Orientador: Prof. Dr. Demetrio Jackson dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Poliuretanos (PU) são materiais poliméricos vastamente utilizados como matriz de compósitos. Um desafio em sua produção, no entanto, reside em sua dependência de matérias primas derivadas do petróleo. Esse trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um poliuretano proveniente de fontes renováveis que apresente características semelhantes às de poliuretanos tradicionais desenvolvidos a partir de fontes não renováveis. Para isso, diferentes composições de PU foram sintetizadas e analisadas, combinando difenilmetano diisocianato (MDI) a diferentes porcentagens de lignina Kraft e óleo de mamona modificado e não modificado. A primeira etapa consistiu na seleção da matriz com base em ensaios mecânicos, espectroscopia de absorção no espectro do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise dinâmico mecânica (DMA). Os resultados obtidos indicaram que a lignina aumentou a temperatura de transição vítrea e resistência a tração do poliuretano, especialmente para as amostras preparadas com óleo de mamona modificado (300 mg KOH/g), o qual apresentou um aumento de resistência à ruptura em tração de 8,2 MPa (sem lignina) para 23,5 MPa (30% de lignina). Posteriormente, a matriz selecionada foi aplicada na obtenção de compósito estrutural reforçado com diferentes frações volumétricas de microfibras ramificadas de polipropileno. Propriedades do compósito foram investigadas por ensaios uniaxiais de tração, impacto Izod e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos mostraram o decréscimo das propriedades mecânicas com adição das microfibras, possivelmente devido à baixa adesão entre matriz e reforço, como indicado pelas imagens obtidas por MEV. / Polyurethanes (PU) are polymeric materials largely applied as composite matrix. A challenge in its production, however, relies on the dependency of petroleum-based materials for its synthesis. The present study focuses on the development of a biobased polyurethane obtained from renewable resources that presents characteristics comparable to petroleum-based PUs, aiming its application as a matrix for composite materials. Therefore, different compositions of green polyurethane-type materials were prepared by combining diphenylmethane diisocyanate (MDI) to different amounts of Kraft lignin and castor oil (modified and unmodified). Firstly, the polymeric matrix was selected based on results obtained from mechanical analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetryc analysis and dynamic mechanical analysis (DMA). The obtained results indicate that the addition of lignin enhances the glass transition temperature and ultimate stress, especially for those prepared from modified castor oil (300 mg KOH/g), which had an improvement from 8.2 MPa (lignin free) to 23.5 MPa (30% lignin). The selected matrix was then applied in a structural composite reinforced with different fiber volume content of ramified polypropylene microfibers. The composite was analyzed by mechanical tests (uniaxial tensile and Izod impact) and scanning electron microscopy (SEM). The results show the decrease of mechanical properties with the addition of polypropylene reinforcements, possibly due to the low adhesion between matrix and reinforcement, as verified through SEM images.

Orientador: Prof. Dr. Gustavo Martini Dalpian / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / A propriedade de chaveamento da resitência ou memoristiva é a habilidade de um material de alterar seu estado de resistência elétrica devido a um campo elétrico. O memoristor é um dispositivo de dois terminais com tal propriedade capaz de armazenar informação através de sua resistência, constituído de uma estrutura metal/isolante/metal. Este dispositivo pode revolucionar a indústria de memórias por apresentar tempos de chaveamento rápidos e de retenção longos, assim como altas densidades. Entretanto, seu princípio de funcionamento não é totalmente entendido a nível atômico, logo sua aplicação é impedida. Dois mecanismos são propostos: o mecanismo de difusão-deriva de íons afirma que campos elétricos e gradientes de temperatura formam e dissolvem canais condutores, alterando a resistividade. Por outro lado, modelos eletrônicos consideram o aprisionamento e liberação de cargas como causa da mudança da resistividade. Neste trabalho utilizamos uma abordagem heurística¿cálculos de teoria do funcional da densidade e soluções numéricas¿para entender os processos ocorrendo em escala atômica no interior de dispositivos baseados em TiO2. Os resultados mostram que a dificência em oxigênio neste caso leva à formação de fases TinO2n..1 que apresentam uma banda intermediária, a qual pode se tornar carregada quando propriamente interfaceada. A resolução numérica da equação de Poisson apresenta múltiplas soluções relacionadas a diferentes estados de resistência, estas soluções são usadas em um código de transmissão que fornece curvas teóricas i X V para o memoristor. / The resistive switching or memristive property is the ability of a material to change its electrical resistance due to the application of an electric field. The memristor is a two-terminal device with this property that is capable of storing information as its resistance state, being architectured in a metal/insulator/metal stacking. This device can revolutionize the memory industry by providing fast switching and large retention times as well as high-density capabilities. However, its working principle is not completely understood at an atomic level, thus its application as next-generation resistive memories is hindered. Two mechanisms are proposed: ion drift mechanisms claim that the electric field and temperature gradients inside the device can form and dissolve a conducting filament, changing the electrical resistivity. On the other hand, electronic models consider charge trapping and de-trapping inside the insulator layer as the cause of the resistivity change. In this work we use a heuristic computational approach¿density functional theory calculations and other numerical solutions¿to understand the processes developing at the atomic scale inside TiO2-based devices. Our results show that the oxygen deficiency in this material leads to the formation of a series of phases TinO2n..1 that present an intermediate band which can become charged when properly interfaced. The self-consistent-numerical solver of the Poisson equation shows multiple solutions that are related to the resistance states, and finally the potential is used in a transmission code that results in theoretical i X V curves for the memristor.

