Recentemente, a busca por novos materiais tem se caracterizado pelo desenvolvimento de processos mais limpos, com utilização de matérias-primas renováveis, e produção de derivados não agressivos ao meio ambiente, sem perda de qualidade ou desempenho. O isolamento de nanocelulose a partir de fibras vegetais e resíduos agroindustriais, para utilização em matrizes poliméricas, é um exemplo dessa nova visão da ciência dos materiais em busca da sustentabilidade. Nesse sentido, as técnicas de extração da nanocelulose têm sido bastante investigadas. No presente trabalho foram feitas adaptações de trabalhos descritos na literatura, visando tornar o processo ecologicamente correto. As fontes de nanocelulose utilizadas foram a casca de arroz e a testa de soja. Os materiais, após moagem, foram submetidos à extração com hexano, álcool etílico e água, nesta ordem. Por tratamento alcalino em autoclave foi removida a maior parte da lignina e da hemicelulose. A polpa obtida foi branqueada utilizando um processo totalmente livre de cloro, levando àcelulose purificada. A hidrólise ácida parcial, feita com ácido sulfúrico, permitiu o isolamento dos nanocristais de celulose, também chamados de whiskers de celulose. Foram feitas análises termogravimétricas e por espectroscopia no infravermelho ao final de cada processo, visando avaliar sua eficiência. A cristalinidade da celulose obtida foi determinada por difração de raios -X. A comprovação da obtenção dos whiskers de celulose foi feita através de microscopia eletrônica de transmissão, microscopia de força atômica e espalhamento de luz. Através das análises de espalhamento de luz concluiu-se que os tempos de hidrólise ácida mais adequados para a obtenção dos whiskers de celulose foram 90 e 150 minutos para a testa de soja e a casca de arroz, respectivamente. Os whiskers isolados da casca de arroz apresentaram elevada razão de aspecto (L/d=18) e foram utilizados como carga de reforço em uma matriz de polipropileno (PP). Para isso, os whiskers foram submetidos a diferentes tratamentos, tais como liofilização, troca de solventes e reação com vinilsilano, visando minimizar a tendência à reagregação das fibras celulósicas. Também foram utilizados dois surfactantes e PP modificado com anidrido maleico como agentes interfaciais na preparação dos nanocompósitos. Verificou-se que os whiskers submetidos à troca de solventes, sem adição de agentes interfaciais, produziram aumento do módulo de armazenamento, módulo de perda e temperatura de transição vítrea do polímero, confirmando o efeito reforçante dessas nanocargas. / Recently the search for new materials has been characterized by the development of cleaner processes, using renewable raw materials, and producing eco-friendly materials, without loss of quality or performance. The isolation of nanocellulose from plant fibers and from agroindustrial wastes to be used in polymer composites is an example of this new view of the materials science in the search for sustainability. In this sense, the nanocellulose extraction techniques have been extensively investigated. In the present study, adaptations of works described in the literature were performed, aiming to make use of eco-friendly procedures. The sources we used were rice husks and soybean hulls. After grinding, the materials were submitted to solvent extraction with hexane, ethyl alcohol and water, in this order. By alkaline treatment in autoclave most of the lignin and hemicellulose was removed. The bleached pulp was obtained using a totally chlorine free process, leading to purified cellulose. The partial acid hydrolysis carried out with sulfuric acid allowed the isolation of cellulose nanocrystals, also called cellulose whiskers. Thermogravimetric and spectroscopic infrared analysis were used at the end of each process to evaluate its efficiency. The crystallinity of the obtained cellulose was determined by X-ray diffraction. The achievement whiskers was confirmed from transmission electron microscopy, atomic force microscopy and light scattering. From the light scattering measurements it was concluded that the most suitable hydrolysis time to obtain the whiskers were 90 and 150 minutes for soy hulls and rice husk, respectively. The whiskers isolated from rice husk showed high aspect ratio (L/d = 18) and they were used as reinforcements in a matrix of polypropylene (PP). For this purpose, the whiskers were submitted to different treatments such as freeze drying, solvent exchange and reaction with vinylsilane, in order to minimize the tendency to reagglomeration of the cellulose fibers. Moreover, two surfactants and PP modified with maleic anhydride were used as interfacial agents in the preparation of the nanocomposites. It was observed that whiskers subjected to solvent exchange without the addition of interfacial agents produced increase of storage modulus, loss modulus and glass transition temperature of the polymer, confirming the reinforcing effect of such nanofillers.

