Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2472.pdf: 8517687 bytes, checksum: c68168cc3ba0a88a5a7c2a8ee50ea205 (MD5) Previous issue date: 2008-07-08 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work, the use of rheological measurements in substitution or complementation to methods normally employed in the characterization of nanocomposites, such as X-ray diffraction (WAXS) and transmission electron microscopy (TEM), was evaluated. Two polymeric matrices with different chemical structures and polarities and two organophilic nanoclays modified with organic surfactants, which were compatible with the respective polymer matrix, were used. Thus, polyamide 6 (PA6) and high density polyethylene (HDPE) nanocomposites were obtained by melt mixing and blown as films. WAXS measurements showed intercalated structures in the HDPE nanocomposites and exfoliated structures in the PA6 nanocomposites. Shear oscillatory rheological experiments were done to evaluate the clay dispersion and distribution in the polymer matrices, which indicated the presence of a poor dispersion in the HDPE nanocomposites, differently of the PA6 nanocomposites. Shear steady and transient rheological measurements indicated that higher interactions between PA6 and the nanoclay modified with a polar surfactant and inside the EVA masterbatches occurred. From the rheological, morphological, mechanical and transport analysis it was found that the addition of clay modified the interfacial interactions between HDPE and EVA, increasing the system compatibility. In both systems, there was an increase in elastic modulus, yielding and rupture behaviors and barrier properties. In conclusion, the rheological characterization of nanocomposites provides further information about the nanoclay dispersion and distribution in the polymer matrix, in addition to quantify the interactions between the components. However, it can not substitute the usual methods of characterization of the nanocomposites, such as WAXS and TEM. / Neste trabalho avaliou-se o uso de medidas de propriedades reológicas na substituição ou complementação de métodos geralmente empregados na caracterização das estruturas de nanocompósitos, tais como a difração de raios-x de alto ângulo (WAXS) e a microscopia eletrônica de transmissão (MET). Para tanto, foram utilizadas duas matrizes poliméricas com diferentes polaridades e duas argilas organofílicas tratadas com surfatantes compatíveis com a respectiva matriz polimérica. Assim, nanocompósitos de poliamida 6 (PA6) e de polietileno de alta densidade (HDPE), este último compatibilizado com um copolímero aleatório de etileno e acetato de vinila (EVA), foram produzidos através de mistura no estado fundido e posteriormente conformados na forma de filmes tubulares. Observou-se por WAXS que os nanocompósitos de HDPE possuíam estrutura intercalada enquanto que os de PA6 possuíam uma estrutura esfoliada. Para verificar o estado de dispersão e de distribuição das argilas nas matrizes poliméricas foram realizados ensaios reológicos em regime oscilatório de cisalhamento juntamente com análises de MET, os quais mostraram para os nanocompósitos de HDPE um baixo nível de dispersão, diferentemente do observado nos nanocompósitos de PA6. Já os ensaios reológicos em regime permanente de cisalhamento e também no regime transiente mostraram que as interações entre polímero e argila eram mais fortes nos nanocompósitos de PA6 e nos concentrados de EVA do que nos nanocompósitos de HDPE. Através das analises reológicas, morfológicas e das propriedades mecânicas e de permeação, concluiu-se que a adição de argila promoveu uma significativa alteração nas interações interfaciais da blenda HDPE/EVA, que era a matriz dos nanocompósitos de HDPE, levando a uma maior compatibilização do sistema. Em ambos os sistemas houve uma melhora no módulo elástico, no comportamento de escoamento e de ruptura, além de melhores propriedades de barreira. Por fim, concluiu-se que as medidas das propriedades reológicas de nanocompósitos podem fornecer informações complementares a respeito do estado de dispersão e de distribuição da nanocarga na matriz polimérica, além de quantificar as interações existentes entre os componentes; mas que elas não podem substituir completamente as análises de WAXS e MET.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4467.pdf: 16875412 bytes, checksum: a9b98090af34e136764245e2a2eb5e6a (MD5) Previous issue date: 2012-06-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / The structure and morphology of polymers and consequently their properties are dependent on the processing conditions. During the blown film process, high shear and elongational flows can induce a preferred orientation of the polymer chains; controlling the process conditions, it is possible to obtain films with anisotropic properties. Polymeric nanocomposites have attracted industrial and scientific interest due the possibility of obtaining materials with improved thermal, mechanical, and permeation properties by the addition of small contents of inorganic fillers. This dispersed phase can also be affected by the processing conditions and also develop a preferred orientation, and influence the three-dimensional structure of the composite and its properties. In this work, the influence of the nanoparticle s (NPs) shape and processing conditions on the structure (with emphasis on the orientation characteristics) of polyamide 6 (PA6) nanocomposites blown films was evaluated, by the incorporation of an one-dimensional NP (halloysite HNT, with a hollow tubular structure) and a two-dimensional NP (montmorillonite MMT, with lamellar structure) to the polymeric matrix. Using a constant NP content (fixed above the theoretical percolation threshold) and evaluating the presence or absence of the NP s superficial treatment, blown films were obtained in four different processing conditions, varying the take-up and blow-up ratios (TUR and BUR, respectively) and using a fixed mass flow. Unexpectedly, all the films exhibited a preferred orientation of the crystalline lamellae along the normal direction, i.e., along the film thickness, independently of the processing conditions. This behavior was explained by the cooling conditions and initial preferred orientation of the polymer chains in the annular die exit. On the other hand, the NPs presented a preferred