Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Partículas nanoestruturadas têm sido amplamente utilizadas como carga de reforço em matrizes elastoméricas, sendo substitutos eficazes das cargas convencionais, já consagradas, como o negro de fumo, mica, sílica. Em especial, as argilas têm mostrado grande potencial ao que se refere a melhor dispersão na matriz polimérica, em função de sua elevada razão de aspecto. Dentro do vasto universo de argilominerais, as argilas aniônicas, também conhecidas hidróxido duplo lamelar (HDL), apresentam como vantagem a possibilidade de ser projetada estruturalmente para as mais diversas finalidades, ao se modificar os ânions ou os cátions, ou até mesmo combiná-los na estrutura lamelar. E dentre os métodos existentes para se preparar compósitos a base de elastômero/argila, a co-coagulação do látex, é uma forma bastante eficaz e economicamente viável, uma vez que a borracha obtida após processo de coagulação já contém a carga incorporada. Este trabalho se dedicou a avaliar o processo de co-coagulação do látex de NBR e HDL, visando a obtenção de nanocompósitos. Para tanto HDL de composição Mg/Al-CO3 foi modificado com ânions DS, DBS e ST e foram preparadas suspensões aquosas, utilizando como ferramentas de dispersão ultraturrax e ultrassom de ponteira. As variáveis de processo avaliadas foram tipo e teor de HDL, tempo de mistura látex/suspensão aquosa de HDL, quantidade de coagulante e velocidade de agitação. Por fim, os coágulos obtidos foram formulados para avaliar a influência dos HDL na cinética de vulcanização e também para determinação das propriedades mecânicas convencionais. Os resultados obtidos comprovaram que a metodologia de dispersão de hidrotalcita ao látex nitrílico de modo prévio ao processo de coagulação é uma alternativa viável para a obtenção de nanocompósitos. O uso do ultrassom de ponteira como ferramenta na dispersão aquosa de HDL contribuiu para maior estabilidade da suspensão e o ajuste nos parâmetros do sistema de coagulação, levaram a obtenção de grumos uniformes do ponto de vista macroscópico e microscópico. As micrografias dos coágulos não vulcanizados obtidas por MEV-FEG confirmaram as informações apuradas a partir dos difratogramas de raios-X que apontou a formação de um sistema parcialmente esfoliado, em função da ausência dos picos característicos da hidrotalcita, além de indicarem a coexistência de partículas em dimensões micrométrica a nanométricas em uma mesma estrutura. A composição química do HDL, com a presença de átomos de magnésio e alumínio combinados com grupos hidroxila favoreceu a redução tanto o tempo de indução como de pré-cura. As propriedades mecânicas que se mostraram mais sensíveis ao grau de dispersão da carga foram a dureza, a deformação permanente à compressão (DPC) e o módulo de tração a 300% de deformação (E300), em especial para os compósitos contendo 10% m/m de HDL natural e modificado com estearato. A resistência à chama dos nanocompósitos de NBR-HDL vulcanizados apresentou um ligeiro aumento quando comparados à NBR pura, visto que esta é uma característica própria da hidrotalcita, decorrente da sua composição química / Nanostructured particles have been widely used as a reinforcing filler in rubber matrices and effective substitutes for, already established conventional fillers such as carbon black, mica and silica. In particular, clays have shown great potential when it comes better dispersed in the polymeric matrix due to its high aspect ratio. Within the vast universe of clay minerals, anionic clays, also known as layered double hydroxide (LDH), have the advantage of being able to be structurally designed for many different purposes, by modifying the anions or cations, or even combine them into lamellar structure. Among the existing methods to prepare elastomer-clay composites, the latex co-coagulation is an effective and economically viable, since method the rubber obtained after the coagulation process already contains the incorporated filler. This work was dedicated to evaluate the co-coagulation of NBR latex and LDH, aiming to obtain nanocomposites. This way, LDH with Mg/Al-CO3 composition was modified with anions dodecyl sulphate, dodecyl-benzene-sulphonate and stearate aqueous suspensions were prepared using ultraturrax as dispersion tools and the ultrasound probe. The process variables were evaluated in type and content of LDH, mixing time latex / aqueous suspension of LDH, quantity of coagulant and mixins speed. Finally, the clots obtained were formulated to verify the effect of LDH on the kinetics of vulcanization, and also for conventional determination of mechanical properties. The results obtained proved that the methodology of dispersion of the hydrotalcite in nitrile latex prior to the coagulation process is a viable alternative for obtaining nanocomposite. The use of ultrasound probe as a tool in the aqueous dispersion of LDH contributed to higher stability of the suspension and the adjusting the parameters of the coagulation system, led to obtainment of uniform clots of macroscopic and microscopic point of view. The micrographs of the clots obtained by SEM-FEG confirmed the information collected