Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The contamination by toxic metals has been a serious environmental problem. Many researches have been developed with the objective the environmental remediation. The adsorption has been one of the most used process by researchers to remove metals in recent years. In this work, it was studied the use of natural clays of the state of Sergipe, with high levels of kaolinite and montmorillonite as adsorbent materials to remove Pb (II), Cd (II) and Cu (II) in aqueous solution. It was investigated the adsorption conditions including contact time, pH and adsorption isotherms. Using kaolinite equilibrium of adsorption for the three metals was reached at about 30 min, and a contact time of 60 min was chosen. In the beginning of study was conducted at pH of metal nitrate solutions (pH 5.2 ± 0.2) resulting in a maximum removal of 86.0 %, 43.2 % and 34.3 % for Pb (II), Cd (II) and Cu (II) respectively. The pH 7.0 was determined to be the most efficient for the removal of Pb (II) ( 99.9 %), Cd (II) (82.9 %) and Cu (II) (97.9 %). The Langmuir isotherm was the model with the best fit to the adsorption data obtained for the three metals, with Qo of 1.511 mg g-1 for Pb (II); 0.853 mg g-1 for Cd (II) and 0.417 mg g-1 for Cu (II). In the application of natural clay containing montmorillonite, it was obtained; high removal percentages for Pb (II), Cd (II) and Cu (II). The adsorption equilibrium was reached in the first minutes and the contact time of 30 min was selected, with maximum adsorption of 99.54 %; 93.37 %; 99.48 % for Pb(II), Cd (II) and Cu (II) in natural pH of metal in the pH (pH 5.2 ± 2). In pH study, it was observed that the pH variations did not alter significantly the adsorption of metals. Among the models applied, Langmuir was the best fitted one for the three adsorbents applied in this work with Qo of 6.98 mg g-1 1.48 mg g-1 and 2.07 mg g-1 for Pb (II), Cd (II) and Cu (II) respectively. The results show clays that have high levels either kaolinite or montmorillonite show appropriate features for application in the process of adsorption of Pb (II), Cd (II) and Cu (II). / A contaminação por metais tóxicos representa um sério problema ambiental. Inúmeras pesquisas têm sido desenvolvidas tendo como objetivo a remediação ambiental. A adsorção tem sido um dos processos mais utilizados por pesquisadores nos últimos anos para remover metais. No presente trabalho, foi estudada a utilização das argilas naturais do estado de Sergipe, contendo alto teor de caulinita e montmorilonita como materiais adsorventes para remoção do Pb (II), Cd (II) e Cu (II) em solução aquosa. Foram investigadas as condições de adsorção incluindo tempo de contato, pH e isotermas de adsorção. Na utilização da argila caulinita natural, o equilíbrio de adsorção para os três metais foi alcançado em torno de 30 min, sendo utilizado nos experimentos o tempo de contato de 60 min. Inicialmente, o estudo foi desenvolvido no pH das soluções dos nitratos dos metais (pH 5,2 ± 0,2), obtendo-se uma remoção máxima de 86,0 % para o Pb (II), 43,2 % para Cd (II) e 34,3 % para Cu (II). A avaliação do efeito do pH sobre a adsorção mostrou que o aumento do pH favorece a remoção até certo valor, acima do qual os íons metálicos são precipitados como hidróxidos insolúveis. O pH 7,0 foi determinado como sendo o mais adequado para a remoção do Pb (II) ( 99,9 %), Cd (II) (82,9 %) e Cu (II) (97,9 %). A isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajustou aos dados de adsorção obtidos para os três metais, com Qo de 1,51 mg g-1 para o Pb (II); 0,85 mg g-1 para o Cd (II) e 0,42 mg g-1 para o Cu (II). Na aplicação da argila natural contendo montmorilonita, obtiveram-se altas percentagens de remoção para o Pb (II), Cd (II) e Cu (II). O equilíbrio de adsorção foi alcançado nos primeiros minutos, sendo otimizado o tempo de contato de 30 min, com máxima adsorção de 99,54 %, 93,37 %, 99,48 % para o Pb (II), Cd (II) e Cu (II) em pH natural das soluções dos respectivos metais (pH 5,2 ± 0,2). No estudo de pH observou-se que a variação deste mesmo não alterou significativamente a adsorção dos metais. Entre os modelos aplicados, o de Langmuir mostrou-se mais adequado para os três adsorvatos estudados neste trabalho, com Qo de 6,98 mg g-1 para o Pb (II); 1,48 mg g-1 para o Cd (II) e 2,07 mg g-1 para o Cu (II). Os resultados apresentados mostram que as argilas contendo alto teor de caulinita ou montmorilonita apresentam características apropriadas para sua aplicação no processo de adsorção do Pb (II), Cd (II) e Cu (II).

Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-27T01:25:16Z No. of bitstreams: 1 ariane schmidt furtado - produo avaliao e aplicao de um extrato proteico proveniente da microalga spirulina platensis.pdf: 2077158 bytes, checksum: 505e9db59057e32477cace2f937214ac (MD5) / Approved for entry into archive by Gilmar Barros (gilmargomesdebarros@gmail.com) on 2016-04-29T21:21:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ariane schmidt furtado - produo avaliao e aplicao de um extrato proteico proveniente da microalga spirulina platensis.pdf: 2077158 bytes, checksum: 505e9db59057e32477cace2f937214ac (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-29T21:21:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ariane schmidt furtado - produo avaliao e aplicao de um extrato proteico proveniente da microalga spirulina platensis.pdf: 2077158 bytes, checksum: 505e9db59057e32477cace2f937214ac (MD5) Previous issue date: 2013 / A microalga Spirulina platensis é uma fonte renovável e não-convencional de proteínas que pode ser aplicada na confecção de filmes biopoliméricos, para serem utilizados na produção de embalagens biodegradáveis, minimizando agressões ao meio ambiente e agregando valor a esta matéria-prima antes utilizada principalmente como ração animal. Com base nisso, este trabalho teve por objetivo a produção, avaliação e aplicação de filmes nanocompósitos obtidos a partir de extrato proteico proveniente da microalga Spirulina platensis. Para tanto, inicialmente foi obtido um extrato proteico da Spirulina (EPS) através de extração química por variação do pH. Este extrato, contendo 64 % de proteína (base seca), foi avaliado quanto à sua composição de aminoácidos e caracterizado quanto à sua funcionalidade (solubilidade; capacidade de retenção de água e óleo; capacidade espumante; estabilidade espumante). Posteriormente, o EPS foi utilizado como matéria-prima para obtenção de filmes proteicos nanocompósitos com adição de nanoargila montmorilonita (MMT). A obtenção dos mesmos foi realizada através do preparo de soluções filmogênicas, seguido da técnica de casting e secagem a 40 °C (±2 °C) em estufa com circulação de ar. Foram utilizados dois tipos de planejamento: um para avaliar as variáveis do processo de obtenção dos filmes (Planejamento Fatorial Fracionário) e outro para determinar as melhores condições de obtenção dos filmes (Delineamento Central Composto Rotacional - DCCR). Os filmes foram avaliados quanto às suas propriedades mecânicas (resistência à tração - RT, e elongação) e ópticas (diferença de cor - ΔE* e opacidade – Y %), espessura, permeabilidade ao vapor de água (PVA), solubilidade em água e umidade (U %). Com base na menor PVA (8,51 g.mm.(kPa. d. m2 ) -1 ) e umidade (12,7 %), o filme escolhido para ser utilizado como parte de um sistema de embalagem individual para massa de pizza teve a seguinte formulação: 4,5 g de EPS, 1,35 g de glicerol e 0,1 g de MMT em 150 mL de água destilada, pH 11,0 e temperatura final do processo de 75 °C (ensaio 5 do DCCR). Ele foi um dos filmes menos espesso (0,092 mm), elástico (elongação de 16 %), escuro e opaco, apresentou RT de 2,49 MPa (dentre as maiores) e foi o mais solúvel dos filmes, com solubilidade de 69,2 %. Foi avaliada a eficiência deste filme como parte do sistema