Neste trabalho, o principal objetivo foi avaliar a influência de uma resina hidrocarbônica hidrogenada (RHH), de baixo peso molecular e alta temperatura de transição vítrea (Tg) na estrutura e propriedades finais de blendas de polipropileno (PP) com diferentes teores de comonômero etileno. As blendas foram preparadas a partir de um concentrado de PP/RHH e utilizando extrusora dupla-rosca. Os filmes foram obtidos em extrusora de matriz tubular descendente. Um estudo preliminar, em reômetro rotacional, foi realizado para determinar as temperaturas em que todas as blendas têm a mesma viscosidade, para que os filmes sejam obtidos em condições equivalentes de processamento para comparação das propriedades finais. Os resultados mostraram que a adição da RHH ao PP diminui a viscosidade em função do baixo peso molecular dessas resinas e da miscibilidade com o PP no estado fundido. Pela análise mecânico-dinâmica foi comprovada a miscibilidade da RHH com o PP. O estudo realizado pelo DSC mostrou à influência da RHH no comportamento térmico do PP. A cristalinidade do PP nas blendas aumenta com o aumento do teor de RHH. A temperatura de fusão e de cristalização para as blendas com homopolímero de polipropileno (i-PP) diminuíram, enquanto que, para as blendas de polipropileno randômico (PP-R) com maior teor de etileno, foi o comportamento oposto. Também foram avaliadas a espessura de lamela, a largura de pico de fusão e o t1/2 de cristalização não-isotérmica. Pela microscopia ótica foi observada a diminuição da velocidade de cristalização e do diâmetro do esferulito com a adição da RHH ao i-PP. As propriedades dos filmes de PP foram afetadas pela RHH. Os filmes das blendas apresentaram incremento no módulo secante sem modificações nas propriedades óticas. As propriedades de barreira melhoraram significativamente, obtendo a redução de até 49% na permeabilidade ao oxigênio e 31% na permeabilidade ao vapor d’água com a adição de 20% de RHH. / In this work, the main objective was to evaluate the influence of a hydrogenated hydrocarbon resin (RHH), low molecular weight and high glass transition temperature (Tg), in the structure and final properties of blends of polypropylene (PP) with different amounts of ethylene comonomer. The blends were prepared from a masterbatch of PP / RHH by using twin-screw extruder. The films were obtained in descending tubular extruder die. A preliminary study, in rotational rheometer, was conducted to determine the temperatures at which all blends have the same viscosity, in order to obtain films in equivalent processing conditions for proper comparison of final properties. The results showed that addition of RHH to PP decrease the viscosity because of the low molecular weight of these resins and the miscibility with the PP in the melt. Dynamic mechanical analysis was confirmed the miscibility between PP and RHH. The study by DSC showed the influence of RHH on the thermal properties of PP. It was observed that increasing the RHH content, the crystallinity of the PP in the blend also increases. It was observed a decreasing in melting and crystallization temperatures for the blends with polypropylene homopolymer (i-PP), while blends of random polypropylene (PP-R) with higher ethylene content, presented the opposite behavior. Also the lamella thickness, width of melting peak and t1/2 non-isothermal crystallization were evaluated. In i-PP homopolymer blends with RHH, by using optical microscopy, it was observed that the rate of crystallization and spherulite diameter decreased with the increasing of the amount of RHH. The film properties of PP were affected by the presence of RHH. It was an increase in the secant modulus of the films without any change in optical properties. It was found significant improvement in barrier properties. With the addition of 20% RHH, reduction in oxygen permeability was achieved until 49% and water vapor permeability, 31%.

