Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 232851.pdf: 953023 bytes, checksum: 948addf2528d97a23b6bc7ea13d663d9 (MD5) / Neste trabalho sintetizamos algumas bentonitas organofílicas, a partir de argilas esmectíticas sódicas (MMT-Na+), com o objetivo de incorporá-las em nanocompósitos de poliestireno-argila organofílica (PS-MMT). As argilas organofílicas foram obtidas pela reação de troca catiônica da argila esmectítica sódica (bentonita) com alguns sais quaternários de amônio. Primeiramente, foram caracterizados os materiais esmectíticos sódicos, através do inchamento de Foster, difração de raios-X (DRX) e capacidade total de troca de cátions (CTC). Em seguida foi feita reações de troca catiônica da argila esmectítica sódica com os sais quaternários de amônio selecionados. As argilas emectíticas sódicas e as organofílicas foram caracterizadas por DRX e pela espectroscopia de infravermelho (IR), respectivamente. Adicionalmente à essas análises, foram realizados os testes de inchamento de Foster. Os difratogramas das argilas organofílicas mostraram um deslocamento do espaçamento basal com relação a argila esmectítica sódica. Além disto, as argilas organofílicas apresentaram bandas de IR típicas dos radicais nitrogênio e alquila. Após a devida caracterização das argilas organofílicas, foram feitas polimerizações em massa do estireno juntamente com a argila organofílica. Nesta polimerização é incorporada argila organofílica formando o nanocompósito de poliestireno-argila organofílica (PS-MMT). O PS-MMT apresentou características antichamas com relação ao poliestireno puro, ilustrado nas curvas de termogravimetria (TGA). Este comportamento retardante de chamas proporciona ponteciais aplicações dos materiais organofílicos modificados. In this work we synthesized some organophilic bentonites derived of sodium smectite clays (MMT-Na+) for incorporing them into polystyrene-organoclay nanocomposites (PS-MMT). The organoclays was obtained by cation exchange reaction of sodium smectite clay (bentonite) with some quaternary ammonium salts. Firstly, we characterize the starting sodium smectitic materials by Foster swelling, X-ray diffratometry (XRD), and total cation exchange capacity (CEC). Following, we performed the controlled cation exchange reaction of the sodium smectitic clay with the chosen quaternary ammonium salts. We characterize both sodium smectitic clay and the organoclay by XRD and infrared spectroscopy (IR). Additionally, in the same materials we performed the Foster swelling tests. The diffratograms of the organoclays showed basal spacement expansion in relation to the sodium smectitic clay. Besides this, the organophilic clays pointed out some typical bands of nitrogen and alkyl radicals. After the proper organoclay synthesized, were conducted bulk polymerizations of the monomer styrene with in situ incorporation of the organoclay into the polystyrene-organoclay nanocomposite. The nanocomposite polymer-organoclay formed showed markedly flame retardant increasing in relation to the pure polystyrene according to TGA plots. This flame retardant behavior inducted the high potential applications of the modified organoclay materials.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:24:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241196.pdf: 2944289 bytes, checksum: fffe07ab15f2d9c7e626499260193933 (MD5) / Este trabalho busca caracterizar o processo de aplicação do sistema construtivo em dois estudos de caso executados na região da grande Florianópolis, SC. Nas duas obras, o sistema foi aplicado de forma bastante distinta, com característica única de vedação, na outra, com função estrutural além de ser utilizado como vedação. Os estudos de caso foram caracterizados por seus aspectos compositivos, construtivos e por requisitos e critérios de desempenho térmico e verificação do comportamento estrutural. Análises comparativas foram realizadas entre os estudos de caso segundo os padrões normativos de modo a estabelecer correlação entre as variantes deste sistema construtivo. Através das análises e dos resultados obtidos, pode-se observar uma evolução tecnológica dos processos de fabricação dos painéis dos estudos de caso. Verifica-se, também, que, as obras executadas com esta tecnologia podem aumentar a qualidade dos ambientes construídos, além dos índices de industrialização da construção. Apesar de o sistema construtivo utilizar materiais com custos inicialmente maiores como aço e o poliestireno expandido, em comparação com os sistemas construtivos convencionais, as suas