de embalagem através de análises de perda de massa, textura e contagem de bolores e leveduras nas pizzas. Verificou-se que o mesmo não foi eficiente em conservar as massas de pizza, pois permitiu uma grande perda de massa e alterações inaceitáveis na textura, indicando assim uma alta permeabilidade ao vapor de água, o que também é indesejável. De modo geral, concluiu-se que é possível obter um extrato proteico a partir de Spirulina e aplicá-lo como matéria-prima de filmes proteicos nanocompósito com adição de MMT. No entanto, o filme em questão não foi eficiente quando aplicado como embalagem para conservação de massa de pizza. / Microalgae Spirulina platensis are a renewable, unconventional source of protein which can generate biopolymeric films to be applied on the production of biodegradable packaging, minimizing environmental damage and adding economic value to a raw material mostly used as animal feed. Based on that, the purpose of this study was to product, evaluate and test an application of nanocomposite films obtained from protein concentrate of Spirulina platensis microalgae. In that regard, a Spirulina-based protein concentrate (SPC) was developed by chemical extraction through pH-shift process. This concentrate contains 64 % protein (dry base) and the tests analyzed its amino acid composition and its functionality (solubility; water/oil absorption capability; capacity of producing foam; foam stability). Afterwards, the SPC was used as raw material to produce nanocomposite protein films with addition of montmorillonite nanoclay (MMT). The production was done using filmogenic solutions, followed by casting and drying at 40 °C (±2 °C) in incubator with blower. Two types of planning were used: Fractional Factorial Planning (FFP), to evaluate film-producing process variables, and Central Composite Rotational Delineation (CCRD), to settle the best conditions to make the films. Those films had their mechanical (tensile strength – TS and elongation) and optical (color deviation and opacity) properties analyzed, as well as thickness, water steam permeability, solubility in water and humidity. Based on the smaller permeability (8.51 g.mm.(kPa. d. m2 ) -1 ) and humidity (12.7 %), the film chosen for use as part of a system of individual packing for pizza dough had the following formulation: 4.5 g of SPC, 1.35 g of glycerol and 0.1 g of MMT in 150 mL of distilled water, pH 11.0 and final process temperature of 75 ºC (CCRD sample no. 5). That film was one of the thinnest (0.092 mm) and less elastic (16 % of elongation), dark and opaque, as well as it had a TS of 2.49 MPa (one of the highest) and was the most soluble (69.2 % of solubility). Its efficiency as part of a packaging system was evaluated by texture, mass losses and mold and yeast count. The tests showed that the film is inefficient to preserve pizza dough, since it was unable to avoid large mass losses and inacceptable texture modifications, indicating moreover high permeability to water steam, which is also undesirable. In conclusion, it is possible to obtain a Spirulina-based protein concentrate and use it to make nanocomposite protein films with addition of MMT. Nevertheless, the film tested in this study is inefficient as part of a packaging system for pizza dough.

