I have examined three different topological forms of a material modifier. The modifier is silicone and the three topological forms are cyclic, linear tethers and networked siloxane bonds in the form of a nanoparticulate. Often silicones, or siloxanes, are added to a material because of its unique properties that are related to its inorganic or inorganic-organic hybrid character. This dissertation addresses either the synthesis of silicones for material modification or the effect of the adding silicones to a variety of substrates and polymeric systems. Chapters 2 and 3 present research focused on the first topological form, cyclic PDMS. The synthesis of cyclic polymers is very important to the synthesis and subsequent characterization of cyclic containing multi-component materials. Cyclic PDMS is formed via ring-chain depolymerization and bimolecular coupling and the unique issues associated with the formation, purification and analysis of cyclic polymer topologies. The goal of the work described in these chapters was to find a straightforward high-yield route to form large cycles of PDMS in a relatively high purity. Chapter 4 focuses on the modification of the next topological form, linear polymers as tethers for surface modification and presents a novel concept for surface-modifying compounds; the incorporation of an ionic-reactive functionality into PDMS is presented. The idea being its ionic character will increase affinity for the surface, surface coverage and levelness, while the subsequent reactive fixation will permanently modify the surface to improve retention and fastness. The use of such chemistry has not been applied for surface modification protocols. Chapters 5, 6 and 7 discuss the characterization of systems with the third topological form incorporated. They include differences in the viscoelastic behavior of PVAc/silica nanocomposites and the neat PVAc matrix, relating those differences to polymer dynamics and structure as determined by several solid-state NMR experiments. The latter two chapters pertain to PVAc/silica nanocomposites with PDMS surface treatments. Specifically, evaluating how polymer dynamics and structure changes particularly at the interfaceinterphase with various PDMS surface treatments having different topologies at the surface.

Magister Scientiae - MSc / This work reports the chemical synthesis, characterisation and electrochemical application of titanium dioxide (TiO2) and iron oxide (Fe2O3) nanoparticles in the determination of phthalates. The other part of this work involved electrochemical polymerization of aniline doped with titanium and iron oxide nanoparticles for the sensor platform in the electrolytic determination of phthalates. The TiO2 and Fe2O3 nanoparticles were prepared by sol gel and hydrothermal methods respectively. Particle sizes of 20 nm (TiO2) and 50 nm (Fe2O3) were estimated from transmission electron microscopy (TEM) The other technical methods used in this study for the characterization of the TiO2 and iron oxide Fe2O3 NPs were SEM, XRD and UV- visible spectroscopy. Cyclic voltammetry, square wave voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to study the electrochemical properties of the nanoparticles. These electrochemical studies of the nanoparticles were performed with a Fe2O3 or TiO2/nafion/glassy carbon membrane electrode in 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0) and 0.1 M lithium perchlorate (pH 6.8) under an aerobic condition. / South Africa

Este trabalho traz como proposta a obtenção de nanocompósitos (PLA/HDPE-g-AM/HDPE-Verde/n-CaCO3) com propriedades mecânicas e de fluxo adequadas para aplicação no setor de embalagens. A produção desses nanocompósitos ocorreu por meio de uma mistura de PLA e polietileno proveniente de fonte renovável (HDPE-Verde), viabilizada pela ação do agente compatibilizante polietileno enxertado com anidrido maleico (HDPE-g-AM) e do aditivo carbonato de cálcio nanoparticulado (n-CaCO3), através do estudo das condições ótimas de processamento e composição, realizado por meio do Planejamento Fatorial Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). A obtenção deste balanço ótimo se deu ao se avaliar a influência dos fatores de estudo velocidade de rotação (100-400rpm), teor da fase dispersa PLA 2003D (0-35%) e teor da nanocarga mineral - n-CaCO3 (1-4%) sobre as propriedades mecânicas, térmicas, morfológicas e de fluxo dos nanocompósitos, através das variáveis de resposta - módulo de Young, resistência ao impacto, grau de cristalinidade (c) e índice de fluidez (MFI).Avaliações preliminares conduziram à escolha do PLA como fase dispersa dos compósitos. As variáveis de resposta do planejamento indicaram