características construtivas possibilitam maior flexibilidade de aplicação, racionalização do processo construtivo e rapidez de execução. A utilização do sistema construtivo torna-se muito atrativa principalmente para grandes empreendimentos onde se pode ter uma produção em escala. O sistema construtivo com painéis industrializados tipo sanduíche com núcleo de poliestireno expandido e telas eletro soldadas teve sua origem na Europa na década de oitenta. É um sistema construtivo monolítico desenvolvido para atender as exigências climáticas e estruturais: possui elevado desempenho térmico, sendo também, resistente a abalos sísmicos. The constructive system based on industrialized sandwich-type panels of expanded polystyrene (eps) and steel welded Screen was originated in Europe at the decade of the 1980s. It is a monolithic constructive system, with anti-seismic and thermoacoustic insulation characteristics, developed to meet high structural and climate requirements. The present work aims to characterize the application process of the eps constructive system in two different cases in the city of Florianópolis, SC. In the first case, only the thermoacoustic insulating characteristic was required; in the second case, both structural and climate aspects were required. The constructive system of each case was characterized by its constitutive aspect and application process; thermal and structural performance requirements. Comparative analysis was performed according to normative patterns in order to establish correlation between variants of each case. The results of the analysis revealed a technological evolution of the manufacturing process of the panels. It was also verified that the technology provided by these types of constructive systems improves the quality of the built environments and increases industrialization levels. Despite the fact that these constructive systems utilize high cost materials as steel and eps initially, compared to conventional constructive systems there is more flexibility and rationalization in the application process, leading to a less time-consuming execution. The utilization of these constructive systems is very attractive to engineering enterprises which benefit from large scale production.

A qualidade de produtos obtidos pelo processo de co-extrusão depende fortemente da estabilidade do escoamento multicamada nas cavidades internas da co-extrusora. Problemas de instabilidades interfaciais levam a distribuições de espessura de camadas não uniforme e, em situações mais drásticas, ao colapso de camadas. A possibilidade de ocorrência deste tipo de defeito pode limitar a escolha dos materiais a serem utilizados e a espessura mínima de cada camada do produto, bem como restringir a janela de processamento para uma determinada combinação de materiais. Na literatura existem diversos trabalhos que analisam a influência das propriedades reológicas dos materiais utilizados na formação destas instabilidades interfaciais. Um dos critérios de analise é o do sinal de TNSD (Total Normal Stress Difference), o qual serve para analisar a possibilidade de ocorrência de instabilidades interfaciais do tipo onda. A utilização deste critério requer o conhecimento das propriedades reológicas elongacionais e de cisalhamento dos materiais envolvidos, bem como a representação do estado de tensões viscoelásticas em cada uma das camadas durante o escoamento. Tendo como foco central a análise da ocorrência de instabilidades interfaciais em co-extrusão, neste trabalho foi realizada uma série de estudos relacionados ao desenvolvimento e aplicação de uma metodologia para realização desta análise em nosso grupo de pesquisa. Estes estudos envolveram os seguintes tópicos: i) adaptação da técnica Fiber-Windup para obtenção de dados de viscosidade elongacional no reômetro rotacional ARES (Advanced Rheometric Expansion System); ii) estimação de parâmetros dos modelos constitutivos utilizados; iii) solução numérica para o estado de tensões em escoamentos multicamada de co-extrusão; iv) análise experimental da ocorrência de instabilidades interfaciais em sistemas bicamadas envolvendo materiais poliestirênicos. A adaptação da técnica Fiber-Windup mostrou reprodutibilidade tendo desempenho comparável ao de outras técnicas. Também foi proposto um método de correção dos dados experimentais, visando melhor utilização destes na estimação de parâmetros de modelos constitutivos. Para a estimação dos parâmetros não-lineares do modelo constitutivo de Leonov multimodal foi utilizado um procedimento de estimação por etapas