No presente trabalho é investigada a obtenção de nanocompósitos de poliestireno atático (PS) e poliedros oligoméricos silsesquioxano (POSS) através de processamento reativo em reômetro de torque. As proporções em massa de PS/POSS foram mantidas em 100/0, 99/1, 98/2 e 95/5. Diferentes condições de processamento foram utilizadas, as quais foram variadas a velocidade dos rotores do reômetro (100, 150 e 200rpm a 190ºC/15min.), quantidade de iniciador de radicais livres e a adição de estireno. Para os nanocompósitos sem estireno, o aumento da velocidade de processamento resultou em pequena redução do torque estabilizado, cisão de cadeias e aumento na conversão de enxertia. A adição de estireno resultou em um pequeno aumento no torque estabilizado, aumentos de massas molares e conversão da reação de enxertia. As micrografias dos nanocompósitos apresentaram a formação de estruturas aglomeradas de POSS. Entretanto, para algumas amostras foi observada a dispersão do POSS em nível molecular. O uso do estireno resultou na redução do tamanho da interface entre o PS/POSS. A degradação térmica e termo-oxidativa, assim como a cinética de degradação termo-oxidativa foram alteradas pela presença do POSS, porém a adição de estireno acelera a degradação do poliestireno puro. A temperatura de transição vítrea (Tg) não é afetada quando não é adicionado estireno ao sistema. A fração de volume livre é praticamente a mesma para as amostras sem estireno, já para as amostras com estireno é notado aumento na fração de volume livre para a amostra com 5% de POSS. Esse fato está relacionado com a maior conversão da reação de enxertia, uma vez que o estireno atua como agente de transferência de radical. Todos os sistemas apresentaram pseudoplasticidade, entretanto foram notados desvios da lei de Einstein para escoamento de suspensões de esferas rígidas para as amostras com estireno. A região terminal de escoamento não segue a teoria de reptação de Doi-Edwards em virtude da heterogeneidade do sistema. No entanto, a adição de estireno melhora a compatibilidade PS-POSS, por apresentar menor tamanho de interface que reflete diretamente nos gráficos de Hant. / In this work nanocomposites of atatic polystyrene (PS) and polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) were obtained by reactive processing in a torque rheometer. The PS/POSS mass ratios were kept constant 100/0, 99/1, 98/2 e 95/5. Different processing conditions were used changeable rheometer rotor speed (100, 150 and 200rpm at 190ºC/15min), free initiator content and styrene addition. For nanocomposites system without styrene addition the increasing of rotor speed resulted in small increase in stabilized torque values, chain scissions and higher grafting conversion degree. The styrene addition resulted in small increase in stabilized torque values, higher molar mass values and conversion degree. The micrographs showed the agglomerated POSS structure in micrometric size. However, for the hybrid nanocomposites it was observed POSS structures distributed in molecular size. The styrene addition resulted in reduction of the interfacial thickness between PS and POSS. The thermal degradation, thermo-oxidative degradation and kinetics process were small changed by POSS addition, but the thermo-oxidative reaction of pure PS was accelerated by styrene addition. The glass transition temperature (Tg) had not measurable effect in samples without styrene. The fractional free volume was practically constant in samples without styrene. The higher grafting conversion degree induced by styrene addition resulted in increasing of the fractional free volume for sample with 5wt% of POSS. All samples showed a pseudoplastic behavior. However a non-Einstein liquid like behavior was observed in samples with styrene addition. The Doi-Edwards reptation theory does not describe the terminal flow region because of the heterogeneity of the nanocomposites system. The styrene addition improves the PS-POSS compatibility due to reduction interfacial thickness which reflects in the Han plots.