que a viscosidade dessas amostras é diretamente proporcional à concentração de n-CaCO3 e a velocidade de processamento, por promoverem, respectivamente, maior resistência ao escoamento e dispersão da carga. As composições apresentaram como característica resistência ao impacto similar ao comportamento do PLA puro e em contrapartida, módulo de Young similar a matriz de HDPE-Verde. A cristalinidade dos polímeros foi melhorada, observando-se uma ação mútua do HDPE-Verde e do PLA para este aumento, havendo ainda colaboração do n-CaCO3 e da velocidade de mistura. A morfologia dos compósitos foi função da velocidade que favoreceu maior dispersão e distribuição da fase dispersa e ainda por maiores teores de n-CaCO3 que ocasionaram a formação de gotas de PLA de menores dimensões, favorecendo uma estrutura mais homogênea. Maiores teores de PLA alteraram a morfologia dos compósitos, ocasionando a formação de grandes domínios dessa fase na forma de gota que atribuíram ao material maior rigidez. A avaliação individual do efeito do n-CaCO3 sobre o PLA e o HDPE-Verde individualmente apontaram que a ação da carga mineral em geral é benéfica para a melhoria das propriedades, com exceção da resistência ao impacto. Além disso, os resultados mostram que a compatibilizante HDPE-g-AM também minimiza a atuação da carga. Em relação à influência do HDPE-g-AM sobre a mistura HDPE-Verde/PLA é possível observar que a compatibilização da mistura tende a ocorrer, porém não de forma eficiente como o esperado

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No. of bitstreams: 1 DissVBS.pdf: 1740289 bytes, checksum: f0f9dfa6182cf0c0dfe8b39ff3cda89c (MD5) Previous issue date: 2015-11-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Poly(vinyl alcohol) - PVA is a high hydrophilic semicrystalline polymer which has excellent properties such as good chemical resistance and high biodegradability and biocompatibility. Due to its semi-crystalline nature, crystalline domains, under controlled conditions, may act as physical crosslinking points, while maintaining the integrity of the structure under swelling. This feature makes PVA hydrogels promising for the development of drug, or other bioactive substances, delivery systems. Another interesting feature of this kind of hydrogels is the ability to form high stable network from crystalline domains formed through freezing and thawing cycles. This method shows the formation of crystallites which act as physical crosslinks while maintaining the insolubility of the material in water. Recently many studies show the use of nanostructures to improve mechanics properties and diffusional behavior of small molecules. Paromomycin is an aminoglycoside antibiotic widely used for cutaneous leishmaniasis therapeutics in Brazil. In the last years some studies have revealed that the patience adhesion to the treatments of cutaneous leishmaniasis with ointments form is low. Therefore hydrogels are an interesting alternative to the ointment forms. As the main objective of this work was the preparation and characterization of poly(vinyl alcohol) hydrogels containing sepiolite nanoparticles for the preliminary feasibility of using as controlled release system for paromomycin, hydrogels were prepared by cryogelation process. This ensures the formation of the hydrogel, as long as the crystalline domains formed during the PVA cycles act as crosslinking points, allowing the membranes water transport measurements of the drug in the presence of sepiolite. In this investigation membranes were characterized by differential calorimetry, thermogravimetry and X-ray diffraction. Furthermore polymer retention, swelling in simulated body fluid, hemocompatibility and drug delivery were studied to establish structure-properties correlations. The results show that cryogelation cycles significantly alter the swelling of the membranes; interactions polymer-nanoparticle increases the rigidity of the amorphous phase. Comparing to pure PVA hydrogels, in nanocomposites hydrogels the hemolysis decreased. Increasing the percentage of nanoparticles the membrane crystallinity decreases. The samples degradation profile, the thermal stability and drug delivery profile are not modified by the amount of nanoparticles incorporated. / Poli(álcool vinílico) - PVA é um polímero semicristalino altamente hidrofílico que possui excelentes propriedades, como boa resistência química e elevada biodegradabilidade e biocompatibilidade. Devido à sua natureza semicristalina, os domínios cristalinos, sob condições controladas de crescimento, podem atuar como pontos de reticulação físicos, mantendo a integridade da estrutura sob inchamento. Esta característica torna hidrogéis de