e com método estocástico de otimização, obtendo-se ajustes satisfatórios dos dados experimentais. Nos experimentos de co-extrusão foram observadas instabilidades interfaciais do tipo onda, e a ocorrência destas analisadas pelo critério do sinal de TNSD, variável obtida da solução do campo de tensões através de simulações computacionais das condições experimentais. O formato das curvas da quantidade TNSD pareceu refletir o comportamento do estado de tensões normais do escoamento, bem como os efeitos das condições de processamento neste. Porém, o critério de sinal de TNSD pareceu não ser aplicável ao caso estudado, o que, no entanto, pode ser conseqüência do método numérico utilizado para obter o campo de tensões. / The quality of thermoplastic products obtained by co-extrusion process strongly depends of multilayer flow stability in the internal co-extrusion cavities. Interfacial instabilities troubles lead up to thickness non-uniformity layers and, in more drastic situations, to collapsed layers. The occurrence possibility of this type of defect can limit the choice of materials to be used, such as restrict processing window to certain materials matching. In the literature there are a lot of papers analyzing the rheological properties influence of chosen materials in interfacial instabilities occurrence. One analyze criterion is the TNSD-signal (Total Normal Stress Difference), which is used to predict the occurrence of wave type interfacial instabilities. To using this criterion, one needs to know elongational and shear rheological properties of the used materials, such as the viscoelastic stress state presentation in each layers flow. Having as main focus the interfacial instabilities occurrence analysis in co-extrusion, in this work was done a series of researches related to development and application of a methodology to doing this analyze in our work group. This researches involved the topics as follow: i) adaptation of the Fiber Windup technique to obtain elongational viscosity data in ARES (Advanced Rheometric Expansion System) rotational rheometer; ii) parameter estimation of the constitutive models used; iii) numerical solution to the stress state in multilayer co-extrusion flows; iv) experimental analyzes of interfacial instabilities occurrence in bi-layers co-extrusion systems employing polystyrene. The Fiber Windup technique adaptation shown reproducibility, having performance comparable to other techniques. Also was proposed a correction method to experimental data, which aim for their better using in parameter estimation of constitutive models. To the estimation of non-linear parameters of the multimodal Leonov constitutive model, was used a step estimation procedure and optimization stochastic method, with which was obtained satisfactory fitting of experimental data. In the co-extrusion experiments were observed the wave type interfacial instabilities, and their occurrence analyzed by the TNSD-signal criterion, variable obtained from the stress field solution by computational simulations of the experimental conditions. The TNSD curves shape seems to show the normal stress state behavior of flow, as well as the processing conditions effects in this. However, the TNSD-signal criterion seems not be applicable in the studied case, what, yet, can be consequence of the numerical method used to obtain the stress field.

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

A qualidade de produtos obtidos pelo processo de co-extrusão depende fortemente da estabilidade do escoamento multicamada nas cavidades internas da co-extrusora. Problemas de instabilidades interfaciais levam a distribuições de espessura de camadas não uniforme e, em situações mais drásticas, ao colapso de camadas. A possibilidade de ocorrência deste tipo de defeito pode limitar a escolha dos materiais a serem utilizados e a espessura mínima de cada camada do produto, bem como restringir a janela de processamento para uma determinada combinação de materiais. Na literatura existem diversos trabalhos que analisam a influência das propriedades reológicas dos materiais utilizados na formação destas instabilidades interfaciais. Um dos critérios de analise é o do sinal de TNSD (Total Normal Stress Difference), o qual serve para analisar a possibilidade de ocorrência de instabilidades interfaciais do tipo onda. A utilização deste critério requer o conhecimento das propriedades reológicas elongacionais e de cisalhamento dos materiais envolvidos, bem como a representação do estado de tensões viscoelásticas em cada uma das