Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Scuracchio / Tese (doutorado0 - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / O objetivo principal deste trabalho foi a produção de blendas dinamicamente revulcanizadas contendo polietileno de alta densidade (HDPE) e ground tire rubber (GTR) desvulcanizada via micro-ondas. Ele vem de encontro a um grande problema mundial que é a disposição de resíduos de elastômeros vulcanizados, especialmente de pneus, que trazem consigo graves problemas ambientais e de saúde pública, já que estes materiais necessitam de longos períodos de tempo para que se degradem naturalmente devido à sua estrutura de ligações cruzadas, presença de estabilizantes e outros aditivos em sua formulação. Uma utilização da GTR que vem sendo amplamente estudada por pesquisadores é em blendas poliméricas, tendo por uma das fases um polímero termoplástico. Neste contexto, o papel da desvulcanização dos elastômeros é aumentar a interação entre o material virgem e o reciclado, diminuindo a degradação das propriedades do produto acabado com a sua incorporação e possibilitando o aumento da quantidade de borracha reciclada no composto de borracha reciclada/termoplástico. A desvulcanização torna o elastômero desvulcanizado um material fluido, possibilitando um melhor controle do tamanho de partículas durante o processo de mistura da blenda pelos processos de quebra na aplicação de altas taxas de cisalhamento. Além disso, ao tornar-se um material fluido, é possível a incorporação de uma quantidade maior de borracha ao termoplástico sem grande prejuízo à sua processabilidade. No entanto, a literatura não dispõe de trabalhos nos quais o estudo da evolução da morfologia de blendas dinamicamente revulcanizadas contendo GTR desvulcanizada por micro-ondas é realizado, e esse estudo é uma das principais etapas deste trabalho. Do mesmo modo, não são encontrados trabalhos sobre blendas contendo GTR desvulcanizada analisando os efeitos da adição de argilas de diferentes formatos (lamelar e tubular) em suas propriedades finais, especialmente nas propriedades reológicas, o que também se propõe o presente trabalho. Em suma, este trabalho tem como objetivos propor uma possível solução para o problema de descarte de resíduos sólidos através da produção de uma blenda dinamicamente revulcanizada contendo HDPE e GTR desvulcanizada via micro-ondas, bem como diminuir algumas lacunas observadas atualmente na literatura com os resultados do estudo da evolução da morfologia de blendas dinamicamente revulcanizadas contendo GTR desvulcanizada e o efeito da adição de diferentes argilas nesse sistema. / The main objective of this work was the production of dynamically revulcanized blends containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves. It comes against a big global problem which is the waste disposal of vulcanized elastomers, especially tires, which bring with them serious environmental and public health problems, since these materials require long periods of time to degrade naturally due to its structure of cross-linkings, and the presence of stabilizers and other additives in its formulation. A way of using the GTR that has been widely studied by researchers is as polymer blends where one of the phases is a thermoplastic polymer. In this context, the role of elastomers devulcanization is to increase the interaction between virgin and recycled material, reducing the degradation of properties of the finished product with its incorporation and making it possible the increase of the recycled rubber amount in the compound recycled rubber/thermoplastic. The devulcanization transformes devulcanized elastomer into a fluid material, allowing a better control of the particle size during the mixing process of the blend by breaking processes in the application of high shear rates. In addition, by becoming a fluid material, it is possible the incorporation of a higher amount of elastomer to the thermoplastic without great damage to its processability. However, the literature does not have works in which the study of the morphology evolution of dynamically revulcanized blends containing GTR devulcanized by microwaves is performed, and this study is one of the main stages of the present work. Likewise, it is not found works on blends containing devulcanized GTR analyzing the effects of addition of clays from different shapes (lamellar and tubular) on their final properties, especially on rheological properties, which also sets out the present work. Summarizing, this work aims to propose a possible solution to the problem of solid waste disposing by producing a dynamically revulcanized blend containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves, as well as decrease some gaps observed currently in the literature with the study of the morphology evolution of dynamically revulcanized blends containing devulcanized GTR and the effect of addition of different clays on these systems.