PVA bastante promissores em relação ao desenvolvimento de sistemas de carreamento de fármacos e outras substâncias bioativas. Soluções aquosas de PVA podem formar hidrogéis com boas propriedades mecânicas através de ciclos de resfriamento e aquecimento. Este método resulta na formação de cristalitos que atuam como reticulações físicas, mantendo a insolubilidade do material em água. Recentemente muitos estudos mostram o uso de nanoestruturas para melhorar as propriedades mecânicas e o comportamento difusional de pequenas moléculas. Paromomicina é um antibiótico aminoglicosídeo muito utilizado para o tratamento de Leishmaniose cutânea (LC) no Brasil. Nos últimos anos, estudos mostraram que a adesão de pacientes ao tratamento de LC com pomadas é baixa. Portanto hidrogéis são uma interessante alternativa para este tratamento. Como o principal objetivo deste trabalho foi o preparo e a caracterização de hidrogéis poliméricos nanocompósitos de PVA contendo nanopartículas de SEP para a viabilidade preliminar do uso como sistema de liberação controlada para paromomicina, os hidrogéis foram preparados através de um processo de criogelificação. Este procedimento garante a formação do hidrogel, pois os domínios cristalinos do PVA formados durante os ciclos atuam como pontos de reticulação da membrana, permitindo a avaliação das medidas de transporte de água e do fármaco das membranas na presença de SEP. Neste estudo as membranas foram caracterizadas através de calorimetria diferencial, termogravimetria e difração de raios-X. Ainda foram feitos estudos de retenção polimérica, inchamento em plasma simulado, hemocompatibilidade, carreamento e liberação de fármaco. Os resultados mostram que os ciclos de criogelificação alteram significativamente o inchamento das membranas; as interações polímero-nanopartícula aumentam a rigidez da fase amorfa. O grau de hemólise diminui nos hidrogéis nanocompósitos quando comparados com os hidrogéis puros. O aumento da porcentagem de nanopartícula diminui a cristalinidade da membrana. O perfil de degradação, a estabilidade térmica das amostras e a liberação do fármaco não são modificados pela quantidade de nanopartícula incorporada.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 1.pdf: 442291 bytes, checksum: f948228d7caa220f7398d3b07a84b8cc (MD5) Previous issue date: 2011-10-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Graphite is the cheapest and the most abundant source to obtain graphene. For a large scale production of graphene and its application in nanocomposites, reduction of graphite oxide (GO) method has been currently used. The graphite oxidation causes an introduction of functional groups which leads to an increase in graphite interlayer distance, producing GO. The GO can be reduced either by chemical or thermal methods. Several polymer matrices have been utilized to produce graphene nanocomposites, one of them is the epoxy resin. One of the challenges to produce polymer nanocomposites is the total dispersion of the nanofillers into the matrix and a strong matrix/nanofillers interfacial adhesion to obtain enhanced final properties. The aim of this work was the production of reinforcements for application in epoxy matrix nanocomposites. From natural graphite, some reinforcements were produced, such as sonicated graphite (SG), exfoliated graphite by supercritical fluid of carbon dioxide (GE-scCO2), GO, expanded GO (EGO) and chemical reduced GO (RGO). Among these, only the SG, GO and EGO were utilized in nanocomposites production at concentrations of 0.025, 0.05, 0.075 e 0.1 wt% in epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol-A (DGBEA). The results showed the graphite oxidation method was efficient to produce GO and both, chemical and thermal reduction methods, increases the thermal stability of the material, indicating high reduction level which was also verified by X-ray diffraction. The graphite exfoliation by scCO2 demonstrated to be a promising method for graphene production, although it had a low production rate. The results did not show significant changes in thermal stability and electrical conductivity of the nanocomposites, indicating an absence of a threshold percolation with the amounts of reinforcements studied. The most promising system to enhance mechanical properties of epoxy resin nanocomposites is that one with EGO, since it showed a tenacity increase and an improvement of ~70% in tensile strength, although the Young s modulus decreased. The results showed the reinforcements produced from the natural graphite have a great potential to be applied in structural nanocomposites, however to get more significant results on the properties evaluated, higher amounts