camadas durante o escoamento. Tendo como foco central a análise da ocorrência de instabilidades interfaciais em co-extrusão, neste trabalho foi realizada uma série de estudos relacionados ao desenvolvimento e aplicação de uma metodologia para realização desta análise em nosso grupo de pesquisa. Estes estudos envolveram os seguintes tópicos: i) adaptação da técnica Fiber-Windup para obtenção de dados de viscosidade elongacional no reômetro rotacional ARES (Advanced Rheometric Expansion System); ii) estimação de parâmetros dos modelos constitutivos utilizados; iii) solução numérica para o estado de tensões em escoamentos multicamada de co-extrusão; iv) análise experimental da ocorrência de instabilidades interfaciais em sistemas bicamadas envolvendo materiais poliestirênicos. A adaptação da técnica Fiber-Windup mostrou reprodutibilidade tendo desempenho comparável ao de outras técnicas. Também foi proposto um método de correção dos dados experimentais, visando melhor utilização destes na estimação de parâmetros de modelos constitutivos. Para a estimação dos parâmetros não-lineares do modelo constitutivo de Leonov multimodal foi utilizado um procedimento de estimação por etapas e com método estocástico de otimização, obtendo-se ajustes satisfatórios dos dados experimentais. Nos experimentos de co-extrusão foram observadas instabilidades interfaciais do tipo onda, e a ocorrência destas analisadas pelo critério do sinal de TNSD, variável obtida da solução do campo de tensões através de simulações computacionais das condições experimentais. O formato das curvas da quantidade TNSD pareceu refletir o comportamento do estado de tensões normais do escoamento, bem como os efeitos das condições de processamento neste. Porém, o critério de sinal de TNSD pareceu não ser aplicável ao caso estudado, o que, no entanto, pode ser conseqüência do método numérico utilizado para obter o campo de tensões. / The quality of thermoplastic products obtained by co-extrusion process strongly depends of multilayer flow stability in the internal co-extrusion cavities. Interfacial instabilities troubles lead up to thickness non-uniformity layers and, in more drastic situations, to collapsed layers. The occurrence possibility of this type of defect can limit the choice of materials to be used, such as restrict processing window to certain materials matching. In the literature there are a lot of papers analyzing the rheological properties influence of chosen materials in interfacial instabilities occurrence. One analyze criterion is the TNSD-signal (Total Normal Stress Difference), which is used to predict the occurrence of wave type interfacial instabilities. To using this criterion, one needs to know elongational and shear rheological properties of the used materials, such as the viscoelastic stress state presentation in each layers flow. Having as main focus the interfacial instabilities occurrence analysis in co-extrusion, in this work was done a series of researches related to development and application of a methodology to doing this analyze in our work group. This researches involved the topics as follow: i) adaptation of the Fiber Windup technique to obtain elongational viscosity data in ARES (Advanced Rheometric Expansion System) rotational rheometer; ii) parameter estimation of the constitutive models used; iii) numerical solution to the stress state in multilayer co-extrusion flows; iv) experimental analyzes of interfacial instabilities occurrence in bi-layers co-extrusion systems employing polystyrene. The Fiber Windup technique adaptation shown reproducibility, having performance comparable to other techniques. Also was proposed a correction method to experimental data, which aim for their better using in parameter estimation of constitutive models. To the estimation of non-linear parameters of the multimodal Leonov constitutive model, was used a step estimation procedure and optimization stochastic method, with which was obtained satisfactory fitting of experimental data. In the co-extrusion experiments were observed the wave type interfacial instabilities, and their occurrence analyzed by the TNSD-signal criterion, variable obtained from the stress field solution by computational simulations of the experimental conditions. The TNSD curves shape seems to show the normal stress state behavior of flow, as well as the processing conditions effects in this. However, the TNSD-signal criterion seems not be applicable in the studied case, what, yet, can be consequence of the numerical method used to obtain the stress field.