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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3017.pdf: 8411236 bytes, checksum: 11eb2089b02db1886ae4503189da1116 (MD5) Previous issue date: 2010-03-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / The objective of the current project was the obtainment of cellulose nanofibers from curaua fibers and their application on the development of polymeric nanocomposites with EVA. A study of cellulose extraction according to the pre-treatment of the curaua fibers (mercerization with 5, 10, 15 and 17.5% NaOH solutions), acid solution used in acid hydrolysis (sulfuric (H2SO4), hydrochloric (HCl), and a mix of them (2:1 v/v)) and temperature of hydrolysis (45oC e 60oC) was carried out. Morphological analysis presented nanofibers with needle-like morphology, and similar lengths and diameters. It was noticed that the addition of hydrochloric acid to promote hydrolysis improved thermal stability of nanofibers, if compared to those hydrolyzed with sulphuric acid only, independent of fibers pre-treatment of the fibers. Nanocomposites and composites were prepared with EVA and nanofibers or mercerized fibers, with 1, 3, 5 and 7 wt% of nanofibers and 1-30 wt% of mercerized fibers, to evaluate the effect of concentration and reinforcement of nanofibers on composites properties as compared with micrometric scale fibers. The extrusion process, to incorporation of nanofibers in EVA matrix, was not enough to disperse and break of clusters of nanofibers down, which behaved as micrometric particles with low aspect ratio, but they were well adhered to the matrix, even without the use of compatibilizers. Mechanical properties of the nanocomposites presented a small increase in elastic modulus with a decrease in strain at break. For composites with mercerized curaua fibers, the extrusion process presented good fiber dispersion. The composites showed an increase on mechanical properties, mainly elastic modulus, with the increase of fiber content, greater than 7%, but with no significant changes in thermal properties. / Este projeto de doutorado teve como objetivo a obtenção de nanofibras de celulose a partir de fibras de curauá e sua aplicação no desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos com EVA (copolímero etileno-co-acetato de vinila). Inicialmente, foi realizado um estudo de extração das nanofibras frente às variações no pré-tratamento da fibra de curauá (mercerização com soluções com 5, 10, 15 e 17,5% de NaOH), tipo de ácido empregado na hidrólise (ácido sulfúrico (H2SO4), ácido clorídrico (HCl) e mistura de ácidos sulfúrico e clorídrico (2:1 v/v)) e temperaturas de extração (45oC e 60oC). As análises morfológicas apresentaram nanofibras com formato acicular e com dimensões semelhantes. A introdução de HCl na hidrólise aumentou a estabilidade térmica das nanofibras, em relação àquelas hidrolisadas somente com H2SO4, independente do pré-tratamento a que as fibras foram submetidas. Nanocompósitos e compósitos foram preparados com EVA e nanofibras ou fibras mercerizadas, com teores entre 1 e 7% em massa de nanofibras e entre 1 e 30% em massa de fibras, para avaliar o efeito da concentração e da ação reforçante das nanofibras na matriz polimérica em relação às fibras micrométricas. O processo de extrusão, para a incorporação de nanofibras na matriz de EVA, não foi eficiente na dispersão e desagregação dos aglomerados de nanofibras, que se comportaram como partículas micrométricas com baixa razão de aspecto, mas com boa adesão na matriz, mesmo sem a utilização de agentes compatibilizantes. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos apresentaram um pequeno aumento no módulo elástico, com decaimento da elongação na ruptura. Porém, não foram observadas alterações significativas nas propriedades térmicas e no comportamento reológico dos nanocompósitos. Para os compósitos com fibras de curauá mercerizadas, o processo de extrusão proporcionou uma boa dispersão das fibras na matriz. Os compósitos apresentaram aumento das propriedades mecânicas, principalmente módulo elástico, com o aumento do teor de fibras maiores que 7%, porém sem alterações significativas nas propriedades térmicas. Este projeto de doutorado teve como objetivo a obtenção de nanofibras de celulose a partir de fibras de curauá e sua aplicação no desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos com EVA (copolímero