Orientadora: Profa. Dra. Iseli Lourenço Nantes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Neste trabalho estudamos as propriedades fotoquimicas e fotofisicas do azul de metileno imobilizado em uma resina cationica chelexR 100. O procedimento de incorporacao consiste em adicionar a resina cationica em solucao de azul de metileno promover a agitacao ate que a resina se torne azul e o meio aquoso transparente, indicando que todo o corante foi adsorvido pela resina. A incorporacao do azul de metileno na resina chelex mantem as moleculas do corante no estado agregado o que favorece o mecanismo fotoquimico tipo I quando o sistema e exposto a irradiacao com luz branca ou vermelha. No mecanismo tipo I as moleculas de azul de metileno passam ao estado triplete por mecanismo de cruzamento intersistema e oxidam seus pares dando origem ao corante cation radical (MB2+¿h) e o corante na forma semi reduzida (MB¿h). A forma semireduzida sofre dismutacao para a forma totalmente reduzida (MBH) que e branca e o seu par inicial (MB+). As formas leuco e semi reduzida sao redutoras e em meio aerado transferem eletrons para o oxigenio molecular que e convertido a ions superoxido, a geracao de grandes quantidades de ions superoxido no interior da resina favorece o processo de dismutacao espontaneo desse radical livre a peroxido de hidrogenio. Em nosso sistema o peroxido de hidrogenio foi identificado por amplex rede pela conversao de HPR a composto II. A geracao de peroxido de hidrogenio nesse sistema se mostrou dependente da concentracao de oxigenio no meio o que torna improvavel que o peroxido de hidrogenio seja resultado da oxidacao da agua pelo MB2+¿h (cation radical). Alem disso, os potenciais redox do par MB2+¿h/MB+ -230 mV nao e favoravel para oxidar agua H2O2 H+ /H2O + OH¿h +320 mV. A capacidade fotoredutora do sistema tambem se mostrou capaz de reduzir ions ouro e prata para a sintese das respectivas nanoparticulas metalicas. Foi caracterizado que esse sistema permite modular forma e tamanho das nanoparticulas com o uso de diferentes razoes de massa de resina/sal metalico. Em determinada razoes de resina sal metalico foi possivel produzir nanoparticulas anisotropicas capazes de aumentar o rendimento quantico de fluorescencia de diferentes fluoroforos e de exacerbar a acao fotodinamica de porfirinas utilizadas como fotossensibilizadores. Para esse ultimo caso o efeito fotodinamico das AuNPs mostrou-se sensivel ao efeito de campo magnetico externo. / We study the photophysical and photochemical properties of methylene blue immobilized on a cationic resin chelexR 100. The adsorption procedure is carried out by shaking a methylene blue solution with a mass of chelexR 100 up to the solution became colorless and resin blue. The incorporation of the methylene blue in the chelex resin stabilizes the dye molecules in the aggregate state which favors the photochemical type I mechanism when the system is exposed to irradiation with white or red light. In type I mechanism the methylene blue molecules are excited to triplet state by intersystem crossing mechanism. A molecules the methylene blue oxidize an adjacent pair to the corresponding the cation radical (MB2+¿h) and is it is converted to the semi reduced form of the dye (MB¿h). The MB¿h molecules undergoes dismutation to the leuco form (MBH) and the ground state form (MB+). The leuco and the semireduced forms are reducing agents that can transfer electrons to molecular oxygen molecules that is in turn converted to superoxide ions. The generation of large quantities of superoxide ions within the resin favors of spontaneous dismutation of hydrogen peroxide and molecular oxygen. In this condition, the generation of hydrogen peroxide was identified by indirectly by AmplexRred kit and directly the conversion of the HPR resting form (Fe3+=O) to the high valence form, compound II (Fe4+=O) The generation of hydrogen peroxide is dependent of molecular oxygen concentration making it unlikely hydrogen peroxide should be significantly produced by the oxidation of water by MB2+¿h (radical cation). Additionally, the redox potentials of the pair MB2+¿h/MB+ -230 mV is not favorable to oxidize water H2O2 H+ /H2O + OH¿h +320 mV. The photoreducing capacity of the system was also able to reduce ions gold and silver for the synthesis of the respective metal nanoparticles. It was characterized in that the system allows modulation of the shape and size of nanoparticles using different of resin dye mass/metal salt ratios. In determined resin dye mass/metal salt ratios it was possible to produce anisotropic nanoparticles bearing the capacity of increasing the fluorescence quantum yields of different fluorophores and exacerbating the photodynamic action of porphyrins used as photosensitizers. For this latter case the photodynamic effect of AuNp's was sensitive to the external magnetic field effect.