Neste trabalho foram obtidos nanocompósitos de PP com nanotubos de haloista (HNT) através do método de intercalação por fusão utilizando uma extrusora dupla rosca. Foram utilizados alguns aditivos para alcançar propriedades finais superiores nos nanocompósitos formados, para aumentar a força de adesão entre a HNT e a matriz polimérica, tais como o uso de PP-g-MA e três tipo de tensoativos não iônicos a base de amina graxa etoxilada, álcool alcoxilado e alquifenol etoxilado e propoxilado para avaliar o efeito na dispersão, adesão interfacial e nas propriedades mecânicas, morfológicas e térmicas dos nanocompósitos de PP/HNT. A adição de HNT proporcionou aumento nas propriedades térmicas e mecânicas do PP, principalmente quando houve melhor dispersão da HNT na matriz. A utilização dos tensoativos nas misturas aumentaram os resultados de resistência ao impacto e maiores teores do mesmo apresentaram efeito de plastificação da matriz, reduzindo levemente Tm, aumentando a elongação à ruptura dos nanocompósitos. A adição de PP-g-MA aumentou as propriedades de módulo elástico em relação aos tensoativos. Nanocompósitos obtidos com a utilização da alimentação lateral não mostraram melhores propriedades, visto que a HNT não foi bem dispersa na matriz de PP. / PP nanocomposites were obtained with halloysite nanotubos (HNT) through the melt intercalation method. Some additives were used for obtaining good mechanical and thermal properties, such as PP-g-MA and surfactants to increase the force of adhesion between the clay and the thermoplastic matrix. The HNT addition in the systems provided an increase in the thermal and mechanical properties of the PP matrix, mainly when good dispersion of the HNT were obtained. The use of the surfactants increase Impact Izod and larger amounts of surfactans acted as plasticizer. The Tm presented decrease and increase tensile strenght when surfactans was used. The addition of PP-g-MA increase tensile modulus in relation to the surfactants. Nanocomposites obtained by side feeder not improve the mechanical properties. The HNT obtained poor dispersion on the matrix when side feeder mode was used.

Neste trabalho foi avaliada a influência de uma resina hidrocarbônica hidrogenada (RHH), de baixo peso molecular, na morfologia e propriedades finais de nanocompósitos de polipropileno. Os nanocompósitos foram obtidos utilizando-se duas argilas organofílicas, uma de caráter catiônico (MMT, C-l5A) e outra de caráter aniônico (HDL, Perkalite), e dois agentes compatibilizantes de polipropileno com diferentes teores de anidrido maleico. Os nanocompósitos foram preparados pelo método de intercalação no estado fundido em câmara de mistura e em extrusora dupla rosca. Um estudo preliminar, em câmara de mistura, foi realizado para verificar o efeito da ordem de mistura dos componentes principalmente sobre a morfologia dos nanocompósitos. Os resultados mostraram que uma melhor distribuição e dispersão das partículas de argila foram alcançadas na matriz polimérica quando argila e RHH foram primeiramente misturadas e, somente depois de decorridos 3 minutos de processamento o polipropileno foi incorporado. A partir destes resultados, optou-se em realizar uma pré-mistura constituída de argila, compatibilizante e RHH em um misturador intensivo, e esta foi incorporado ao PP na extrusora dupla-rosca. Os resultados mostraram que o uso de pré-misturas da argila Cloisite-15A, compatibilizante Polybond 3150 e RHH resultaram em uma morfologia com maior distribuição e dispersão das partículas de argila, melhores propriedades mecânicas com incremento de 57% no módulo elástico, aumento na estabilidade térmica e redução de 58% na permeabilidade ao oxigênio. Tais resultados mostraram que a RHH conseguiu auxiliar na esfoliação da argila pelo uso do misturador intensivo. Para os nanocompósitos com a argila Perkalite o uso do misturador intensivo não influenciou na morfologia. O módulo elástico dos nanocompósitos com essa argila apresentaram resultados superiores comparados com a argila C-15A quando a mistura de todos os componentes foi feita em uma única etapa na extrusora dupla rosca cujo ganho é atribuído à ação da RHH que conseguiu auxiliar na dispersão da argila Perkalite. / In this study it was evaluated the effect of a low molecular weight hydrogenated hydrocarbon resin (RHH) in morphology and final properties of polypropylene nanocomposites. The nanocomposites were obtained using two organoclays, a cationic (MMT) and a anionic (HDL) and two compatibilizing agents of polypropylene grafted with different amounts of maleic anhydride. Nanocomposites were prepared by intercalation in molten state by using batch mixer and twin-screw extruder. A preliminary study in the batch mixer was conducted to determine the effect of mixing order of the components on the final morphology of nanocomposites. The results showed that a better distribution and dispersion of the clay particles have been achieved in the polymeric matrix when the clay and RHH were first mixed during 3 minutes, then incorporated into the polypropylene. From these results, further tests were conducted with a pre-mixture consisting of clay, compatibilizer and RHH in an intensive mixer was incorporated into the PP on a twin-screw extruder. The results showed that the use of premixes clay Cloisite 15A, compatibilizer Polybond 3150 and RHH exhibited a morphological enhancement in distribution and dispersion of clay particles, improving mechanical properties up to 57% on Young’s modulus, increased thermal stability and reduction of oxygen permeability in 58%. For Perkalite clay nanocomposites, the use of intensive mixer did not influence the morphology. The Young’s modulus of nanocomposites with this clay showed superior results compared with the clay 15A-C when the mixture of all components was performed in a single step in a twin screw extruder, shown that RHH could assist in dispersion of Perkalite.