O desenvolvimento de filmes à base de biopolímeros tem sido bastante estudado devido aos problemas ambientais causados pelas embalagens de plásticos sintéticos. Dentre os biopolímeros, merece destaque a gelatina, que tem excelente propriedade filmogênica. Entretanto, até o presente momento, os filmes de gelatina apresentam limitações de propriedades mecânicas e, tem elevada sensibilidade à umidade. Uma alternativa para melhorar as propriedades desses filmes pode ser a utilização de nanopartículas como carga de reforço. Assim, os objetivos desta tese foram o desenvolvimento e a caracterização de filmes à base de gelatina, reforçados com nanopartículas. Especificamente, foram objetivos os seguintes estudos: avaliação do efeito da concentração de gelatina sobre as propriedades reológicas das soluções formadoras de filmes e de algumas propriedades físicas de filmes de gelatina, preparados com essas soluções formadoras de filmes com um aplicador automático de filmes; e estudo dos efeitos das concentrações de gelatina e de montmorilonita sobre as propriedades físicas de filmes nanocompósitos e de suas soluções formadoras. Em ambos os estudos, os filmes foram caracterizados imediatamente após a secagem e depois de 7 dias de acondicionamento. As soluções formadoras de filmes (SFF) foram preparadas com gelatina e glicerol, e as soluções formadoras de nanocompósitos (SFN), pela mistura de uma solução de gelatina com uma dispersão de montmorilonita em água, em ambos os estudos, em proporções e temperaturas convenientes. Após a homogeneização, as SFF ou SFN foram resfriadas até a temperatura adequada para aplicação em suportes de plexiglass com a ajuda de um espalhador automático de filmes, acoplado a um banho ultratermostatizado. A altura do espalhador foi mantida constante em 1,5 mm, e a velocidade de espalhamento foi fixada em 35 mm/segundo. Em seguida, as SFF ou SFN foram desidratadas a 30ºC por 24h, em estufa com circulação de ar. No primeiro estudo, as SFF foram preparadas com 5, 8, 11 e 14g de gelatina/100g de SFF e 30 g de glicerol/100g de gelatina, e na segunda parte da tese, as SFN foram preparadas com 5 e 8g de gelatina/100g de SFN, 30 g de glicerol/100g de gelatina e 0, 5, 10 e 15g de montmorilonita/100g de gelatina. As propriedades reológicas das SFF e SFN foram estudadas com testes estacionários e dinâmicos. As propriedades reológicas dasdispersões de montmorilonita em água também foram estudadas, bem como a determinação do tamanho médio das partículas e do potencial zeta. Os filmes foram caracterizados para conhecimento da espessura, umidade, propriedades mecânicas (testes de tração e perfuração), transições de fase, microestrutura das superfícies e da criofratura, cristalinidade, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), hidrofobicidade, isoterma de sorção de vapor de água, solubilidade em água, permeabilidade ao vapor de água, ao O2 e CO2, cor, opacidade, brilho e propriedade de barreira a luz/UV, segundo os objetivos específicos de cada estudo. Em relação ao primeiro estudo, observou-se que a concentração de gelatina na SFF influenciou fortemente todas as propriedades reológicas e inclusive, as transições sol-gel e gel-sol, determinadas nos testes dinâmicos com varredura de temperatura. A concentração de gelatina na SFF aumentou linearmente a espessura dos filmes, sem, contudo afetar nitidamente a umidade, as transições de fases e nem as propriedades mecânicas obtidas nos testes de tração. A força na perfuração aumentou, mas esse efeito foi devido ao aumento da espessura dos filmes. Em relação ao estudo sobre nanocompósitos de gelatina, observou-se inicialmente que a montmorilonita dispersa em água apresentou diâmetro médio entre 204 e 344 nm, e potencial zeta variando em torno de -43mV. A carga de nanopartícula não afetou a viscosidade da dispersão em água, mas influenciou fortemente as propriedades reológicas e de transições de fases das SFN. A carga de nanopartículas também influenciou a espessura, as propriedades mecânicas e a hidrofobicidade dos filmes nanocompósitos, sem uma função nítida. Comportamento similar foi observado nos resultados da calorimetria diferencial de varredura, embora o padrão de cristalinidade, os espectros de FTIR e as microestruturas dos filmes tenham variado com a carga de montmorilonita. O filme nanocompósito produzido com 5g de gelatina/100g de SFN e 5g de montmorilonita/100g de gelatina apresentou melhores propriedades mecânicas e menor solubilidade em água. Esse filme foi submetido a caracterizações complementares com resultados típicos de filmes de gelatina. No geral, pode-se concluir que a montmorilonita pode melhorar as propriedades dos filmes