of reinforcements and different dispersion methods should be studied further. / O grafite é a fonte mais abundante e de baixo custo para obtenção de grafeno. Para uma produção em larga escala de grafeno e sua aplicação em nanocompósitos, o método de redução do óxido de grafite (OG) tem sido o mais utilizado. Com a oxidação do grafite, grupos funcionais, são introduzidos na sua estrutura e causam o afastamento dos planos cristalinos do grafite, produzindo o OG. Sua redução pode ser realizada tanto por métodos químicos quanto térmicos. Várias matrizes poliméricas estão sendo utilizadas na produção de nanocompósitos com grafeno, dentre elas a resina epoxídica. Um dos desafios é proporcionar a dispersão total do nanoreforço na matriz e promover uma forte adesão interfacial matriz/nanoreforço para se obter melhores propriedades finais. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi produzir reforços a partir do grafite natural para aplicação em nanocompósitos poliméricos de matriz epoxídica. A partir do grafite natural, foram produzidos alguns reforços, como o grafite sonificado (GS), grafite esfoliado por fluido supercrítico de CO2 (GE-scCO2), OG, OG expandido (OGE) e OG reduzido quimicamente (OGR). Dentre estes, apenas o GS, OG e OGE foram utilizados na produção dos nanocompósitos, utilizando as concentrações de 0,025, 0,05, 0,075 e 0,1% m/m do reforço em matriz de resina epoxídica à base de éter diglicidílico do bisfenol A (DGEBA). Os resultados indicaram que o método de oxidação do grafite foi eficaz na produção de OG e que tanto a redução química quanto a térmica aumentou a estabilidade térmica do material, evidenciando alto grau de redução, comprovado também por difratografia de raios-X. A esfoliação do grafite por scCO2 se mostrou um método promissor na obtenção de grafeno, embora os resultados obtidos indicaram baixo rendimento de produção. Não foram observadas alterações significativas na estabilidade térmica e na condutividade térmica dos nanocompósitos, indicando que não se formaram redes de percolação nas concentrações estudadas. Os sistemas contendo OGE mostraram ser os mais promissores na melhoria das propriedades mecânicas, pois apresentou maior tenacidade e um incremento de até ~70% na resistência à tração, embora o módulo de Young tenha sido reduzido. Com base nestes dados, pode-se dizer que os reforços produzidos a partir do grafite natural possuem grande potencial para aplicação em nanocompósitos estruturais, porém para se obter resultados mais significativos a respeito das propriedades avaliadas, maiores concentrações de reforço e diferentes técnicas de dispersão devem ser estudadas.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Capitulo - 1.pdf: 90391 bytes, checksum: 33e046a11ac6f08cddd52a66b5806583 (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study PLLA nanocomposites have been produced with 0.25 and 0.50 (wt%) multiwall carbon nanotubes (MWCNT). The MWCNT were dispersed in solution using two different ways: with and without high energy sonication. The mechanical results were evaluated by means of nanoindentation and microhardness, the thermal results by differential scanning calorimetric, thermogravimetric analysis and the tribological results by pin-on-disc tests with two different normal loads (5 and 10N). It was observed a reduction of 4.2% in elastic modulus of neat PLLA produced by sonication. The largest increases in the modulus were obtained with a concentration of 0.25% (6.7% and 5.4% for sonication and without it). The microhardness showed an increase of 18% for the sample with 0.50%, regardless of treatment. It is also presented the results obtained by nanohardness which differ from microhardness. The sample with 0.25% had the lowest volume loss in most conditions tested in the pin-ondisk. Most of the samples, with normal load of 10N, showed a lower wear rate than the same sample with a load of 5N. The friction coefficient showed a high dispersion of data allowing only analyzes the trends. The wear mechanisms observed adhesion and abrasion, vary in their intensity after the addition of MWCNT. There is evidence that sonication causes a portion of the material to be removed through tribochemical wear. The glass transition temperature did not show variations. It was observed a progressive reduction in the onset temperature of degradation by thermogravimetric analysis with the incorporation of MWCNT. It was not obtained an increase in crystallinity with incorporation of MWCNT. / Neste trabalho produziu-se nanocompósitos de PLLA com 0,25% e 0,50% (m/m) de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NCPM). A dispersão dos NCPM foi feita em solução de duas maneiras