ABSTRACT PHOTO-OXIDATIVE DEGRADATION OF ABS COPOLYMER G&uuml / zel, Aylin M.S., Department of Polymer Science and Technology Supervisor: Prof. Dr. Teoman Tin&ccedil / er Co-Supervisor: Prof. Dr. Cevdet Kaynak September 2009, 55 pages Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymer is one of the most popular copolymer having an elastomeric butadiene phase dispersed in rigid amorphous styrene and semi-crystalline acrylonitrile. Due to double bonds in the polybutadiene phase, ABS copolymers are very sensitive to photo-oxidative degradation. Photo-oxidation of butadiene rubber phase results in the formation of chromorphores and these chromorphores act as initiators in photo-oxidative degradation and after a while ABS starts yellowing. In this work, the relationship between the UV light and the yellowing of ABS samples was also investigated with respect to time. In this study, pure, light stabilized and commercial ABS samples were aged under UV light. As the UV light intensity increased from 800 to 2800 &amp / #61549 / W/cm2, yellowing of the samples were increased for pure ABS. This increase in yellowing of the samples was about 27 times higher compared to lower energy. In this study, UV stabilizers IRGANOX 1076 (sterically hindered phenolic antioxidant), IRGAFOS 168 (hydrolycally stable phosphite stabilizer) and TINUVIN P (hydroxyphenol benzotriazole) were used alone or in combination with each other. Pure ABS samples, commercial ABS samples and UV stabilized ABS samples were aged under the same UV light. UV aging degradation was followed by measuring the yellowness of the samples at certain time intervals. Yellowness of the samples was followed by using Coloreye XTH Spectrometer. Degradation in ABS, however, was followed by using FTIR with an increase in the peak area of carbonyl groups in the ABS matrix. Both color analysis and the FTIR analysis showed that combination of the IRGANOX 1076 and IRGAFOS 168 stabilizers gave the best stabilization. This revealed that combination of phenol and phosphate containing stabilizer is the most useful combination to prevent photo-oxidative degradation of ABS copolymer. Additionally, vegetable oil was applied to the surface of a new set of ABS samples and these samples were aged for 700 h. Yellowing tendency of these samples was compared with the yellowing tendency of ABS samples that are directly aged for 500 h. It was clearly observed that samples with oil smeared had more resistance to UV radiation with respect to others. This shows that oil acts protective layer to the UV light and oxygen and slow down the photo-oxidative degradation. Lastly some commercial ABS samples were compared to each other with respect to their yellowing tendency. Commercial ABS samples coded as K, L, A, B, C and D were aged under UV light at about 500 h. Sample A showed the best resistance against the yellowing among the other commercial ABS samples.

Compósitos de Poli (óxido de etileno) (PEO) com diferentes concentrações de argila montmorilonita SWy-1 foram preparados pelo método de intercalação em solução. Os filmes obtidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrocopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Os resultados de DRX mostraram que os compósitos obtidos foram do tipo intercalados. As imagens de MEV indicaram a existência de agregados de argila SWy-1 dispersos na matriz polimérica. A influência da argila na estabilidade térmica e na cristalização do PEO foi estudada por termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). As curvas TG mostraram que a temperatura inicial de degradação térmica (Ti) diminui com o aumento da concentração de SWy-1. Além disso, uma pequena diminuição na amplitude do pico de fusão do PEO foi observado nos resultados de DSC. Os filmes de PEO e dos compósitos de PEO/SWy-1 foram irradiados com luz UV e a fotooxidação foi acompanhada por cromatografia de exclusão por tamanho (SEC). Os resultados de SEC mostraram que a taxa de oxidação do PEO puro foi mais rápida em comparação aos compósitos de PEO/SWy-1. Nesse caso a argila pode ser considerada como um estabilizante contra a irradiação UV. O efeito de estabilizantes do tipo absorverdores de UV (moléculas derivadas da 2-hidroxibenzofenona) e do tipo HALS (Tinuvin 770), quando adicionados ao PEO e ao compósito de PEO/SWy-1, também foi analisado por SEC após a fotooxidação dos filmes. Os resultados mostraram que a adição do estabilizante Tinuvin 770 proporcionou maior estabilidade a matriz polimérica durante o processo degradativo, comparado ao estabilizante 2-hidroxibenzofenona. / Poly(ethylene oxide) (PEO) composites with different concentrations of SWy-1 montmorillonite clay were prepared by solution intercalation