Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROGER HOEL BELLO.pdf: 5998739 bytes, checksum: 0b20c26be8ef42194c531db9839d0937 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Enhancing the thermal, mechanical and electrical properties of epoxy resin with use of carbon-based nanoparticles there must be a good dispersion in the resin and interfacial interaction with the polymer matrix. Thus, the chemical functionalization incorporates functional groups on their surface which can improve both problems. The silanization has been preferred in the process of functionalization of nanoparticles, succeeding in enhancing the properties of nanocomposites. This work aimed to evaluate the effects of the silanization of multiwalled carbon nanotubes MWCNT and graphene nanoplatelets with organosilane (3-APTES) in the final properties of epoxy nanocomposites. Thus, both nanoparticles were oxidized with a sulfonitric mixture (3:1 by volume) and silanized with the organosilane (3-APTES). To evaluate the effects of the chemical functionalization in thermal, mechanical and electrical properties, nanocomposites containing MWCNT or graphene nanoplatelets at two different concentrations of pristine, oxidized and silanized nanoparticles (0.15 and 0.5% v/v) were prepared by polymerization in situ, without using solvents. The functionalizations were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy techniques. The thermal properties were analyzed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), the mechanical by instrumented nanoindentation and the electrical Impedance Spectroscopy. The XPS technique showed the successfully silanization on the the nanoparticles surface that was studied. Regarding the thermal properties, the addition of pristine and functionalized MWCNT or graphene nanoplatelets did not show significant variations, but increased the mobility of polymer chains in the matrix decreasing the values for the glass transition temperature (Tg) compared to pure resin. Increases in stiffness and ductility of the material were obtained when oxidized graphene nanoplatelets were added in the matrix. When was added 0.15% by volume of oxidized graphene nanoplateletes, the modulus of elasticity increased approximately 83%, whereas 0.50% by volume increased greater than 88% compared to the pure resin. Increasing of ductility was reached increasing volume fraction of 0.15 to 0.50% by volume when those nanoparticles were added into the resin, due to the approximately 10% of decreasing the values of nanohardness. The formation of percolating networks has been achieved only by pristine MWCNT with at a concentration of 0.50% by volume. As for the graphene nanoplatelets were added only when silanized graphene nanoplateletes at a concentration of 0.15% by volume, but for both nanoparticles were observed conductivities on the order of 10-7 S/m for frequencies near 100 Hz. / A alteração de propriedades térmicas, mecânicas e elétricas de uma resina epoxídica após a adição de nanopartículas alotrópicas de carbono depende da concentração, orientação, tipo de partícula, seu estado de dispersão e interação destas com a matriz. A funcionalização química pode auxiliar na melhoria de ambos os problemas, com a incorporação de grupos funcionais na superfície, paredes e pontas das nanopartículas. Assim, a silanização tem sido usada em processos de funcionalização química dos nanoreforços, tendo êxito no auxílio à melhoria das propriedades finais dos nanocompósitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da silanização com o organosilano 3-APTES em nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e nanoplateletes de grafeno nas propriedades finais dos nanocompósitos produzidos com a matriz epoxídica. Para isto, ambas as nanopartículas foram oxidadas com uma mistura sulfonítrica (3:1 em volume) e silanizadas com o organosilano (3-APTES). Para avaliar os efeitos das funcionalizações nas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas, nanocompósitos contendo NTCPM ou nanoplateletes de grafeno em duas diferentes concentrações das nanopartículas pristine, oxidadas e silanizadas (0,15 e 0,5% v/v) foram preparados pela técnica de polimerização in situ, sem a utilização de solventes. As nanopartículas funcionalizadas foram caracterizadas pelas técnicas de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de energia dispersa (EDS), difração de raios-X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons por raios-X (XPS) e espectroscopia Raman. As propriedades térmicas foram analisadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC), as mecânicas por nanoindentação instrumentada e, as elétricas por espectroscopia de impedância. A técnica de caracterização por XPS comprovou o êxito da silanização na superfície das nanopartículas estudadas. Em relação às propriedades térmicas, a adição de NTCPM ou nanoplateletes de grafeno pristine e funcionalizadas não apresentaram variações significativas, porém aumentaram a mobilidade das cadeias poliméricas da matriz, resultando no decréscimo da temperatura de transição vítrea (Tg) em relação à resina pura. Aumentos na rigidez e ductilidade do nanocompósito foram alcançados quando foram adicionados nanoplateletes de grafeno oxidados na matriz. A adição de 0,15% v/v desta nanopartícula foi observado um aumento de aproximadamente 83% para o módulo de elasticidade, enquanto que 0,50% v/v este aumento foi maior que 88% em relação à resina pura. Foi alcançado aumento da ductilidade com o incremento da fração volumétrica de 0,15 para 0,50% v/v destas nanopartículas, devido ao decréscimo dos valores da nanodureza em aproximadamente 10%. A formação de redes de percolação foi alcançada apenas com a adição de NTCPM pristine para concentração de 0,50% em volume. Enquanto que para os nanoplateletes de grafeno, este fenômeno foi observado apenas quando foram adicionados nanoplateletes de grafeno silanizadas na concentração de 0,15% em volume. Entretanto, para ambas as nanopartículas foram observados valores de condutividade na ordem de 10-7 S/m para frequências próximas a 100Hz.