from the X-ray diffraction that showed the formation of a partially exfoliated system, due to the absence of the characteristic peaks of hydrotalcite, and indicated the coexistence of particles dimensions micrometric the nanometric within the same structure. The chemical composition of LDH in the presence of atoms of magnesium and aluminum combined with hydroxyl groups favored the reduction of both the induction time as pre-curing. The mechanical properties were more sensitive to the degree of dispersion of the charge were hardness, compression set, and tensile modulus at 300% strain (E300), particularly for composites containing 10% w/m for natural LDH and LDH modified with stearate. The flame resistance of nanocomposites NBR-LDH vulcanizates increased slightly compared to pure NBR, since this is a characteristic of hydrotalcite, due to its chemical composition

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Partículas nanoestruturadas têm sido amplamente utilizadas como carga de reforço em matrizes elastoméricas, sendo substitutos eficazes das cargas convencionais, já consagradas, como o negro de fumo, mica, sílica. Em especial, as argilas têm mostrado grande potencial ao que se refere a melhor dispersão na matriz polimérica, em função de sua elevada razão de aspecto. Dentro do vasto universo de argilominerais, as argilas aniônicas, também conhecidas hidróxido duplo lamelar (HDL), apresentam como vantagem a possibilidade de ser projetada estruturalmente para as mais diversas finalidades, ao se modificar os ânions ou os cátions, ou até mesmo combiná-los na estrutura lamelar. E dentre os métodos existentes para se preparar compósitos a base de elastômero/argila, a co-coagulação do látex, é uma forma bastante eficaz e economicamente viável, uma vez que a borracha obtida após processo de coagulação já contém a carga incorporada. Este trabalho se dedicou a avaliar o processo de co-coagulação do látex de NBR e HDL, visando a obtenção de nanocompósitos. Para tanto HDL de composição Mg/Al-CO3 foi modificado com ânions DS, DBS e ST e foram preparadas suspensões aquosas, utilizando como ferramentas de dispersão ultraturrax e ultrassom de ponteira. As variáveis de processo avaliadas foram tipo e teor de HDL, tempo de mistura látex/suspensão aquosa de HDL, quantidade de coagulante e velocidade de agitação. Por fim, os coágulos obtidos foram formulados para avaliar a influência dos HDL na cinética de vulcanização e também para determinação das propriedades mecânicas convencionais. Os resultados obtidos comprovaram que a metodologia de dispersão de hidrotalcita ao látex nitrílico de modo prévio ao processo de coagulação é uma alternativa viável para a obtenção de nanocompósitos. O uso do ultrassom de ponteira como ferramenta na dispersão aquosa de HDL contribuiu para maior estabilidade da suspensão e o ajuste nos parâmetros do sistema de coagulação, levaram a obtenção de grumos uniformes do ponto de vista macroscópico e microscópico. As micrografias dos coágulos não vulcanizados obtidas por MEV-FEG confirmaram as informações apuradas a partir dos difratogramas de raios-X que apontou a formação de um sistema parcialmente esfoliado, em função da ausência dos picos característicos da hidrotalcita, além de indicarem a coexistência de partículas em dimensões micrométrica a nanométricas em uma mesma estrutura. A composição química do HDL, com a presença de átomos de magnésio e alumínio combinados com grupos hidroxila favoreceu a redução tanto o tempo de indução como de pré-cura. As propriedades mecânicas que se mostraram mais sensíveis ao grau de dispersão da carga foram a dureza, a deformação permanente à compressão (DPC) e o módulo de tração a 300% de deformação (E300), em especial para os compósitos contendo 10% m/m de HDL natural e modificado com estearato. A resistência à chama dos nanocompósitos de NBR-HDL vulcanizados apresentou um ligeiro aumento quando comparados à NBR pura, visto que esta é uma característica própria da hidrotalcita, decorrente da sua composição química / Nanostructured particles have been widely used as a reinforcing filler in rubber matrices and effective substitutes for, already established conventional fillers such as carbon black, mica and silica. In particular, clays have shown great potential when it comes better dispersed in the polymeric matrix due to its high aspect ratio. Within the vast universe of clay minerals, anionic clays, also known as layered double hydroxide (LDH), have the advantage of being able to be structurally designed for many different purposes, by modifying the anions or cations, or even combine them into lamellar structure. Among the existing methods to prepare elastomer-clay composites, the latex co-coagulation is an effective and economically viable, since method the rubber obtained after the coagulation process already contains the incorporated filler. This work was dedicated to evaluate the co-coagulation of NBR latex and LDH, aiming to obtain nanocomposites. This way, LDH with Mg/Al-CO3 composition was modified with anions dodecyl sulphate, dodecyl-benzene-sulphonate and stearate aqueous suspensions were prepared using ultraturrax as dispersion tools