O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento mecânico de uma areia não saturada, com e sem reforço de fibras, através de ensaios de placa realizados em densidade relativa de 50% e 90%. Para o reforço da areia foi acrescentada a quantidade de 0,5% de fibra de polipropileno em relação ao peso seco de solo. A análise dos resultados dos ensaios de placa indica que a inclusão de fibras influencia significativamente no comportamento carga-recalque do material. O melhor resultado foi obtido para o ensaio realizado na maior densidade relativa (DR = 90%) com adição de fibras, apresentando uma mudança significativa no comportamento carga-recalque. Ensaios triaxiais também foram realizados a fim de obter os parâmetros de resistência e deformação dos materiais estudados. Além disso, ensaios de sucção foram realizados para avaliar a sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo não saturado, com e sem reforço. / The aim of present research was to study the mechanical behavior of unreinforced and fiber-reinforced unsaturated sand through plate load tests carried out at relative densities of 50% and 90%. For the reinforced sand, 50 mm long polypropylene fibers were added at a concentration of 0.5% by dry weight. The analysis of the plate test results indicates that the soil load-settlement behavior is significantly influenced by the fiber inclusion. The best performance was obtained for the densest (DR=90%) fiber-sand mixture, where a significant change in the load-settlement behavior was observed. Triaxial tests were also carried out in order to establish the strength and deformation parameters of the materials studied. Furthermore, suction tests were carried out to investigate its potential influence on the strength parameters of the unsaturated fiber-reinforced and unreinforced materials.

Uma maneira de quantificar a resistência da interface de materiais compósitos é medindo a tensão necessária para separar o filme do substrato. Esta tensão é frequentemente usada como um parâmetro de projeto para desenvolver estes materiais. Entretanto, muitos métodos de medição da adesão não são capazes de eliminar as falhas de coesão das falhas de adesão filme/substrato. Neste trabalho um novo método de medição de adesão é proposto com o objetivo de eliminar a interferência da falha de coesão por cisalhamento, inerente ao filme delaminado, da medida da tensão normal de adesão feita por método padrão. O novo método provou ser eficiente e seus resultados mostraram serem mais precisos que os do método normalizado. Foram testados os seguintes compostos obtidos por evaporação de cobre usando canhão de elétrons através do processo de deposição física de vapor (PVD), formando um filme metálico sobre quatro substratos poliméricos: polipropileno (PP), poliamida 6 (PA 6), poliestireno de alto impacto (HIPS) e poli(tereftalato) de etileno (PET). A análise de espectroscopia de retroespalhamento Rutherford foi utilizada para caracterizar os filmes e o ângulo de contato para caracterizar a interface. As superfícies dos polímeros foram modificadas através de flambagem e lixamento para validar os resultados do novo método. Finalmente os polímeros delaminados através dos métodos padrão e proposto foram observados por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), comprovando assim, que somente no método novo ocorre a separação da interface metal-polímero livre da influência da falha coesiva do filme de cobre. / One of the methods to quantify the interface strength of composites is to measure the tensile stress necessary to separate a film from the substrate surface. Such value is often used as a project parameter to develop the composite. However, most of methods cannot avoid the interference of the cohesion bulk failures from the film/substrate adhesion measures. In this work a new method is proposed in order to eliminate the influence of the cohesion shear failure inherent to the delaminated film of the normal adhesion stress measured by the standard method. The new method has proved to work and their results have become more accurate than the standard pull-off method. The experiment consisted in delaminate a copper film deposited by physical vapor evaporation (PVD) through electron gun on four polymers: polypropylene (PP), polyamide 6 (PA 6), high impact polystyrene (HIPS) and polyethylene terephthalate (PET). The Rutherford backscattering spectrometry was used to characterize the films and the contact angle analysis to characterize the interfaces. The polymer surfaces have also been modified to verify the adhesion strengths of the copper film through sanding and flaming processes to validate the new method. Finally the substrates delaminated were analyzed for both methods, standard and proposed, through optical and scanning electron microscopies, proving that only the new method is effective in pulling-off the metal/polymer interface without the cohesive failure influence of the copper film.

