Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-10-17T10:36:12Z No. of bitstreams: 1 TeseRP.pdf: 5529268 bytes, checksum: 93aced0ddae62347123cf0e035cc0af9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-21T13:55:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRP.pdf: 5529268 bytes, checksum: 93aced0ddae62347123cf0e035cc0af9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-21T13:55:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRP.pdf: 5529268 bytes, checksum: 93aced0ddae62347123cf0e035cc0af9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-21T13:55:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRP.pdf: 5529268 bytes, checksum: 93aced0ddae62347123cf0e035cc0af9 (MD5) Previous issue date: 2014-07-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In this study the potential of cellulose nanocrystals (CNC) as a reinforcement of a thermoplastic polyurethane partially obtained from renewable sources (Bio-TPU) was investigated. The nanocomposites were obtained in the melt state and from solution casting. The CNC were obtained from acid hydrolysis of eucalyptus kraft pulp. They were freeze dried and used with and without surface treatment. Two types of surface treatment were employed: polymer grafting and oligomers grafting. Only the effectiveness of the second treatment could be confirmed by FTIR. CNC’ structural and geometric characteristics, crystallinity degree and thermal stability were determined by infrared spectroscopy (FTIR), transmission electron microscopy (TEM), wide angle X-ray diffraction (WAXD) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. The concentrations of CNC were varied between 0.1 and 5.0 wt %. The rheological properties of the nanocomposites were evaluated in the steady state and oscillatory measurements in order to evaluate the level of dispersion CNCs in TPU. The nanocomposites obtained by solution casting showed good dispersion. In the melt state, only those obtained with treated CNC showed good dispersion. The deformation and elastic recovery of the nanocomposites tests in the melt state were evaluated through creep and constrained recoil rheological essays. Their morphologies were studied by small angle X-ray scattering (SAXS) and scanning electron microscopy (SEM). It was possible to prove the inclusion of CNC in TPU did not change its conformation. The nanocomposites were also characterized according to their: i) mechanical properties, through tensile tests, ii) thermal properties, by using differential scanning calorimetry (DSC) and TGA, iii) thermo-mechanical properties, evaluated by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and iv) optical properties, through opacity the nanocomposites with 5.0 wt % of CNC shown better performance and similar results were found from solution casting and melt state processing techniques. / Neste trabalho o potencial de reforço de Nanocristais de Celulose (NCC) em uma matriz de poliuretano termoplástico com matéria prima parcialmente de fonte renovável (Bio-TPU) foi avaliado. Os nanocompósitos foram obtidos no estado fundido e por solução. Os NCC utilizados foram obtidos por hidrólise ácida da polpa Kraft de eucalipto previamente branqueada, e foram utilizados depois de liofilizados e após tratamento superficial. Dois tipos de tratamentos superficiais foram realizados: enxertia de polímeros e enxertia de oligômeros. As características estruturais, geométricas, teor de cristalinidade e estabilidade térmica dos NCC antes e após o tratamento superficial foram determinados por técnicas de espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET), difratometria de raio-x de alto ângulo (WAXD) e análise termogravimétrica (TGA), respectivamente. Apenas a enxertia de oligômeros pôde ser comprovada por FTIR. Os Nanocompósitos foram preparados com frações mássicas de NCC variando de 0,1 a 5,0 % (m/m) e foram avaliados quanto às propriedades reológicas em regime permanente e oscilatório para determinar o nível de dispersão dos NCC no TPU. Todos apresentaram boa mistura por solução. No estado fundido apenas os NCC tratados apresentaram boa mistura. A deformação e a recuperação elástica dos nanocompósitos no estado fundido foram analisadas em ensaios reológicos de fluência. A morfologia foi avaliada por espalhamento de raio-x a baixo ângulo (SAXS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), sendo possível verificar que a inclusão de NCC não alterou a conformação do TPU. Os nanocompósitos também foram caracterizados quanto às suas propriedades: i) mecânicas (testes de tração), ii) térmicas ((DSC) e TGA), iii) termomecânicas (análise termo dinâmico mecânica (DMTA)) e iv) óticas. Os nanocompósitos obtidos com 5 % de reforço apresentaram melhor desempenho e comparando-se os resultados dos nanocompósitos obtidos no estado fundido e por solução conclui-se que o desempenho de ambos foi similar.