and the ultrasound probe. The process variables were evaluated in type and content of LDH, mixing time latex / aqueous suspension of LDH, quantity of coagulant and mixins speed. Finally, the clots obtained were formulated to verify the effect of LDH on the kinetics of vulcanization, and also for conventional determination of mechanical properties. The results obtained proved that the methodology of dispersion of the hydrotalcite in nitrile latex prior to the coagulation process is a viable alternative for obtaining nanocomposite. The use of ultrasound probe as a tool in the aqueous dispersion of LDH contributed to higher stability of the suspension and the adjusting the parameters of the coagulation system, led to obtainment of uniform clots of macroscopic and microscopic point of view. The micrographs of the clots obtained by SEM-FEG confirmed the information collected from the X-ray diffraction that showed the formation of a partially exfoliated system, due to the absence of the characteristic peaks of hydrotalcite, and indicated the coexistence of particles dimensions micrometric the nanometric within the same structure. The chemical composition of LDH in the presence of atoms of magnesium and aluminum combined with hydroxyl groups favored the reduction of both the induction time as pre-curing. The mechanical properties were more sensitive to the degree of dispersion of the charge were hardness, compression set, and tensile modulus at 300% strain (E300), particularly for composites containing 10% w/m for natural LDH and LDH modified with stearate. The flame resistance of nanocomposites NBR-LDH vulcanizates increased slightly compared to pure NBR, since this is a characteristic of hydrotalcite, due to its chemical composition

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2016-07-28T13:03:24Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3687108 bytes, checksum: faed97d764086daceda292cf64938c9c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T13:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3687108 bytes, checksum: faed97d764086daceda292cf64938c9c (MD5) Previous issue date: 2015-11-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, poly coatings were obtained (dimethyl siloxane) with silver nanoparticles (PDMS / AgNPs), produced by the method of solution blow spraying (SBSp), a technique of adapting Solution Blow Spinning (SBS), with potential for application in packaging and equipment coatings in the food industry. AgNPs synthesized by Turkevich method were deposited on the PDMS film SBSp technique and tested antimicrobial activity against microorganisms S. aureus and E. coli (ATCC). The results of dynamic light scattering (DLS) showed that AgNPs had an average size of 170,5 nm. In addition, these nanoparticles show antimicrobial activity, in accordance with the disk diffusion test, and were considered for nontoxic toxicity tests against Artemia salina. The AgNPs were deposited on the PDMS films at various intervals cure this resin. Scanning electron microscopy (SEM) allowed the observation that the films form uniform coatings with a thickness of 1,62 ± 0,2μm and the particles are evenly distributed over the surface of the film (SEM-EDS) with concentrations varying according to the time and number of depositions of AgNPs. These results were also corroborated by atomic force microscopy (AFM) and atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP / AES). When the application of AgNPs was performed at the end or after the course of ¾ PDMS curing time, there was a greater reduction in cell adhesion and biofilm formation uniespécie for S. aureus and E. coli (ATCC). This reduction has also been improved when multiple applications AgNPs were made. Once all coatings showed antimicrobial activity, their use in food industry can be considered promising. / Neste trabalho, foram obtidos revestimentos de poli(dimetil siloxano) com nanopartículas de prata (PDMS/AgNPs), produzidos pelo método de solution blow spraying (SBSp), uma adaptação da técnica de Solution Blow Spinning (SBS), com potencial para aplicação em embalagens e revestimentos de equipamentos na indústria de alimentos. AgNPs, sintetizadas pelo método de Turkevich, foram depositadas sobre filmes de PDMS pela técnica de SBSp e a atividade antimicrobiana testada contra os micro-organismos S. aureus e E. coli (ATCC). Os resultados de espalhamento dinâmico de luz (DLS) mostraram que as AgNPs tiveram tamanho médio de 170,5 nm. Além disso, essas nanopartículas apresentaram atividade antimicrobiana, de acordo com o teste de disco de difusão, e foram consideradas atóxicas pelo teste de toxicidade frente a Artemia salina. As AgNPs foram depositadas sobre os filmes de PDMS em vários intervalos de cura dessa resina. Análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiram observar que os filmes formam revestimentos uniformes com espessura de 1,62 ± 0,2μm e que as partículas estão uniformemente distribuídas pela superfície do filme (MEV-EDS) com concentrações variando de acordo com o tempo e número de deposições das AgNPs. Estes resultados também foram corroborados por microscopia de força atômica (AFM) e espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente (ICP/AES). Quando a aplicação das AgNPs foi realizada no final ou após decorrer ¾ do tempo de cura do PDMS, houve uma redução mais significativa na adesão celular e formação de biofilme uniespécie para S. aureus e E. coli (ATCC). Essa redução também foi melhorada quando múltiplas aplicações de AgNPs foram feitas. Uma vez que todos os revestimentos apresentaram atividade antimicrobiana, sua utilização na indústria de alimentos pode ser considerada promissora.