distintas, sendo uma utilizando sonificação de alta energia e outra sem. Avaliou-se o módulo de elasticidade por nanoindentação, o comportamento térmico por calorimetria exploratória e pela análise termogravimetria e as propriedades tribológicas dos nanocompósitos e do polímero puro através do ensaio de pino sobre disco com cargas de 5 e 10N. Pode-se observar uma queda de 4,2% no módulo de elasticidade no PLLA puro produzido com a sonificação. Os maiores aumentos no módulo foram obtidos com a concentração de 0,25% (5,4% e 6,7% para as sem sonificação e com sonificação). A microdureza apresenta um aumento até 18% para a amostra com 0,50%, independente do tratamento. Também se apresentam os resultados obtidos pela nanodureza que diferem dos obtidos da microdureza. A amostra com 0,25% obteve o menor volume removido na maioria das condições testadas no ensaio pino e disco. O coeficiente de atrito apresentou grande dispersão permitindo somente analisar as suas tendências. Os mecanismos de desgaste observados, adesão e abrasão, variam de intensidade com a incorporação de NCPM. Há indícios que a sonificação faz com que parte do material removido seja através do desgaste triboquímico. A temperatura de transição vítrea não apresentou variações. Foi verificada uma redução progressiva na temperatura de início de degradação por análise termogravimétrica com a adição dos NCPM. Não foi notada uma variação significativa na cristalinidade com incorporação de NCPM.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tarcisio Sanson Sene.pdf: 3938998 bytes, checksum: 4f0f85a51934cd08bc44991295bfcef1 (MD5) Previous issue date: 2012-06-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Interesting changes in mechanical and electrical conductivity properties of polymeric matrixes are provided by dispersing carbon nanotubes, obtaining a nanocomposite. Current researches showed an effect of assisted dispersion of carbon nanotubes (CNT) by montmorilonite clay in an epoxy matrix, in a way that increments of clay provided better dispersion of CNT in the matrix, increasing the nanocomposite electrical conductivity when the same fraction of CNT was kept. This work intended to assess the effect of the simultaneous dispersion of a montmorillonite clay and CNT on a diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) epoxy matrix. Further, the assisted dispersion of CNT was assessed by two different montmorillonite clays: as natural (MMT-Na) and an organoclay (MMT-30B). The nanocomposites were fabricated by in situ polymerization method, using high energy sonication as the dispersion method, without the aid of solvents in the medium. The nanocomposites were molded by casting or by resin transfer molding (RTM), adding 27% v/v of glass-fibers in the latter molding method, obtaining a hybrid micro/nanocomposite. The glass transition temperature (Tg) of the nanocomposites was increased until 10ºC for the samples containing MMT-30B clay, however it practically did not change with the dispersion of MMT-Na clay, when compared to the Tg of the neat epoxy matrix. In the other hand, the simultaneous dispersion of CNT with each one of the clays provided two different Tg behaviors, with the same 10ºC increasing in Tg when the CNT were added with MMT-30B, and a lower increase of 3ºC in the Tg when the MMT-Na and CNT were added, also comparing to the neat sample. The casted samples did not show a significant change in the flexural modulus, though the flexural strength was reduced in the samples containing any of the clays, being this reduction proportional to the agglomerated feature of the nanocomposite. Regarding to the CNT percolation threshold in the epoxy matrix, it was verified to be between 0,04 and 0,10% v/v of CNT. The simultaneous dispersion of CNT with the clays just produced distinct dielectric behaviors when the fraction of CNT was higher than the percolation threshold. Both clays affected the continuity of the CNT percolated network, considering the clay fraction used. The simultaneous adding of MMT-30B clay with CNT was the condition that most reduced the conductivity of the samples, among those containing the same CNT fraction. The MMT-Na clay did not reduce the number of percolated ways of CNT as the MMT-30B, and, above a critical frequency of electrical current, the simultaneous dispersion of MMT-Na and CNT exhibited higher conductivity than the sample containing just the same CNT fraction, suggesting that more polarizable interfaces are being produced at this condition. Regarding to the hybrid micro/nanocomposites produced by RTM, there is a suspect that the low fraction of nanoparticles did not favor the increasing in the flexural modulus of the hybrid