A síntese de nanocompósitos de polietileno/nanolâminas de grafeno através de polimerização in situ foi alcançada utilizando o sistema catalítico Cp2ZrCl2/MAO (dicloro bis(ciclopentadienil)zircônioIV)/metilaluminoxano(MAO). Grafite com dimensões nanométricas, previamente tratada com MAO foi adicionada no reator como carga em percentuais que variaram de 1,2 até 20,9% (p/p). A análise de difração de raios-X (DRX) mostrou que os tratamentos térmico e físico empregados preservaram a estrutura das lâminas de grafite. A formação de nanolâminas de grafeno (NG) e dos nanocompósitos foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (AFM). As micrografias de MET mostraram que o polietileno cresce entre as NG, resultando em nanocompósitos intercalados e esfoliados. As propriedades térmicas, dinâmico-mecânicas, mecânicas e elétricas foram investigadas por análise termogravimétrica (TGA), análise dinâmico-mecânica (DMA), resistência à tração e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), respectivamente. As NG aumentaram a estabilidade térmica do polietileno em 30 °C. Uma leve diminuição na resistência à tração foi verificada com a adição das NG à matriz polimérica. A adição de grafite ao polietileno aumentou o módulo de armazenamento, assim como o valor da temperatura de transição vítrea. A condutividade elétrica apresentou um limite de percolação de 3,8% vol. (8,4% p/p) de NG. Todos os resultados mostraram que o polietileno tornou-se mais rígido e termicamente mais estável e passou de um material isolante para semicondutor na presença das nanolâminas de grafeno. Com o objetivo de estudar outros caminhos para obter grafeno foi estudada a síntese de óxido de grafite (GO) que foi realizada através do protocolo de Staudenmaier. O grafite oxidado foi reduzido nas temperaturas de 600, 700 e 1000 °C. A melhor temperatura de redução foi de 700 °C, pois nessa temperatura a análise de espectroscopia Raman mostrou a presença de grafenos. / The synthesis of polyethylene/graphene nanosheet (PE/GNS) nanocomposites by in situ polymerization was achieved using the catalytic system Cp2ZrCl2/MAO (bis(cyclopentadienyl)zirconium(IV) dichloride)/methylaluminoxane(MAO). Graphite with nano dimensions (GNS), previously treated with MAO, was added into the reactor as filler at percentages from 1.2 to 20.9% (w/w). X-ray diffraction analysis (XRD) showed that the chemical and thermal treatments employed preserved the structure of the graphite sheets. The formation of graphene nanosheets and nanocomposites was confirmed by TEM and AFM. TEM micrographs showed that the polyethylene grew between the graphene nanosheets, giving intercalated and exfoliated graphite nanocomposites. The thermal, dynamic mechanical, mechanical and electrical properties were investigated by thermogravimetric analysis (TGA), dynamic-mechanical analysis (DMA), tensile strength and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), respectively. The GNS increased the thermal stability of polyethylene in 30 °C. A slight decrease in tensile strength was observed with the addition of GNS to the polymer matrix. The addition of graphite to the polyethylene increased the storage modulus, as well as the glass transition temperature. The electrical conductivity showed a percolation threshold of 3.8 vol%. (8.4% w/w) of GNS. All results showed that the polyethylene became stiffer and thermally more stable and it could be transformed from an insulator to a conductor material in the presence of GNS. In order to study other path to obtain graphene, the synthesis of graphite oxide (GO) was performed using the Staudenmaier protocol. The oxidized graphite was reduced at temperatures of 600, 700 and 1000 °C. The best reduction temperature was 700 ° C because Raman spectroscopy analysis showed the presence of graphene.

Nanocompósitos de PET e de PP/PET contendo montmorilonita foram preparados em extrusora e as morfologias desenvolvidas foram relacionadas às propriedades de cristalização, mecânicas e mecânico-dinâmicas. Vários nanocompósitos de PET foram obtidos pelo uso das argilas Cloisite®Na+, Cloisite®15A, Cloisite®30B e Cloisite®10A, sendo observada a formação de estruturas intercaladas e esfoliadas. O tipo de modificador orgânico da montmorilonita influenciou na morfologia da argila e nanocompósitos intercalados e esfoliados foram obtidos quando o modificador possuía alguma polaridade. Por outro lado, apenas tactóides foram formados quando o modificador era apolar. A argila teve um efeito nucleante e resultou no aumento da temperatura e da velocidade de cristalização do PET, sendo que o efeito nucleante maior foi observado quanto a Cloisite®10A foi utilizada. Os modelos cinéticos de Avrami modificado e de Ozawa foram aplicados ao processo de cristalização não isotérmica e indicaram que a cristalização foi mais rápida nos nanocompósitos do que no PET, pelo menos até 90% de cristalinidade relativa. O modelo de Avrami permitiu uma descrição parcial do processo de cristalização, enquanto o modelo de Ozawa foi válido somente na descrição do comportamento de cristalização do PET antes de sua extrusão. Nanocompósitos contendo PP, PET e Cloisite®10A (70:28:2) foram preparados e foi estudada a influência da adição da montmorilonita na morfologia e nas propriedades mecânicas dos mesmos. De maneira geral, a adição da argila resultou na diminuição do tamanho dos domínios da fase dispersa e, na ausência de um compatibilizante, a blenda apresentou uma interação fraca entre as fases. A adição de 1% de PP-MA auxiliou na dispersão da argila, originando uma morfologia mais homogênea. Em todos os nanocompósitos, a montmorilonita se localizou, preferencialmente, na interface PP/PET e na fase PET, ocasionando uma redução na velocidade de cristalização e na temperatura de transição vítrea do PET. O aumento da tensão no escoamento, do módulo de Young e do alongamento na ruptura ocorreu nos nanocompósitos compatibilizados e não foi observada uma redução na resistência ao impacto pela