etileno-co-acetato de vinila). Inicialmente, foi realizado um estudo de extração das nanofibras frente às variações no pré-tratamento da fibra de curauá (mercerização com soluções com 5, 10, 15 e 17,5% de NaOH), tipo de ácido empregado na hidrólise (ácido sulfúrico (H2SO4), ácido clorídrico (HCl) e mistura de ácidos sulfúrico e clorídrico (2:1 v/v)) e temperaturas de extração (45oC e 60oC). As análises morfológicas apresentaram nanofibras com formato acicular e com dimensões semelhantes. A introdução de HCl na hidrólise aumentou a estabilidade térmica das nanofibras, em relação àquelas hidrolisadas somente com H2SO4, independente do pré-tratamento a que as fibras foram submetidas. Nanocompósitos e compósitos foram preparados com EVA e nanofibras ou fibras mercerizadas, com teores entre 1 e 7% em massa de nanofibras e entre 1 e 30% em massa de fibras, para avaliar o efeito da concentração e da ação reforçante das nanofibras na matriz polimérica em relação às fibras micrométricas. O processo de extrusão, para a incorporação de nanofibras na matriz de EVA, não foi eficiente na dispersão e desagregação dos aglomerados de nanofibras, que se comportaram como partículas micrométricas com baixa razão de aspecto, mas com boa adesão na matriz, mesmo sem a utilização de agentes compatibilizantes. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos apresentaram um pequeno aumento no módulo elástico, com decaimento da elongação na ruptura. Porém, não foram observadas alterações significativas nas propriedades térmicas e no comportamento reológico dos nanocompósitos. Para os compósitos com fibras de curauá mercerizadas, o processo de extrusão proporcionou uma boa dispersão das fibras na matriz. Os compósitos apresentaram aumento das propriedades mecânicas, principalmente módulo elástico, com o aumento do teor de fibras maiores que 7%, porém sem alterações significativas nas propriedades térmicas.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-10-21T11:06:49Z No. of bitstreams: 1 DissCFY.pdf: 2690718 bytes, checksum: 3c8c5c6ae684c123ba4438797595d4b4 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:37:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCFY.pdf: 2690718 bytes, checksum: 3c8c5c6ae684c123ba4438797595d4b4 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:37:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCFY.pdf: 2690718 bytes, checksum: 3c8c5c6ae684c123ba4438797595d4b4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T18:37:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissCFY.pdf: 2690718 bytes, checksum: 3c8c5c6ae684c123ba4438797595d4b4 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The increase on the price of fertilizers, and the high Brazilian importing dependency of this material, raise the cost of cultures. Such cost may be reduced by more efficient and efficiently used fertilizers. From an economical point of view, urea is one of the most interesting commercial choices available for nitrogen based fertilizers. However, using it in its pure form is not appropriate, for the loss of nitrogen through volatilization into the atmosphere may reach extreme values, diminishing its efficiency when applied on the ground's surface. In this work, nitrogen losses can be reduced by condensation polymerization of urea and formaldehyde, and by adding mineral clay to this nanocomposite to act as a diffusion barrier and to adsorb urea. Extrusion shows to be an advantageous process to produce in one step a bead with satisfactory strength and easy handling. A solid precursor of formaldehyde (paraformaldehyde) was successfully used to facilitate the polymerization process, and the reaction occurred in the bead due to the formation of formaldehyde in situ owing to the temperature rise and water addition. Incubation soil tests showed that the higher content of polymer phase in the material trended to cause a higher delay in the release of total N applied. It was also observed an increase in mechanical strength and Young modulus by flexural bending strength tests to higher content of polymer phase compositions. Although the final bead fertilizer has a lower N content than pure urea, its use is potentially interesting owing to extrusion mass production process and the subsequent polymerization step in moderate temperature. / O aumento do preço dos fertilizantes e a forte dependência brasileira da importação desses insumos aumentam o custo