Usualmente as propriedades do solo não são adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo. Nesse sentido, a análise do comportamento mecânico de um solo micro-reforçado com fibras de distintos índices aspecto é objetivada. Para tanto, uma célula de compressão triaxial com medidas internas de deformações é construída, instrumentada e calibrada para realização de ensaios, sob trajetórias de tensões convencionais, em amostras com 100mm de diâmetro e 200mm de altura. O solo, uma areia fina, de granulometria uniforme, é reforçado com fibras de polipropileno com diferentes comprimentos, 12, 24, 36 e 50mm, e diferentes diâmetros, 0,023 e 0,100mm, equivalentes a índices aspecto entre 120 e 2174. As amostras apresentam densidade relativa de 50%, teor de umidade de 10% e adição de 0,5% de fibras em relação à massa de solo seco. Os resultados demonstram a eficácia da utilização do reforço no ganho de resistência das amostras em relação ao material nãoreforçado. Dessa forma, os parâmetros de resistência da matriz reforçada apresentam notável aumento. Os valores de ângulo de atrito interno das misturas não são influenciados pelo índice aspecto das fibras. Em contrapartida, os valores de intercepto coesivo dos compósitos são fortemente influenciados pelo índice aspecto dos reforços. Ainda, é verificado um valor de índice aspecto a partir do qual o compósito passa a apresentar comportamento de enrijecimento mais pronunciado, em torno de 300 neste estudo. É verificado, também, que a rigidez da areia não é alterada pela inclusão dos micro-reforços. Semelhantemente, o comportamento dilatante da areia não é sensivelmente afetado pela adição de fibras. Todavia, a relação de tensões final das misturas é reduzida com o aumento da tensão confinante e ampliada com o aumento do índice aspecto das fibras. Por fim, a medida dos comprimentos das fibras antes e após a realização dos ensaios mostra que os reforços não rompem por tração. A interação entre a matriz de solo e as fibras se dá através do deslizamento e do alongamento das fibras. / The study of the mechanical behavior of a soil micro-reinforced with distinct aspect ratios fibers is the purpose of this investigation. Thus, a triaxial compression cell is built and drained standard triaxial tests on 100mm diameter and 200mm high specimens are carried out. The soil, a uniform fine sand, is reinforced with polypropylene fibers with different lengths, 12, 24, 36 and 50mm, different diameters, 0.023 and 0.100mm, and consequently with a large spectrum of aspect ratios, up to about 2200. The samples are compacted to a relative density of 50% and a water content of 10% with a fiber content of 0.5% by weight of soil. The results show the effectiveness of fiber reinforcement in the strength increase of the samples compared to non-reinforced material. Thus, the parameters of resistance of the reinforced matrix exhibit remarkable increase. The values of mixtures friction angles are not influenced by aspect ratio of the fibers. However, the values of cohesive intercepts of the composites are strongly influenced by fibers aspect ratio. In addition, it is found an aspect ratio value from which the composites present more pronounced strain hardening features, around 300 in this study. It is also found that sand stiffness is not influenced by the micro-reinforcements inclusion. Similarly, the dilation behavior of sand is not significantly affected by fibers addition. However, the mixtures final stress ratio is reduced with the confining pressure increase and with the decrease of fibers aspect ratio value. Finally, the measurement of fiber lengths before and after the tests shows that the reinforcements do not break in tension. The failure is a composite of slippage and yielding of fibers.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2005 / Inclui bibliografia / A indústria automotiva responde, atualmente, por uma grande parte do mercado de consumo de plásticos, por isso existe um crescente interesse no investimento em processos de reciclagem, inclusive devido à vinculação às atividades relacionadas à proteção am / The automotive industry is responsible, currently, for a great part of the plastic consumption market, therefore an increasing interest in the investment in recycling processes exists, also due to entailing the activities related to the ambient protection

In this work the connection behavior between precast elements using cement mortar with polypropylene fibers addition is studied to evaluate its performance when compression loads is applied. A numerical analysis with the finite elements program ANSYS 7.1® was made considering mortars range from 0% to 50% of polypropylene fibers addition. The numerical model considered in the analysis was composed of two reinforced concrete blocks with 10x10x20cm dimensions, joined between themselves by a cement mortar with marble and granite residue addition, developed in laboratory, which will receive polypropylene fibers addition. The numerical analysis was later validated by an experimental program. With the gotten results, it was evidenced that lower than 3% tax fibers propitiated better performance of the joint and, consequently, of the model. A profit in the horizontal and vertical deformation capacity was observed prorroguing the mortar splitting in the model, which makes high system strength capacity, resulting in an increase of the connection ductility. Between 4% and 10% the model kept any behavior alteration and from 15%, it started to lose strength and rigidity. The experimental models had presented load capacity profit with fibers addition and similar cracked ways of numerical model and the models observed in literature. However 2% fibers taxes higher were not possible to investigate because a lower workability performance had been gotten. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Neste trabalho estuda-se o comportamento da ligação entre elementos pré-moldados através de juntas de argamassa com adição de fibras de polipropileno, avaliando o desempenho das mesmas quando solicitadas a tensões de compressão. O modelo proposto para análise do comportamento da ligação é composto de dois blocos de concreto armado com dimensões 10x10x20cm, unidos entre si por uma argamassa de cimento e areia com adição de resíduo oriundo do beneficiamento de mármore e granito, desenvolvida em laboratório em uma dissertação de mestrado, a qual recebeu adição de fibras de polipropileno. Faz-se uma avaliação numérica do modelo proposto através do programa de elementos finitos ANSYS 7.1® considerando argamassas com adição até 50% de fibras de polipropileno que é posteriormente validado em um programa experimental. Pelos dados obtidos numericamente, constata-se que o incremento de fibras até a taxa de 3% propicia um melhor desempenho da junta e, consequentemente, do modelo. Observa-se um ganho na capacidade de deformação horizontal e vertical da mesma, prorrogando, com isso, o descolamento do modelo, fazendo com que o sistema mantenha por mais tempo sua capacidade resistente, o que significa um aumento da ductilidade da ligação. Entre 4% e 10% o modelo mantém-se sem alteração no seu comportamento e a partir de 15%, começa a perder resistência e rigidez. Os modelos experimentais apresentam ganho de capacidade de carga com o acréscimo de fibras e modos de fissuração semelhantes ao modelo numérico e aos modelos propostos na literatura. Entretanto os teores práticos de fibras só atingem 2%, o que impossibilita os estudos para os demais teores.

A reciclagem é uma alternativa para o emprego dos resíduos plásticos; diminuindo custos e preservando recursos naturais não renováveis. O setor da construção civil tem absorvido parte destes rejeitos, tornando-os subprodutos importantes, os quais podem ter desempenho tão satisfatório quanto os produtos já existentes, além de ecologicamente corretos. Esse trabalho aponta uma nova utilização destes resíduos, propondo a substituição parcial da areia natural por PET e PP (ambos pós-consumo) na forma de flocos em diversas formulações, objetivando a produção de concreto estrutural com agregados leves para a aplicação na construção civil. A pesquisa foi dividida em duas etapas: na primeira foi avaliado o teor adequado (em volume) em diferentes tempos de cura para cada polímero de maneira a garantir um bom desempenho mecânico em termos de resistência à compressão. Nesta etapa, o teor analisado que garantiu o melhor resultado foi o de10% tanto para o PET como para o PP. Na segunda etapa este teor foi utilizado para verificar a influência da adição destes resíduos no desempenho mecânico e na durabilidade do concreto para 28 e 90 dias de cura. Foram realizados ensaios de caracterização mecânica, física, química, térmica e morfológica das amostras com e sem adição dos flocos poliméricos. Os resultados da primeira etapa da pesquisa mostraram que o teor máximo com melhor desempenho mecânico foi de 10% v/v. Na segunda etapa, houve um pequeno decréscimo na resistência à compressão axial nas amostras com polímeros quando comparada à referência. Amostras com flocos de PET obtiveram menor teor de vazios e, portanto, menor absorção de água quando comparadas às amostras com PP, indicando uma possível melhor interação do PET com a matriz cimentícia. Para as amostras com PP, houve um maior teor de vazios e maior absorção de água quando comparados às amostras referência e com adição de PET. Entretanto, o PP agiu como excelente barreira à penetração dos íons cloretos, reduzindo a porcentagem de carga passante em comparação ao concreto com PET e referência, o que pode ser considerado como um resultado promissor ao se considerar seu uso (PP) como possível substituto da areia. / Recycling is an alternative to the use of plastic residues, thus contributing to the reduction of costs and preserving non-renewable natural resources. The construction sector has absorbed part of these residues, by transforming them into important by-products, which can have similar performance as the existing products and can also be considered as an environmentally friendly product. This study focus on the use to these residues to partially replace natural sand by PET and PP (both post-consumer) flakes in different contents (by volume), aiming to produce structural concrete with lightweight aggregate for civil construction use. The study was divided into two stages: in the first stage the ideal polymer content was evaluated at different curing ages in terms of compressive strength. In this this stage, the ideal polymer content that provided the best result was 10% for both PET and PP. In the second stage, this ideal polymer content was used to verify the influence of the use of these residues on the mechanical performance and durability of concrete for 28 and 90 days of curing. Mechanical characterization tests were performed, followed by physical, chemical, thermal and morphological characterization of specimens with and without the addition of polymer flakes. In the first stage of the research, it was observed a reduction in the compressive strength as the polymer content increases, except for the 10% content, which did not show major differences compared to the reference mix. In the second stage, it was observed a small decrease in the mechanical behaviour for the samples with polymer addition compared to the reference mix. In terms of durability, the specimens with PET addition presented lower void content and lower water absorption when compared to PP, which may indicate an improved interaction of PET flakes to the cementitious matrix. The specimens with PP presented higher void content and water absorption when compared to PET and reference mixes. However, the addition of PP seems to have acted as a barrier to the penetration of chloride ions, reducing the percentage of passing load compared to PET and reference mixes, which leads to the fact that this polymer (PP) may be a good option as sand replacement in structural concrete.