de gelatina, porém, mais estudos serão necessários para se garantir perfeita dispersão da nanopartícula na matriz do filme. / The development of films based on biopolymers has been widely studied due to the environmental problems caused by synthetic plastic packaging. Among biopolymers, gelatin has to be outlined as it has excellent filmogenic properties. However, until now, the gelatin films have mechanical properties limitations and, high humidity sensitive. An alternative to improve the properties of these films may be the use of nanoparticles as load. Thus, the objectives of this thesis were the development and characterization of gelatin-based films, charged with nanoparticles. Specifically, the objectives were the following studies: evaluation of the effect of gelatin concentration on the rheological properties of the film-forming solutions and on some physical properties of the gelatin films prepared with those film forming solutions using a automatic spreader; and the study of the effect of the gelatin and montmorillonite concentrations on the physical properties of nanocomposite films and their film forming solutions. In both studies, the films were characterized immediately after drying and then after 7 days of conditioning. The film forming solutions (FFS) were prepared with gelatin and glycerol, and the nanocomposite film forming solutions (NFS), by blending the gelatin solution with the montmorillonite dispersion in water, for both studies, in convenient proportions and temperatures. After homogenization, the FFS or NFS were cooled to a proper temperature and applied on plexiglass plates with the help of an automatic spreader, attached to an ultra thermostatized bath. The height of the spreader was kept constant at 1.5 mm, and the spreading speed fixed at 35 mm/second. After that, the FFS or NFS were dehydrated at 30ºC for 24h, in an oven with air circulation. In the first study, the FFS were prepared with 5, 8, 11 and 14g of gelatin/100g of FFS and 30g of glycerol/100g of gelatin, and in the second part of the thesis, the NFS were prepared with 5 and 8g of gelatin/100g of NFS, 30 g of glycerol/100g of gelatin and 0, 5, 10 and 15g of montmorillonite/100g of gelatin. The rheological properties of the FFS and NFS were studied by steady and dynamic tests. The rheological properties of the montmorillonite dispersions in water were also studied, along with the average particle size and zeta potential determinations. The films were characterized to determine thickness, water content, mechanical properties (tensile and puncture tests), phase transitions, surface and cryo-fracture microstructure, crystallinity, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), hydrophobicity, water vapor sorption isotherm, solubility in water, water vapor, O2 and CO2 permeabilities, color, opacity, gloss, and light/UV barrier properties, according to the objectives of each study. Regarding the first study, it was observed that the gelatin concentration in the FFS strongly influenced the rheological properties and even the sol-gel and gel-sol transitions, determined by the dynamic temperature scanning tests. The gelatin concentration provoked linear increasing of films thickness without, however, affecting discernibly the water content, the phase transitions neither the mechanical properties determined by the tensile tests. The puncture force increased, but this effect was due to the thickness increasing of the films. Regarding the gelatin nanocomposites study, it was initially observed that the montmorillonite dispersed in water had average diameter between 204 and 344 nm, and zeta potential varying around -43mV. The nanoparticle filling did not affect the viscosity of the water dispersion, but strongly influenced the rheological properties and the phase transitions of the NFS. The nanoparticle filling also affected the thickness, the mechanical properties and the hydrophobicity of the films, without a clear function. Similar behavior was observed for the differential scanning calorimetry results, although the crystalline pattern, the FTIR spectra and the microstructure of the films varied with the montmorillonite filling. The nanocomposite film produced with 5g of gelatin/100g of NFS and 5g of montmorillonite/100g of gelatin showed better mechanical properties and lower solubility in water. That film was submitted to further characterizations rendering results typical of gelatin films. In general, it can be concluded that the montmorillonite can improve the properties of gelatin films, however more studies will be necessary to guarantee the perfect dispersion of the nanoparticles within the film matrix.