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sara F Da Costa.pdf: 4048373 bytes, checksum: 81bb7b57c2e425cdcfcc5039f74fae1f (MD5) Previous issue date: 2015-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The change of mechanical properties of epoxy resins after the addition of nanoparticles (f. ex. graphite oxide) depends on its concentration, state of dispersion and interaction with the polymer matrix. To improve dispersion and avoid agglomeration of the GO nanoplatelets, due to van der Waals interactions, these nanoparticles can be functionalized using organosilanes as coupling agents. This study aimed to evaluate the effect of functionalization of graphite oxide by 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in the final properties of nanocomposites of epoxy matrix DGEBA with OG and OGS. The functionalized nanoparticles and nanoparticles without functionalization were characterized by spectroscopic and microscopic techniques, CHN elemental analysis and X-ray diffraction. The presence of silicon on the surface of OG was confirmed by analysis of energy dispersive spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy along with X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the functionalization GO with GLYMO by rise of new bands assigned to the Si-O-C bond. Images from scanning electron microscopy and transmission electron microscopy showed that nanoplatelets OG were clustered and after functionalization with silane the nanoplateletes were exfoliated, indicating larger interaction with the epoxy matrix. The dispersion of nanoparticles in the polymer matrix was also studied by microscopy and spectroscopy techniques where noted that the functionalized nanoparticles were well dispersed. To evaluate the effect of the nanoparticles in the mechanical properties, nanocomposites containing 0.1 ,0.25, 0.5 e 1.0 wt% were prepared by in situ polymerization techniques, with the use of a solvent for better dispersion. It was observed that the addition of GO nanoparticles decrease the modulus of elasticity relative to the epoxy resin, and nanocomposites containing 0.25% and 1.0 wt% presented the highest stress decreases. For nanocomposites with GO nanoparticles silanized (GOS) a linear increase of the modulus of elasticity with the mass fraction and maximum stress higher than the epoxy resin and GO nanocomposites was observed, except OGS 1.0wt%, where the maximum stress is lower than of the epoxy resin, which is explained by the existence of larger agglomerates. Thus, the silanized GO provided a more homogeneous dispersion and larger interaction with the epoxy matrix when compared to the GO. / A alteração das propriedades mecânicas da resina epoxídica após a adição de nanopartículas de óxido de grafite (OG) depende da concentração, de seu estado de dispersão e da interação com a matriz polimérica. O OG pode formar aglomerados na matriz polimérica devido às interações de van der Waals e, para melhorar a dispersão e distribuição do mesmo na matriz polimérica pode ser feita a funcionalização utilizando agentes de acoplamento, como os organosilanos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da funcionalização via silanização do óxido de grafite pelo organosilano 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano nas propriedades finais de nanocompósitos de matriz epoxídica DGEBA com OG e OGS. As nanopartículas com e sem funcionalização foram caracterizadas por técnicas de espectroscopia e microscopia, análise elementar CHN e difração de raios-X. A presença de silício na superfície do OG foi confirmada pela análise de espectroscopia de energia dispersiva e a análise de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier juntamente com a análise de espectroscopia de fotoelétrons por raios-X confirmou a funcionalização do OG com o GLYMO através do surgimento de novas bandas atribuídas à ligação Si-O-C. As imagens de microscopia eletrônica de varredura de efeito de campo e microscopia eletrônica de transmissão mostraram que nanoplateletes de OG se apresentavam mais empacotados e após a funcionalização com o silano os nanoplateletes estavam esfoliados, indicando maior interação com a matriz epoxídica. A dispersão das nanopartículas na matriz polimérica foi também estudada por técnicas de microscopia e espectroscopia onde se observou que as nanopartículas funcionalizadas estavam mais bem dispersas. Para avaliar o efeito das nanopartículas com e sem funcionalização nas propriedades mecânicas, nanocompósitos contendo 0,1; 0,25; 0,5 e 1,0% (m/m) de nanopartículas foram preparados pelas técnicas de polimerização in situ , com a utilização de solvente para melhorar a dispersão. Foi observado que a adição das nanopartículas de OG diminuiu o módulo de elasticidade e a tensão máxima à tração em relação à resina epoxídica, e que nanocompósitos contendo 0,25% e 1,0% apresentaram as maiores diminuições de tensão. Para os nanocompósitos com as nanopartículas de óxido de grafite silanizado foi observado um aumento linear no módulo de elasticidade com o aumento da porcentagem mássica e apresentaram tensão máxima maior que da resina e dos nanocompósitos com OG, com exceção da porcentagem mássica de OGS 1,0%, onde a tensão máxima foi menor do que a tensão da resina epóxi, o que é explicado pela existência de aglomerados maiores. Assim, o OG silanizado proporcionou uma dispersão mais homogênea e assim, maior interação com a matriz epoxídica quando comparado ao OG.