Neste trabalho foram obtidos nanocompósitos PP/grafite esfoliado buscando alcançar propriedades mecânicas melhoradas e a condutividade elétrica desta matriz isolante. Foram avaliados sistematicamente diferentes métodos de obtenção dos nanocompósitos a fim de encontrar a melhor dispersão da nanocarga na matriz e, consequentemente, incremento nas demais propriedades. A separação das lamelas do grafite esfoliado através de métodos como ultrassom, ultra-turrax e intercalação em solução foram avaliadas. Os métodos utilizados na separação do grafite tiveram bons resultados de dispersão, sendo que o procedimento que gerou o melhor par dispersão-propriedades mecânicas foi a sonificação com uso de auxiliar de fluxo. As condições de processo durante a intercalação no estado fundido foram avaliadas quanto ao perfil de temperatura e ao enchimento, configuração e velocidade de rosca. A melhor condição foi alcançada com um cisalhamento mais intenso e com perfil elongacional com maior temperatura na zona de malaxagem. A intercalação em solução para preparo de um masterbatch aliado à extrusão teve resultado ótimo em relação ao módulo elástico e dispersão. As amostras que mostraram melhor dispersão alcançaram o limiar de percolação em menores teores de grafite, principalmente as amostras com PPG. Estudos complementares nos nanocompósitos PP/grafite esfoliado foram realizados a fim de compreender os mecanismos de reforço e cristalização dos materiais. O estudo reológico dos nanocompósitos mostrou que o grafite atua como reforço na matriz polipropileno. Por sua vez, o estudo da cinética de cristalização indicou que o grafite atuou como agente nucleante do polipropileno modificando a estrutura cristalina e diminuindo a energia de nucleação. / In this work PP/exfoliated graphite nanocomposites were obtained looking for better mechanical properties and electrical conductivity of the insulating matrix. Different methods of preparing nanocomposites were evaluated systematically to achieve greater nanofiller dispersion and hence increase other properties. The separation of exfoliated graphite lamellae by ultrasound, ultra-turrax and solution intercalation was evaluated. The methods used had good dispersion, and the process that generated the best pair dispersion-mechanical properties was sonication using processing aid. The processing conditions during the melt intercalation were evaluated on the temperature profile, and the filling, configuration and screw speed. The best condition was achieved with intense and elongational shear with a higher temperature in the kneading zone. The solution intercalation associated to extrusion to prepare the masterbatch had great results over the elastic modulus and dispersion. Samples showed better dispersion reached the percolation threshold in lower graphite contents, mainly in the samples with PPG. Complementary studies on PP/graphite nanocomposites were performed in order to understand the reinforcement mechanisms and crystallization of the material. The rheological study of the nanocomposites showed graphite acts as reinforcement in the polypropylene matrix. The study of the crystallization kinetics indicated graphite acted as nuclei agent modifying the crystalline structure of polypropylene and decreasing the nucleation energy.