Polypropylene (PP) has excellent mechanical and chemical properties. Thus, it is used in a wide range of applications. However, like for most polymers, the high flammability of PP limits its application in various fields requiring specific flame-retardant standards. Some of halogenated flame retardants are restricted by European Community directives ROHs, WEEE and REACH. Now metallic hydroxides flame retardants are widely used in industry, but the high loading (about 60 wt %) seriously destroys the mechanical properties of polymeric materials. To improve the performance of flame retardant polymers, an environment-friendly electron beam (EB) technology has been successfully used in modifying flame retardant and polymer matrix. In this work, high efficient functional intumescent flame retardants and functional surfactant are designed and prepared for EB technology. In-depth studies the thermal stability, fire behavior and mechanical properties of these flame retardant PP composites have been studied. The possible graft-linking and cross-linking mechanisms of such EB modified composites can be well established. Specially, it is shown that the novel surfactant has better thermal stability in comparison to traditionally used modifiers. Another part of this work deals with the exploration of novel allylamine polyphosphate (AAPP) as flame retardant crosslinker for PP by electron beam (EB) treatment. Multifunctional AAPP showed unique efficient intumescent flame retardant properties. The limiting oxygen index (LOI) value and the effective melt drop resistance in UL-94 test of multifunctional flame retardant PP composites is greatly enhanced. In the cone calorimeter test, a reduction of peak heat release rate, total heat release and smoke production is achieved. Moreover, EB treatment increased the thermal stability of these designed flame retardant PP composites. Furthermore, AAPP provided an excellent quality of char residue in the combustion stage due to P−N−C and P−O−C structure. In addition, synergistic mechanism of AAPP with montmorillonite (MMT) was explored. Finally, different EB parameters have been used to modify fire retardant polymer nanocomposites. The effects of EB treatment on thermal stability, fire behavior and mechanical properties of fire retardant PP nanocomposites have been discussed. The heat release, the production of toxic gases and the mass loss of EB modified fire retardant PP nanocomposites are delayed in accordance to the result of cone calorimeter test. Based on these results high performance fire retardant polymer nanocomposites can be developed for industrial applications such as insulated material of wire, cable, etc.

Clay minerals have historically played a consequential role in human health. While the beginnings were rooted in geophagy, a primitive act of consuming earth, the health-related uses of clay minerals have evolved and diversified over time. As excipients in pharmaceutical formulations, clay minerals can attribute novel properties onto intercalated compounds. Intercalating oxybenzone, a UV filter, within the interlamellar space of montmorillonite is desirable in order to minimize direct contact with skin. Intercalating resveratrol, a compound known for attributing beneficial effects onto human health, may be advantageous since this compound is susceptible to cis-trans isomerisation. The strategy of using alkylammonium–modified clay was undertaken and proved successful for the intercalation of oxybenzone. The field of biopolymer/layered silicate nanocomposites is heavily researched for use in a multitude of applications. Novel montmorillonite nanocomposites were prepared with neutral guar gum and cationic guar gum, using an environmentally friendly process and are fully characterized.

Polystyrene (PS) nanocomposite foams were prepared using supercritical fluid (SCF) CO2 as a solvent and blowing agent. PS was first in-situ polymerized with a range of concentrations of montmorillonite layered silicate (MLS). The polymerized samples were then compression molded into 1 to 2mm thick laminates. The laminates were foamed in a batch supercritical CO2 process at various temperatures and pressures from 60°-85°C and 7.6-12MPa. The resulting foams were analyzed by scanning electron microscopy to determine effect of MLS on cellular morphology. Differential scanning calorimetry was used to determine the impact of nanocomposite microstructure on glass transition of the foamed polymer. X-ray diffraction spectra suggested that the PS/MLS composite had an intercalated structure at both the 1% and 3% mixtures, and that the intercalation may be enhanced by the foaming process.