method. The thin films obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The XRD results showed that the composites obtained were of the type intercalated. The SEM images have indicated that there are SWy-1 clay aggregates scattered in the polymer matrix. The influence of clay on thermal stability, melting and polymer crystallization processes was studied by thermogravimetric analysis (TG) and differential scanning calorimetric (DSC). The TG curves showed that the initial thermal degradation temperature (Ti) decrease with increasing concentration of SWy-1. Besides, a small decrease in the amplitude of the melting peak of PEO was observed in the DSC results. The thin films of PEO and PEO/SWy-1 composites were exposed to UV irradiation and the photodegradation was accompanied by size exclusion chromatography (SEC). The SEC results showed that the rate of oxidation of pristine PEO was faster compared to PEO/SWy-1 composites. In this case the clay can be considered as a stabilizer against UV irradiation. The effect of UV absorbers (2-hydroxybenzophenone derivated molecules) and HALS (Tinuvin 770) stabilizers, when added to PEO and PEP/SWy-1 composites, also were studied by SEC after the thin films photodegradation. The results allowed to conclude that the polymer matrix became more stable for degradation with adition of Tinuvin 770 stabilizer when compared to 2-hydroxybenzophenone.

No contexto em que vivemos é crescente a necessidade de reciclar materiais, principalmente, devido a questões que envolvam a redução dos impactos ambientais, como, por exemplo, a reciclagem de materiais para fabricação de produtos tecnológicos. Equipamentos eletroeletrônicos possuem grande potencial para reciclagem e são descartados diariamente. A degradação por foto-oxidação é um fator que pode influenciar nas propriedades dos polímeros que compõe um equipamento eletroeletrônico, e em sua reciclagem, mesmo em ambientes internos, pois o UVA tem capacidade de transpor janelas de vidro. Este estudo analisou alguns aspectos da foto-oxidação do poliestireno de alto impacto (PS-HI) reciclado de carcaças de impressoras, exposto à radiação UVA com base nas normas de envelhecimento ASTM G24 e G154. Amostras de PS-HI virgem e reciclado foram injetadas e expostas ao envelhecimento acelerado em laboratório por meio de grades, com a exposição total das amostras, e em máscara, com o direcionamento da radiação UVA em ponto determinado das amostras. As consequências da foto-oxidação nas propriedades das amostras foram caracterizadas por: Colorimetria, Espectroscopia de Infravermelho, Microscopia Eletrônica de Varredura e Análise Térmica Dinâmico Mecânico, com o objetivo de avaliar a degradação foto-oxidativa do poliestireno de alto impacto reciclado e caracterizar e as diferenças entre a exposição total e direcionada. Os resultados apontaram que as amostras recicladas expostas a radiação UVA não apresentaram mudanças consideráveis em relação as suas propriedades ou processabilidade quando comparado com o material virgem, pois a foto-oxidação ficou concentrada na superfície das amostras. / In today’s context it is increasingly necessary to recycle materials, such as the ones used in the manufacturing of technological products, mainly due to issues involving the reduction of environmental impact. Electronic devices are discarded daily and they have a great potential for recycling. Degradation by photo-oxidation is a factor that can influence the properties and the recycling of polymers that make up pieces of electronic equipment. This factor exists even indoors, because UVA is able to travel across glass windows. This study analyzes some aspects of the photo-oxidation of high impact polystyrene (HIPS) recycled from printer carcasses that were exposed to UVA under the ASTM G24 and G154 aging standards. Virgin and recycled HIPS samples were injected and exposed to an accelerated aging process in the laboratory through the use of pallets, with the total exposure of the samples, and masks with the targeted UVA exposure at certain points of the samples. The consequences of the photo-oxidation on the properties of the samples were characterized by: colorimetry, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and Dynamic Mechanical Thermal Analysis with the objectives of evaluating the degradation of recycled HIPS caused by photo-oxidation and characterizing the differences between pallet and mask exposure. The results showed that when compared to the virgin material, the recycled samples that were exposed to UVA radiation did not undergo significant changes regarding the properties and processability because the photo-oxidation effect remained focused on the areas near the surface of the samples.