adição da argila. As propriedades mecânicas e mecânicodinâmicas possibilitaram sugerir que, quando PP, PET, PP-MA e montmorilonita estão simultaneamente presentes, eles podem constituir uma interfase, que atuaria de forma eficiente como um compatibilizante das fases PP e PET. No entanto, a adição simultânea dos componentes na extrusora resultou em uma morfologia mais heterogênea do que a observada pela adição de um nanocompósito de PET ao PP. O método de preparação do corpo de prova também influenciou na morfologia da argila, sendo que temperaturas mais elevadas e tempos de residência maiores favoreceram a difusão da cadeia polimérica na galeria. / PET and PP/PET nanocomposites with montmorillonite were prepared in a twin screw extruder and their morphologies were related to the crystallization, mechanical and dynamicmechanical properties. The montmorillonites Cloisite®Na+, Cloisite®15A, Cloisite®30B and Cloisite®10A were used and the PET nanocomposites showed intercalated and/or exfoliated morphologies. The influence of the organic modifier of the clay on the morphology and crystallization properties was evaluated. Tactoids were obtained when only apolar modifiers were present. Nevertheless, it was observed that PET nanocomposites were intercalated and exfoliated when polar modifiers were present. The clay nucleated the PET crystallization process, and the nucleating effect was higher when Cloisite®10A was used. The kinetic models of Avrami and Ozawa were applied in the nonisothermal crystallization process. The crystallization was higher in the nanocomposites than in the pure PET, at least up to 90% of relative degree of crystallinity. The Avrami model allowed the partial description of the crystallization process and the Ozawa model was only valid for PET before its extrusion. The study of the nanocomposites with PP, PET and Cloisite®10A (70:28:2) were performed and the effect of the clay on the morphology and mechanical properties was evaluated. In general, the use of clay decreased the size of the dispersed phase, and the interaction of the phases was weak in the blend without compatibilizer. The use of PP-MA (1%) favored the clay dispersion and it produced a more homogeneous morphology. The clay located predominantly in the interphase and in the PET phase. A decrease in the crystallization rate and in the Tg of the PET was observed when clay was present. The yield stress and the Young’s modulus increased when PP-MA and montmorillonite was used. The addition of the montmorillonite also promotes an increase in the elongation at break, and did not influence significantly the impact strenght. It was suggested that when PP, PET, PP-MA and montmorillonite were simultaneous used, it could constitute an interphase that acts as more efficient compatibilizer for PP and PET phases. Nevertheless, the simultaneous addition of the components in the extruder resulted in a more heterogeneous morphology than when a PET nanocomposite was added to PP. The specimens preparation also affected the clay morphology and the higher temperatures and larger residence time favored the difusion of the polymer into the gallery.

FREIRE, Tiago Melo. Síntese e caracterização de nanoquitosanas magnéticas por sonoquímica e sua aplicação na remoção de azo compostos. 2016. 85 f. Dissertação (Mestrado em Química)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Aline Mendes (alinemendes.ufc@gmail.com) on 2017-01-24T19:37:27Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_tmfreire.pdf: 4633605 bytes, checksum: 9891108fea4af1409d8dd650575b5895 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-26T19:59:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_tmfreire.pdf: 4633605 bytes, checksum: 9891108fea4af1409d8dd650575b5895 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T19:59:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_tmfreire.pdf: 4633605 bytes, checksum: 9891108fea4af1409d8dd650575b5895 (MD5) Previous issue date: 2016 / Magnetite chitosan were prepared inone quick step using different proportions of chitosan by co-preciptation combined with ultrasonication. After synthesis, the materials were modified with glutaraldehyde and epichlorohydrin. The samples were characterized by Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Powder Diffraction (XRPD), Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy, Thermal Gravimetric Analysis (TGA) and the magnetic behavior was studied by Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and curves of the ZFC_FC. Then caracterization of the samples, the nanocomposites were applied as adsorbent of the dyes reactive black 5 and methil orange. The incorporation of magnetic nanoparticles (NPMs) in the matrix of chitosan was also confirmed by FTIR and TGA techniques. The identification of the system was realized by XRPD and the results showed that the cristaline fase present in all the nanocomposites is magnetite, presenting an average crystallite size ranging r from 11 to 14 nm. TEM images allowed to identify spheroidal morphology nanoparticles with average diameter between 10 and 24 nm. The samples presented superparamagnetic behavior and saturation magnetization real (Msr) range from 57 to 73 emu. g -1 and d which had a block temperature below room temperature. From the adsorption results for azo dyes can be seen that the samples modified with glutaraldehyde and epichlorohydrin have a pH optimum adsorption egual 4. From the adsorption isotherms was possible to verify that the crosslinking reactions decrease the maximum adsorption capacity the nanocomposite unmodified. The kinetic study showed that the kinetic model pseudossegunda order is the most fitting to describe the behavior of the experimental behavior of the samples. Through adsorption isothems was observed that the modification with glutaraldehyde and epichlorohydrin decrease the maximum adsorbed amount relative to the unmodified material. Thus This new synthetic route by the aid of ultrasound has