orientation along the flow direction and were well distributed and dispersed through the matrix. The film s thermal dynamicviii mechanic, tensile, permeation and optical behaviors were consistent with the structure observed and significant improvements of these properties were achieved for the films of organically treated HNT and MMT PA6 nanocomposites. Regarding the NP s shape, greater aspect ratio and surface area, in the presence of good interfacial interactions, promoted a greater efficiency of reinforcement. / A estruturação e morfologia de materiais poliméricos e, consequentemente suas propriedades, são dependentes do tipo de processamento. Na obtenção de filmes tubulares, o polímero é conformado sob altas taxas de deformação em fluxos cisalhantes e elongacionais, gerando uma orientação preferencial das cadeias poliméricas, podendo-se controlar a anisotropia de propriedades através das condições de processamento. Nanocompósitos poliméricos vem despertando grande interesse industrial e cientifico pela possibilidade de se obter materiais com propriedades térmicas, mecânicas e de permeação superiores, através da adição de pequenas quantidades de cargas inorgânicas. Essa fase dispersa também pode ser afetada pelas condições de processamento e também desenvolver uma orientação preferencial, influenciando na estruturação tridimensional do compósito e em suas propriedades. Nesse trabalho avaliou-se a influencia da geometria da nanocarga e das condições de processamento na estruturação (com ênfase nas características de orientação) de filmes tubulares de nanocompósitos de poliamida 6, incorporando-se uma nanocarga unidimensional (haloisita - HNT, com formato tubular oco) e uma bidimensional (montmorilonita - MMT, com formato lamelar) à matriz polimérica. Utilizando-se um teor de nanocarga fixo, acima do limite de percolação teórico, e avaliandose a influencia da presença ou não de tratamento superficial de organofilização, foram obtidos filmes tubulares em quatro diferentes condições de processamento, variando-se as razões de estiramento e sopro, a uma vazão constante. Inesperadamente, os filmes apresentaram uma orientação preferencial das lamelas cristalinas ao longo da direção normal, ou seja, da espessura do filme, independentemente da condição de processamento. Esse resultado foi explicado pelas condições de resfriamento e orientação inicial das cadeias poliméricas na saída da matriz anelar. As nanocargas, por sua vez, se orientaram na direção do fluxo e apresentaram uma boa dispersão e distribuição pela matriz. Os comportamentos térmico dinâmico-mecânico, mecânico sob tração, de permeabilidade e ótico dos filmes foram coerentes vi com essa estruturação, verificando-se melhorias significativas de desempenho para os filmes de nanocompósitos de HNT e MMT tratados organicamente. Com relação à geometria da nanocarga, maiores razão de aspecto e área superficial, na presença de boas interações interfaciais, promoveram uma maior eficiência de reforço.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1972.pdf: 5373269 bytes, checksum: de7cf683e988f154249a684b6bedfe84 (MD5) Previous issue date: 2008-03-10 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, the use of ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) in substitution to compatibility agents normally employed in the production of high density polyethylene (HDPE) nanocomposites (such as polyethylene grafted with maleic anhydride - PEMA) was evaluated due to its intrinsic polarity and relative low cost. Two EVAs with different melt flow indexes and vinyl acetate contents and two organophilic clays treated with different organic surfactants were used. It was verified that EVA with lower viscosity and higher polarity showed better interactions with the clay treated organically with polar surfactant. However, these characteristics reduced the HDPE/EVA compatibility. HDPE/EVA/MMT nanocomposites were obtained through melt mixing and subsequently blown as films. An Intercalated nanocomposite (HDPE/EVA 8/C15A) and a nanocomposite characterized by the presence of tactoids of the organoclay (HDPE/EVA 25/C30B) were produced. From rheological, morphological and permeation analysis it was found that the addition of clay modified the interfacial interactions between HDPE and EVA, increasing the system compatibility when compared to the HDPE/EVA blends behavior. Comparing with the HDPE/EVA blends, the better compatibility in nanocomposites were followed by an increase in elastic modulus, yielding and rupture behaviors and permeability properties. But these properties did not increase when compared with the pure HDPE film. The best results were obtained with the HDPE/EVA 8/C15A nanocomposite. / Neste trabalho avaliou-se o uso do EVA na substituição de agentes compatibilizantes geralmente empregados na produção de nanocompósitos de PEAD (como o polietileno graftizado com anidrido maleico - PEMA), devido ao seu caráter polar e menor custo relativo. Para tanto, foram utilizadas duas resinas, com diferentes teores de acetato de vinila e índices de fluidez, e duas argilas organofílicas, tratadas com diferentes surfactantes orgânicos. Verificouse que o EVA com menor viscosidade e maior polaridade apresentou melhores interações com a argila organofílica tratada com surfactante polar. Porém, essas características levaram a uma menor compatibilidade com a matriz de PEAD. Os nanocompósitos de PEAD/EVA/MMT foram produzidos através de mistura no estado fundido e conformados na forma de filmes tubulares. Foram obtidos nanocompósitos com estrutura predominantemente intercalada (PEAD/EVA 8/C15A) e caracterizada pela presença de tactóides de argila (PEAD/EVA 25/C30B). Através das analises reológicas, de morfologia e propriedades mecânicas e de permeação, concluiu-se que a adição de argila alterou as interações interfaciais entre o PEAD e o EVA, levando a uma maior compatibilização do sistema, quando comparado ao comportamento observado nas blendas de PEAD/EVA. Em comparação com as blendas de PEAD/EVA, a maior compatibilidade nos nanocompósitos foi acompanhada de melhorias no módulo elástico, no comportamento de escoamento e de ruptura, além de menor permeabilidade. Porém, quando comparado ao filme de PEAD puro, verificou-se uma manutenção das propriedades, sendo que os melhores resultados foram àqueles apresentados pelo nanocompósito de PEAD/EVA 8/C15A.