Compósitos de Poli (óxido de etileno) (PEO) com diferentes concentrações de argila montmorilonita SWy-1 foram preparados pelo método de intercalação em solução. Os filmes obtidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrocopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Os resultados de DRX mostraram que os compósitos obtidos foram do tipo intercalados. As imagens de MEV indicaram a existência de agregados de argila SWy-1 dispersos na matriz polimérica. A influência da argila na estabilidade térmica e na cristalização do PEO foi estudada por termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). As curvas TG mostraram que a temperatura inicial de degradação térmica (Ti) diminui com o aumento da concentração de SWy-1. Além disso, uma pequena diminuição na amplitude do pico de fusão do PEO foi observado nos resultados de DSC. Os filmes de PEO e dos compósitos de PEO/SWy-1 foram irradiados com luz UV e a fotooxidação foi acompanhada por cromatografia de exclusão por tamanho (SEC). Os resultados de SEC mostraram que a taxa de oxidação do PEO puro foi mais rápida em comparação aos compósitos de PEO/SWy-1. Nesse caso a argila pode ser considerada como um estabilizante contra a irradiação UV. O efeito de estabilizantes do tipo absorverdores de UV (moléculas derivadas da 2-hidroxibenzofenona) e do tipo HALS (Tinuvin 770), quando adicionados ao PEO e ao compósito de PEO/SWy-1, também foi analisado por SEC após a fotooxidação dos filmes. Os resultados mostraram que a adição do estabilizante Tinuvin 770 proporcionou maior estabilidade a matriz polimérica durante o processo degradativo, comparado ao estabilizante 2-hidroxibenzofenona. / Poly(ethylene oxide) (PEO) composites with different concentrations of SWy-1 montmorillonite clay were prepared by solution intercalation method. The thin films obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The XRD results showed that the composites obtained were of the type intercalated. The SEM images have indicated that there are SWy-1 clay aggregates scattered in the polymer matrix. The influence of clay on thermal stability, melting and polymer crystallization processes was studied by thermogravimetric analysis (TG) and differential scanning calorimetric (DSC). The TG curves showed that the initial thermal degradation temperature (Ti) decrease with increasing concentration of SWy-1. Besides, a small decrease in the amplitude of the melting peak of PEO was observed in the DSC results. The thin films of PEO and PEO/SWy-1 composites were exposed to UV irradiation and the photodegradation was accompanied by size exclusion chromatography (SEC). The SEC results showed that the rate of oxidation of pristine PEO was faster compared to PEO/SWy-1 composites. In this case the clay can be considered as a stabilizer against UV irradiation. The effect of UV absorbers (2-hydroxybenzophenone derivated molecules) and HALS (Tinuvin 770) stabilizers, when added to PEO and PEP/SWy-1 composites, also were studied by SEC after the thin films photodegradation. The results allowed to conclude that the polymer matrix became more stable for degradation with adition of Tinuvin 770 stabilizer when compared to 2-hydroxybenzophenone.

No contexto em que vivemos é crescente a necessidade de reciclar materiais, principalmente, devido a questões que envolvam a redução dos impactos ambientais, como, por exemplo, a reciclagem de materiais para fabricação de produtos tecnológicos. Equipamentos eletroeletrônicos possuem grande potencial para reciclagem e são descartados diariamente. A degradação por foto-oxidação é um fator que pode influenciar nas propriedades dos polímeros que compõe um equipamento eletroeletrônico, e em sua reciclagem, mesmo em ambientes internos, pois o UVA tem capacidade de transpor janelas de vidro. Este estudo analisou alguns aspectos da foto-oxidação do poliestireno de alto impacto (PS-HI) reciclado de carcaças de impressoras, exposto à radiação UVA com base nas normas de envelhecimento ASTM G24 e G154. Amostras de PS-HI virgem e reciclado foram injetadas e expostas ao envelhecimento acelerado em laboratório por meio de grades, com a exposição total das amostras, e em máscara, com o direcionamento da radiação UVA em ponto determinado das amostras. As consequências da foto-oxidação nas propriedades das amostras foram caracterizadas por: Colorimetria, Espectroscopia de Infravermelho, Microscopia Eletrônica de Varredura e Análise Térmica Dinâmico Mecânico, com o objetivo de avaliar a degradação foto-oxidativa do poliestireno de alto impacto reciclado e caracterizar e as diferenças entre a exposição total e direcionada. Os resultados apontaram que as amostras recicladas expostas a radiação UVA não apresentaram mudanças consideráveis em relação as suas propriedades ou processabilidade quando comparado com o material virgem, pois a foto-oxidação ficou concentrada na superfície das amostras. / In today’s context it is