de produção das culturas. Este custo pode ser reduzido pelo uso eficiente dos fertilizantes. Do ponto de vista econômico, a ureia é uma interessante opção comercial disponível para a adubação com nitrogênio. Porém, utilizá-la na forma pura não é adequada, pois a perda de nitrogênio por volatilização para a atmosfera pode atingir valores extremos, diminuindo a sua eficiência quando aplicada sobre a superfície do solo. Assim, neste trabalho a redução destas perdas pôde ser alcançada pela polimerização por condensação da ureia com formaldeído e através da formulação deste polímero como nanocompósito, no qual argilominerais atuaram como meios de barreira difusional e de adsorção química da ureia. Para a produção deste material, o processo de extrusão se mostrou vantajoso, permitindo a formulação do produto como grânulo, em etapa única e com resistência ao manuseio satisfatória após processo. Para facilitar o processo de polimerização, um precursor do formaldeído em fase sólida (paraformaldeído) foi utilizado com sucesso, obtendo-se a reação no grânulo final pela produção in situ do formaldeído pelo aumento da temperatura e reação com a água de mistura. Foi verificado em ensaios de incubação em solo que ao aplicar o fertilizante com maior teor de fase polimérica, o material apresentou tendência de maior retardo na liberação total de N aplicado. Ainda, foi observada a tendência de aumento de módulo elástico e resistência mecânica através de ensaios mecânicos de flexão por três pontos para composições com maior teor de fase polimérica. Apesar do fertilizante final ter menor teor de N que a ureia pura, seu uso é potencialmente de interesse devido ao processo de produção em massa conseguido pela extrusão contínua e posterior polimerização à temperatura moderada.

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-02T12:48:47Z No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-02T12:49:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-02T12:49:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-02T12:49:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) Previous issue date: 2016-07-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In the present work epoxy/ MWCNT/ mineral fillers nanocomposites were obtained using ultrasonication and calendering. The effect of addition of mineral filler (calcium carbonate, montmorillonite and sepiolite) in electrical, mechanical and thermal properties of epoxy/ MWCNT were analyzed. Two different CNT were studied, with different aspect ration and purity, however only Nanocyl CNT’s presented improvement in the nanocomposites electrical properties and for that reason was employed for hybrid epoxy/ MWCNT/ mineral nanocomposites production. The electrical percolation threshold was determined as 0.04 wt% and for 0.3 wt% the electrical conductivity reached 1.29X10-2 S/m. The addition of calcium carbonate and montmorillonite improved electrical conductivity for epoxy nanocomposites produced with 0.05 wt% CNT and the same behavior was observed for epoxy/ MWCNT / sepiolite nanocomposites at 0.1 wt% CNT. The epoxy/ MWCNT nanocomposite at 0.05% CNT when produzed via calendering presented improvement in the electrical conductivity compared to the same nanocomposite produced via ultrasonication. For epoxy/ MWCNT at 0.05 wt% of CNT, the addition of calcium carbonate in the nanocomposite led to an electrical conductivity 1 decade higher than the epoxy/ 0.05 wt% CNT nanocomposite produced via calendering. The mineral fillers also modified thermal and mechanical behavior of the nanocomposites, and improvements in flexural modulus, thermal stability and Tg were observed. / Neste trabalho produziu-se nanocompósitos híbridos de resina epóxi/ NTCPM/ cargas minerais utilizando-se sonicação de alta energia e calandragem, e estudou-se a influência da adição de diferentes cargas minerais (carbonato de cálcio, montmorilonita e sepiolita) nas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas de nanocompósitos epóxi/NTCPM. Neste trabalho foram utilizados dois diferentes tipos de nanotubos de carbono, com razões de aspecto e purezas diferentes, e verificou-se que somente um deles apresentou melhoria nas propriedades elétricas dos nanocompósitos epóxi/NTCPM, o qual foi empregado na produção de nanocompósitos híbridos epóxi/ NTCPM/ cargas minerais. A percolação elétrica dos nanotubos de carbono foi determinada em aproximadamente 0,04% em