O uso de fibras vegetais como carga de reforço em compósitos de matriz polimérica está recebendo crescente atenção devido às propriedades obtidas no produto final, podendo substituir cargas convencionais como fibras de vidro. Associado a isto, o emprego de polímeros pós-consumo em produtos com maior valor agregado desperta o interesse econômico, social e ambiental. Neste sentido, o presente estudo tem por objetivo avaliar a reciclagem do poliestireno expandido (EPS) para obtenção de compósitos com a incorporação de fibra de curauá. Inicialmente foram desenvolvidos compósitos de poliestireno virgem (PS) reforçado com fibras de curauá, considerando a influência do teor de fibra, da adição de agente de acoplamento (à base de anidrido maleico) e o efeito da remoção da casca da fibra, a fim de selecionar a melhor formulação. O poliestireno expandido, proveniente das centrais de triagem do município de Caxias do Sul, foi reciclado em um equipamento que consiste de moagem e passagem por uma rosca aquecida a 100 °C, sendo avaliado o efeito deste processo nas suas propriedades morfológicas, térmicas, mecânicas e reológicas. A formulação previamente selecionada com matriz de PS foi empregada para a matriz de poliestireno reciclado (rEPS). Os compósitos foram obtidos por meio de uma pré-mistura em extrusora monorrosca, seguida de extrusão em duplarrosca e moldagem por injeção. Os compósitos obtidos foram avaliados com relação a sua morfologia (MEV), identificação dos grupos funcionais (FTIR), resistência mecânica (tração e impacto), comportamento térmico (TGA e HDT), reológico (viscosidade e índice de fluidez) e degradação em solo simulado e sob radiação UV. Os resultados demonstraram que a reciclagem do EPS não tem influência significativa nas propriedades do material em comparação com o PS utilizado como referência, viabilizando assim o processo de reciclagem empregado. Melhores propriedades foram obtidas para o compósito em matriz virgem utilizando 20% em massa de fibra de curauá sem casca, contendo 2% em massa de agente de acoplamento. Com a utilização da matriz reciclada constatou-se uma diminuição da resistência à tração em relação aos compósitos com matriz virgem, já as demais propriedades (resistência ao impacto, TGA, HDT e reologia) os compósitos com matriz reciclada apresentaram propriedades superiores. A morfologia dos compósitos com matriz virgem ou reciclada foi similar, porém, em presença do agente de acoplamento foi possível constatar uma maior interação fibra/matriz empregando a matriz virgem. Nos ensaios de biodegradação em solo simulado e sob radiação UV constatou-se que a presença da fibra, juntamente com o agente de acoplamento, não impediu a degradação do material, caracterizada pela existência de bandas na região da carbonila no spectros de FTIR. Entretanto, pela análise morfológica não foi observado formação de trincas, fissuras e de biofilme nas amostras submetidas à biodegradação em solo, contudo, trincas e fissuras foram constatadas durante o envelhecimento sob radiação UV, sendo este efeito menos pronunciado em presença do agente de acoplamento. Em ambos os ensaios de degradação foi verificado que a presença da fibra de curauá retarda o processo de degradação da matriz, quando avaliada por meio da sua resistência à tração. Concluiu-se que a reciclagem do EPS viabiliza sua utilização na obtenção de compósitos com fibras vegetais, diminuindo os impactos ambientais gerados com seu descarte. Adicionalmente ficou comprovado que compósitos de poliestireno reforçados com fibra de curauá apresentam boas propriedades, podendo ser utilizados como material de engenharia. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-07-10T17:10:42Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Cleide Borsoi.pdf: 6415268 bytes, checksum: 8b551c9902ebdae69f8ba881a0c1ac90 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-10T17:10:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Cleide Borsoi.pdf: 6415268 bytes, checksum: 8b551c9902ebdae69f8ba881a0c1ac90 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The use of vegetable fibers as a reinforcing filler in polymer composites is receiving increased attention because of the good properties obtained in the final material and they are able to substitute conventional fillers such as glass fibers. Associated with this, the use of post-consumer polymers in products with higher value aggregate has economic, social and environmental interest. In this regard, this study aims to evaluate the recycling of expanded polystyrene (EPS) to obtain composites with the incorporation of curaua fiber. Virgin polystyrene composites (PS) reinforced with curaua fiber were initially developed considering the influence of the fiber content, the addition of coupling agent (based on anhydride maleic) and the effect of removing the shell fiber in order to select the best formulation. Expanded polystyrene from the central from the triage of the city of Caxias do Sul, was recycled into a device that consists of grinding and pass through screw heated to 100 °C, and the