades mecânicas estudadas. A adição de um agente compatibilizante na obtenção destes nanocompósitos produziu alguma melhoria nas propriedades, mas não conseguiu aumentar a resistência ao impacto. Melhoria nesta propriedade em especial é importante no sentido de ampliar as possibilidades de utilização do poliestireno, pois sua fragilidade mecânica é um fator que lhe direciona a usos com menores esforços mecânicos. Nanocompósitos com maior concentração de agente tenacificante foram processados na câmara de mistura. Resultados satisfatórios com relação à resistência ao impacto foram obtidos com a adição de agentes tenacificantes. Foi avaliado no material tenacificado o efeito de diferentes tipos de argilas modificadas e de um oligômero de poliestireno. Independentemente da argila que estava presente na formulação se conseguiu evitar a queda brusca no módulo. O tipo de argila parece não ter influência significativa nas demais propriedades analisadas. O oligômero aumentou significativamente a resistência ao impacto. / The effect of the addition to polystyrene of organically modified montmorillonites produced by a related company has been studied. The method for obtaining nanocomposites selected in this study was melt intercalation because it can be potentially applied by thermoplastics processing industries as the presence of extruders and injection molding machines in their premises is quite common. The research started with direct addition to polystyrene by means of extruders, of a clay containing an aromatic ring of the modifying agent (a surfactant) per molecule. The result was the obtainment of nanocomposites which presented tactoids in the polymer matrix and, in what regards performance, recorded a gain in only one of the studied mechanical properties. The addition of a compatibilizer in obtaining these nanocomposites has produced some improvement in the properties, but has not been able to increase impact strength. Improvement in this specific property is important in order to broaden polystyrene applications, because its brittleness is a factor that directs it to lower strain uses. Nanocomposites with higher concentrations of toughening agent were processed in the mixing chamber. Satisfactory results with respect to impact strength were obtained by the addition of toughening agents. The effect of different types of modified clays and of a polystyrene oligomer has been evaluated in the toughened material. Regardless of the clay which was present in the formulation, it was possible to avoid a sharp drop in modulus. The type of clay seems to have no significant influence on the other analyzed properties. The oligomer has significantly increased impact strength.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:07:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281325.pdf: 2456750 bytes, checksum: 5fadfca69def55bc4a4d56e9e13df861 (MD5) / Vários processos industriais utilizam as argilas esmectíticas, também denominadas bentonitas, como matéria-prima no desenvolvimento de produtos para diversas aplicações, devido às suas propriedades tecnológicas bastante atraentes. O maior interesse industrial está relacionado à capacidade de troca catiônica, a capacidade de inchamento, ao alto poder de adsorção e a plasticidade dessas argilas. A busca por adsorventes de compostos orgânicos e a criação de nanocompósitos argila-polímero fez com que as pesquisas relacionadas às bentonitas organofílicas fossem além da aplicação na indústria do petróleo. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um processo de organofilização para a bentonita Coral oriunda da região de Namaacha, Moçambique. Na transformação da bentonita em argila organofílica foram realizados procedimentos laboratoriais mecanoquímicos que visam à troca dos cátions Na+ e Ca2+ do espaço interlamelar do argilomineral por cátions de sais quaternários de amônio. Neste trabalho foram utilizados dois tipos de sais, sendo eles: o Cloreto de Alquil Dimetil Benzil Amônio (Cloreto de Benzalcônio) e o Brometo de Cetil Trimetil Amônio (Brometo de Cetrimônio) em quatro concentrações diferentes: 30, 50, 80, 100meq. A bentonita Coral in natura e as amostras de bentonitas organofilizadas foram caracterizadas inicialmente por difração de raios-X (DRX) para obtenção das fases mineralógicas constituintes e análise do aumento da distância interlamelar. Em seguida, foram realizados inúmeros outros ensaios com a amostra in natura e com as organofílicas preparadas com 50 meq de Cloreto de Benzalcônio e 80meq de Brometo de Cetrimônio. Os resultados das técnicas de caracterização utilizadas neste trabalho mostraram a inserção do sal de amônio entre as camadas da bentonita Coral que por sua vez passou a apresentar caráter hidrofóbico, principal característica de argilas organofílicas, comprovando a eficiência do processo de organofilização.

Neste trabalho foram produzidos nanocompósitos de polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM) e argila pelo método de polimerização in situ, utilizando a argila organofílica Cloisite®30B e diferentes sistemas catalíticos. Este trabalho foi dividido em duas partes. Na primeira o precursor catalítico TpMs*TiCl3 foi intercalado na argila e ativado no momento da polimerização do eteno com o co-catalisador metilaluminoxano (MAO). Com este sistema o nanocompósito de PEUAPM foi obtido em uma única etapa de polimerização e apresentou morfologia do tipo esfoliada. Em comparação, as propriedades mecânicas e térmicas do nanocompósito de PEUAPM obtido foram superiores às do polietileno produzido por polimerização em meio homogêneo com TpMs*TiCl3. Na segunda parte deste trabalho, o nanocompósito de PEUAPM foi obtido ao final de duas etapas de polimerização, a primeira utilizando o catalisador Ziegler-Natta TiCl4 intercalado na argila e ativado com cloreto dietilalumínio (DEAC), sendo esta etapa a responsável pela esfoliação da argila através do crescimento de cadeias poliméricas em seus espaços interlamelares. Na segunda etapa de polimerização foi adicionado um catalisador particularmente adequado para a produção de PEUAPM e que também utiliza o co-catalisador DEAC. Os materiais produzidos nas duas etapas apresentaram boa miscibilidade e módulo de armazenamento (E’) maior do que o apresentado pelo PEUAPM puro. Estudos sobre a necessidade de ativação da argila, para a retirada de umidade adsorvida, e da eficiência de dois métodos de ativação também foram realizados. / In this work polyethylene ultra high molecular weight (UHMWPE) and clay nanocomposites were produced by polymerization in situ method, using organoclay Cloisite® 30B and different catalyst systems. This work was divided into two parts. First the catalytic precursor TpMs * TiCl3 was intercalated into the clay and activated on the time of ethylene polymerization with the co-catalyst methylaluminoxane (MAO). With this system, the UHMWPE nanocomposite was obtained in a single step polymerization and presented a exfoliated morphology type. In comparison, mechanical and thermal properties of UHMWPE nanocomposite obtained were superior to the polyethylene produced by homogeneous polymerization with TpMs*TiCl3. In the second part of this work, the UHMWPE nanocomposite was obtained at the end of two polymerization stages, the first one used TiCl4 Ziegler-Natta catalyst intercalated in clay and activated with dietilalumínio chloride (DEAC), and this step is responsible for the exfoliation of clay by growth of polymer chains in their interlayer spaces. In the second polymerization stage was added a catalyst particularly suitable for the production of UHMWPE and also used the co-catalyst DEAC. The materials produced in the two stages showed good miscibility and storage modulus (E ') higher than that reported to pure UHMWPE. Studies about the need for clay activation, for the removal of water adsorbed, and the efficiency of two activation methods were also conducted.