massa, e para um teor de 0,3% em massa de nanotubos de carbono, a condutividade elétrica atingiu 1,29X10-2 S/m. Nos nanocompósitos processados via sonicação de alta energia, observou-se elevação da condutividade elétrica com a adição de montmorilonita sódica e carbonato de cálcio para os teores de 0,05% em massa de NTCPM e com a adição de sepiolita somente para o teor de 0,1% em massa de NTCPM. Nos nanocompósitos processados via calandragem, o nanocompósito de resina epóxi/ 0,05% NTCPM apresentou condutividade elétrica duas vezes superior ao mesmo nanocompósito processado via sonicação de alta energia e a adição de carbonato de cálcio elevou a condutividade elétrica do nanocompósito de resina epóxi/ 0,05% NTCPM/ carbonato de cálcio em uma ordem de grandeza quando comparado ao nanocompósito epóxi/ 0,05% NTCPM processado via calandragem. A adição de NTCPM e cargas minerais também modificou os comportamentos mecânico e térmico dos nanocompósitos, elevando-se o módulo elástico em flexão, resistência térmica e Tg. / FAPESP: 2014/16299-8

In this work, we report the synthesis of submicrometer calcium carbonate particles using the simplest approach of mixing solutions of calcium chloride and ammonium carbonate inorganic precursors in presence of crystallization modifiers. The typical crystallization of CaCO3 into large calcite crystals with rhombohedral morphology changed to very small (down to 0.8 μm) uniform spherical vaterite particles upon addition of small amounts (0.01 to 2.00 mg/mL) of the anionic homopolymer poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS).The reaction temperature must be preferably kept low around 25 °C. Heating induces the formation of an unstable hydrated phase, which is quickly converted back to the most stable structure, however with some broadening in the particle size distribution. In contrast, large spheres made of a collection of calcite polycrystallite aggregates formed in presence of poly(acrylic acid) (PAA) under otherwise the same experimental conditions. Crystal growth in a preorganized environment created by selective distribution of Ca(II) ions onto the shell of polyestyrene-b-poly(acrylic acid) (PS-b-PAA) core-shell spherical micelles revealed a rather poor control of size and morphology. Therefore, PSS anionic homopolymer can be applied to the synthesis of submicrometer CaCO3 particles from solutions of inorganic salts, which is a much cheaper and sustainable method than controlled CO2 gas production and diffusion. Representative polymer@CaCO3 particle systems were used to prepare PCL-based composites, of which the rheological behavior was accessed by oscillatory rheology. / No presente trabalho, que se refere à síntese de partículas submicrométricas de carbonato de cálcio usando uma abordagem mais simples da mistura de soluções de cloreto de cálcio e carbonato de amônio, precursores inorgânicos na presença de modificadores de cristalização. A cristalização típica de CaCO3 em grandes cristais de calcita com morfologia romboédrica os quais sofreram alteração para partículas pequenas (abaixo de 0,8 um) e uniformes de vaterita se deu após a adição de pequenas quantidades (0,01 a 2,00 mg/ml) do homopolímero aniônico poli (estirenosulfonado de sódio) (PSS). A temperatura da reação deve ser preferencialmente mantida em torno de 25 °C. O aquecimento induz a formação de uma fase hidratada instável, que é rapidamente convertida para a estrutura mais estável, porém, com um aumento de tamanho da partícula. Em contrapartida, com a utilização de poli (ácido acrílico) (PAA), produziu-se grandes esferas formadas por um conjunto de agregados policristalinos de calcita sob as mesmas condições experimentais. O crescimento de cristais em um ambiente pré-organizado criado pela distribuição seletiva dos íons de Ca II na corona de poliestireno-b-poli (ácido acrílico) (PS-b- PAA), formando micelas esféricas do tipo núcleo- corona revelou um fraco controle do tamanho e da morfologia. Portanto, o homopolímero aniônico PSS pode ser aplicado à síntese de partículas submicrométricas de CaCO3 a partir de soluções de sais inorgânicos, tal método apresenta-se mais barato e sustentável tendo liberação de CO2 de forma controlada. Sistemas representativos de partículas de polímero@CaCO3 foram utilizados para preparar os compósitos à base de Poli (Caprolactona) (PCL), onde o comportamento reológico foi analisado por reologia oscilatória.