effects of this process in their morphological, thermal, mechanical and rheological properties were evaluated. The formulation previously selected to the PS matrix was used for the recycled polystyrene (rEPS) matrix. The composites were obtained using a pre-mixing in a single-screw extruder, followed by a twin-screw extruder and injection molding. The composites were evaluated in relation to their morphology (SEM), identification of functional groups (FTIR), mechanical strength (tensile and impact), thermal behavior (TGA and HDT), rheological (viscosity and melt flow index) and degradation in simulated soil and under UV radiation. The results showed that the recycling of EPS has no significant influence the material properties in comparison with the PS used as reference, thus enabling recycling process employed. Best properties were obtained for composite with virgin matrix using 20wt% curaua fiber shelled, containing 2wt% of coupling agent. With the use the recycled matrix noted a decrease in tensile strength compared to virgin matrix composite, since the other properties (impact strength, TGA, HDT and rheology) the composites with recycled matrix showed superior properties. The morphology of the composite was similar for virgin and recycled matrices, but in the presence of coupling agent it was possible to see more interaction fiber/matrix using the virgin matrix. In the biodegradability test in simulated soil and under UV radiation it was found that the presence of fiber, together with the coupling agent, did not prevent the degradation of the material, characterized by the presence of bands in the region of the carbonyl in the FTIR spectrum. However, morphological analysis was not observed crack formation, fissures and biofilm in the samples subjected to biodegradation in soil, however, at cracks were observed in the UV aging, this effect was less pronounced in the presence of coupling agent. In both trials of degradation was found that the presence of curaua fiber retards the degradation of the matrices when evaluated by measuring tensile strength. It was found that the recycling of EPS enables their use in obtaining vegetable fiber composite, reducing the environmental impact created disposal. Additionally it was proved that composite fiber curaua reinforced polystyrene has good properties and can be used as an engineering material.

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

A qualidade de produtos obtidos pelo processo de co-extrusão depende fortemente da estabilidade do escoamento multicamada nas cavidades internas da co-extrusora. Problemas de instabilidades interfaciais levam a distribuições de espessura de camadas não uniforme e, em situações mais drásticas, ao colapso de camadas. A possibilidade de ocorrência deste tipo de defeito pode limitar a escolha dos materiais a serem utilizados e a espessura mínima de cada camada do produto, bem como restringir a janela de processamento para uma determinada combinação de materiais. Na literatura existem diversos trabalhos que analisam a influência das propriedades reológicas dos materiais utilizados na formação destas instabilidades interfaciais. Um dos critérios de analise é o do sinal de TNSD (Total Normal Stress Difference), o qual serve para analisar a possibilidade de ocorrência de instabilidades interfaciais do tipo onda. A utilização deste critério requer o conhecimento das propriedades reológicas elongacionais e de cisalhamento dos materiais envolvidos, bem como a representação do estado de tensões viscoelásticas em cada uma das camadas durante o escoamento. Tendo como foco central a análise da ocorrência de instabilidades interfaciais em co-extrusão, neste trabalho foi realizada uma série de estudos relacionados ao desenvolvimento e aplicação de uma metodologia para realização desta análise em nosso grupo de pesquisa. Estes estudos envolveram os seguintes tópicos: i) adaptação da técnica Fiber-Windup para obtenção de dados de viscosidade elongacional no reômetro rotacional ARES (Advanced Rheometric Expansion System); ii) estimação de parâmetros dos modelos constitutivos utilizados; iii) solução numérica para o estado de tensões em escoamentos multicamada de co-extrusão; iv) análise experimental da ocorrência de instabilidades interfaciais em sistemas bicamadas envolvendo materiais poliestirênicos. A adaptação da técnica Fiber-Windup mostrou reprodutibilidade tendo desempenho comparável ao de outras técnicas. Também foi proposto um método de correção dos dados experimentais, visando melhor utilização destes na estimação de parâmetros de modelos constitutivos. Para a estimação dos parâmetros não-lineares do modelo constitutivo de Leonov multimodal foi utilizado um procedimento de estimação por etapas e com método estocástico de otimização, obtendo-se ajustes satisfatórios dos dados experimentais. Nos experimentos de co-extrusão foram observadas instabilidades interfaciais do tipo onda, e a ocorrência destas analisadas pelo critério do sinal de TNSD, variável obtida da solução do campo de tensões através de simulações computacionais