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Este projeto de mestrado teve como objetivo a obtenção de látices híbridos constituídos de poli(acetato de vinila) (PVAc) e argila montmorilonita (MMT). O homopolímero de acetato de vinila foi sintetizado através da técnica de polimerização em emulsão na presença de diferentes tipos de argila, sendo empregada uma argila sódica (Na-MMT) e três argilas modificadas (o-MMT) com diferentes sais quaternários de amônio. Poli(álcool vinílico) (PVOH) foi utilizado como colóide protetor e persulfato de amônio (APS) como iniciador. Foi estudada a melhor condição para incorporação da argila na matriz polimérica, visando a esfoliação desta nanocarga, resultando desta maneira na formação de nanocompósitos com propriedades diferenciadas. A influência da presença das argilas foi avaliada em termos da velocidade de consumo de monômero, a qual foi acompanhada por gravimetria. Os látices foram caracterizados quanto ao diâmetro médio de partícula e polidispersidade pela técnica de espalhamento de luz (LS). O teor de coágulos do látex foi calculado por análise gravimétrica e a viscosidade analisada em um viscosímetro rotacional. Os filmes nanocompósitos foram caracterizados pelas técnicas de análise dinâmico-mecânica (DMA), análise termogravimétrica (TGA) e difração de raios X (DRX). A morfologia das partículas de látex foi avaliada por microscopia eletrônica de transmissão (MET). / The goal of this project was the preparation of hybrids latexes constituted by poly(vinyl acetate) (PVAc) and montmorillonite (MMT) clays. The poly(vinyl acetate) homopolymer was synthesized via emulsion polymerization in the presence of different types of clay, one sodium clay (Na-MMT) and organically modified clays (o-MMT) with different ammonium quaternary salts. Poly(vinyl alcohol) (PVOH) was used as protective colloid and ammonium persulfate (APS) as initiator. It was evaluated the best condition for the incorporation of the clay in the polymeric matrix, looking forward the exfoliation of the nanofiller, resulting in the formation of nanocomposites with new and improved properties. The influence of clay type and loading was evaluated in terms of latex stability and monomer consumption rate. The latexes were characterized in terms of particle size diameter and polydispersity by light scattering (LS) technique. Coagulum content was determined by gravimetric analysis and viscosity was analyzed in a rotational viscometer. Nanocomposite films were characterized by dynamic-mechanical analysis (DMA), thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD). Latex particles morphology was evaluated by transmission electron microscopy (TEM).

O presente trabalho apresenta a preparação e caracterização de eletrólitos poliméricos nanocompósitos (NPEs - Nanocomposite Polymer Electrolytes) obtidos a partir da argila montmorilonita e goma gelana para aplicação em janelas eletrocrômicas. Para verificar a influência de argila nas propriedades físicas e químicas de nanocompósitos, incialmente foram preparadas membranas a base de goma gelana dos tipos low acyl (CGLA) ou high acyl (CGHA) contendo etilenoglicol ou glicerol como plastificantes e quantidades diferentes de LiClO4 (perclorato de lítio) como doador de cátions Li+. A caracterização por espectroscopia de impedância eletroquímica revelou que o eletrólito de goma gelana tipo low acyl (CGLA), com glicerol como plastificante e 0,40 g de LiClO4 (GGLA-G40) apresentava a condutividade iônica mais elevada entre as amostras, cujos valores ficaram entre 2,14 x 10-6 S/cm a 30 °C e 3,10 x 10-4 S/cm a 80°C. Ela foi usada para a preparação de nanocompósitos através de adição de quantidades diferentes de argila montmorilonita liofilizada Na+SYN-1 (synthetic mica-montmorillonite). O eletrólito com a melhor condutividade de 1,86 x 10-5 S/cm a 30°C e 3,74 x 10-4 S/cm à temperatura de 80°C continha 0,10 g de argila Na+SYN-1 (GG-MMT10). Essa mesma membrana apresentou uma transmitância entre 23% e 42% na faixa do visível, além de refletância no UV de 22% e 13% no visível. O difratograma de raios-X mostrou que os nanocompósitos formaram uma estrutura predominantemente intercalada e intercalada-floculada. Os termogramas revelaram que a estabilidade térmica dos eletrólitos não sofreu praticamente quase nenhuma alteração com a incorporação de argila. A morfologia microscópica apontou uma superfície não homogênea. Por fim, os ECDs transmissivos de configuração vidro/ITO/PB/eletrólito de goma gelana-Na+SYN-1/CeO2-TiO2/ITO/vidro