a great potential to replace the strategies traditionally employed for obtaining this material or other nanocomposites. Based on these results, can be seen that the new synthetic route with the assistance of ultrasonic irradiation has great potential to replace strategies traditionally used for obtaining this material or other nanocomposites, since the strategy used reduces the synthesis time for minutes, improves dispersion of the magnetite in the chitosan matrix and produces nanocomposites with good coloring rise adsorption capacity and high saturation magnetization. / Nanocompósitos de magnetita-quitosana foram preparados utilizando diferentes proporções de quitosana por combinação dos métodos de co-precipitação e irradiação ultrassônicas. Após a síntese, os materiais foram modificados com glutaraldeido e epicloridrina. As amostras foram caracterizadas por difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TG), Magnetômetro de Amostra Vibrante (VSM) e pelas curvas de ZFC-FC. Após a caracterização, os nanocompósitos foram aplicados como adsorvente dos corantes alaranjado de metila e reativo preto 5. A incorporação das nanopartículas magnéticas (NPMs) inorgânicas na matriz de quitosana foi confirmada pelas técnicas de FTIR e TG. A identificação do sistema foi realizada por DRX, onde a fase cristalina presente em todos os nanocompósitos foi a magnetita, apresentando tamanho de cristalito variando de 11 a 14 nm. As imagens de MET mostraram que as amostras possuem uma forma esferoidal com diâmetro variável de 10 – 24 nm. A partir da análise de VSM foi observado um comportamento superparamagnético para todas as amostras. Além disso, foi observado que a magnetização de saturação (Ms) verdadeira variou de 57 a 73 emu.g-1 e que as amostras possuíram uma temperatura de bloqueio abaixo da temperatura ambiente. Os testes de adsorção para corantes azo mostraram que as amostras modificadas com glutaraldeido e epicloridrina apresentam um pH ótimo de adsorção em pH 4. O estudo cinético mostrou que o tempo de equilíbrio dos nanocompósitos modificados é superior ao material não modificado. Dentre os modelos cinéticos teóricos aplicados, o de pseudosegunda ordem foi o mais adequando para descrever o comportamento experimental das amostras. A partir das isotermas de adsorção, foi possível observar que as modificações com glutaraldeido e epicloridrina diminuem a quantidade adsorvida máxima em relação ao material não modificado. Os resultados experimentais obtidos evidenciam que, a rota sintética proposta neste trabalho apresenta um grande potencial para substituir as estratégias tradicionalmente empregadas para a obtenção de nanocompósitos. Além disso, a estratégia utilizada reduz o tempo de síntese para minutos, melhora a dispersão da magnetita na matriz de quitosana e produz nanocompósitos com boa capacidade de adsorção de corantes azo e com alta magnetização de saturação.

Esse trabalho objetivou sintetizar e caracterizar um nanocompósito de WCCoCr/NiCr e avaliar sua aplicação por aspersão térmica (por High Velocity Oxygen Fuel - HVOF)como revestimento protetor ao desgaste erosivo em equipamentos da indústria do petróleo. O compósito foi formada por carbeto de tungstênio-cobalto-cromo (WCCoCr) processado por moagem de alta energia e disperso em uma matriz metálica de níquel-cromo (NiCr). O WCCoCr foi processado em um moinho planetário variando o tempo de moagem. O material moído foi adicionado ao NiCr nas proporções de 5, 10 e 15%; aglomerado e tratado termicamente. Os pós foram caracterizados por difração de raios X (DRX), análise granulométrica, área superficial (BET) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os revestimentos protetores foram depositados por HVOF e foram avaliados quanto à microdureza, microestrutura, espessura, porosidade e desgaste erosivo à temperatura ambiente. Os resultados mostraram que o tamanho de cristalito do WCCoCr diminuiu significativamente nas primeiras horas de moagem e os valores medidos foram menores do que 30nm. O material moído por 6 horas apresentou menor tamanho de cristalito e diâmetro médio de partícula (24,5 nm e 2,94 μm, respectivamente), e maior área superficial (5,60 m²/g). A microestrutura dos revestimentos apresentou caráter lamelar, com baixa quantidade de óxidos e porosidade entre 0,5 e 1%. O revestimento composto por NiCr e 5% de WCCoCr moído por 3 horas apresentou microdureza de 635 HV e taxa de erosão 50% menor do que o revestimento comercial no ângulo de 30°. / This work aims to synthetize and to characterize a WCCoCr/NiCr nanocomposite and to evaluate its application by thermal spray (by High Velocity Oxygen Fuel - HVOF) as protective coating against erosive wear in devices of the oil industry. The composite was formed by carbide of tungsten-cobalt-chrome, (WCCoCr) processed by high energy milling and scattered in a metallic matrix of nickel-chrome (NiCr). The WCCoCr was processed in a planetary mill varying the milling time. The milled material was added to the NiCr in the proportions of 5, 10, and 15%; agglomerated and treated thermally. The powders were characterized byX ray diffraction (XRD), particle size analysis, surface area (BET), and scanning electron microscopy (SEM). The protective coatings were deposited by HVOF and were evaluated for their micro-hardness, microstructure, porosity, and erosive wear at room temperature. The results showed that the WCCoCr crystallite size decreased significantly during the first milling hours and the values measured were smaller than 30nm. The material milled for 6 hours showed the smallest crystallite size and particle mean diameter (24.5 nm and 2.94 μm, respectively), and the largest surface area (5.60 m²/g). The microstructure of the coatings shows lamellar character, with low quantity of oxides and porosity between 0.5 and 1%. The coating formed by NiCr and 5% of WCCoCr milled for 3 hours showed micro-hardness of 635 HV and erosion rates50% smaller than the commercial coating in the angle of 30°.