das condições experimentais. O formato das curvas da quantidade TNSD pareceu refletir o comportamento do estado de tensões normais do escoamento, bem como os efeitos das condições de processamento neste. Porém, o critério de sinal de TNSD pareceu não ser aplicável ao caso estudado, o que, no entanto, pode ser conseqüência do método numérico utilizado para obter o campo de tensões. / The quality of thermoplastic products obtained by co-extrusion process strongly depends of multilayer flow stability in the internal co-extrusion cavities. Interfacial instabilities troubles lead up to thickness non-uniformity layers and, in more drastic situations, to collapsed layers. The occurrence possibility of this type of defect can limit the choice of materials to be used, such as restrict processing window to certain materials matching. In the literature there are a lot of papers analyzing the rheological properties influence of chosen materials in interfacial instabilities occurrence. One analyze criterion is the TNSD-signal (Total Normal Stress Difference), which is used to predict the occurrence of wave type interfacial instabilities. To using this criterion, one needs to know elongational and shear rheological properties of the used materials, such as the viscoelastic stress state presentation in each layers flow. Having as main focus the interfacial instabilities occurrence analysis in co-extrusion, in this work was done a series of researches related to development and application of a methodology to doing this analyze in our work group. This researches involved the topics as follow: i) adaptation of the Fiber Windup technique to obtain elongational viscosity data in ARES (Advanced Rheometric Expansion System) rotational rheometer; ii) parameter estimation of the constitutive models used; iii) numerical solution to the stress state in multilayer co-extrusion flows; iv) experimental analyzes of interfacial instabilities occurrence in bi-layers co-extrusion systems employing polystyrene. The Fiber Windup technique adaptation shown reproducibility, having performance comparable to other techniques. Also was proposed a correction method to experimental data, which aim for their better using in parameter estimation of constitutive models. To the estimation of non-linear parameters of the multimodal Leonov constitutive model, was used a step estimation procedure and optimization stochastic method, with which was obtained satisfactory fitting of experimental data. In the co-extrusion experiments were observed the wave type interfacial instabilities, and their occurrence analyzed by the TNSD-signal criterion, variable obtained from the stress field solution by computational simulations of the experimental conditions. The TNSD curves shape seems to show the normal stress state behavior of flow, as well as the processing conditions effects in this. However, the TNSD-signal criterion seems not be applicable in the studied case, what, yet, can be consequence of the numerical method used to obtain the stress field.

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

O uso de fibras vegetais como carga de reforço em compósitos de matriz polimérica está recebendo crescente atenção devido às propriedades obtidas no produto final, podendo substituir cargas convencionais como fibras de vidro. Associado a isto, o emprego de polímeros pós-consumo em produtos com maior valor agregado desperta o interesse econômico, social e ambiental. Neste sentido, o presente estudo tem por objetivo avaliar a reciclagem do poliestireno expandido (EPS) para obtenção de compósitos com a incorporação de fibra de curauá. Inicialmente foram desenvolvidos compósitos de poliestireno virgem (PS) reforçado com fibras de curauá, considerando a influência do teor de fibra, da adição de agente de acoplamento (à base de anidrido maleico) e o efeito da remoção da casca da fibra, a fim de selecionar a melhor formulação. O poliestireno expandido, proveniente das centrais de triagem do município de Caxias do Sul, foi reciclado em um equipamento que consiste de moagem e passagem por uma rosca aquecida a 100 °C, sendo avaliado o efeito deste processo nas suas propriedades morfológicas, térmicas, mecânicas e reológicas. A formulação previamente selecionada com matriz de PS foi empregada para a matriz de poliestireno reciclado (rEPS). Os compósitos foram obtidos por meio de uma pré-mistura em extrusora monorrosca, seguida de extrusão em duplarrosca e moldagem por injeção. Os compósitos obtidos foram avaliados com relação a sua morfologia (MEV), identificação dos grupos funcionais (FTIR), resistência mecânica (tração e impacto), comportamento térmico (TGA e HDT), reológico (viscosidade e índice de fluidez) e degradação em solo simulado e sob radiação UV. Os resultados demonstraram que a reciclagem do EPS não tem influência significativa nas propriedades do material em comparação com o PS utilizado como referência, viabilizando assim o processo de reciclagem empregado. Melhores propriedades foram obtidas para o compósito em matriz virgem utilizando 20% em