Neste trabalho, foram utilizadas fibras de curauá visando ação como reforço de matriz termoplástica de biopolietileno de alta densidade. O polietileno utilizado neste trabalho foi obtido pela polimerização de eteno, gerado a partir do etanol de cana de açúcar. Este polímero é também chamado de biopolietileno (BPEAD), por ser preparado a partir de material oriundo de fonte natural. Desta forma, pretendeu-se contribuir para com o desenvolvimento de materiais que, dentre outras propriedades, na sua produção, utilização e substituição, ocorra menor emissão de CO2 para a atmosfera, comparativamente a outros materiais. A superfície das fibras de curauá foi modificada via tratamento com ar ionizado, visando uma melhor impregnação da fibra pela matriz, o que possivelmente levaria a uma otimização da interface entre a matriz e a fibra. As propriedades dos compósitos reforçados com esta fibra (distribuição aleatória, comprimento de 1cm, diferentes proporções; materiais obtidos em misturador interno e por termoprensagem), foram comparadas com aquelas do reforçado com fibras não modificadas. Adicionalmente, polibutadieno líquido hidroxilado (PBHL) foi acrescentado à formulação do compósito, visando um aumento na resistência à propagação da trinca durante impacto. Os compósitos e as fibras foram caracterizados por várias técnicas, tais como, microscopia eletrônica de varredura (MEV), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG), além, da caracterização dos compósitos quanto à Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA), propriedades mecânicas (impacto e flexão) e absorção de água. A presença das fibras de curauá diminuiu algumas propriedades do BPEAD, como resistência ao impacto. A análise de DMTA mostrou que a presença de fibras leva a um material mais rígido. Pode-se considerar que a introdução de PBHL na formulação do material foi eficiente, levando a uma maior resistência ao impacto do compósito BPEAD/PBHL/fibra, quando comparado ao compósito BPEAD/fibra. A partir de 15% de PBHL adicionado ao compósito não houve mistura eficiente deste com os outros componentes, conforme evidenciado pelos resultados de resistência à flexão. As propriedades mecânicas dos materiais, no geral, não sofreram grande influência de as fibras terem sido tratadas com ar ionizado. Os resultados apontam no sentido que parâmetros de processo podem ser explorados, visando minimizar a degradação do polímero, além de trazerem outros inidicadores importantes, como que provavelmente uma borracha de maior massa molar média que a usada no presente trabalho possa apresentar uma ação mais significativa como modificadora de impacto; que fibras mais longas que aquelas consideradas, na mesma proporção em massa, podem ser testadas, já que fibras curtas implicam em grande número de pontas, as quais podem agir como concentradoras de tensão e prejudicar as propriedades mecânicas do compósito. / In this work, curaua fibers were used in the reinforcement of a high-density (HDPE) thermoplastic matrix. The polyethylene used in this study was obtained by polymerization of ethene produced from sugarcane ethanol. This polymer, also called high-density biopolyethylene (HDBPE), was prepared from a natural source material. The aim of the present study was to contribute to the development of materials that, among other properties, release less CO2 into the atmosphere as compared to other materials. The curaua fiber surface was modified by treatment with ionized air, seeking improved fiber impregnation by the matrix, which would possibly enhance the fiber/matrix interface adhesion. The properties of the composites reinforced with this fiber (randomly distributed, 1-cm long, different amounts, thermopressed materials) were compared with those reinforced with non-modified fibers. Additionally, liquid hydroxylated polybutadiene (LHPB) was added to the composite formulation, aiming at improving resistance to crack spreading during impact. The fibers and their composites were characterized by several techniques, such as scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), and thermal gravimetry (TG). The composites were also characterized by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), mechanical properties (flexural and impact strength), and water absorption. The presence of curaua fibers reduced some of the properties of the HDBPE, such as flexural and impact strength. DMTA showed that the presence of the fibers results in a more rigid material. The addition of LHPB to the formulation was efficient, leading to greater impact strength for the HDBPE/LHPB/fiber composite, as compared to the HDBPE/fiber composite. The addition of over 15% LHPB to the composite resulted in a poor mixture of the component, as evidenced by the flexural strength. The mechanical properties of the materials were not greatly influenced by their reinforcement with fibers treated with ionized air as a whole, showing that the process parameters can be further investigated to minimize the degradation of the materials. The use of a rubber with a higher average molar mass that the one currently used may have a greater effect on the impact strength. Longer fibers in equal mass proportions to those used in the present study can be tested, since shorter fibers mean a larger number of ends, which may act as stress concentrators and worsen some mechanical properties of the composite.