composite. The high viscosity of the samples containing any one of the clays caused low impregnation in the glass-fibers, obtaining regions of the composite without fibers dispersed. The MMT-Na clay was filtered though the porous medium during the resin infusion, probably due to its hydrophilic nature, showing lower compatibility with the epoxy matrix. / Nanotubos de carbono dispersos em matrizes poliméricas podem proporcionar interessantes alterações em propriedades mecânicas e de condutividade elétrica no material nanocompósito resultante. Trabalhos atuais demonstram um possível efeito de dispersão de nanotubos de carbono (NTC) assistida pela dispersão simultânea com argila montmorilonita natural em uma matriz epoxídica, de modo que incrementos de argila proporcionariam melhor dispersão dos NTC na matriz, elevando a condutividade elétrica quando mantido constante o teor de NTC. Este trabalho intencionou avaliar o efeito da dispersão simultânea de argila montmorilonita e NTC nas propriedades mecânicas, térmicas e dielétricas de uma matriz de epóxi do diglicidil éter do bisfenol-A (DGEBA). Ainda, foi avaliado o efeito de dispersão de NTC assistido por duas diferentes argilas montmorilonita: natural (MMT-Na) e uma organoargila (MMT-30B). Os nanocompósitos foram fabricados pelo método de polimerização in situ, utilizando sonicação de alta energia como fonte de dispersão e sem a utilização de solventes. Os nanocompósitos foram moldados por casting e por moldagem por transferência de resina (RTM resin transfer molding), neste último método sendo utilizados 27% v/v de fibras-de-vidro, obtendo-se um híbrido micro/nanocompósito. A temperatura de transição vítrea (Tg) dos nanocompósitos foi elevada em até 10ºC para os nanocompósitos contendo argila MMT-30B, porém praticamente não se alterou com a dispersão argila MMT-Na, quando comparado com a Tg da matriz sem as nanopartículas. Já a dispersão simultânea de NTC com cada uma das duas argilas promoveu diferentes alterações na Tg, não alterando em relação à Tg do nanocompósito que possuía somente argila MMT-30B e elevando a Tg da amostra que possuía argila MMT-Na em 3ºC em relação à amostra pura. As amostras preparadas por casting não apresentaram significante alteração de módulo de elasticidade, porém, quando presente alguma das argilas na composição da amostra, a resistência à flexão foi reduzida proporcionalmente ao caráter aglomerado das nanopartículas. Com relação ao limiar de percolação de NTC, foi verificado estar situado entre teores 0,04 e 0,10% v/v. A dispersão simultânea de cada argila com NTC somente gerou comportamentos distintos de condutividade quando utilizado teor de NTC acima da ocorrência de percolação. Nos teores utilizados, ambas as argilas afetaram a continuidade da rede percolada de NTC, porém a argila MMT-30B foi a que mais reduziu a condutividade em freqüências abaixo de 100 Hz. A argila MMT-Na já não reduziu o número de caminhos percolados de NTC como no caso da argila MMT-30B, e acima de determinada frequência de corrente elétrica, a dispersão simultânea de argila MMT-Na com NTC exibe maior condutividade do que a amostra contendo somente o mesmo teor de NTC, sugerindo que estão sendo geradas interfaces mais polarizáveis quando dispersos simultaneamente a argila MMT-Na e NTC. Em relação aos híbridos micro/nanocompósitos produzidos por RTM, suspeita-se que o baixo teor de nanopartículas não favoreceu o aumento de módulo de elasticidade do material híbrido. A alta viscosidade das amostras que possuíam alguma argila em sua composição gerou baixa impregnação de fibras e formação de regiões sem fibras-de-vidro no volume do compósito. A argila MMT-Na foi filtrada pelo meio poroso durante a infusão, provavelmente devido à sua natureza hidrofílica, possuindo menor compatibilidade com a matriz epoxídica.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renata Hack.pdf: 4507234 bytes, checksum: a9a47eaf8a6524ae5f448abca5062a08 (MD5) Previous issue date: 2014-02-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O grafite natural é uma fonte de baixo custo e é abundante para obtenção de grafeno. O método que se mostrou mais eficiente para a produção de grafeno em larga escala é o método Hummers modificado, que consiste na oxidação do grafite. Com isso, o objetivo principal deste trabalho foi produzir grafeno a partir do grafite natural pelo método de Hummers modificado, além de produzir nanocompósitos de matriz epoxídica reforçada com o grafeno produzido (GP) e o grafeno comercial (GC). Para a produção dos nanocompósitos foi utilizado à resina epoxídica à base de éter diglicidílico do bisfenol A (DGEBA). Foram obtidos nanocompósitos em concentrações de 0,75; 1,00 e 