massa de fibra de curauá sem casca, contendo 2% em massa de agente de acoplamento. Com a utilização da matriz reciclada constatou-se uma diminuição da resistência à tração em relação aos compósitos com matriz virgem, já as demais propriedades (resistência ao impacto, TGA, HDT e reologia) os compósitos com matriz reciclada apresentaram propriedades superiores. A morfologia dos compósitos com matriz virgem ou reciclada foi similar, porém, em presença do agente de acoplamento foi possível constatar uma maior interação fibra/matriz empregando a matriz virgem. Nos ensaios de biodegradação em solo simulado e sob radiação UV constatou-se que a presença da fibra, juntamente com o agente de acoplamento, não impediu a degradação do material, caracterizada pela existência de bandas na região da carbonila no spectros de FTIR. Entretanto, pela análise morfológica não foi observado formação de trincas, fissuras e de biofilme nas amostras submetidas à biodegradação em solo, contudo, trincas e fissuras foram constatadas durante o envelhecimento sob radiação UV, sendo este efeito menos pronunciado em presença do agente de acoplamento. Em ambos os ensaios de degradação foi verificado que a presença da fibra de curauá retarda o processo de degradação da matriz, quando avaliada por meio da sua resistência à tração. Concluiu-se que a reciclagem do EPS viabiliza sua utilização na obtenção de compósitos com fibras vegetais, diminuindo os impactos ambientais gerados com seu descarte. Adicionalmente ficou comprovado que compósitos de poliestireno reforçados com fibra de curauá apresentam boas propriedades, podendo ser utilizados como material de engenharia. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The use of vegetable fibers as a reinforcing filler in polymer composites is receiving increased attention because of the good properties obtained in the final material and they are able to substitute conventional fillers such as glass fibers. Associated with this, the use of post-consumer polymers in products with higher value aggregate has economic, social and environmental interest. In this regard, this study aims to evaluate the recycling of expanded polystyrene (EPS) to obtain composites with the incorporation of curaua fiber. Virgin polystyrene composites (PS) reinforced with curaua fiber were initially developed considering the influence of the fiber content, the addition of coupling agent (based on anhydride maleic) and the effect of removing the shell fiber in order to select the best formulation. Expanded polystyrene from the central from the triage of the city of Caxias do Sul, was recycled into a device that consists of grinding and pass through screw heated to 100 °C, and the effects of this process in their morphological, thermal, mechanical and rheological properties were evaluated. The formulation previously selected to the PS matrix was used for the recycled polystyrene (rEPS) matrix. The composites were obtained using a pre-mixing in a single-screw extruder, followed by a twin-screw extruder and injection molding. The composites were evaluated in relation to their morphology (SEM), identification of functional groups (FTIR), mechanical strength (tensile and impact), thermal behavior (TGA and HDT), rheological (viscosity and melt flow index) and degradation in simulated soil and under UV radiation. The results showed that the recycling of EPS has no significant influence the material properties in comparison with the PS used as reference, thus enabling recycling process employed. Best properties were obtained for composite with virgin matrix using 20wt% curaua fiber shelled, containing 2wt% of coupling agent. With the use the recycled matrix noted a decrease in tensile strength compared to virgin matrix composite, since the other properties (impact strength, TGA, HDT and rheology) the composites with recycled matrix showed superior properties. The morphology of the composite was similar for virgin and recycled matrices, but in the presence of coupling agent it was possible to see more interaction fiber/matrix using the virgin matrix. In the biodegradability test in simulated soil and under UV radiation it was found that the presence of fiber, together with the coupling agent, did not prevent the degradation of the material, characterized by the presence of bands in the region of the carbonyl in the FTIR spectrum. However, morphological analysis was not observed crack formation, fissures and biofilm in the samples subjected to biodegradation in soil, however, at cracks were observed in the UV aging, this effect was less pronounced in the presence of coupling agent. In both trials of degradation was found that the presence of curaua fiber retards the degradation of the matrices when evaluated by measuring tensile strength. It was found that the recycling of EPS enables their use in obtaining vegetable fiber composite, reducing the environmental impact created disposal. Additionally it was proved that composite fiber curaua reinforced polystyrene has good properties and can be used as an engineering material.