Elastômeros termoplásticos vulcanizados (TPV’s) são misturas constituídas de um polímero termoplástico e um elastômero, nos quais o elastômero sofre uma reticulação dinâmica na presença do termpolástico fundido. As propriedades finais dos TPV´s dependem de diferentes fatores, destacando-se: a característica dos componentes, teor e natureza dos agentes de reticulação e coagentes, e dos aditivos como plastificantes e sistemas de proteção. O presente trabalho apresenta a obtenção de TPV’s de baixa dureza a base de polipropileno (PP) e borracha de etileno propileno dieno (EPDM) na proporção de 40/60 em massa, contendo 40phr de óleo parafínico. Os TPV’s foram obtidos em câmara de mistura fechada, utilizando-se como agentes de cura peróxido de dicumula, resina fenólica e coagente trialilcianurato (TAC). Os TPV’s foram avaliados em relação às propriedades de processamento, morfologia, inchamento e desintegração em tolueno, dureza, resistência à tração, deformação permanente à compressão, resistência à abrasão e comportamento dinâmico-mecânico. Na Etapa I do trabalho foram avaliados o efeito do teor de peróxido de dicumila e de resina fenólica na reticulação da borracha de EPDM contendo 40phr de plastificante parafínico. Os resultados das curvas reométricas indicaram como teor ótimo de cura de 4phr para o peróxido de dicumila e de 5phr para a resina fenólica. Na avaliação comparativa das propriedades mecânicas, observaram-se melhores resultados no composto curado com peróxido. Na Etapa II do trabalho avaliou-se o efeito do teor de cristalinidade do PP e o teor de eteno no EPDM sobre as propriedades dos TPV’s. Um aumento na cristalinidade do PP resultou em um incremento nas propriedades de dureza e tensão na ruptura do TPV. A menor dureza foi atingida com o PP de menor cristalinidade e com o EPDM de menor teor de eteno. Na Etapa III avaliou-se o efeito do teor dos agentes de cura nas propriedades dos TPV’s. A resina fenólica, no teor de 5phr, resultou no TPV com as melhores propriedades. A Etapa IV focou-se na avaliação do efeito da sílica, aumento do teor de óleo parafínico, coagente TAC e sistema de proteção. Das duas sílicas testadas, a de maior área superficial resultou em um TPV’s com propriedades significativamente superiores. A adição de um maior teor de plastificante resultou em uma diminuição na dureza, bem como, das propriedades mecânicas. Os agentes de proteção mostraram-se efetivos na manutenção das propriedades dos TPV’s quando estes foram submetidos a uma degradação termo-oxidativa. / Thermoplastic vulcanized elastomers (TPV’s) are characterized as a mixture of a thermoplastic polyner with an elastomer, where the elastomer is dynamically crosslinked in the thermoplastic melt. The TPV properties depend of different factors like: the characteristic of their individual components, the nature and amount of the crosslink agents and coagents, as well as additives, like plasticizers and protectors. This study presents the properties of low hardness TPV’s based on polypropylene/ethylene propylene diene rubber (PP/EPDM) blends, in a ratio of 40/60, with 40phr of paraffinic oil. The TPV`s were obtained in an internal mixer with dicumyl peroxide (DCP) or phenolic resin as the crosslinking agents, and triallyl cyanurate (TAC) as the co-agent. The processing behavior, morphology, swelling behavior, hardness, tensile strength, compression set, abrasion resistance and dynamical mechanical properties were evaluated. In the study I the crosslinking effects of DCP and phenolic resin were evaluated in an EPDM compound. From the rheometric curves was possible to conclude that 4phr de DCP and 5phr the phenolic resin are the appropriate quantities of these curing agents. When comparing the mechanical properties of these two compounds, the EPDM cured with DCP presented better performance. In the study II the influence of PP crystallinity and the ethylene content in EPDM were evaluated in different TPV`s. The hardness and tensile strength are increased with increasing of the PP cristallinity.. At the same time, lower hardness TPV’s were obtained with EPDM with lower cristalinitty, that means, lower ethylene content. In the study III the nature and the amount of the curing agents were evaluated. The phenolic resin, in the quantity of 5phr, resulted in a TPV with the best balance of properties. In the study IV, silica, paraffinic oil as plasticizer, co-agent and protective system effects were investigated. The silica with higher surface area results in a TPV with properties considerably better. The increment in the plasticizer content decreases the hardness and tensile strength of the TPV. And at last, the protective system was effective when the TPV`s were exposed to heat aging.