O compósito cimentício de elevada capacidade de deformação é um tipo especial de compósito cimentício de alto desempenho reforçado com fibras, cuja principal característica é a alta ductilidade, devido à capacidade de gerar fissuração múltipla quando em carregamento. Este compósito também é conhecido como Engineered Cementitious Composite (ECC), desenvolvido pelo Pesquisador Professor Victor Li na Universidade de Michigan, nos Estados Unidos. Nos últimos cinco anos, o Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) vem desenvolvendo uma linha de pesquisa com o objetivo de adaptar o ECC com materiais locais. Neste intuito, fibras de polipropileno têm sido utilizadas em conjunto com cinza da casca de arroz visando o desenvolvimento de misturas mais viáveis economicamente e mais ambientalmente sustentáveis. Este estudo teve como finalidade avaliar a possibilidade da utilização da cinza de casca de arroz residual (moída em laboratório por 1, 2, 4, 6 e 8 horas) como material pozolânico para substituição parcial de cimento. A caracterização da cinza foi realizada por meio dos ensaios de difração de raio-x, fluorescência de raio-x, perda ao fogo, índice de desempenho, massa especifica e distribuição granulométrica. Este estudo caracterizou compósitos cimentícios de elevada capacidade de deformação contendo 10%, 20% e 30% (em volume) de substituição de cimento por cinza de casca de arroz residual, analisando o comportamento mecânico quanto à tração direta e flexão a quatro pontos. Na busca de um indicativo de durabilidade foram avaliados a absorção e índice de vazios destes compósitos. Além disso, foi realizada a análise da curva de liberação de calor de hidratação para verificar o efeito retardador que a cinza de casca de arroz possa gerar no compósito. E como possível utilização deste compósito como material de reparo, foi analisada a aderência pelo método de cisalhamento oblíquo e pelo método de arrancamento e avaliada a reflexão de fissuras juntamente com a realização de microscopia eletrônica de varredura destes compósitos. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios para os compósitos com 30% de cinza de casca de arroz moída por 8 e 4 horas, apresentando bons resultados quanto à ductilidade e resistência à propagação de fissuras. / The high strain cementitious composite is a special type of fiber reinforced high performance cementitious composite which main characteristic is the high ductility achieved through the ability to generate multiple cracking under loading. This composite is also known as Engineered Cementitious Composites (ECC), which was first developed by Professor Victor Li at the University of Michigan, in the United States. Over the last five years, the Laboratory of Testings and Structural Models (LEME) of UFRGS has developed a research area aiming to adapt ECC with local materials. In this context, polypropylene fibers were used to substitute PVA fibers and rice husk ash was used to partially replace cement, aiming to develop more cost attractive and greener mixtures. This study analyzed the use of non-processed rice husk ash (grinded in laboratory for 1, 2, 4, 6 and 8 hours) as a pozzolanic material by means of x-ray diffraction tests, x-ray fluorescence, fire loss, performance index, specific mass and particle size distribution. This study characterized, in terms of mechanical behavior, the high strain cementitious composites with 10%, 20% and 30% (by volume) of non-processed rice husk ash as cement replacement. The experimental tests were carried out in terms of direct tensile and four points bending tests. Aiming to obtain a first indication of durability, absorption and void rate tests were performed. Other tests were performed to obtain the hydration heat curve aiming to determine a possible retarding effect that the rice husk ash may cause to the composite. Finally, in order to analyze the use of the composite as a reinforcement material, tests were carried out to obtain the bond behavior in terms of oblique shear and pullout methods. The reflection of cracks was also evaluated along with scanning electron microscopy of the composites. The results were satisfactory for composites with 30% of rice husk ashes grinded for 8 and 4 hours, presenting good results in terms of ductility and resistance to crack propagation.