Neste trabalho, foram utilizadas fibras de curauá visando ação como reforço de matriz termoplástica de biopolietileno de alta densidade. O polietileno utilizado neste trabalho foi obtido pela polimerização de eteno, gerado a partir do etanol de cana de açúcar. Este polímero é também chamado de biopolietileno (BPEAD), por ser preparado a partir de material oriundo de fonte natural. Desta forma, pretendeu-se contribuir para com o desenvolvimento de materiais que, dentre outras propriedades, na sua produção, utilização e substituição, ocorra menor emissão de CO2 para a atmosfera, comparativamente a outros materiais. A superfície das fibras de curauá foi modificada via tratamento com ar ionizado, visando uma melhor impregnação da fibra pela matriz, o que possivelmente levaria a uma otimização da interface entre a matriz e a fibra. As propriedades dos compósitos reforçados com esta fibra (distribuição aleatória, comprimento de 1cm, diferentes proporções; materiais obtidos em misturador interno e por termoprensagem), foram comparadas com aquelas do reforçado com fibras não modificadas. Adicionalmente, polibutadieno líquido hidroxilado (PBHL) foi acrescentado à formulação do compósito, visando um aumento na resistência à propagação da trinca durante impacto. Os compósitos e as fibras foram caracterizados por várias técnicas, tais como, microscopia eletrônica de varredura (MEV), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG), além, da caracterização dos compósitos quanto à Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA), propriedades mecânicas (impacto e flexão) e absorção de água. A presença das fibras de curauá diminuiu algumas propriedades do BPEAD, como resistência ao impacto. A análise de DMTA mostrou que a presença de fibras leva a um material mais rígido. Pode-se considerar que a introdução de PBHL na formulação do material foi eficiente, levando a uma maior resistência ao impacto do compósito BPEAD/PBHL/fibra, quando comparado ao compósito BPEAD/fibra. A partir de 15% de PBHL adicionado ao compósito não houve mistura eficiente deste com os outros componentes, conforme evidenciado pelos resultados de resistência à flexão. As propriedades mecânicas dos materiais, no geral, não sofreram grande influência de as fibras terem sido tratadas com ar ionizado. Os resultados apontam no sentido que parâmetros de processo podem ser explorados, visando minimizar a degradação do polímero, além de trazerem outros inidicadores importantes, como que provavelmente uma borracha de maior massa molar média que a usada no presente trabalho possa apresentar uma ação mais significativa como modificadora de impacto; que fibras mais longas que aquelas consideradas, na mesma proporção em massa, podem ser testadas, já que fibras curtas implicam em grande número de pontas, as quais podem agir como concentradoras de tensão e prejudicar as propriedades mecânicas do compósito. / In this work, curaua fibers were used in the reinforcement of a high-density (HDPE) thermoplastic matrix. The polyethylene used in this study was obtained by polymerization of ethene produced from sugarcane ethanol. This polymer, also called high-density biopolyethylene (HDBPE), was prepared from a natural source material. The aim of the present study was to contribute to the development of materials that, among other properties, release less CO2 into the atmosphere as compared to other materials. The curaua fiber surface was modified by treatment with ionized air, seeking improved fiber impregnation by the matrix, which would possibly enhance the fiber/matrix interface adhesion. The properties of the composites reinforced with this fiber (randomly distributed, 1-cm long, different amounts, thermopressed materials) were compared with those reinforced with non-modified fibers. Additionally, liquid hydroxylated polybutadiene (LHPB) was added to the composite formulation, aiming at improving resistance to crack spreading during impact. The fibers and their composites were characterized by several techniques, such as scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), and thermal gravimetry (TG). The composites were also characterized by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), mechanical properties (flexural and impact strength), and water absorption. The presence of curaua fibers reduced some of the properties of the HDBPE, such as flexural and impact strength. DMTA showed that the presence of the fibers results in a more rigid material. The addition of LHPB to the formulation was efficient, leading to greater impact strength for the HDBPE/LHPB/fiber composite, as compared to the HDBPE/fiber composite. The addition of over 15% LHPB to the composite resulted in a poor mixture of the component, as evidenced by the flexural strength. The mechanical properties of the materials were not greatly influenced by their reinforcement with fibers treated with ionized air as a whole, showing that the process parameters can be further investigated to minimize the degradation of the materials. The use of a rubber with a higher average molar mass that the one currently used may have a greater effect on the impact strength. Longer fibers in equal mass proportions to those used in the present study can be tested, since shorter fibers mean a larger number of ends, which may act as stress concentrators and worsen some mechanical properties of the composite.