Neste trabalho foram utilizados nanocompósitos de polipropileno (PP) e montmorilonita (MMT) modificada organicamente com um sal de amônio quaternário. Os nanocompósitos foram preparados através da intercalação no estado fundido em extrusora dupla-rosca. Estes materiais foram estudados com o intuito de utilização como materiais de embalagem de alimento. Os nanocompósitos foram avaliados por meio das análises térmicas, mecânicas e morfológicas. Além disso, medidas de permeabilidade ao oxigênio e vapor de água também foram realizadas. E para verificar a eficiência das embalagens de nanocompósitos de PP/MMT, foram avaliadas as propriedades óticas destes filmes utilizando um espectrofotômetro UV-Vis. O suco de laranja foi utilizado como o alimento modelo e as suas propriedades físico-químicas e microbiológicas foram determinadas. Apesar de não serem observadas mudanças significativas nas propriedades de tração dos nanocompósitos, a resistência ao impacto apresentou melhorias substanciais com maiores concentrações de nanocarga na matriz polimérica. A microscopia eletrônica revelou certa homogeneidade, apresentando algumas lamelas esfoliadas de MMT na matriz de PP. Em relação à eficácia dos filmes para embalagem, a qualidade do suco de laranja foi mantida após 10 dias de armazenamento. Além disso, a MMT tem demonstrado uma elevada capacidade de melhorar as propriedades de barreira do PP. As lamelas de argila também mostraram eficiência em relação às propriedades óticas dos filmes em função do maior número de nanopartículas na matriz de PP, atuando como um absorvedor UV. Foram observados maiores deslocamentos em comprimentos de onda entre 215 nm e 254 nm, pois quanto maior a concentração de nanocarga na matriz polimérica, maior era a absorbância na região de 254 nm. Este comportamento é característico da argila MMT que absorve mais energia neste comprimento de onda. Em suma, este trabalho procura esclarecer um pouco mais a eficiência alegada de nanocompósitos como materiais de embalagem de alimento. / In this work nanocomposites of polypropylene (PP) and organically modified montmorillonite (MMT) with a quaternary ammonium salt were used. Nanocomposites were prepared by melt compounding using a twin-screw extruder. These materials were studied in order to use as packaging material for food. The nanocomposites were evaluated by thermal, mechanical, and morphological analyses. Besides, measurements of oxygen and water vapor permeability were also conducted. And to check the efficiency of nanocomposites packaging of PP/MMT, were evaluated optical properties of these films using a UV-Vis spectrophotometer. Orange juice was used as modeling food and its physical-chemical and microbiological properties were determined. Although no significant changes in nanocomposites tensile properties were observed, the impact strength presented a substantial enhancement with higher concentrations of nanoclay in the polymeric matrix. Electronic microscopy revealed certain homogeneity, showing some MMT exfoliated lamellae in the PP matrix. Regarding the package films efficacy, the orange juice quality was maintained after 10 days of storage. Besides, MMT have shown a high capacity to improve oxygen barrier properties of PP. Clay lamellae also showed efficiency in relation to optical properties of the films due to the higher number of nanoparticles in PP matrix, acting as a UV absorber. Larger displacements were observed at wavelengths between 215 nm and 254 nm, since the greater concentration of nanoclay in the polymeric matrix, greater the absorbance in region of 254 nm. This behavior is characteristic of clay MMT that absorbs more energy at this wavelength. Concluding, this work seems to clarify a little more the claimed efficiency of nanocomposites as food packaging materials.