Polipropileno (PP) é um termoplástico com ótimo balanço de propriedades, baixo custo e largo espectro de aplicações. Seu uso como material de engenharia é limitado pelos seus valores relativamente baixos de propriedades mecânicas. A adição de reforço ao PP melhora suas propriedades termomecânicas, tornando-o adequado para fabricação de peças de engenharia como composto termoplástico. Fibra de vidro (FV) é o reforço mais empregado em compostos de PP devido a maior resistência mecânica específica gerada no PP e por atuar como agente nucleante. Devido à diferença entre as naturezas das ligações secundárias, há pouca afinidade química entre PP-FV, sendo necessária a modificação interfacial através de agentes de acoplamento poliméricos (AA) para melhorar o desempenho termomecânico deste composto. Averiguou-se neste trabalho a influência de dois AA, um à base de PP e outro à base de EPDM, ambos graftizados com anidrido maleico (PAM e EAM, respectivamente), no comportamento térmico do composto PP∕FV. Os compostos PP30FV-AA foram preparados em extrusora dupla rosca ZSK 26, e posteriormente injetados em uma injetora Airburg para obtenção de corpos de prova utilizando teor fixo de 30% FV e teores de 0,5∕1,0∕2,0% AA. O PP e seus compostos foram caracterizados via microscopia óptica acoplada à placa Hot Stage, cristalização isotérmica e não isotérmica por calorimetria (DSC), resistência à deflexão térmica (HDT), morfologia da fratura (MEV) e comportamento viscoelástico (DMA) para analisar a influência do AA e da FV. Os resultados obtidos foram avaliados estatisticamente via metodologia ANOVA (Analysis of Variance). O efeito sinérgico FV-AA na cristalização isotérmica do PP foi dependente da combinação temperatura-natureza-teor de AA, sendo a temperatura o fator preponderante. A interação interfacial entre a matriz- reforço foi substancialmente favorecida pelo PAM. O uso de EAM retardou a cristalização do PP, enquanto que o PAM favoreceu este processo. Constatou-se que o AA teve pouca influência no tempo de meia-vida de cristalização nas menores isotermas e, para isotermas mais próximas à fusão do PP, o PAM apresentou menores valores deste parâmetro. Os valores de deflexão térmica foram semelhantes para todas as formulações contendo PAM, enquanto que a adição de EAM decresceu esta propriedade. Em temperaturas inferiores à transição vítrea (Tg) do PP, todos os compostos com AA apresentaram menor módulo elástico em relação ao composto puro; em temperaturas superiores à Tg, o PAM favoreceu aumentou esta propriedade na faixa de temperatura em que o composto usualmente é utilizado. / Polypropylene (PP) features by its properties balance, price and large array of applications. However, its use as engineering component is limited by relative low mechanical properties. PP reinforcement improves its thermomechanical properties, turning it into suitable to produce engineering components as a reinforced thermoplastic composite. Glass fiber (GF) is the most usual reinforce utilized in PP due to its great specific mechanical strength elastic modulus and nucleation capability. In reason of different secondary bonds between PP and GF, it is mandatory to modify the interface between these domains through polymeric coupling agents (CA) to improve thermomechanical performance. It was evaluated the influence of two CA based on PP and EPDM grafted with maleic anhydride (PAM and EAM) on thermal behavior of PP∕GF composite. PP30GF-CA composites were prepared in a twin screw extrusor ZSK 26 and injected in an injector Airburg with fixed GF content (30%) and different CA contents (0.5∕1.0∕2.0%). PP and PP composites were analyzed by optical microscopy with Hot Stage, isothermal and non-isothermal crystallization (DSC), as well as viscoelastic behavior. The results were statistically evaluated by ANOVA (Analysis of Variance) methodology. The synergic role between GF∕CA in PP crystallization was dependent on temperature-nature-CA content, mainly influenced by temperature. Interfacial adhesion was mainly favored by PAM. The results pointed a possible PP isotherm crystallization retardant by EAM, whereas PAM significantly favored this same process. CA presence in PP30GF composite did not influence crystallization half-life time values in lower isotherms, while in isotherms near PP melting temperature, PAM considerably decreased this parameter. Deflection thermal values were not affected by PAM, while EAM decreased this property in whole formulations. CA did not improved PP∕GF elastic modulus below PP glass transition (Tg), while in temperatures above Tg, PAM improved PP-GF this same parameter.