Prof. Dr. Renato Altobelli Antunes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Corrosão e desgaste são processos destrutivos que causam enormes prejuízos, comprometendo a segurança de pessoas e das instalações industriais, residenciais e comerciais. Para aumentar a vida útil de elementos de máquinas, por exemplo, revestimentos de níquel obtidos por deposição química são largamente utilizados por sua excelente resistência à corrosão e ao desgaste, boa soldabilidade e brasagem. Por meio do processo de deposição química, a obtenção de ligas e compósitos diversos é possível, visando reforçar e/ou alterar propriedades magnéticas, elétricas, óticas e mecânicas, como dureza, lubricidade, ductilidade, coeficiente de fricção entre outras. A adição de compostos contendo tungstênio nos banhos de deposição química leva à obtenção de revestimentos ternários Ni-W-P, o que afeta o comportamento de corrosão e as características tribológicas dos revestimentos de Ni-P. Neste trabalho realizou-se a incorporação de tungstênio a revestimentos de Ni-P por meio de deposição química, variando-se a concentração de tungstênio por meio da adição de diferentes teores de tungstato de sódio aos banhos. O objetivo foi desenvolver revestimentos ternários de Ni-W-P e investigar o efeito da adição de tungstênio sobre a estrutura, morfologia, resistência à corrosão e propriedades de atrito das camadas. Os revestimentos foram submetidos a um tratamento térmico por uma hora em diferentes temperaturas a fim de promover a formação de fase de fosfeto de níquel (Ni3P), aumentando sua dureza e resistência ao desgaste. Os resultados indicaram que houve a formação de Ni3P com o tratamento térmico realizado. A incorporação de tungstênio levou à formação de uma camada mais compacta e densa, com teor reduzido de fósforo e maior capacidade de proteção contra a corrosão. Além disso, houve um aumento de dureza dos revestimentos, que foi dependente da temperatura na qual ocorreu o tratamento térmico. O coeficiente de atrito apresentou uma variação complexa, a qual não pode ser associada ao teor de tungstênio nos revestimentos. / Corrosion and wear are destructive processes that cause damage and losses affecting the safety of persons, buildings, bridges and facilities for industrial, commercial or residential use. In order to increase the life of machine elements, for example, the use of nickel coatings obtained by chemical reduction is widely used. Electroless nickel coatings are used for functional or decorative purposes or to restore functional properties. In addition to the excellent corrosion and wear resistance, the coating withstands soldering, welding and brazing. The codeposition of one or more elements to binary nickel alloys aims to enhance and/or change the resistance to corrosion, wear, abrasion, magnetic, electrical, optical, or friction properties. By adding tungsten-containing compounds to the electroless deposition bath ternary Ni-W-P are obtained, thus affecting the corrosion behavior and tribological properties of the Ni-P film. In this work, the incorporation of tungsten to Ni-P coatings was carried out using electroless depositon, varying the content of sodium tungstate in the bath. The aim was to develop ternary Ni-W-P coatings and to investigate the effect of tungsten incorporation on the structure, morphology, corrosion behavior and friction properties of the deposited layers. The coatings were annealed for one hour at different temperatures so as to promote the formation of nickel phosphide phases, increasing its hardness and wear resistance. The results showed that Ni3P was formed upon annealing. Tungsten incorporation allowed the formation of a more compact and dense film with reduced phosphorus content and improved corrosion protective ability. Moreover, hardness was increased, but this effect was dependent on the annealing temperature. The coefficient of friction showed a complex variation which does not allow to identify a clear relationship with the tungsten content in the film.