O presente trabalho investiga a influência da rota de síntese sobre as propriedades morfológicas, térmicas e mecânicas de nanocompósitos de polipropileno (PP) e montmorilonita (MMT). Os nanocompósitos PP/MMT foram preparados pelos métodos de intercalação no estado fundido e polimerização na presença da argila, considerando uma potencial aplicação industrial. No método de intercalação no estado fundido, são avaliados o efeito de agentes compatibilizantes com diferentes grupos funcionais (anidrido maleico e organosilano) e características microestruturais sobre as propriedades dos nanocompósitos. No método de polimerização na presença da argila, o foco de estudo é o impacto das características do modificador orgânico da argila sobre as propriedades do sistema catalítico, microestrutura do polímero formado e morfologia dos nanocompósitos. Os resultados mostram que, sob condições e formulações adequadas, os nanocompósitos obtidos pelo método de intercalação no estado fundido apresentam propriedades morfológicas e mecânicas superiores àqueles preparados via polimerização na presença da argila. As implicações da escolha do sistema catalítico na obtenção de nanocompósitos PP/MMT via polimerização também são discutidas. / In this work, the influence of the synthetic route on the morphological, thermal, and mechanical properties of polypropylene (PP) and montmorillonite (MMT) nanocomposites is evaluated. The PP/MMT nanocompósitos were prepared by melt compounding and in situ polymerization methods, considering possible industrial applications. In the melt compounding method, the effect of compatibilizing agents, with different functional groups (maleic anhydride and organosilanos) and different microstructures, on the properties of the nanocompósitos is evaluated. In the in situ polymerization method, this study focuses on the impact of the clay organic modifier on the catalytic system, polymer microstructure, and nanocomposites morphological properties. The results show that, under appropriated conditions and formulation techniques, the nanocomposites prepared by the melt compounding present better morphological and mechanical properties than the ones prepared via in situ polymerization. The implications of selecting the catalyst system for preparing PP/MMT nanocomposites by in situ polymerization are also discussed.

Neste trabalho foram produzidos compósitos de polipropileno com nanocarga montmorilonita usando como agente funcionalizante o polipropileno graftizado com anidrido maleico. Foram usados dois tipos de montmorilonitas comerciais: Viscogel B4 e Cloisite 20A. Os compósitos foram preparados em extrusora de rosca simples e avaliou-se a influência da adição da nanocarga na forma de máster e diretamente na forma de pó, bem como a influência do teor de nanocarga nas propriedades térmicas e mecânicas dos compósitos. Os compósitos de polipropileno foram caracterizados por MEV, DSC, reometria rotacional e capilar, bem como avaliados quanto às propriedades físico-mecânicas. Os compósitos apresentaram um incremento no módulo de elasticidade e tensão na ruptura e diminuição na tensão no escoamento quando comparados ao polímero puro. As propriedades térmicas não sofreram alterações indicando que as nanocargas não atuaram como agente de nucleação. Também não foram observadas variações no comportamento reológico dos compósitos de polipropileno, mostrando que a presença da nanocarga não afetou o processamento dos compósitos comparativamente ao polímero puro. Pelos resultados obtidos foi possível observar que as condições de processamento utilizadas para a obtenção dos compósitos não foram ideais para obter a esfoliação/delaminação da nanocarga na matriz polimérica. / The aim of this work is to produce polypropylene/montmorillonite nanoclay composites with the aid of polypropylene-graft-maleic anhydride as funcionalizant agent. Two kinds of comercial montmorillonites were used: Viscogel B4 and Cloisite 20A. Composites were prepared in a single screw extruder and injected to produce samples. The influence of the nanoclay addition as master and as powder on the thermal and mechanical properties of the composites and the influence of the nanoclay concentration on the final properties were evaluated. Polypropylene composites were evaluated via SEM, DSC, capilar and rotacional rheometry, and physical and mechanical testing. Composites showed differentiated mechanical properties, with increasing in the elasticity modulus and rupture tensile and decreasing in the field strength, when compared with the neat polymer. The thermal properties have not shown variations indicating that the nanoclays did not act as nucleation agents. Changes in rheological behavior of the polypropylene composites were not observed, showing the nanoclay is not expected to affect the processing of composites in comparison with the neat polymer. From the results it was possible to observe that processing conditions used to obtain the composites were not suitable to achieve nanoclay esfoliation/delamination in the polimer matrix.