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T05:15:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_JoyceRodriguesde_D.pdf: 3671133 bytes, checksum: c0208a3fbc4c962177c7cf09361d5293 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Materiais antiestáticos têm aplicações tecnológicas muito diversificadas. Seu principal objetivo é dissipar a eletricidade estática que pode acumular em sua superfície reduzindo o risco de ocorrência de faíscas. Trabalhos anteriores mostraram que a fibra de Curauá atua como agente de reforço em matrizes termoplásticas, como polietileno, polipropileno e poliamida-6. Comprovada a eficiência da fibra de Curauá em promover o efeito de reforço em matrizes termoplásticas com vantagens em relação a outras fibras vegetais, buscou-se neste trabalho aliar propriedades elétricas às excelentes propriedades mecânicas destes compósitos recobrindo as fibras vegetais com um polímero condutor, a polianilina, PAni. Na primeira parte deste trabalho, os compósitos foram processados em uma mini-extrusora contra-rotatória utilizando baixo teor de FC-PAni (de 5 a 15 wt%). Além de promover condutividade elétrica, foi observado que as fibras modificadas aumentaram a eficácia do efeito de reforço das fibras de curauá na matriz poliamida-6 devido ao aumento da adesão interfacial entre a matriz e a fibra. Na segunda parte deste trabalho, foi desenvolvido o método de preparação em escala piloto da FC-PAni e as mesmas foram incorporadas à matriz polimérica (em teores de 5 até 30 wt%) em uma extrusora dupla-rosca co-rotante interpenetrante e os corpos de prova foram moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por ensaios mecânicos, ensaios de índice de fluidez do fundido, condutividade elétrica e microscopia eletrônica de varredura. As propriedades eletroquímicas dos compósitos e da PAni pura foram investigadas por voltametria cíclica, enquanto que o estado de oxidação da PAni foi verificado por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X e UV-visível. Os resultados obtidos mostraram que o recobrimento das fibras com a polianilina ocorreu de maneira uniforme e promoveu um aumento da interação entre as fibras e a poliamida-6 devido à hidrofilicidade de ambos / Abstract: Antistatic materials have very diverse technological applications. Its main purpose is to dissipate static electricity that can accumulate on the surface of a polymer, reducing the risk of sparks. Previous studies have shown that Curauá fibers act as a reinforcing agent for thermoplastic matrices, such as polyethylene, polypropylene and polyamide-6. Proven efficiency of Curauá fibers in promoting the reinforcement effect, with advantages in relation to other vegetable fibers, the aim of this study is to combine the mechanical properties of these fibers with the electrical properties of the polyaniline, PAni. In the first part of this work, the composites were prepared in a counter-rotating mini-extruder using low content of CF-PAni (5 to 15 wt%). The addition of PAni coated curauá fibers to the polyamide-6 generated electrical conductivity and also improved the reinforcement effect of the fiber in the matrix due to the improvement of matrix-fiber interfacial adhesion. In the second part of this work, polyaniline was prepared and deposited on the surface of the fibers on a pilot plant scale and the composites were prepared by extrusion and injection molding (fiber content of 5 to 30 wt%) . The composites were characterized by electrical conductivity measurements using the four-probe method. The electrochemical properties and the doping degree of the PAni coated curauá fibers were evaluated by cyclic voltammetry and UV-vis spectroscopy. The effect of the PAni coating on the mechanical properties of the composites was evaluated by tensile, flexural and impact tests. The morphology was studied by scanning electron microscopy. The chemical interaction between polyaniline, polyamide-6 and curauá fibers was analyzed by infrared spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy. The results showed that the polyaniline coating was uniform and increased the chemical interaction between the fibers and polyamide-6 due to the hydrophilicity of both / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutora em Ciências