2,00% m/m de GC e GP, com e sem a utilização de solvente THF no processo de preparação. Os resultados obtidos indicaram um alto grau de oxidação do grafite, comprovando assim que o processo foi eficiente. As análises de Raman e FTIR realizadas no GC e GP mostraram que o GP possui as mesmas características do GC. A adição do GC e GP com e sem adição de THF elevou a estabilidade térmica dos nanocompósitos. A alta concentração de nanoreforços e a não utilização de solvente THF em alguns sistemas pode ter contribuído para a formação de aglomerados nestes nanocompósitos, decorrendo assim em uma diminuição do módulo de Young. Através da análise de impedância foi possível verificar que apenas os nanocompósitos com 2%m/m de GP sem THF apresentou percolação dielétrica. Verifica-se que a produção do grafeno a partir do grafite natural possui potencial para aplicação em nanocompósitos estruturais.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROGER HOEL BELLO.pdf: 5998739 bytes, checksum: 0b20c26be8ef42194c531db9839d0937 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Enhancing the thermal, mechanical and electrical properties of epoxy resin with use of carbon-based nanoparticles there must be a good dispersion in the resin and interfacial interaction with the polymer matrix. Thus, the chemical functionalization incorporates functional groups on their surface which can improve both problems. The silanization has been preferred in the process of functionalization of nanoparticles, succeeding in enhancing the properties of nanocomposites. This work aimed to evaluate the effects of the silanization of multiwalled carbon nanotubes MWCNT and graphene nanoplatelets with organosilane (3-APTES) in the final properties of epoxy nanocomposites. Thus, both nanoparticles were oxidized with a sulfonitric mixture (3:1 by volume) and silanized with the organosilane (3-APTES). To evaluate the effects of the chemical functionalization in thermal, mechanical and electrical properties, nanocomposites containing MWCNT or graphene nanoplatelets at two different concentrations of pristine, oxidized and silanized nanoparticles (0.15 and 0.5% v/v) were prepared by polymerization in situ, without using solvents. The functionalizations were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy techniques. The thermal properties were analyzed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), the mechanical by instrumented nanoindentation and the electrical Impedance Spectroscopy. The XPS technique showed the successfully silanization on the the nanoparticles surface that was studied. Regarding the thermal properties, the addition of pristine and functionalized MWCNT or graphene nanoplatelets did not show significant variations, but increased the mobility of polymer chains in the matrix decreasing the values for the glass transition temperature (Tg) compared to pure resin. Increases in stiffness and ductility of the material were obtained when oxidized graphene nanoplatelets were added in the matrix. When was added 0.15% by volume of oxidized graphene nanoplateletes, the modulus of elasticity increased approximately 83%, whereas 0.50% by volume increased greater than 88% compared to the pure resin. Increasing of ductility was reached increasing volume fraction of 0.15 to 0.50% by volume when those nanoparticles were added into the resin, due to the approximately 10% of decreasing the values of nanohardness. The formation of percolating networks has been achieved only by pristine MWCNT with at a concentration of 0.50% by volume. As for the graphene nanoplatelets were added only when silanized graphene nanoplateletes at a concentration of 0.15% by volume, but for both nanoparticles were observed conductivities on the order of 10-7 S/m for frequencies near 100 Hz. / A alteração de propriedades térmicas, mecânicas e elétricas de uma resina epoxídica após a adição de nanopartículas alotrópicas de carbono depende da concentração, orientação, tipo de partícula, seu estado de dispersão e interação destas com a matriz. A funcionalização química pode auxiliar na melhoria de ambos os problemas, com a incorporação de grupos funcionais na superfície, paredes e pontas das nanopartículas. Assim, a silanização tem sido usada em processos de funcionalização química dos nanoreforços, tendo êxito no auxílio à melhoria das propriedades finais dos nanocompósitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da silanização com o organosilano 3-APTES em nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e nanoplateletes de grafeno nas propriedades finais dos nanocompósitos produzidos com a matriz epoxídica. Para isto, ambas as nanopartículas foram oxidadas com uma