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo do Nascimento.pdf: 17308021 bytes, checksum: 2ed27e1acd450db70b3f3070fc023b66 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work were studied nanodielectric epoxy coatings DGEBA/OTBG reinforced with alumina anoparticles of 10nm and zinc oxide nanopaticles of 90nm. The nanocomposites were processed by twin-screw extrusion with filler fractions of 1%phr, 3%phr, 6%phr and 15%phr. The particle dispersion was investigated with the FIB/FESEM method. Then, the images collected were treated for quantitative analysis of the dispersion. Two methods were used to quantify the dispersion. First, the index for nearest neighbor distance NND showed that nanocomposites reinforced with alumina have a greater state of agglomeration NND=0.45 compared to ZnO-nanocomposites reinforced with NND=0.65. This occured due to the higher surface area of the nanoparticles alumina. Second, a multifractal analysis of the particles-agglomerated distribution was performed. In this ase, the thesis presented suggests that the interphase percolation threshold should occur when the fractal imension of the agglomerations is similar to fractal dimension of the individual particles distribution. From the critical percolation threshold estimated by the dielectric behavior was possible to calculate the interphase thickness, correlating the state of dispersion and the dielectric breakdown of the nanocomposites. Was found a nterphase with 61nm for nanocomposites reinforced with ZnO and 12nm for nanocomposites reinforced with alumina. The dielectric spectra showed a quasi-DC conductivity behavior in nanocomposites with lower filler fraction due to the trapping of additional water molecules in the electrical diffuse double-layer in interfaces. As the filler loading is increased, the interfacial polarization is less pronunciated because the larger overlapping of interphase. When the percolation threshold is reached in nanocomposites with higher fraction of particles, the material exhibits conductivity-DC. The dielectric behavior corroborates the measured value of the dielectric breakdown. The nanocomposites reinforced with 1%phr of ZnO and alumina are increased by 50% and 34% the dielectric breakdown as compared to DGEBA/OTBG pristine matrix. Whereas in nanocomposites reinforced with 15%phr at interphase percolation threshold, the variation in dielectric breakdown was deleterious. It is shown that the addition of nanoparticles does not cause change in free volume of the polymer matrix, thus the free volume changes did not corroborate the nanodielectrics performance. The calorimetric aspects of the curing reaction and mechanical properties were also investigated. It was observed that the zinc oxide catalyzes the crosslinking reaction by decreasing the activation energy of 65kJ/mol in the neat epoxy matrix to 53kJ/mol in the nanocomposite. Thus, its mechanical behavior is unlike modified due to variation in crosslink density of the matrix. While the use of nanoparticles of Al2O3 leads to mechanical toughness of nanocomposite, the addition of ZnO nanoparticles leads to embrittlement, as seen through cracks induced by scratch test. The glass transition temperature and hardness were increased to 95°C and 177MPa the neat epoxy matrix to 104°C and 198MPa in the ZnO-nanocomposite, showing a direct relationship with the effect of adding the nanoparticles in the crosslinking reaction. / Neste trabalho estudou-se revestimentos epoxídicos nanodielétricos DGEBA/OTBG reforçado com nanopartículas de alumina 10nm e oxido de zinco 90nm. Os nanocompósitos foram processados por extrusão dupla-rosca com frações de reforços de 1%phr, 3%phr, 6%phr e 15%phr. A dispersão das partículas foi investigada com o método FIB/FESEM. Então, as imagens coletadas foram tratadas para as analises quantitativas da dispersão. Dois métodos foram empregados na quantificação da dispersão. Primeiro, o índice para o vizinho mais próximo NND mostrou que os nanocompósitos reforçados com alumina apresentam um maior estado de aglomeração NND=0,45 em comparação aos nanocompósitos reforçados com ZnO NND=0,65. Isto ocorreu devido a superior área superficial das nanopartículas de