Este trabalho investigou a influência do TiO2 em diferentes concentrações pelo processo convencional e sol-gel in situ. Essa avaliação foi baseada no efeito do TiO2 na cinéticas de formação do TiO2 a partir do precursor tetrabutóxido de titânio Ti(OBu)4, análises térmicas de degradação e cristalização, microscopia óptica de luz polarizada, morfologias, grau de cristalinidade por difração de raios-X, fotocalorimetria, comportamento viscoelástico, visando novos métodos e aplicações na indústria. Na cinética de conversão ficou evidenciado que para 10 min e 250°C o rendimento da reação foi maior. Na cinética de degradação o nanocompósito de PP/TiO2b1,5 demonstrou ter a maior estabilidade térmica. O ajuste linear a partir do modelo de FWO permitiu calcular a energia de ativação para entender o mecanismo de degradação e o método foi satisfatório onde os valores de α demonstraram um R2 de aproximadamente 0,998. A energia de ativação apresentou variações por causa da dispersão das nanopartículas e diferentes mecanismos de degradação. Para os dois sistemas estudados a adição das nanopartículas aumentaram a temperatura de cristalização e grau de cristalinidade pelo efeito nucleante. A nucleação e o crescimento dos cristais também foram afetados, como apontados no DSC e MOLP. Pode ser demonstrado por TEM que o nanocompósito de PP/TiO2b1,5 pode dispersar melhor a nanocarga quando comparado aos outros nanocompósitos. Na MOLP ficou evidenciado que a presença de TiO2 provocou a formação de mais sítios de nucleação e um crescimento heterogêneo de cristais quando comparado ao PP puro. Tanto o PP puro quanto os nanocompósitos obtidos pelos dois sistemas apresentaram os mesmos picos nos mesmos 2θ identificando então, os mesmos planos cristalinos, sem mudança no polimorfismo, mas heterogeneidade no tamanho dos cristais foi identificada. O aumento da rigidez nos nanocompósitos foi mais pronunciado acima de 100°C e na Tg houve uma queda para o sistema sol-gel in situ quando comparado ao PP puro. Com a adição de TiO2 os nanocompósitos para os dois sistemas apresentaram maior fluxo de calor com incidência da radiação UV sendo mais significativo para o nanocompósito de PP/TiO2b2,5 pelo TiO2 apresentar maior difusividade térmica em relação ao PP. / This work aimed to investigate the influence of TiO2 in several concentrations by conventional and sol-gel in situ process. This evaluation was based on the formation kinetics of TiO2 from titanium tetrabutoxide (Ti(OBu)4) precursor, degradation and crystallization thermal analysis, polarized optical light microscopy, transmission electronic morphology and degree of crystallinity by X-ray diffraction, photocalorimetry, viscoelastic behavior, looking for new methods and applications in industry. In the conversion kinetics was shown that for 10 min and 250°C, the reaction yield was higher. In the degradation kinetics of the nanocomposite of PP/TiO2b1,5 proved to have the highest thermal stability. The linear fit from FWO model allowed us to calculate the activation energy to understand the degradation mechanism and the method was satisfactory where the values of α showed R2 of approximately 0,998. The activation energy was varied because of the dispersion of nanoparticles and different degradation mechanisms. For the two systems studied the addition of nanoparticles increased the crystallization temperature and degree of crystallinity by nucleating effect. The nucleation and crystal growth were also affected, as indicated in the DSC and MOLP. It can be shown by TEM that the nanocomposite of PP/TiO2b1,5 could disperse better when compared to other nanocomposites. In MOLP evidenced that the presence of TiO2 caused the formation of more nucleation sites and heterogeneous crystal growth when compared to pure PP. Both the pure PP and nanocomposite obtained by two systems showed the same peaks at 2θ with the same crystal planes, without changing the polymorphism, but heterogeneity in size of the crystals was identified. The increased stiffness in the nanocomposites was more pronounced above 100°C and there was a decrease in the Tg for the sol-gel in situ system when compared to pure PP. With the addition of TiO2 the nanocomposites for both systems had higher heat flux to UV radiation incidence being more significant for the nanocomposite of PP/TiO2b2,5 by TiO2 present at greater thermal diffusivity compared to PP.