Orientador: Prof. Dr. Cedric Rocha Leão / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Células fotoeletroquímicas (PECs) são dispositivos optoeletrônicos que convertem a energia solar em energia química através da fotoeletrólise da água. O vanadato de bismuto (BiVO4) é um semicondutor com propriedades fotocatalíticas promissoras para aplicação em PECs, apresentando uma das maiores eficiências teóricas na transformação da energia luminosa em energia química. Contudo, o BiVO4 pristino apresenta alguns fatores limitantes para sua eficiência, tais como baixa condutividade intrínseca e a curta duração das fotoexcitações. Resultados experimentais indicam que a incorporação de Mo ou W ao BiVO4 aumenta a geração de fotocorrente. Porém, esta incorporação apresenta resultados ótimos para as seguintes concentração dos dopantes: 10 at.% (percentual atômico) para o Mo e 8 at.% para o W. No presente trabalho, busca-se investigar por cálculos ab initio baseados na teoria do funcional da densidade como a variação na concentracão de Mo em matriz de BiVO4 altera as propriedades eletrônicas do semicondutor. Para tanto, a adição destes metais de transição foi abordada de dois modos: dopagem por Mo e formação de ligas quaternárias por Mo ou W. Os resultados de energia de formação de defeitos intrínsecos indicam que a síntese do BiVO4 em atmosfera pobre em oxigênio maximiza a formação de defeitos doadores rasos, otimizando a geração de fotocorrente no dispositivo. Os defeitos substitucionais de Mo em sítio de V são doadores rasos e apresentaram baixa energia de formação, contudo o aumento na concentração destes átomos promove o surgimento de níveis profundos que atuam como armadilhas de portadores de carga. As análises de densidade de estados projetada mostraram que os estados eletrônicos do Mo nas ligas quaternárias hibridizam-se sobretudo na banda de condução. Foram verificadas alterações nas massas efetivas de elétrons e buracos, bem como no gap de energia devido à adição dos elementos de liga. Potencialmente, a incorporação destes átomos pode propiciar a formação de ligas quaternárias com alteração também no alinhamento da banda de condução com o potencial de redução da água e no acoplamento elétron-fônon. / Photoelectrochemical cells (PECs) are optoelectronic devices that convert light energy into chemical energy through water splitting process. Bismuth vanadate (BiVO4) presents promissing photocatalytic properties for application in PECs. However, there are some limitant factors for the pristine BiVO4, such poor charge transport and excessive electron¿hole recombination. Previous experimental results show that the addition of Mo or W into BiVO4 increases the photocurrent generation. Nevertheless, these additions promote optimal photocurrent generation for 10 at.% (atomic percent) of Mo. and 8 at.% of W. In the present work, we propose to investigate using ab initio calculations based on density functional theory how the increment of Mo concentration into the BiVO4 can change its electronic properties. We approach this issue in two ways: doping using Mo and alloying by Mo or W. Results of thermodynamic studies to determine theoretically the conditions for nucleation and growth of BiVO4 pristine and doped suggest that the synthesis of BiVO4 in an oxygen poor atmosphere enhances the concentration of shallow donors, optimizing the photocurrent generation by the photoanode. Substitutional defects containing Mo into the V site are shallow donors that present low formation energy, however the enhancement in the alloy element concentration promotes the arising of deep levels which acts as trap for charge carriers. Analysis of projected density of states shows that the electronic states of Mo in quaternary alloys hybridize mainly in the conduction band. Our results indicate that this alloying changes the effective masses of electrons and holes, as well as the bandgap. Potentially, the alloying using Mo or W can change other properties, such as band edge alignment and electron-phonon coupling which will affect the device performance.