Neste trabalho, foi realizado um estudo de nanocompósitos poliméricos por microscopia de força atômica (AFM) e, complementarmente, por microscopia eletrônica de transmissão (MET). Primeiramente, dispersões contendo as cargas (grafite, argila e dióxido de titânio) foram ultrassonificadas e depositadas sobre superfícies planas para caracterização de suas morfologias por AFM. Com a mesma técnica, foram obtidas imagens de topografia e de fase dos nanocompósitos de polipropileno com grafite, argila e dióxido de titânio. Observou-se que o aumento do teor de carga no nanocompósito promove aglomeração das mesmas e diminuição no sinal de fase, e que este é alterado de acordo com a rigidez do material. Também foi realizado um mapeamento de condutividade elétrica dos nanocompósitos e os resultados mostraram que com o aumento do teor de grafite no polipropileno, ocorre um aumento no número de canais condutivos por unidade de área bem como nos valores de corrente elétrica. Ainda, foram comparadas as morfologias adotadas pelas partículas de grafite em nanocompósitos de polipropileno e poliestireno e foi observado que os aglomerados de grafite são maiores na matriz de poliestireno. / In this work, a study was conducted of polymeric nanocomposites by atomic force microscopy (AFM) and in addition, by transmission electron microscopy (TEM). First, dispersions containing fillers (graphite, clay and titanium dioxide) were ultrassonificated and deposited on flat surfaces to characterize their morphology by AFM. With same technique were obtained topography and phase images of polypropylene nanocomposites with graphite, clay and titanium dioxide. It was observed that the increasing the filler content of the nanocomposite promotes agglomeration of the same and decrease in the phase signal, that is changed according to the rigidity of the material. Was it also realized an electrical conductivity mapping of the nanocomposites and the results showed that with the increase in the graphite content on polypropylene, occurs an increasing of the number of conducting channels per area unit and of values of electric current. Furthermore, the morphology adopted by the graphite particles in polypropylene and polystyrene nanocomposites were compared and it was observed that the graphite agglomerates are larger in the polystyrene matrix.

Este trabalho tem como objetivos a obtenção e caracterização de nanocompósitos de polipropileno (PP) com nanopartículas e nanofibras, sintetizadas pelo método hidrotérmico, de dióxido de titânio (TiO2) modificadas com diferentes tipos de organossilanos e/ou polipropileno graftizado com anidrido maleico (PP-g-MA) com o intuito de compatibilizar a carga à matriz polimérica. A caracterização dos nanocompósitos foi realizada através de análises de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Análise de Termogravimetria (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Dinâmico Mecânica (DMA), Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia de Dispersão de Energia (MEV-EDS), Espectroscopia Ultravioleta Visível (UV-Vis), Difração de Raios-X (DRX) e índice de refração. As modificações realizadas nas nanocargas (nanopartículas e nanofibras) causaram uma maior organofilicidade às mesmas, melhorando a compatibilidade com a matriz do polímero resultando em uma diminuição no tamanho dos aglomerados de dióxido de titânio. A presença de nanofibras e nanopartículas de TiO2 resultaram na melhora das propriedades térmicas, óticas e mecânicas do polipropileno, com destaque para a amostra com nanofibras funcionalizada com trietoxioctilsilano (TEOSi). As nanocargas tiveram razoável melhora na dispersão na matriz polimérica, que pode ser comprovado pelas análises de MET. Visto que o TiO2 possui excelentes características a serem exploradas em matrizes poliméricas e, no entanto, possui diferente polaridade quando comparado à maioria destas matrizes, quando realizada a compatibilização da matriz-carga ou a funcionalização da nanocarga, essa interação entre a nanocarga e a matriz aumenta. Assim, o uso de PP-g-MA como compatibilizante ou de organossilanos, como agentes de funcionalização, indica que os resultados obtidos até então são no mínimo promissores / This study aims to obtain nanocomposites of polypropylene with nanoparticles and nanofibers synthesized from titanium dioxide (TiO2) modified with different types of organosilanes and/or polypropylene grafted with maleic anhydride (PP-g-MA) in order to match the filler to the polymer matrix and then to caracterize these materials. The characterization of the nanocomposites was performed by Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Electron Microscopy coupled to an Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), X-ray Diffraction (XRD), Refractive Index, and Eletrical Conductivity. The modification of the nanofillers, nanoparticles and nanofibers, improved their organophilicity and their compatibility with the polymer matrix resulting in a decrease in the size of agglomerated titanium dioxide. The presence of TiO2 nanoparticles and nanofibers resulted in better thermal, optical and mechanical properties of polypropylene, especially the sample with nanofibers functionalized nanofibers with triethoxyoctylsilane (TEOSi). The nanofillers had reasonable improvement in dispersion in the polymer matrix, which can be evidenced by TEM analysis. Since the TiO2 has excellent features to be explored in polymers matrices, and yet, has different polarity when compared to most of these matrices, when the compatibility of matrix-filler or the functionalization of the nanofiller is accomplished, the interaction of the nanofiller and matrix increases. Therefore the use of PP-g-MA as compatibilizers or of silanes as fuctionalization agents indicates that the results obtained so far are at least promising for improving the properties, such as optical and thermal, of the nanocomposites.