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-19T14:53:27Z No. of bitstreams: 1 MARIAUGUSTA FERREIRA MOTA - TESE (PPGEQ) 2015.pdf: 7929755 bytes, checksum: 46b508fdcbc2c553fa37592a200d2ae5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T14:53:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIAUGUSTA FERREIRA MOTA - TESE (PPGEQ) 2015.pdf: 7929755 bytes, checksum: 46b508fdcbc2c553fa37592a200d2ae5 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / CNPq / Este trabalho de Tese descreve a preparação de argilas organofílicas a partir da argila Brasgel e Verde-Lodo naturais que foram utilizadas como cargas para síntese de nanocompósitos via polimerização in situ em suspensão e polimerização in situ em massa-suspensão. A caracterização para avaliar as argilas organofílicas foi realizada a partir das técnicas de Difração de raios X (DRX), Espectroscopia na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (IV) Análise Térmica Diferencial e Termogravimétrica (ATD/TG) e ensaios de expansão (Capacidade de Adsorção e Inchamento de Foster). A produção de nanocompósitos poli(pivalato de vinila)/argila foi realizada a partir da polimerização in situ em suspensão do pivalato de vinila utilizando 2,5% e 5% de argila Brasgel ou Verde-Lodo modificadas com os sais Praepagen, Dodigen e Genamin. O processo de obtenção do nanocompósito poli(metacrilato de metila)/argila foi realizada a partir da polimerização in situ em massa-suspensão do metacrilato de metila utilizando 3% de argilas Verde-Lodo natural ou modificadas com os sais Praepagen, Dodigen e mistura de sais (Praepagen + Dodigen). Os nanocompósitos polímero/argila foram caracterizados a partir de DRX, IV, TG, Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). Os resultados de DRX mostram a intercalação dos sais quaternários de amônio (Praepagen, Dodigen e Genamin) em todas as argilas (Verde-Lodo e Brasgel) no processo de organofilização. Os resultados de IV e ATD indicam que os sais foram incorporados à estrutura da argila, evidenciando assim o processo de organofilização. Os testes de Capacidades de Adsorção comprovaram as melhores eficiências das argilas Verde-Lodo e Brasgel organofilizadas com os sais quaternários de amônio em relação às argilas na sua forma natural independente do solvente orgânico utilizado. Os resultados dos testes de Inchamentos de Foster indicaram que as afinidades dos sais ocorreram nas argilas organofílicas avaliadas em todos os solventes orgânicos. Os resultados obtidos de DRX a partir da polimerização in situ em suspensão do pivalato de vinila/argila Brasgel ou Verde-Lodo organofílicas indicaram interações argila-polímero na forma intercalada e esfoliada. As análises de TG indicaram que ocorreu diminuição no intervalo de 3oC a 10oC da temperatura máxima de degradação assim como a diminuição da Temperatura de transição vítrea (Tg) dos nanocompósitos contendo 2,5 e 5% de argila na matriz polimérica Poli(pivalato- vinila). Para os nanocompósitos sintetizados a partir do metacrilato de metila e da argila Verde-Lodo natural e organofilizadas os resultados de DSC a partir da polimerização in situ em massa-suspensão do metacrilato de metila/argila VerdeLodo natural e organofílicas indicaram que as temperaturas de transição vítrea não foram alteradas com a adição da argila. As análises de TG mostraram que houve alterações pouco significativas na temperatura máxima de degradação e as imagens de MEV indicaram que a morfologia dos nanocompósitos obtidos com 3% de argila Verde-Lodo organofilizadas apresentaram partículas esféricas e lisas, indicando interação da argila com a matriz polimérica. / This Doctorate Thesis describes the preparation of organoclays from raw clays Brasgel and Green-Sludge, which were used as charge materials to synthesis of nanocomposites via in situ suspension and in situ mass-suspension polymerization reactions. The organoclays characterization was carried out by making use of techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Thermal Analysis and Thermogravimetric Analysis (DTA/TGA), and analysis of adsorption of organic compounds (Adsorption Capacity and Foster’s experiment). The synthesis of nanocomposites poly (vinyl pivalate)/clays were performed from in-situ suspension polymerization reaction of vinyl pivalate with 2.5% w. and 5% w. of organoclays Brasgel or Green-Sludge, in which were organophilized by using the quaternary ammonium salts Praepagen®, Dodigen®, and Genamin®. The synthesis of nanocomposites poly (methyl methacrylate)/clays were realized from in-situ mass-suspension polymerization reaction of methyl methacrylate with 3% w. of raw clay Green-Sludge or organoclay Green-Sludge