Orientadora: Profa. Dra. Sandra Andrea Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / O presente trabalho consistiu em produzir (nano)compósitos de poli(tereftalato de etileno) (PET) (reciclado e virgem) com argila sepiolita (Sep) (pura e modificada) e compreender as propriedades térmicas, reológicas e as morfologias obtidas. Foi realizado um estudo da argila, primeiramente modificando-a com dois modificadores orgânicos diferentes: CTAB (brometo de hexadeciltrimetil amônio) e TTAB (brometo de tetradeciltrimetil amônio) e, posteriormente, realizando a sua caracterização química (potencial zeta, adsorção/dessorção, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier e ressonância magnética nuclear de Si29), morfológica (difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura) e térmica (análise termogravimétrica). Os resultados indicaram que a sepiolita modificada com TTAB apresentou maior estabilidade térmica em atmosfera oxidativa, além da redução na área superficial decorrente da modificação. Então, foi escolhida essa argila para a produção dos (nano)compósitos PET/Sep. A partir dos resultados obtidos, notou-se que a adição de argila ao PETv e PETrec contribuiu para antecipar os processos degradativos das matrizes, indicando que as matrizes puras apresentam maior estabilidade do que os (nano)compósitos produzidos neste trabalho. Apesar de não terem sido obtidos (nano)compósitos com boa dispersão, pode-se perceber que a modificação superficial da argila aumentou a afinidade com as matrizes poliméricas provavelmente devido a maior interação entre a matriz e a argila intermediada pelo modificador orgânico. Pelo o estudo da cristalização quiescente e não quiescente dos materiais notou-se que as nanocargas empregadas influenciaram diretamente na cristalização do PETv e do PETrec, e que esta influência depende principalmente das condições de cristalização que foram impostas aos materiais. Por fim, conclui-se que a modificação orgânica da sepiolita auxilia na melhoria da dispersão da mesma e que o processamento dos (nano)compósitos deve ser melhor investigado. As propriedades dos (nano)compósitos obtidos foram alteradas em função tanto da presença da carga com e sem modificação. / This work was conducted to produce and understand the morphological, rheological and thermal properties of nanocomposites of poly(ethylene terephthalate) (PET) (pristine, PETv, and recycled, PETrec) with sepiolite clay (Sep) (pristine and modified). A study on the clay was done, firstly modifying it with two different organic modifiers: CTAB (hexadecylltrimethylammonium bromide) and TTAB (tetradecyltrimethylammonium bromide), and subsequently performing their chemical (zeta potential, B.E.T., Fourier transform infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance of Si29), morphological (X-ray diffraction and scanning electron microscopy) and thermal (thermal gravimetric analysis) characterizations. The results indicated that the sepiolite modified with TTAB showed higher thermal stability in oxidative atmosphere, besides the reduction in the surface area resulting from the modification. For these reasons, this clay was chosen to produce PET/Sep nanocomposites. From the results obtained, it was observed that the addition of clay in the PETv and PETrec matrices contributed to anticipate the degradation processes, indicating that the pristine matrices present greater stability than the (nano)composites produced in this work. Although no (nano)composite with good dispersion was obtained, the clay surface modification increased the affinity with the polymer matrices probably due to the greater interaction between the matrix and the clay intermediated by the organic modifier. From the study of the quiescent and non-quiescent crystallization of the materials, it was noticed that the nanofillers employed directly influenced the crystallization of PETv and PETrec, and that this influence depends mainly on the crystallization conditions that were imposed on the materials. Finally, it is concluded that the organic modification of sepiolite helps to improve its dispersion and that the processing of (nano)composites should be better investigated. The properties of the obtained (nano)composites were altered as a function of both the presence of the filler with and without modification.