Orientador: Prof. Dr. Derval dos Santos Rosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / Em estudos recentes tem sido desenvolvidos compósitos reforçados com fibras naturais e minerais, visando aplicações nas áreas aeronáutica, petroquímica, naval, automobilística, construção civil, entre outros. Nesta dissertação buscou-se desenvolver compósitos de polipropileno (PP) com elevados teores (20, 40 e 60%, em massa) de fibras naturais de madeira cambará, de coco, de sisal e de piaçava (fibras naturais vegetais) comparando com compósitos com os mesmos conteúdos de carbonato de cálcio (CaCO3). As amostras foram preparadas utilizando um misturador termocinético de alta intensidade tipo K-Mixer, com o PP como matriz polimérica e aditivos, na fração em massa, de 3% de compatibilizante PP-g-MA, 2,2% aditivos de processamento e 0,12% de antioxidante térmico. As composições preparadas foram caracterizadas por ângulo de contato, densidade, análise termogravimétrica (TGA), propriedades mecânicas, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados da propriedade de módulo de Young mostraram o efeito de reforço na matriz polimérica (cerca 290% superiores ao PP contendo somente os aditivos), ou seja, o aumento da rigidez dos compósitos com todas as fibras, com destaque para as fibras de cambará e sisal, que apresentaram valores para módulo de Young bem superiores aos com CaCO3. Foi observado também uma redução no alongamento na ruptura e deformação máxima com o aumento dos teores das fibras. Os resultados de resistência ao impacto foram superiores para a fibra de sisal, sendo significativamente superiores ao PP aditivado e aos compósitos com CaCO3. As análises termogravimétricas mostraram que houve aumento da estabilidade térmica dos compósitos em todos os teores de fibras, sendo que, este aumento foi de até 21 °C para o compósito com fibra de cambará na fração de 60%, m/m. Nas imagens fotomicrográficas verificou-se que apesar do caráter hidrofílico das fibras e hidrofóbico do PP, os compósitos apresentaram interface não homogênea, no entanto, provavelmente devido ao uso do compatibilizante, algumas propriedades mecânicas foram superiores ao polipropileno. Destaca-se que os compósitos de PP com fibras vegetais mostraram propriedades mecânicas e térmicas similares ou superiores aos compósitos com os mesmos teores de carga mineral. / In recent studies has been developed composites reinforced with natural fibers and minerals, for applications in the aerospace, petrochemical, marine and automotive industries, as well as in construction. In this Master thesis we prepared polypropylene (PP) composites with high contents (20, 40 and 60 wt%) of natural fibers from cambara wood, coir, sisal and piassava and compared their characteristics to those of composites with the same concentrations of calcium carbonate (CaCO3). The samples were prepared using a K-Mixer (high-intensity mixer) with PP as the polymer matrix. Additives were used in the mass fraction of 3 wt% compatibilizer (PP-g-MA), 2.2 wt% processing additive and 0.12 wt% thermal antioxidant. The prepared composites were characterized by contact angle, density, thermogravimetric analysis (TGA), mechanical properties, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The results of Young's modulus showed the effect of reinforcement in the polymeric matrix (approximately 290% greater than the PP containing only additives), increasing the stiffness of composites with all fibers, especially cambara wood and sisal, which presented values for Young's modulus substantially higher than those with CaCO3. The results for elongation at break and maximum deformation properties showed an increase with increased levels of fibers, and the values were highest for the 40 wt% and 60 wt% sisal and piassava fibers. In the Izod impact test, the results were superior for sisal fiber, being significantly higher than for PP and the composite with CaCO3. In the thermogravimetric analysis, the results showed there was an increase in thermal stability of the composites at all fiber concentrations, and this increase occurred up to 21 °C for the composite with cambara fiber fraction of 60 wt%. The SEM images showed that despite the hydrophilic character of the fibers and hydrophobic character of the PP, the composites showed non-homogeneous interfaces. However some mechanical properties were superior to those of polypropylene, probably due to the use of the compatibilizer. Finally, the PP composites with plant fibers had similar or better mechanical and thermal properties than the composites with the mineral filler.