organophilized by using the quaternary ammonium salts Praepagen®, Dodigen®, and the mixer of these surfactants (Praepagen® + Dodigen®). The nanocomposites polymer/clay were characterized with the techniques XRD, FTIR, TGA, Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Differential scanning calorimetry (DSC). The characterization results have shown the intercalation of the cations from the quaternary ammonium salts (Praepagen®, Dodigen®, and Genamin®) within the raw clays (Green-Sludge and Brasgel) after the organophilization reaction. The results of FTIR and DTA indicate that the cations of the surfactants were incorporated in the raw clays, in which it is related the organophilization process. The results of adsorption capacity of organic compounds show that the organoclays Green-Sludge and Brasgel compared with its respective raw clay form have higher adsorption of organic compounds for all compounds analyzed. The Foster’s experiment shows that all the organoclays synthetized have high affinity with organic molecules for all compounds analyzed. The results of XRD analysis from in-situ suspension polymerization of vinyl pivalate/Brasgel raw clay or organoclays Green-Sludge have shown the clay-polymer interactions in intercalated and exfoliated forms. From TGA analysis has been observed a decreasing of the maximum temperature of degradation between 3°C and 10°C, as well the decreasing of the glass transition temperature (Tg) for the nanocomposites with 2.5% w. and 5% w. of clay in the polymeric matrix poly (vynil pivalate). By analyzing the nanocomposites synthetized from methyl methacrylate and Green-Sludge raw clay or organoclays, the results of DSC have shown that the glass transition temperature does not change with the presence of clays. The TGA analysis has demonstrated the occurrence of small variations of the maximum temperature of degradation. The SEM results indicate that the morphology of the nanocomposites synthetized from 3% w. of organoclay GreenSludge has smooth and spherical particles, which indicates the interaction between the clay within the polymeric matrix.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de elastômeros termoplásticos à base de PP/EPDM/argila organofílica. Foram utilizados como agentes interfaciais polipropileno e terpolímero de etileno-propileno-dieno ambos modificados com grupos anidrido maleico, PP-MA e EPDM-MA, respectivamente. Dois tipos de argila organofílica, que se diferenciam pela estrutura química do surfactante e conseqüentemente pela estabilidade térmica, foram empregados como carga inorgânica. Os nanocompósitos foram preparados pela técnica de intercalação por fusão em câmara interna de mistura e a incorporação da argila foi feita pela adição de masterbatches previamente preparados. Foram investigadas as propriedades de tração, reométricas e ainda a morfologia (cristalinidade e estrutura obtida) dos nanocompósitos a fim de estabelecer a influência do tipo e quantidade de argila organofílica e agente interfacial. Os resultados mostraram que a adição de agente interfacial melhorou a dispersão da argila organofílica na matriz de PP/EPDM, particularmente o PP-MA. Foram obtidos nanocompósitos com estruturas mistas intercaladas e esfoliadas, que resultaram em maiores valores de módulo de elasticidade e manutenção dos valores de deformação. As propriedades reométricas confirmaram o maior grau de dispersão da argila organofílica em nanocompósitos contendo PP-MA. Teores crescentes de argila reduziram a cristalinidade dos nanocompósitos, os quais quando reprocessados, mantiveram as características inerentes ao TPE de origem. Por fim, a estrutura do surfactante presente / In this work it was prepared nanocomposites based in PP/EPDM thermoplastic elastomer and organoclay. Maleinized polypropylene and ethylene-propylene-diene rubber, PP-MA and EPDM-MA, respectively, were employed as interfacial agents. Also two kinds of organoclays, differing about surfactant chemical structure and as consequence thermal stability, were investigated as inorganic filler. Nanocomposites were prepared by melt intercalation in an internal chamber mix and organoclay was incorporated by masterbatches addition, which ones were previously made. It was investigated the influence of amount and kind of organoclay and interfacial agent on tensile properties, rheology and morphology (crystallinity and structure type) of nanocomposites obtained. The results showed that interfacial agents addition promoted a better dispersion degree of organoclay platelets in PP/EPDM matrix, mainly PP-MA. Nanocomposites with both intercalated and exfoliated structures were obtained. These exhibited higher Young modulus and kept their elongation values. The better dispersion degree of clay platelets in nanocomposites containing PP-MA was confirmed by rheology measurements. Increasing amounts of organoclay lowered the crystallinity degree of nanocomposites but the reprocessability was maintained similar to that of pure TPE. Finally, the chemical structure of surfactants did not change the intercalation/exfoliation process due to the similarity of organoclay basal spacing and moderated TPE processing temperature.