Orientador: Prof. Dr. Jeverson Teodoro Arantes Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Uma estrutura que pode autorregenerar em condições ambiente é um desafio enfrentado atualmente e é uma das áreas mais promissoras na ciência de materiais inteligentes. O presente projeto visa a utilização de métodos teóricos para o estudo das propriedades estruturais e funcionais de nanocompósitos intrinsecamente autorregenerativos, permitindo estratégias mais eficientes para o desenvolvimento de novos materiais. As simulações são baseadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Estudamos os componentes isolados que constituem o nanocompósito funcional: diarilbibenzofuranona (DABBF), SHP e nanopartículas de (óxido de) níquel. Estudando a formação da DABBF contra a reação da arilbenzofuranona (ABF) e O2 (auto-oxidação), vemos que a reação de formação sem barreira da DABBF é preferida à auto-oxidação porque existe um processo de transferência de carga que resulta no superóxido fracamente ligado. Realizamos um estudo sistemático por meio de cálculos ab initio para investigar a reação de clusters de Ni13 com moléculas de O2. Avaliamos dinamicamente o efeito sobre as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas e compreendemos o mecanismo de quimissorção do oxigênio (primeiro estágio da oxidação). Finalmente, estudamos as interações entre os oligômeros do SHP e as nanopartículas, levando ao nanocompósito autorregenerativo. Sugerimos como trabalhos futuros simular as interações entre todos esses materiais levando ao nanocompósito autorregenerativo por meio de uma abordagem multiescala via métodos DFT e de dinâmica molecular (MD). / A structure that can sustain self-healing repair under standard conditions is a challenge faced nowadays and is one of the most promising areas in smart materials science. The present project aims at the use of theoretical methods for the study of structural and functional properties of intrinsically self-healing nanocomposites, allowing improved design strategies for novel materials. The simulations are based on Density Functional Theory (DFT). We studied the isolated components that constitute the functional nanocomposite network: diarylbibenzofuranone (DABBF), SHP, and oxidated nickel nanoparticles. Studying DABBF bond formation against arylbenzofuranone (ABF) and O2 reaction (autoxidation), we see that the barrierless DABBF bond formation is preferred over autoxidation because there is a charge transfer process that results in the weakly bonded superoxide. We performed a systematic study by means of ab initio calculations to investigate Ni13 clusters reaction with O2 molecules. We evaluate dynamically the effect on structural, electronic, and magnetic properties and understand the oxygen chemisorption (first oxidation stage) mechanism. Finally, we study the interactions between SHP oligomers and the nanoparticles, leading to the selfhealing nanocomposite. We suggest as future work simulating the interactions between all these materials leading to the self-healing nanocomposite through a multiscale approach via DFT and molecular dynamics (MD) methods.

Orientador: Prof. Dr. Danilo Justino Carastan / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Neste estudo foram avaliadas três técnicas de dispersão para o processamento de nanocompósitos de matriz de epóxi com nanopartículas de diferentes geometrias: lamelares, fibrilares e esféricas. Para isso, foram preparados nanocompósitos com montmorilonita, laponita, nanotubos de haloisita, nanotubos de carbono e nanossílica por meio de mistura mecânica, sonicação e moagem de alta energia. A dispersão das nanopartículas na matriz foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espalhamento de raios x a baixo ângulo. Os resultados mostraram que o processo de sonicação foi o melhor para dispersar as nanopartículas em epóxi, sendo, portanto, utilizado para a fabricação de nanocompósitos híbridos com matriz de epóxi. Esses materiais apresentam duas fases sólidas nanométricas dispersas na matriz e, neste estudo, foram combinadas nanopartículas de diferentes geometrias, a fim de avaliar as propriedades mecânicas e reológicas dos híbridos e compará-las com as dos nanocompósitos com apenas uma nanopartícula (nanocompósitos convencionais). As propriedades mecânicas foram medidas por meio de ensaios de resistência à flexão, de resistência ao impacto (Izod) e análise dinâmico-mecânica. As propriedades reológicas foram medidas por meio de ensaios de cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes das dispersões não curadas. Com exceção da ductilidade, os nanocompósitos convencionais exibiram propriedades inferiores às da matriz. Já os nanocompósitos híbridos apresentaram propriedades mecânicas superiores às dos nanocompósitos convencionais, e em alguns casos, superiores às da matriz, indicando algum nível de efeito sinergético entre as nanopartículas. As propriedades reológicas das dispersões não curadas indicaram que algumas partículas apresentaram boa dispersão na matriz, antes do processo de cura. Contudo, tal característica não foi convertida em ganhos reais de propriedades mecânicas e os nanocompósitos correspondentes exibiram propriedades muito similares às das amostras supostamente mal dispersas. Esse foi um indicativo de que as propriedades finais dos nanocompósitos foram