A cristalização é um processo no qual o polímero fundido é resfriado abaixo de sua temperatura de fusão de forma que a ordem cristalina começa a se estabelecer. A cristalização ocorre em dois estágios: nucleação e crescimento do cristal. A nucleação é um processo no qual as cadeias emaranhadas do polímero se orientam em uma conformação adequada, se alinhando em um padrão tridimensional perfeito, chamado núcleo. Durante o crescimento do cristal, as cadeias do polímero se orientam de acordo com o modelo tridimensional e se depositam sobre o núcleo. A nucleação pode ser homogênea ou heterogênea. A nucleação homogênea ocorre em temperaturas bem abaixo da fusão em polímeros puros. A nucleação heterogênea ocorre em temperaturas mais elevadas, quando uma partícula estranha está presente no polímero fundido e reduz a barreira de energia para a nucleação. Essas partículas estranhas são chamadas nucleantes. Nucleantes aumentam a temperatura de cristalização e também diminuem o tempo de cristalização, reduzindo o tempo de ciclo de processos de moldagem. Nucleantes aumentam o número de núcleos no polímero e, por conseqüência, diminuem o tamanho dos esferulitos, que se formam simultaneamente, com tamanho uniforme. Cristais menores melhoram as propriedades físicas do PP, como transparência, brilho e resistência ao impacto. Os nucleantes podem ser solúveis ou insolúveis no polímero. Os insolúveis (como o benzoato de sódio) se dispersam no polímero e permanecem no estado sólido, mesmo em altas temperaturas. Os nucleantes solúveis (também chamados clarificantes, como os derivados de sorbitol) fundem e se dissolvem no polímero, em altas temperaturas. Nesta dissertação foram testados três nucleantes em dois polipropilenos: um homopolímero e um copolímero propileno-etileno. Os resultados obtidos mostram que o efeito do nucleante é mais pronunciado no homopolímero, onde se observa, por exemplo, uma melhora significativa nas propriedades óticas. Além disso, foi possível verificar semelhanças e diferenças entre os nucleantes e seus efeitos sobre o PP. Verificou-se que, em termos de cinética de cristalização, os nucleantes não-solúveis são mais eficientes, enquanto que o clarificante causa melhorias muito mais significativas nas propriedades óticas. Através de análises de AFM, também foi possível verificar as diferenças de morfologia no PP nucleado com cada um dos aditivos e entender porque o clarificante apresenta desempenho superior nas propriedades óticas em relação aos demais nucleantes testados. / Crystallization is a process in which the molten polymer is cooled below its melting temperature such that the crystalline order begins to reestablish. Crystallization occurs essentially in two stages: nucleation and crystal growth. Nucleation is a process in which the loose coiled polymer chains orient themselves into the proper conformation and align into a perfect three-dimensional pattern. The site at which the nucleation starts is called the nucleus. During crystal growth polymer chains orient to the three-dimensional pattern on the nucleus and mostly form a spherical crystal cluster which is called a spherulite. Nucleation in polymers may be homogeneous or heterogeneous. Homogeneous nucleation occurs at high super-cooling in pure polymers. Heterogeneous nucleation occurs at relatively low supercooling, when a foreign body is present in the melt which reduces the free energy barrier for nucleation. These foreign bodies are called nucleating agents or nucleators. Nucleators raise the crystallization temperature. They also shorten time required for crystallization, thus reducing the cycle time in molding processes. Nucleators increase the number of crystallization sites in a polymer thus reducing the spherulite size. They cause simultaneous growth and thus evenly sized crystals. Smaller evenly sized crystals improve the physical properties of the polymers like transparency, surface gloss and impact strength. Most agents are insoluble in the polymer, like sodium benzoate. They are dispersed in the polymer and remain in solid state at the melting temperature of the polymer. There are also the soluble agents (also called clarifiers, like sorbitols derivates) that melt and dissolve in the polymer at the processing temperature. In this work, three different nucleators were tested in two types of polipropylene: PP homopolymer and a random propylene-ethylene copolymer. Results show that the effect of nucleants is more pronounced in homopolymer, that shows a great improvement in optical properties. Furthermore, it was possible verify similarities and differences among the nucleators and their effects in PP. Nucleators that do not dissolve in PP are more eficient to accelerate the crystallization kinetics and the clarifier is more eficient to improve optical properties. AFM images allow verify the differences caused in the morfology of PP nucleated with differents nucleators and understand why clarificant shows bigger improvements in optical properties.