Nanocompósitos híbridos a base de resinas epoxídicas e argilas organofílicas têm sido desenvolvidos resultando em materiais com características mecânicas e térmicas melhoradas em relação aos compósitos convencionais. Entretanto, a incorporação de argila modificada altera as características reocinéticas de cura do polímero epoxídico ao mesmo tempo em que influencia nas características microestruturais responsáveis pelas propriedades mecânicas finais do compósito. Na literatura poucos estudos foram feitos sobre o efeito da carga nanoestruturada sobre as características reocinéticas de cura e também a aplicação de técnicas analíticas dielétricas que permitam o monitoramento do processo de cura nas condições atuais de trabalho. O estudo das características reocinéticas, dinâmico-mecânicas e dielétricas de compósitos de matriz epoxídica reforçado com argila do tipo montmorilonita organofílica foi realizado neste trabalho. Foram usados três tipos de argilas montmoriloníticas organofílicas comerciais Cloisite, com diferentes agentes modificadores e capacidade de troca iônica. Foi determinado pela análise por calorimetria exploratória diferencial (DSC) que a cinética de cura do sistema epóxi-anidrido, constituído por resina éter diglicidílico de bisfenolA (DGEBA), agente endurecedor anidrido hexahidroftálico (HHPA) e acelerador benzildimetilamina (BDMA), curado em dois estágios de temperatura, a 85 e 150oC, obedece ao modelo cinético de Sourour-Kamal no estágio de 85oC e ao modelo cinético de ordem n no estágio de 150oC. A análise cinética mostrou o efeito de aceleração da cura pelos diferentes tipos e composições de argilas. A análise dinâmico-mecânica (DMA) revelou dois picos nas curvas da tangente de perda, tan d, relacionados com as etapas de reação autocatalítica e de ordem n no estágio de cura a 85oC. Entretanto, os resultados do DMA não evidenciaram o efeito de aceleração da argila sobre a cura dos compósitos. Por outro lado, a análise dielétrica (DEA) apresentou resultados equivalentes aos da análise por DSC, evidenciando o papel de acelerador da cinética de cura da argila organofílica. A difração de raios X mostrou que as argilas sofreram intercalação no processo de cura. Como conclusão, o trabalho mostrou que as técnicas de análise cinética por DSC e DEA podem determinar a influência dos diferentes tipos e composições de argilas organofílicas. Não se determinou a influência específica que um tipo de argila teve sobre as características cinéticas e mecânicas dos compósitos nas composições estudadas. / Hybrid nanocomposites based upon epoxy resin and organophylic clay mixes have been intensively studied because of their better mechanical and thermal properties as compared to conventional composites. Nevertheless when the organoclay is added to the epoxy reactive medium it does affect the thermoset polymer chemorheological behavior. Such interaction can define the composite ultimate mechanical properties. In the literature few works were done concerning the influence of nanostructured filler on the reactive medium chemorheology. Also the use of dielectric analysis as a tool for monitoring and evaluating the curing process of nanostructured composite will be of practical interest because this analytical technique can be used to study the curing process under actual processing condition. The aim of this work is the study of chemorheological, dynamic mechanical, and dielectric analysis of epoxyorganoclay composites. Composites prepared with epoxy-anhydride resin and three different modified organoclays were analysed through differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), dielectric analysis (DEA), and X-ray diffraction. The epoxy system is a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) resin, a hexahydrophtalic anhydride as curing agent, and benzyldimethylamine (BDMA) as accelerator mechanically mixed with commercial organoclay Cloisite and heat treated in two stages: one, at 85oC where the chemical reaction occurs; and a second higher temperature stage, at 150oC, where the full cure is attained. The kinetics analysis revealed that the lower temperature cure obeys the Sourour-Kamal model, whereas the higher temperature post cure stage follows the order n model kinetics. The kinetics analysis also revealed the effect of clay as accelerator. The DMA tan d presented two distinct peaks related to the autocatalytic and n-order kinetics steps. However, the DMA results did not showed any evidence of the accelerating effect of clay. On the other side the DEA analysis presented equivalent results of DSC. The X-ray difractograms showed clay intercalation on composites studied. As conclusion the DSC and DEA techniques can be used as analytical tool to determine the influence of incorporation of organoclay on reactive polymer medium.