essencialmente determinadas pelos parâmetros envolvidos no processo de cura do material. / In this study, three dispersion techniques were evaluated for the processing of nanocomposites with epoxy matrix and nanoparticles with different geometries: lamellar, fibrillar and spherical. Therefore, nanocomposites with montmorillonite, laponite, halloysite nanotubes, carbon nanotubes and nanosilica were prepared via magnetic stirring, sonication and high energy milling. The dispersion of the nanoparticles in the epoxy matrix was evaluated using scanning electron microscopy, X-ray diffraction and small angle X-ray scattering. The results showed that sonication was the best method to disperse the nanoparticles in epoxy. Thus, it was used to manufacture hybrid nanocomposites with epoxy matrix. These materials have two different nanometric solid phases, dispersed in the matrix and, in this study, nanoparticles of different geometries were combined, aiming to evaluate the mechanical and rheological properties of the hybrids and compare them to those of the nanocomposites which have only one nanoparticle (conventional nanocomposites). The mechanical properties of the nanocomposites were evaluated through flexural testing, impact strength (Izod) and dynamic-mechanical analysis. The rheological properties were measured by small amplitude oscillatory shear tests of the uncured dispersions. Apart from ductility, the conventional nanocomposites showed inferior properties to those of the matrix. However, the hybrid nanocomposites exhibited superior properties to those of conventional nanocomposites and in some cases, even superior to those of the matrix, suggesting some level of synergistic effects between the nanoparticles. The rheological properties of the uncured dispersions indicated that some particles had good dispersion in the matrix, prior to the curing process. However, such feature was not converted into real gains on mechanical properties and the corresponding nanocomposites exhibited very similar properties to the supposedly poorly dispersed samples. This was an indicative that the final properties of nanocomposites were essentially determined by the parameters involved in the material curing process.

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Os nanocompósitos baseados em biopolímeros mostram-se materiais promissores na construção de dispositivos para aplicações na área biomédica. Dentre estes, o poli(álcool vinílico) vem sendo amplamente empregado em sistemas de curativos inteligentes, uma vez que permite a incorporação de drogas e de proteínas preservando a atividade farmacológica. Neste trabalho, apresentamos a proposta de um material, preparado por eletrofiação, composto pelo poli(álcool viníco) (PVA) parcialmente hidrolisado (matriz polimérica) e de nanotubos de titanato de sódio (NTTi), que possui propriedades bactericidas (fase dispersa). O material foi avaliado à temperatura ambiente nas concentrações de 0% a 10% de NTTi. As propriedades morfológicas e estruturais dos nanocompósitos foram investigadas por diferentes técnicas analíticas, espectroscópicas e microscópicas. Os resultados obtidos mostraram que, os NTTi promoveram variações microestruturais na rede polimérica, impactando no diâmetro médio das fibras (~140-220 nm), na cristalinidade (43 - 50%) e na porosidade (68 - 58%). Como consequência, tais variações foram associadas ao comportamento viscoelástico da matriz. O aumento da concentração de NTTi contribuiu para uma redução nos valores dos módulos de armazenamento (~350 ¿ 220 MPa) e perda (~30 ¿ 25 MPa) o que indica uma melhora na propriedade de tenacidade. Os testes de permeação em células de Franz por 48 horas mostraram que, nos tipos de mantas de PVA (0% e com 5,0% NTTi) avaliadas o processo de permeação da albumina sérica bovina (BSA) se inicia a partir de seis horas de coleta e é mais regular na manta contendo 5,0% de NTTi. / Biopolymers based nanocomposites are promising materials for the construction of devices for biomedical applications. Among these, polyvinyl alcohol has been widely used in intelligent dressing systems, since it allows the incorporation of drugs and proteins preserving the pharmacological activity. In this work, we present the proposal of a material, prepared by electrospinning, composed of partially hydrolyzed polyvinyl alcohol (PVA) (polymer matrix) and sodium titanate nanotubes (NTTi), which has bactericidal (dispersed phase) properties. The electrospun fibrous mats was evaluated at room temperature at concentrations of 0% to 10% NTTi. The morphological and structural properties of the nanocomposites were investigated by analytical, spectroscopic and microscopic techniques. The results showed that the NTTi promoted microstructural variations in the polymer matrix, impacting the mean fiber diameter (~ 140-220 nm), the crystallinity (43 - 50%) and the porosity (68 - 58%). Consequently, such variations were associated with the viscoelastic behavior of the matrix. The increase in NTTi concentration contributed to a reduction in storage modulus values (~ 350 - 220 MPa) and loss (~ 30 - 25 MPa) indicating an improvement in tenacity property. Permeation tests on Franz cells for 48 hours showed that the permeation of bovine serum albumin (BSA) occurs in both PVA mats (0% and 5.0% NTTi), but it is easier the membrane only of PVA.