alumina. Segundo, foi realizada uma analise multifractal da distribuição de partículas-aglomerados. Neste caso, a tese apresentada propõe que o limiar de percolação da interfase deve ocorrer quando a dimensão fractal das aglomerações for da mesma ordem da dimensão fractal da distribuição de partículas individuais. A partir do limiar critico de percolação estimado pelo comportamento dielétrico foi possível calcular a espessura da interfase correlacionando o estado de dispersão e a rigidez dielétrica dos nanocompósitos. Encontrou-se uma interfase com 61nm para os nanocompósitos reforçados com ZnO e com 12nm para os nanocompósitos reforçados com alumina. Os espectros dielétricos mostram um comportamento de condutividade quasi-DC nos nanocompósitos com pequena fração de reforços devido ao aprisionamento das adicionais moléculas de aguas nas duplascamadas elétricas nas interfaces. A medida que a fração e aumentada ocorrer uma polarização interfacial menos intensa dada a maior sobreposição das regiões de interfase. Quando o limiar de percolação e atingido nos nanocompósitos com grande fração de partículas, o material apresenta condutividade-DC. O comportamento dielétrico corrobora com o valor medido da rigidez dielétrica. Os nanocompósitos reforçados com 1%phr de alumina e ZnO aumentaram respectivamente em 50% e 34% o valor da rigidez dielétrica em comparação com a matriz DGEBA/OTBG não reforçada. Ao passo que, nos nanocompósitos com a interfase percolada reforçados com 15%phr a variação da rigidez dielétrica foi deletéria. Mostrou-se que a adição de nanopartículas não causa variação no volume livre da matriz polimérica, portanto, alterações do volume livre não corroboram para o desempenho de nanodielétricos. Os aspectos calorimétricos da reação de cura e as propriedades mecânicas também foram investigados. Observou-se que, o oxido de zinco catalisa a reação de reticulação diminuindo a energia de ativação de 65kJ/mol na matriz epoxídica não reforçada para 53kJ/mol no nanocompósito. Assim, o seu comportamento mecânico e diferentemente alterado devido a variação na densidade de reticulação da matriz. Enquanto, a utilização de nanopartículas de Al2O3 leva a tenacificação mecânica do nanocompósito, a adição de ZnO leva a fragilização, como verificado através de trincas induzidas com teste por risco realizado com um nanoindentador. A dureza e a temperatura de transição vítrea foram aumentadas de 177MPa e 95°C na matriz não reforçada para 198MPa e 104°C nos nanocompósitos, mostrando direta relação com o efeito da adição das nanopartículas na reação de reticulação.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Opelt.pdf: 7615127 bytes, checksum: 5e43e822ab87a7a0d10b15340d565e38 (MD5) Previous issue date: 2013-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Suitable cure processes produces epoxy resins with a large quantity of crosslinks. In this way, it has a brittle behavior. One of the many ways to enhance the fracture toughness of epoxy resins, without prejudice the tension resistance, can be made by the addition of nanoparticles. However, there are still some contradictions in the factors of influence (particle size, dispersion state, adhesion, concentration and aspect ratio). This work attempted to evaluate the phenomena involved in the mode I crack propagation on epoxy matrix nanocomposites. For this, nanocomposites with different type of nanoparticle (γ-alumina, multiwalled carbon nanotubes, natural montmorillonite clay and organophilic montmorillonite clay), in three different volumetric concentrations (0.15%, 0.5%, 1.5%) were prepared using the same procedure. Mechanical (ultimate stress, elasticity modulus, ultimate strain and fracture toughness) and thermal properties (cure and glass transition temperature) were analyzed, moreover the mechanisms acting on the enhancement of the rigidity and fracture toughness. The formation of an interconnected network of nanoparticles/agglomerates was observed for the epoxy/alumina nanocomposites, providing enhancements in the elasticity modulus and in the glass transition. Further observations showed a fracture toughness 15% higher than the neat epoxy, where the main mechanism acting is the cavitation