Orientador: Marcos Akira D' Ávila / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_RosemeiredosSantos_D.pdf: 3414008 bytes, checksum: 9f5516445d3c90d0f22d3a953197d6b7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O polímero Poli(caprolactona) (PCL) tem sido amplamente usado como biomaterial nas últimas décadas. Sua biocompatibilidade e boas propriedades termo-mecânicas são as principais características que levam à seleção desse material para aplicação nas áreas biotecnológica, farmacêutica e têxtil. Neste trabalho, montou-se um equipamento para realizar o processamento de eletrofiação e caracterização de mantas formadas por fibras de PCL puro e nanocompósitos de PCL/nanotubos de carbono (NTC). Recorreu-se à eletrofiação com a aplicação de um campo elétrico gerado por uma corrente alternada (CA) e por uma corrente contínua (CC) simultaneamente (CA/CC) visando o controle da estabilidade do escoamento do jato polimérico durante o processamento a fim de determinar os parâmetros de processo e comparar os efeitos das diferentes frequências durante o processamento. Foram obtidos também nanocompósitos de PCL/óxido de grafeno (GO) com aplicação de um potencial elétrico em corrente contínua (CC), a fim de determinar os parâmetros de processos em diferentes concentrações de óxido de grafeno. As soluções/suspensões utilizadas no processo foram caracterizadas através de medições de condutividade elétrica, tensão superficial e propriedades reológicas. As fibras obtidas na forma de mantas porosas não-tecidas (non woven) foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), Resistividade, Ângulo de contato ensaios mecânicos de tração e ensaios biológicos in vitro com células tronco mesenquimais humanas (hMSCs). Observou-se que o diâmetro médio das fibras depende da frequência CA aplicada durante a eletrofiação. A análise por FT-IR mostrou que houve a interação entre o PCL e o NTC, e as análises biológicas indicaram que as mantas PCL/GO são promissoras para uso como biomaterial / Abstract: Poly (??caprolactone) (PCL) has been widely used as biomaterial in the last decades. Its biocompatibility and good thermomechanical properties are the main features that lead to the selection of this material for applications in biotechnological, pharmaceutical and textile areas. In this work, an equipment was set up to perform electrospinning; characterization of fibrous mats formed by pure PCL fibers and nanocomposites of PCL/carbon nanotubes (CNT). Electrospinning based on the application of an electric field generated by an alternating current (AC) and a direct current (DC) simultaneously (AC/DC) was performed aiming to control the stability of the jet flow of the polymer during processing in order to determine the process parameters and compare the effects of different frequencies during processing. Nanocomposites of PCL/graphene oxide (GO) with application of a DC electrical potential were also obtained in order to determine the process parameters at different concentrations of graphene oxide. Solutions/suspensions employed in the process were characterized by measurements of electrical conductivity, surface tension and rheological properties. The fibers obtained in the form of non- woven porous mats were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Differential canning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), resistivity, contact angle and mechanical properties was measured, and in vitro biological assays with human mesenchymal stem cells (hMSCs) was evaluated. It was observed that the average diameter of the fibers depends on the AC frequency applied during electrospinning. The FT-IR analysis showed that there was interaction between the PCL and the CNTs, and biological analysis indicated that the blankets of PCL/CNT and PCL/GO are promising for use as a biomaterial / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Materiais nanocompósitos híbridos polímero-argila nos quais lamelas nanométricas de argila montmorilonita são encapsuladas e dispersas em matriz polimérica são em geral mais rígidas, tenazes e resistentes do que os materiais poliméricos convencionais e tem o potencial de aplicações em revestimentos e filmes com propriedades de barreira. Dentre as várias técnicas de preparação de nanocompósitos poliméricos, as técnicas de polimerização \"in-situ\" em emulsão e mini-emulsão vem sendo empregada na síntese de látices híbridos com lamelas de argilas encapsuladas pelo polímero. Neste trabalho foram preparados látices híbridos de poliestireno e argila montmorilonita esfoliada através de dois métodos: no primeiro, a polimerização em emulsão e miniemulsão convencional na presença de argila modificada com sal quaternário de amônio é realizada com surfatante catiônico; no segundo método, um surfatante aniônico reativo foi usado para modificar uma argila natural sódica e empregada na polimerização em emulsão. Os resultados obtidos tanto para a polimerização em emulsão como em miniemulsão empregando idênticos reagentes (argila organofílica modificada e surfatante catiônico) mostraram boa conversão, aumento na velocidade de polimerização com aumento da concentração de surfatante e de argila, aumento na temperatura de pico na máxima velocidade de decomposição (TG), aumento no módulo de armazenamento no patamar vítreo e no patamar borrachoso (DMTA) com aumento da concentração de argila, encontrando um valor mínimo em ambos a 5% de argila. Apesar dessas características positivas, não foi obtida a encapsulação das lamelas da argila que era o objetivo principal do trabalho. Por outro lado, o método de polimerização em emulsão não convencional com surfatante reativo mostrou baixa eficiência na conversão mas que se mostrou eficaz na encapsulação das lamelas da argila para os látices com baixa conversão e elevado diâmetro de partícula. / Polymer-clay nanocomposite materials, in which nanometer-thick layers of clay dispersed in polymers, are generally stiffer, stronger, and tougher than normal polymeric materials and can be potentially useful in a variety of applications. These polymer-clay nanocomposites can be prepared in several ways, namely by emulsion \"in-situ\" polymerisation where polymer chains are coagulated on silicate layers producing capped silicate layers are more or less uniformly dispersed in aqueous medium. The objective of this work is to prepare polymer-clay hybrid latexes with exfoliated clay platelets encapsulated inside latex particles in order to improve the exfoliation of the clay platelets in the final polymeric film. To achieve this objective two separate approaches have been investigated, first by conventional emulsion polymerization and miniemulsion polymerization in the presence of montmorillonite clay modified by cationic surfactant and in the other approach a reactive anionic surfactant was used to modify the natural montmorillonite clay layers by emulsion polymerization. The results for both the emulsion polymerization as in miniemulsion using identical reagents (organoclay modified and cationic surfactant) showed good conversion, polymerization rate increased with increasing concentration of surfactant and clay, increased peak temperature at maximum speed decomposition (TG), an increase in storage modulus in the glassy plateau and the rubbery plateau (DMTA) with increasing concentration of clay, finding a minimum value in both the 5% clay. Despite these positive characteristics, encapsulation was not obtained from lamellar clay that was the main objective. Moreover, the method of emulsion polymerization with non-conventional reactive surfactant showed low conversion efficiency but has proved effective in the encapsulation of the lamellae of the clay for the lattices with low conversion and high particle diameter.