Atualmente, nanocompósitos têm sido alvo de grande interesse científico e tecnológico. Além do negro-de-fumo e da sílica, materiais já consagrados como nanopartículas de reforço para uma grande variedade de borrachas, outras nanopartículas funcionalizadas têm sido o centro das atenções. Especialmente, nanopartículas bidimensionais (lâminas) e unidimensionais (tubos ou fibras, com destaque aos nanotubos de carbono) têm surgido como excelentes candidatos a partículas de reforço e apresentando efeito superior, já a frações volumétricas muito pequenas, bem inferiores às aplicadas tradicionalmente. Este trabalho tinha como objetivo investigar a epoxidação de polibutadieno e explorar a potencialidade de sílicas lamelares, especialmente filossilicatos 2:1, como agentes efetivos de reforço e barreira. Para alcançar este objetivo uma nova tecnologia de mistura e dispersão para a argila montmorilonita (MMT) foi desenvolvida. Baseia-se na Coagulação Dinâmica Contínua de Látex (“Continuous Dynamic Latex Coumpounding - CDLC"), na qual MMT é misturada ao látex de borracha e dispersa, adequadamente, em um regime especial de fluxo. O método vale-se do potencial que a água possui de enfraquecer os contatos interlamelares da MMT. Látices de NR, SBR, NBR e XNBR foram investigados. As condições de processo afetam a morfologia dos nanocompósitos, determinada por MET e DRX. A polaridade das borrachas influencia a dispersão da MMT e, consequentemente, as propriedades finais dos nanocompósitos. Comparando-se estes nanocompósitos com compósitos obtidos com negro-de-fumo, sílica precipitada ou mesmo com argila obtidos pelo processo da incorporação no estado fundido, os de CDLC exibem desempenho de reforço e uma resistência à permeação superiores, mesmo aplicando-se frações volumétricas de carga bem inferiores. Paralelamente, mostrou-se que é possível epoxidar polibutadieno comercial, a partir do meio reacional de polimerização, em ciclohexano, limitando-se em 30% em mol, face ao limite de solubilidade da borracha epoxidada no solvente. Nanocompósitos de polibutadieno epoxidado com argila foram preparados obtendose também propriedades melhores do que a borracha epoxidada pura. Com estes resultados, o presente trabalho mostra novas oportunidades para a obtenção de nanocompósitos elastoméricos. / Nowadays, polymer nanocomposites received an increasing scientific and technological interest. Besides carbon black and silica which have been proven reinforcing nanofillers for a large variety of rubber, other types of functional nanoparticles are coming in the center of this attention. Especially two-dimensional nanoparticles (platelets) and one-dimensional tubes or fibers (i.e. carbon nanotubes) are serious candidates to determine large reinforcing effects as for less volume fraction than traditional fillers. This work had as objective to investigate the epoxidation of polybutadiene and to explore the potential of layered silicas, especially 2:1 phylosilicates, as reinforcing agents and effective permeation barriers. In order to achieve this objective a new mixing and dispersion technology for montmorillonite (MMT) was developed in this work. This technology is based on “Continuous Dynamic Latex Compounding” (CDLC), in which MMT is mixed with a rubber latex and well dispersed in particular flow regime. Due to the coagulation of the latex, it was possible to prepare superior types of rubber nanocomposites. One important fact is that the interlayer contacts in the MMT tactoids are weakened by swelling in water. Latices of NR, SBR, NBR and XNBR have been used. It is shown that the process conditions affect the phase morphology of nanocomposites characterized by transmission electron microscopy and x-ray diffraction. The polarity of rubbers influence the dispersion of MMT as well as the properties of the resulting nanocomposites. Compared to nanocomposites filled with carbon black, precipitated silica, or those obtained by melt mixing, nanocomposites by CDLC demonstrate a better reinforcement and permeation resistance at far less volume fractions. The epoxidation of commercial polybutadiene with high cis content, from its commercial solution (cyclohexan), was possible, but due to the solubility of epoxidized polymer, the system coagulated and gelated when a epoxidation degree of 30 mol% was reached, independent of the initial concentrations of reagents. Nanocomposites from polybutadiene, 14 and 19 mol% epoxidation degree, and organoclay were prepared. The mechanical and barrier properties had been superior to those compositions of epoxidized polybutadiene without clay. By this achievements, the present work demonstrate new opportunities for polymeric nanocomposites.