Orientadora: Profa. Dra. Sandra A. Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2018. / O poli (tereftalato de etileno) é um material amplamente utilizado principalmente em garrafas e embalagens de rápido descarte, gerando, consequentemente, um elevado volume de resíduos pós-consumo. A reciclagem deste polímero destaca-se como uma alternativa para a sua (re)utilização e, um dos meios para minimizar a sua degradação é pelo emprego de aditivos. Assim, nesta tese de doutorado foram estudados os efeitos de três diferentes classes de aditivos: antioxidantes, desativadores de metais e anti-hidrólise, considerando suas capacidades de minimizar os efeitos degradativos na reciclagem de PET pós-consumo. Em uma primeira etapa, os efeitos sinérgicos e antagônicos do emprego de tais aditivos foram estudados por meio de planejamento de experimentos. Nesta etapa foram avaliadas de maneira individual e combinada cinco variáveis que influenciam na estabilidade do PET (umidade, antioxidante primário, desativador de metais, policarbodiimida e blenda de antioxidantes primários e secundários). Os resultados das medidas de viscosidade intrínseca mostraram que os antioxidantes tiveram pouca contribuição na estabilização do PET reciclado e o desativador de metais não apresentou coeficiente significativo no intervalo de confiança de 95%. Já o aditivo anti-hidrólise, representado pelo composto policarbodiimida, foi a variável que apresentou maior efeito na estabilização do PET reciclado, enquanto a umidade mostrou um efeito negativo. Assim, pôde-se concluir que as reações de hidrólise se sobrepõem às reações de degradação termo-oxidativa. Posteriormente, em uma segunda etapa, a influência da policarbodiimida na estabilização do PET foi analisada por meio da avaliação de suas propriedades térmicas e reológicas. Foi observado então que com a adição de 10% deste aditivo a viscosidade intrínseca aumentou aproximadamente 94% quando comparado ao PET flakes sem processamento, indicando a sua funcionalidade como um extensor de cadeias. Desta forma, foi possível a obter materiais com diferentes faixas de massa molar de acordo com a concentração empregada de aditivo. Os ensaios térmicos provaram que a policarbodiimida pode atuar como um estabilizante termo-oxidativo permitindo assim ampliar a faixa de trabalho do PET para temperaturas mais elevadas (350°C), além de proporcionar uma redução na temperatura de cristalização de até 37 °C com o aumento da concentração do aditivo. / Polyethylene terephthalate is a widely used material for bottles and rapid discard packaging, thus generating a high volume of post-consumer waste. The recycling of this polymer stands out as an alternative to its reuse and one of the means to minimize its degradation is by the use of additives. Thus, in this doctoral thesis the effects of three different classes of additives were studied: antioxidants, metal deactivators and anti-hydrolysis, considering their abilities to minimize the degradation effects on post-consumer PET recycling. In a first step, the synergistic and antagonistic effects of the use of such additives were studied through design of experiments. In this step, five variables that influence in the PET stability (humidity, primary antioxidant, metal deactivator, polycarbodiimide and blends of primary and secondary antioxidants) were evaluated individually and in combination. The results of the intrinsic viscosity measurements showed that the antioxidants had little contribution in the stabilization of the recycled PET and the metal deactivator showed no significant coefficient in the 95% confidence interval. The anti-hydrolysis additive, represented by the polycarbodiimide compound, was the variable that presented the greatest effect on the stabilization of recycled PET, while humidity showed a negative effect. Thus, it could be concluded that the hydrolysis reactions overlap the thermo-oxidative degradation reactions. Later, in a second stage, the influence of polycarbodiimide on the stabilization of PET was analyzed by means of the evaluation of its thermal and rheological properties. It was then observed that with the addition of 10% of this additive the intrinsic viscosity increased approximately 94% when compared to unprocessed PET flakes, indicating their functionality as a chain extender. In this way, it was possible to obtain materials with different ranges of molar mass according to the concentration of additive used. Thermal tests have proven that polycarbodiimide can act as a thermo-oxidative stabilizer thus allowing the working range of PET to be extended to higher temperatures (350 °C), as well as to provide a reduction in crystallization temperature of up to 37 °C with concentration of the additive.