A preparação de vitrocerâmicas transparentes a base de SiO2-ZrO2 dopado com íons Eu3+ e Er3+ através da metodologia sol-gel foi o objetivo desta dissertação. São apresentados resultados estruturais e óticos deste sistema, em função de temperatura, tempo e composição (variando-se a concentração de zircônia). Os sóis foram preparados em meio ácido e deixados em repouso até evaporação total do solvente, obtendo-se assim monolitos amorfos, os quais foram submetidos a tratamentos a 900, 1000 e 1100ºC durante 2, 4 e 8 horas visando eliminação de resíduos orgânicos, moléculas de água, grupos hidroxilas e densificação do material. O processo de densificação com os tratamentos leva a formação inicial da fase tetragonal de ZrO2. Foi observado o crescimento de nanopartículas de ZrO2 com dimensão dependente do tempo e temperatura de tratamento térmico, além da composição do nanocompósito. As nanopartículas obtidas apresentam tamanho que variam entre 3,1 a 5,5 nm, observadas por microscopia eletrônica de transmissão. A partir da adição de 20% de óxido de zircônio é possível observar uma mistura de fases entre tetragonal e monoclínica, resultado este evidenciado principalmente por espectroscopia Raman. Neste trabalho, o íon Eu3+ foi usado como sonda estrutural e um possível luminóforo na região do vermelho. Íons lantanídeos encontram-se parcialmente distribuídos na rede amorfa à base de sílica, apresentando um tempo de vida do 5D0 de 1,5 ms e em óxido de zircônio, com um tempo de vida de 2,7 ms. À medida que ocorre cristalização, aumenta-se a proporção de íons no óxido de zircônio, sugerindo que os íons lantanídeos preferencialmente encontram-se distribuídos em regiões ricas de ZrO2. Todas as amostras dopadas com íons Er3+ apresentam emissão no infravermelho próximo, na região da banda C utilizada em telecomunicações. A emissão do íon Er3+ em 1532 nm, atribuída à transição 4I13/2 4I15/2, apresentou uma largura a meia altura que variou entre 29 a 56 nm, dependendo da composição e do tratamento térmico realizado. O tempo de vida (1/e) do estado excitado 4I13/2 é de 5,3 ms a 6,5 ms dependendo do tratamento térmico. / The preparation of transparent glass-ceramic based on the SiO2-ZrO2 doped with Eu3+ and Er3+ ions by the sol-gel methodology was the aim of this work. The structural and optical properties of the systems as a function of the time and temperature of annealing and also zirconium concentration are presented. The sol was prepared in acid solution and left in rest until total evaporation solvent, to obtaining the amorphous monoliths. The follow, the growthing of ZrO2 nanoparticles were induced and by the Transmission Electron Microscopy sizes between 3.1 and 5.5 nm were observed to be dependent to the time and temperature of annealing. The densification from the annealing at 900, 1000 and 1100ºC initially takes the formation of the tetragonal phase of ZrO2, and after 20 mol% of zirconium oxide is observed a mixture of phases between the tetragonal and monoclinic phase, result this evidenced by Raman spectroscopy. In this work the Eu3+ ion was used as a structural and possible luminescent material in the red region, displaying a life time value between 1.4 - 2.3 ms, for samples contend 0.3 mol% of Eu3+. The life time values increases as a function of time and temperature of annealing due the increase of the crystallinity of material that decreases the sites number of Eu3+ ions on the system. The Er3+ ions emission assigned to 4I13/2 4I15/2 localized around 1532 nm, showed a full width half maximum between 29 and 56 nm. The lifetime measurements were realized for Er3+ ions. The larger values of lifetime obtained are correspondent to samples with less crystalinity. Samples annealed in less temperatures show 5.3 ms of lifetime while samples annealed in higher temperatures show 6.5 ms of lifetime.

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.