and shear yielding. The epoxy/organophilic clay showed no significant changes in the mobility of the polymer chains. This is reflected in the elasticity modulus and glass transition temperature, being the probable cause the existence of micrometric agglomerates observed by TEM. A transition in the acting crack propagation mechanism was observed with a rise in the nanoparticle concentration. While for the epoxy/natural clay, it was noted a enhancement of the elasticity modulus and the glass transition with a rise in the nanoparticles concentration. This behavior is due to a decrease in the mobility of the polymer chains. For the fracture toughness, values 20% higher were observed and the cause was the deflection of the crack propagation front. Finally, the additions of carbon nanotubes provided rises on the elasticity modulus, due to a homogeneous dispersion and an efficient stress transfer. A decrease in the glass transition temperature were also observed, this was attributed to the impediment of the crosslinks caused by the nanotubes. The fractures have demonstrated an interaction between the nanotubes and the matrix, even with the occurrence of pull-out of nanotubes in regions of higher nanotube concentration. / Processos de cura adequados proporcionam às resinas epóxi muitas ligações cruzadas. Desta forma, seu comportamento é frágil. Uma das muitas formas de aumentar a tenacidade à fratura das resinas epóxi, sem provocar diminuições na resistência à tração, pode-se dar pela adição de nanopartículas rígidas. Porém, ainda há contradições quanto aos fatores de influência (tamanho de partícula, estado de dispersão, adesão, concentração, razão de aspecto). Este trabalho buscou avaliar os fenômenos envolvidos na propagação de trincas (iniciadas em modo I) em nanocompósitos de matriz epóxi. Para isto, diferentes tipos de nanopartículas (γ-alumina, nanotubos de carbono de paredes múltiplas, argila montmorilonítica natural e argila montmorilonítica organofílica), em três diferentes concentrações (0,15%, 0,5% e 1,5% em volume) foram preparados usando a mesma rota. Foram analisados para os nanocompósitos em questão as propriedades mecânicas (tensão de ruptura, módulo de elasticidade, deformação na ruptura e tenacidade à fratura) e propriedades térmicas (cura, temperatura de transição vítrea), além do estado de dispersão e dos mecanismos atuantes no aumento da rigidez e da tenacidade à fratura. Para os nanocompósitos com nanopartículas de alumina, observou-se a formação de uma rede interligada de nanopartículas/aglomerados, o que proporcionou aumentos tanto no módulo de elasticidade quanto na transição vítrea. Foram ainda observados aumentos de 15% na tenacidade à fratura, onde o principal mecanismo atuante foi o de cavitação seguida de escoamento por cisalhamento. Os nanocompósitos epóxi/argila organofílica não apresentaram alterações significativas na mobilidade das cadeias poliméricas, se refletindo no módulo de elasticidade e na transição vítrea, sendo a provável causa os aglomerados micrométricos, observados por microscopia. Observou-se também uma transição entre os mecanismos atuantes na propagação da trinca (entre os mecanismos de deflexão e de imobilização de trinca), de acordo com o aumento da concentração de nanopartículas. Já para os nanocompósitos epóxi/argila natural, notou-se aumentos na transição vítrea e no módulo de elasticidade, com o aumento na concentração de nanopartículas. Este comportamento é atribuído às diminuições na mobilidade das cadeias poliméricas. Quanto à tenacidade, foram observados aumentos de até 20%, causado principalmente pela deflexão da frente de propagação da trinca. Em relação à adição de nanotubos de carbono em matriz epóxi, foram encontrados aumentos no módulo de elasticidade, devido a uma dispersão homogênea que proporcionou uma eficiente transferência de tensões. Foram observados também diminuições na transição vítrea, que foram atribuídos ao impedimento histérico dos nanotubos às ligações cruzadas da resina epóxi. As fraturas observadas demonstraram uma interação entre nanotubos e a matriz, inclusive com a ocorrência de pullout de nanotubos em regiões com uma maior concentração de nanotubos de carbono.