Compostos de borracha nitrílica hidrogenada (HNBR) com cargas a base de carbono com diferentes morfologias foram obtidos neste trabalho. As diferentes cargas foram: flakes de grafite intercalado, oxidado e expandido (GIOE), nanoflakes de grafite (NFG), nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) e negro de fumo (NF). O trabalho foi realizado em diferentes etapas onde, inicialmente, foram caracterizadas as diferentes cargas através de análises químicas, morfológicas e espectroscópicas. Em seguida, considerando-se que os flakes são um material multilamelar e relativamente novo na tecnologia dos elastômeros, diferentes formas de obtenção dos compostos de borracha com flakes de grafite foram estudadas, tais como a pré-dispersão dos grafites em óleo ou polímero, utilizando-se técnicas de alto cisalhamento. Os compostos obtidos foram avaliados e os resultados indicaram a pouca influência do tipo de processo no grau de esfoliação dos flakes, sendo definido o método de adição direta dos ingredientes e sua incorporação em câmara de mistura, como o mais adequado. Na sequencia foi avaliada a influência dos teores das diferentes as cargas na borracha de HNBR, conforme método de incorporação definido na etapa anterior, a partir da determinação das propriedades de cura, viscoelásticas, físico mecânicas, elétricas, de interação com solvente e morfológicas. Os compostos obtidos apresentaram um ganho em propriedades mecânicas com aumento da tensão em diferentes deformações, tensão na ruptura e dureza. Comparando-se as cargas NF e MWCNT, para uma fração volumétrica ~ 2%, constata-se que o módulo a 300% do composto de HNBR/NF aumentou em 120% enquanto para o composto HNBR/MWCNT aumentou de 940%. A condutividade elétrica teve um incremento significativo com a adição dos MWCNTs, assim como, foi possível observar uma redução do inchamento do polímero quando imerso em solvente para estes compostos. Para todos os compostos o processamento não apresentou maiores dificuldades e as morfologias analisadas por microscopia eletrônica de transmissão mostram uma dispersão parcial das cargas a base de carbono. Finalmente, compostos híbridos de HNBR e NF com flakes, nanoflakes e MWCNTs foram obtidos e avaliados. Nestes compostos híbridos, propriedades superiores com a adição de MWCNTs e flakes de grafite foram alcançadas. A resistividade elétrica com a adição dos nanotubos diminuiu, assim como o coeficiente de atrito aumentou em relação ao composto de HNBR+NF e aos compostos de HNBR+NF+nanoflakes e flakes de grafite. Na análise dos compostos quanto a relaxação sob tensão, novamente o composto híbrido com nanotubos apresentou o melhor desempenho dentre os demais avaliados. / Composites and nanocomposites based on hydrogenated nitrile rubber (HNBR) and carbon-based fillers with different morphologies were obtained. The different fillers studied were intercalated, oxidized and expanded graphite flakes (GIOE), graphite nanoflakes (NFG), multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and carbon black (CB). The work was carried out in different steps. Initially, fillers were characterized through chemical, morphological and spectroscopic analysis. Then, considering that flakes are multilamellar materials and relatively new in elastomers technology, different processing methods to produce rubber compounds with graphite flakes were studied, such as pre-dispersion in oil or polymer, using high shearing techniques. Compounds were evaluated and results indicated little process influence in flakes exfoliation degree, setting up direct method as the most appropriate. In a third step, studied fillers were evaluated at different levels and volume fractions in HNBR using the incorporation method defined in previous step. Curing, viscoelastic, mechanical, physical, electrical, interaction with solvent and morphological properties of the compounds were evaluated. Reinforced compounds presented an increment in mechanical properties with an increase in hardness, tensile strength and stiffness module. Comparing NF and MWCNT fillers when added in HNBR at a same volume fraction (~ 2%), it is observed that tension modulus at 300% of elongation for HNBR/NF compound increased ~120%, whereas for HNBR/MWCNT compound increased ~940%, significantly superior. Electrical conductivity increased significantly with addition of MWCNTs, as well as a reduction in polymer swelling when immersed in solvent. For all compounds, no processing difficulties were observed and microscopic images presented partial dispersion of carbon-based fillers. In a final step, hybrid reinforced HNBR+CB with flakes, nanoflakes and MWCNTs were obtained and evaluated. In these hybrid reinforced system compounds, superior properties were obtained with addition of MWCNTs and graphite flakes. Electrical conductivity with addition of nanotubes decreased as well as increased coefficient of friction in relation to HNBR+CB compounds plus nanoflakes or graphite flakes. Also, in stress relaxation test under compression, HNBR+CB+MWCNT compound presented superior result when compared to the others hybrid compounds.