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Neste trabalho, foram sintetizados poliuretanos termoplásticos (TPU) via solução em reator e via extrusão reativa em extrusora dupla rosca. Os TPUs foram obtidos com o uso de pré-polímero 4,4‟-difenilmetano (MDI) e poliol poliéster, a hidroquinona bis-2-(hidróxietil)-éter (HQEE), e o n-fenilaminopropil-POSS. Os reagentes e produtos foram caracterizados através de análises de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), análise Termogravimétrica (TGA) e reometria capilar (exclusivamente para os produtos). As análises de DSC mostraram que a presença do POSS influenciou a entalpia de fusão (ΔHm) dos TPUs sintetizados via solução. As amostras polimerizadas por extrusão reativa a 80 ºC apresentam Tm comparativamente menores que as amostras sintetizadas a 90 ºC, porém com ΔHm superior, indicando que a temperatura possivelmente favorece a formação de um número maior de cristais com um tamanho médio inferior. Também foram observados fenômenos exotérmicos durante o aquecimento das amostras sintetizadas via extrusão reativa, provavelmente devido a disponibilidade de grupos isocianato livres, detectados via FTIR, na região de ~2253 cm-1. A estabilidade térmica dos TPUs via solução também foi alterada pela adição de POSS, enquanto o polímero obtido através da extrusão reativa apresentou valores mais elevados no início da degradação. Os ensaios de TGA em isoterma apresentaram valores de perda de massa progressivamente inferiores nas amostras sintetizadas via extrusão reativa, demonstrando que tanto o POSS quanto a temperatura de síntese influem nas propriedades do polímero. Ensaios de resistência térmica nas amostras apresentaram perdas de massa inferiores nas amostras vi8a xetrusão reativa. Em ensaios de reometria capilar, a inserção do POSS levou a um aumento progressivo da viscosidade intrínseca do polímero, indicando aumento da massa molar média do TPU sintetizado via solução. Os mesmos ensaios executados com as amostras via extrusão reativa mostraram viscosidades aparentes similares, provavelmente influenciados por processos de degradação do material na célula de carga, levando a comportamentos de viscosidade sem uma tendência observável. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-03T18:10:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Gabriel Hoyer Lopes.pdf: 2245249 bytes, checksum: 97ec28c68a7d73e9ca22b258465c50c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-03T18:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Gabriel Hoyer Lopes.pdf: 2245249 bytes, checksum: 97ec28c68a7d73e9ca22b258465c50c6 (MD5) / In this work, thermoplastic polyurethanes (TPU) were synthesized in solution process and reactive extrusion in twin-screw extruder. The TPUs were obtained with the use of pre-polymer based on 4,4´-Methylenediphenyl diisocyanate (MDI) and a polyester functionalized polyol, the bis-2-(hidroxyethyl)ether hidroquinone and the n-phenylaminopropyl-POSS as a second chain extender. The reagents and products were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and also capillary rheometry (only for those products). The DSC analysis presence influenced the melting enthalpy (ΔHm) of the TPU synthesized by solution. The samples synthesized through reactive extrusion at 80 ºC presented a higher Tm compared to the 90 ºC TPUs, with a higher ΔHm, suggesting that the temperature favors the formation of a greater number of crystals with a lower medium size. Exothermic phenomena were observed during the heating of samples synthesized in reactive extrusion, probably due to the availability of free isocyanate groups, which were detected by FTIR in the ~2253 cm-1 region. The thermal stability of the TPUs was enhanced by the addition of POSS, while the polymers obtained through reactive extrusion presented higher onset degradation temperatures. The TGA analysis in isothermal conditions showed progressively lower mass loss values in samples obtained by reactive extrusion, demonstrating that the amount of POSS, as well the synthesis temperature, had influence in the final properties of the TPU. The thermal resistance of samples polymerized in reactive extrusion. In capillary rheometry tests, the insertion of POSS in the polymer led to a progressively higher value of intrinsic viscosity of the TPUs, indicating an increase in the mean molar mass of the TPUs obtained through solution synthesis. The same method was applied to the samples obtained through reactive extrusion, which showed similar apparent viscosities, yet the analysis was probably influenced by the degradation of the TPU inside the loading cell, leading to no measurable tendency in the viscosity of the polymer.