increasingly necessary to recycle materials, such as the ones used in the manufacturing of technological products, mainly due to issues involving the reduction of environmental impact. Electronic devices are discarded daily and they have a great potential for recycling. Degradation by photo-oxidation is a factor that can influence the properties and the recycling of polymers that make up pieces of electronic equipment. This factor exists even indoors, because UVA is able to travel across glass windows. This study analyzes some aspects of the photo-oxidation of high impact polystyrene (HIPS) recycled from printer carcasses that were exposed to UVA under the ASTM G24 and G154 aging standards. Virgin and recycled HIPS samples were injected and exposed to an accelerated aging process in the laboratory through the use of pallets, with the total exposure of the samples, and masks with the targeted UVA exposure at certain points of the samples. The consequences of the photo-oxidation on the properties of the samples were characterized by: colorimetry, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and Dynamic Mechanical Thermal Analysis with the objectives of evaluating the degradation of recycled HIPS caused by photo-oxidation and characterizing the differences between pallet and mask exposure. The results showed that when compared to the virgin material, the recycled samples that were exposed to UVA radiation did not undergo significant changes regarding the properties and processability because the photo-oxidation effect remained focused on the areas near the surface of the samples.

No contexto em que vivemos é crescente a necessidade de reciclar materiais, principalmente, devido a questões que envolvam a redução dos impactos ambientais, como, por exemplo, a reciclagem de materiais para fabricação de produtos tecnológicos. Equipamentos eletroeletrônicos possuem grande potencial para reciclagem e são descartados diariamente. A degradação por foto-oxidação é um fator que pode influenciar nas propriedades dos polímeros que compõe um equipamento eletroeletrônico, e em sua reciclagem, mesmo em ambientes internos, pois o UVA tem capacidade de transpor janelas de vidro. Este estudo analisou alguns aspectos da foto-oxidação do poliestireno de alto impacto (PS-HI) reciclado de carcaças de impressoras, exposto à radiação UVA com base nas normas de envelhecimento ASTM G24 e G154. Amostras de PS-HI virgem e reciclado foram injetadas e expostas ao envelhecimento acelerado em laboratório por meio de grades, com a exposição total das amostras, e em máscara, com o direcionamento da radiação UVA em ponto determinado das amostras. As consequências da foto-oxidação nas propriedades das amostras foram caracterizadas por: Colorimetria, Espectroscopia de Infravermelho, Microscopia Eletrônica de Varredura e Análise Térmica Dinâmico Mecânico, com o objetivo de avaliar a degradação foto-oxidativa do poliestireno de alto impacto reciclado e caracterizar e as diferenças entre a exposição total e direcionada. Os resultados apontaram que as amostras recicladas expostas a radiação UVA não apresentaram mudanças consideráveis em relação as suas propriedades ou processabilidade quando comparado com o material virgem, pois a foto-oxidação ficou concentrada na superfície das amostras. / In today’s context it is increasingly necessary to recycle materials, such as the ones used in the manufacturing of technological products, mainly due to issues involving the reduction of environmental impact. Electronic devices are discarded daily and they have a great potential for recycling. Degradation by photo-oxidation is a factor that can influence the properties and the recycling of polymers that make up pieces of electronic equipment. This factor exists even indoors, because UVA is able to travel across glass windows. This study analyzes some aspects of the photo-oxidation of high impact polystyrene (HIPS) recycled from printer carcasses that were exposed to UVA under the ASTM G24 and G154 aging standards. Virgin and recycled HIPS samples were injected and exposed to an accelerated aging process in the laboratory through the use of pallets, with the total exposure of the samples, and masks with the targeted UVA exposure at certain points of the samples. The consequences of the photo-oxidation on the properties of the samples were characterized by: colorimetry, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and Dynamic Mechanical Thermal Analysis with the objectives of evaluating the degradation of recycled HIPS caused by photo-oxidation and characterizing the differences between pallet and mask exposure. The results showed that when compared to the virgin material, the recycled samples that were exposed to UVA radiation did not undergo significant changes regarding the properties and processability because the photo-oxidation effect remained focused on the areas near the surface of the samples.