Neste trabalho, serão apresentados os resultados referentes a síntese e caracterização de nanocompósitos de polietileno reforçados com nanoesferas, nanotubos e nanofitas de TiO2 e do compósito de polietileno reforçado com microesferas de TiO2. A primeira etapa do trabalho envolveu a síntese e caracterização do polietileno e das partículas de TiO2. Inicialmente foi realizado um estudo para se determinar o melhor solvente para a polimerização in situ utilizando como sistema catalítico Cp2ZrCl2/MAO. Após análises de atividade, massa molar e distribuição de massa molar das amostras obtidas em hexano, ciclohexano e tolueno, foi escolhido o tolueno à 60ºC, como melhor solvente. Nano e micropartículas aproximadamente esféricas foram obtidas comercialmente, contudo nanofitas e nanotubos foram sintetizados através de rota química e eletroquímica respectivamente, apresentando pequena distribuição de tamanhos. A segunda etapa envolveu a caracterização dos compósitos. Foram realizadas análises morfológicas, térmicas, estruturais e análises de produto de fotodegradação através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), difração de raio-X (DRX), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), infravermelho (FTIR/ATR) e evolução de CO2. Observou-se que a concentração de TiO2 na matriz polimérica não influencia a temperatura de fusão e cristalinidade dos polímeros e não resulta em melhora na estabilidade térmica e nas propriedades mecânicas dos materiais. Através de análises dos picos de difração dos planos (110) e (200) do polietileno nos nanocompósitos e no compósito quando comparados ao polietileno puro, pode-se observar que a presença das nanopartículas afeta o tamanho dos cristalitos. Para realizar experimentos de fotodegradação, as amostras foram irradiadas com uma lâmpada de Xenônio, simulando a irradiação solar. O monitoramento das amostras irradiadas foi realizado através de análises de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e evolução de CO2, sendo possível observar uma grande influência da carga inorgânica na degradação do polímero. / In this work, we present the results from synthesis and characterization of polyethylene nanocomposites reinforced with TiO2 nanospheres, nanotubes and nanoribbons and composites reinforced with TiO2 microspheres. The primary step was the synthesis and characterization of polyethylene and TiO2 particles. At first it was evaluated the ideal solvent for in situ polymerization using Cp2ZrCl2/MAO as catalyst system. After evaluating activity, molecular weight and molecular weight distribution of the samples obtained in hexane, toluene and cyclohexane, the toluene at 60ºC, was found to be the best solvent. Spherical nano and microparticles were obtained commercially, nanoribbons and nanotubes were synthesized by chemical and electrochemical route, respectively, presenting narrow size distribution. The second part of this work concerned the characterization of the composites. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), x-ray diffraction (XRD), Differential Thermal analyses (DSC), Dynamic-mechanical analysis (DMA), infrared spectroscopy (FTIR/ATR) and CO2 evolution experiments were carried out to analyze the morphology, structure, thermal properties and photodegradation of the materials. According to the results the melting and crystallinity temperatures of polymers is not dependent on the concentration of TiO2 in the matrix and it does not improve thermal stability or mechanical properties. By analyzing the XRD diffraction peaks of the (110) and (200) planes of the polyethylene pure, in the nanocomposites and in the composite, it was observed that the presence of the TiO2 affects the crystallite size. Photodegradation experiments were carried out using Xenon lamp, in order to simulate sunlight irradiation. The irradiated samples were monitored with infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and CO2 evolution. According to the results, it was possible to observe a strong influence of the inorganic load on the polymer degradation.