Neste trabalho, foram sintetizados poliuretanos termoplásticos (TPU) via solução em reator e via extrusão reativa em extrusora dupla rosca. Os TPUs foram obtidos com o uso de pré-polímero 4,4‟-difenilmetano (MDI) e poliol poliéster, a hidroquinona bis-2-(hidróxietil)-éter (HQEE), e o n-fenilaminopropil-POSS. Os reagentes e produtos foram caracterizados através de análises de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), análise Termogravimétrica (TGA) e reometria capilar (exclusivamente para os produtos). As análises de DSC mostraram que a presença do POSS influenciou a entalpia de fusão (ΔHm) dos TPUs sintetizados via solução. As amostras polimerizadas por extrusão reativa a 80 ºC apresentam Tm comparativamente menores que as amostras sintetizadas a 90 ºC, porém com ΔHm superior, indicando que a temperatura possivelmente favorece a formação de um número maior de cristais com um tamanho médio inferior. Também foram observados fenômenos exotérmicos durante o aquecimento das amostras sintetizadas via extrusão reativa, provavelmente devido a disponibilidade de grupos isocianato livres, detectados via FTIR, na região de ~2253 cm-1. A estabilidade térmica dos TPUs via solução também foi alterada pela adição de POSS, enquanto o polímero obtido através da extrusão reativa apresentou valores mais elevados no início da degradação. Os ensaios de TGA em isoterma apresentaram valores de perda de massa progressivamente inferiores nas amostras sintetizadas via extrusão reativa, demonstrando que tanto o POSS quanto a temperatura de síntese influem nas propriedades do polímero. Ensaios de resistência térmica nas amostras apresentaram perdas de massa inferiores nas amostras vi8a xetrusão reativa. Em ensaios de reometria capilar, a inserção do POSS levou a um aumento progressivo da viscosidade intrínseca do polímero, indicando aumento da massa molar média do TPU sintetizado via solução. Os mesmos ensaios executados com as amostras via extrusão reativa mostraram viscosidades aparentes similares, provavelmente influenciados por processos de degradação do material na célula de carga, levando a comportamentos de viscosidade sem uma tendência observável. / In this work, thermoplastic polyurethanes (TPU) were synthesized in solution process and reactive extrusion in twin-screw extruder. The TPUs were obtained with the use of pre-polymer based on 4,4´-Methylenediphenyl diisocyanate (MDI) and a polyester functionalized polyol, the bis-2-(hidroxyethyl)ether hidroquinone and the n-phenylaminopropyl-POSS as a second chain extender. The reagents and products were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and also capillary rheometry (only for those products). The DSC analysis presence influenced the melting enthalpy (ΔHm) of the TPU synthesized by solution. The samples synthesized through reactive extrusion at 80 ºC presented a higher Tm compared to the 90 ºC TPUs, with a higher ΔHm, suggesting that the temperature favors the formation of a greater number of crystals with a lower medium size. Exothermic phenomena were observed during the heating of samples synthesized in reactive extrusion, probably due to the availability of free isocyanate groups, which were detected by FTIR in the ~2253 cm-1 region. The thermal stability of the TPUs was enhanced by the addition of POSS, while the polymers obtained through reactive extrusion presented higher onset degradation temperatures. The TGA analysis in isothermal conditions showed progressively lower mass loss values in samples obtained by reactive extrusion, demonstrating that the amount of POSS, as well the synthesis temperature, had influence in the final properties of the TPU. The thermal resistance of samples polymerized in reactive extrusion. In capillary rheometry tests, the insertion of POSS in the polymer led to a progressively higher value of intrinsic viscosity of the TPUs, indicating an increase in the mean molar mass of the TPUs obtained through solution synthesis. The same method was applied to the samples obtained through reactive extrusion, which showed similar apparent viscosities, yet the analysis was probably influenced by the degradation of the TPU inside the loading cell, leading to no measurable tendency in the viscosity of the polymer.