mistura sulfonítrica (3:1 em volume) e silanizadas com o organosilano (3-APTES). Para avaliar os efeitos das funcionalizações nas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas, nanocompósitos contendo NTCPM ou nanoplateletes de grafeno em duas diferentes concentrações das nanopartículas pristine, oxidadas e silanizadas (0,15 e 0,5% v/v) foram preparados pela técnica de polimerização in situ, sem a utilização de solventes. As nanopartículas funcionalizadas foram caracterizadas pelas técnicas de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de energia dispersa (EDS), difração de raios-X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons por raios-X (XPS) e espectroscopia Raman. As propriedades térmicas foram analisadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC), as mecânicas por nanoindentação instrumentada e, as elétricas por espectroscopia de impedância. A técnica de caracterização por XPS comprovou o êxito da silanização na superfície das nanopartículas estudadas. Em relação às propriedades térmicas, a adição de NTCPM ou nanoplateletes de grafeno pristine e funcionalizadas não apresentaram variações significativas, porém aumentaram a mobilidade das cadeias poliméricas da matriz, resultando no decréscimo da temperatura de transição vítrea (Tg) em relação à resina pura. Aumentos na rigidez e ductilidade do nanocompósito foram alcançados quando foram adicionados nanoplateletes de grafeno oxidados na matriz. A adição de 0,15% v/v desta nanopartícula foi observado um aumento de aproximadamente 83% para o módulo de elasticidade, enquanto que 0,50% v/v este aumento foi maior que 88% em relação à resina pura. Foi alcançado aumento da ductilidade com o incremento da fração volumétrica de 0,15 para 0,50% v/v destas nanopartículas, devido ao decréscimo dos valores da nanodureza em aproximadamente 10%. A formação de redes de percolação foi alcançada apenas com a adição de NTCPM pristine para concentração de 0,50% em volume. Enquanto que para os nanoplateletes de grafeno, este fenômeno foi observado apenas quando foram adicionados nanoplateletes de grafeno silanizadas na concentração de 0,15% em volume. Entretanto, para ambas as nanopartículas foram observados valores de condutividade na ordem de 10-7 S/m para frequências próximas a 100Hz.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iury.pdf: 24951 bytes, checksum: 2940126ad384e071aa040115b3667855 (MD5) Previous issue date: 2015-02-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O estado de dispersão das nanopartículas na matriz está diretamente ligado às propriedades físicas dos nanocompósitos. Assim técnicas que visam um estado de dispersão mais homogêneo das nanopartículas na matriz são constantemente estudadas. Funcionalização não covalente, ou física, é uma técnica que utiliza-se de interações Coulombianas e/ou barreira estérica com o objetivo de estabilizar a interação entre nanopartícula/matriz e consequentemente obter um estado de dispersão homogêneo. Utilizando copolímero em bloco BYK- 9077® como agente funcionalizante não covalentemente, este trabalho teve como objetivo produzir nanocompósitos de matriz epoxídica Novolac® reforçados com nanoplateletes de grafeno ou nanotubos de carbono funcionalizados não covalentemente. Foram analisadas a influência da adição do copolímero em bloco nas propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas dos nanocompósitos produzidos. Utilizou-se frações volumétricas de nanopartículas nos valores de 0,15%, 0,50% e 1,50%. A partir destes valores foi adicionado copolímero em bloco nas quantidades de 1, 5 e 10 vezes a quantidade em massa das nanopartículas. Foram realizadas espectroscopia Raman para caracterização das nanopartículas, verificando o grau de pureza das mesmas, assim como o número de plateletes empilhados. Analisando os resultados, estado de dispersão das nanopartículas na matriz sem a adição de copolímero em bloco não foi homogêneo, assim foram encontrados aglomerados de nanopartículas em Microscopia Eletrônica de Transmissão. Também os valores de Tg s não variaram significativamente em comparação com a resina pura, indicando dispersão não homogênea. Já ao adicionar copolímero em bloco, em quantidades baixas, 1x, foi possível observar aumentos de 8% no módulo de elasticidade, indicativo de que a adição de copolímero em bloco nesta quantidade tornou a dispersão das nanopartículas mais homogênea na matriz. Esta afirmação foi verificada em Microscopia Eletrônica de transmissão. Em contrapartida, conforme foi aumentado a quantidade de copolímero em bloco, 5 e 10x, foram observadas formação de uma segunda fase, que por consequência diminuiu o módulo de elasticidade, tensão de ruptura e Tg.