montados usando o nanocompósito GG-MMT10 exibiram uma variação de transmitância no visível de 4%, indicando que esse material não apresenta benefícios em aplicações envolvendo janelas eletrocrômicas. / This work presents the preparation and characterization of nanocomposite polymer electrolytes (NPEs) obtained from montmorillonite clay and gellan gum for application in electrochromic devices. Initially, we produced membranes by using low (CGLA) and high acyl (CGHA) gellan gum, ethylene glycol or glycerol as plasticizers and different amounts of LiClO4 as a Li+ donor. Electrochemical impedance spectroscopy indicated that the sample with low acyl gellan gum (CGLA), glycerol as plasticizer and 0.40 g of LiClO4 (GGLA-G40) showed the highest conductivity of 2.14 x 10-6 S/cm at 30 °C and 3.10 x 10-4 S/cm at 80°C. This sample was used to obtain a NPE by addition of different amounts of lyophilized montmorillonite clay Na+SYN-1 (synthetic mica-montmorillonite). The sample with 0.10 g of Na+SYN-1 clay (GG -MMT10) showed the best conductivity of 1.86 x 10-5 S/cm at 30°C and 3.74 x 10-4 S/cm at 80°C. This membrane transmitted between 23% and 42% in the visible range (wavelength 400 nm to 800 nm), and had reflectance of 22% and 13% in the UV and Vis, respectively. The X-ray diffraction indicated that the nanocomposites formed a predominantly intercalated or intercalated-flocculated structure. The thermograms revealed that the thermal stability of the electrolytes does not change with the incorporation of clay, and the microscopic morphology indicated a non-homogeneous surface. Finally, the transmissive ECDs with glass/ITO/PB/gelan gum-Na+SYN-1 electrolyte/CeO2-TiO2/ITO/glass configuration, assembled using the sample GG-MMT10 exhibited a visible transmittance variation of 4%, indicating that this NPE is not suitable for electrochromic devices application.

Este projeto de mestrado teve como objetivo a obtenção de látices híbridos constituídos de poli(acetato de vinila) (PVAc) e argila montmorilonita (MMT). O homopolímero de acetato de vinila foi sintetizado através da técnica de polimerização em emulsão na presença de diferentes tipos de argila, sendo empregada uma argila sódica (Na-MMT) e três argilas modificadas (o-MMT) com diferentes sais quaternários de amônio. Poli(álcool vinílico) (PVOH) foi utilizado como colóide protetor e persulfato de amônio (APS) como iniciador. Foi estudada a melhor condição para incorporação da argila na matriz polimérica, visando a esfoliação desta nanocarga, resultando desta maneira na formação de nanocompósitos com propriedades diferenciadas. A influência da presença das argilas foi avaliada em termos da velocidade de consumo de monômero, a qual foi acompanhada por gravimetria. Os látices foram caracterizados quanto ao diâmetro médio de partícula e polidispersidade pela técnica de espalhamento de luz (LS). O teor de coágulos do látex foi calculado por análise gravimétrica e a viscosidade analisada em um viscosímetro rotacional. Os filmes nanocompósitos foram caracterizados pelas técnicas de análise dinâmico-mecânica (DMA), análise termogravimétrica (TGA) e difração de raios X (DRX). A morfologia das partículas de látex foi avaliada por microscopia eletrônica de transmissão (MET). / The goal of this project was the preparation of hybrids latexes constituted by poly(vinyl acetate) (PVAc) and montmorillonite (MMT) clays. The poly(vinyl acetate) homopolymer was synthesized via emulsion polymerization in the presence of different types of clay, one sodium clay (Na-MMT) and organically modified clays (o-MMT) with different ammonium quaternary salts. Poly(vinyl alcohol) (PVOH) was used as protective colloid and ammonium persulfate (APS) as initiator. It was evaluated the best condition for the incorporation of the clay in the polymeric matrix, looking forward the exfoliation of the nanofiller, resulting in the formation of nanocomposites with new and improved properties. The influence of clay type and loading was evaluated in terms of latex stability and monomer consumption rate. The latexes were characterized in terms of particle size diameter and polydispersity by light scattering (LS) technique. Coagulum content was determined by gravimetric analysis and viscosity was analyzed in a rotational viscometer. Nanocomposite films were characterized by dynamic-mechanical analysis (DMA), thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD). Latex particles morphology was evaluated by transmission electron microscopy (TEM).