In this study, effect of injection molding process parameters on fiber length and on mechanical properties of Polyamide-6 / glass fiber composite were investigated to produce higher performance composites. Polyamide-6 was first compounded with an E-grade glass fiber in a co-rotating intermeshing twin screw extruder. Then, by using this composite, twenty-five types of experiments were performed by injection molding by changing the barrel temperature, injection pressure, hold pressure, mold temperature, cooling time and screw speed. Izod notched impact, tensile, viscosity, heat deflection temperature, differential scanning calorimetry tests were performed on injection molded samples. By performing these tests, the effects of process parameters on mechanical properties and on fiber length were observed. In order to understand the variation in mechanical properties, thermal tests were also conducted. Also, fiber length distributions of the samples were measured.Experimental data show that fiber breakage decreases with increasing screw speed, injection pressure, however, fiber length increases with increasing barrel temperature, mold temperature and cooling time. Fiber length is almost not affected with the hold pressure. It is assumed in this study that crystallinity is not affected with injection pressure, hold pressure and screw speed. As barrel temperature and cooling time increase, crystallinity increases, however, as mold temperature increases, crystallinity decreases. Impact strength, tensile modulus and tensile strength increase, whereas elongation at break decreases with the average fiber length. Crystallinity affects the tensile strength and modulus positively. The tensile strength and modulus increase with increasing crystallinity.

The main objective of this study was to produce flame retardant polyamide-6 (PA-6) and polypropylene (PP) composites and fibers containing boron compounds. The synergistic effect on flame retardancy of boron compounds (boron silicon containing oligomer (BSi), zinc borate (ZnB), boron phosphate (BPO4), metal oxide doped BPO4 and lanthanum borate (LaB)) with conventional flame retardants were investigated. The synergistic effect of nano-clay with commercial flame retardants was also investigated in order to reduce the total amount of flame retardant that is essential for fiber applications. The UL-94, limiting oxygen index (LOI), differential scanning calorimeter (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), fourrier transform infrared spectroscopy (FTIR) and cone calorimeter tests were conducted on composite materials in order to investigate the effect of synergy agents on the flame retardant and thermal properties of conventional flame retardant containing PA-6 and PP composites. According to the results from composite materials, boron compounds and clay showed synergistic effect with phosphorus based commercial flame retardants by acting generally with a condensed phase mechanism by increasing the char formation and/or by increasing the barrier effect of the final char residue. Inspired from the previous studies, firstly, only nano-sized BPO4 containing flame retardant fibers were produced and characterized. In the view of the results obtained from the composite trials, the boron compounds and organo clay were used with phosphorus based flame retardants to produce flame retardant fibers. The characterization of fiber samples were made with mechanical testing, melt flow index measurements (MFI), TGA, DSC, SEM and Micro Combustion Calorimeter (MCC) tests. According to the results from fiber samples, the inclusion of BPO4 reduced the peak heat release rate of the pure PA-6 and PP fiber. The reduction for PA-6 is higher than the PP fiber due to char forming character of PA-6. The usage of boron compounds and clay with phosphorus based flame retardants caused further reduction of peak heat release rate (PHRR) and total heat release values and increased the char formation. The amount of reduction of PHRR and total heat release (THR) is not so much due to the thermally thin character of fiber samples of nearly 40 microns. It is evident that a fabric made with these fibers will show better flame retardant behavior than single fiber tests due to its thick character with respect to the fiber samples.

Polyamide 6 (PA6) was melt-blended with an intumescent flame retardant (FR) and nanoparticles (multi-wall carbon nanotubes [MWNTs] and nanoclays) to produce multi-component FR-PA6 nanocomposites. Thermal, flammability properties, char residue morphology, and mechanical properties of FR-PA6 nanocomposites were characterized. The flame retardant properties were enhanced according to UL 94 and microscale combustion calorimeter (MCC) measurements, whereas the thermal stability was decreased. Mechanical properties of the bulk material, especially elongation at break, were severely reduced, with the exception of tensile modulus which increased significantly. FR-PA6 nanofibers were processed via electrospinning. Electrospinnability, morphology of the nanofibers, combustion, and thermal properties were also analyzed. As for the bulk-form nanocomposite, improved combustion properties of these nanofibers were successfully achieved though thermal stability was compromised. With proper FR additive, the synergism between MWNTs and nanoclays was observed in PA6 resin. / text

Novel solutions to offset thermal degradation of polyamide-6 (PA-6) and organoclay (organically modified layered silicates) nanocomposites during melt compounding have been investigated. In this research, a novel chain extender (Joncryl ADR 3400) has been used to improve thermal stability of PA-6 and PA- 6/organoclay nanocomposites during melt compounding. The materials were compounded using a linear twin extruder and various laboratory scale mixers. The effects of organoclay and chain extender were studied using both processing methods. In order to replicate large scale production used in industry, a comprehensive plan of experimental work was carried out under different processing conditions (extrusion temperature and screw speed), organoclay and chain extender loading using a linear twin screw extruder. Rheology, mechanical and thermal properties were analysed and selected samples were also characterised by TEM and FTIR. Process induced degradation of PA-6 during the melt compounding was found to have significant influence on the rheological and mechanical properties. Rheological and mechanical characterisation clearly showed showed that incorporation of the chain extender minimised thermal degradation of PA-6 and nanocomposites during melt processing. Visual analysis of selected nanocomposites using TEM confirmed that chain extender increased the dispersion of nanoclays in the PA- 6 matrix. The crystallinity of the PA-6 was slightly affected by addition of organoclay and chain extender. The samples obtained by linear twin screw extrusion showed higher rheological properties than the samples from laboratory scale mixers suggesting better mixing and less thermal degradation during extrusion.

Submitted by GILSON PIQUERAS GARCIA null (gilson.piqueras@gmail.com) on 2018-03-13T17:35:56Z No. of bitstreams: 1 Garcia, Gilson Piqueras. Efeito do tratamento de polímeros em plasmas de nitrogênio 2018. Tese (Doutorado).pdf: 3148171 bytes, checksum: 4ca44c01e1ec375c08f9b89261de68f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucimara Kurokawa Shinoda null (lucimaraks@sorocaba.unesp.br) on 2018-03-14T17:38:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 garcia_gp_dr_soro.pdf: 3148171 bytes, checksum: 4ca44c01e1ec375c08f9b89261de68f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-14T17:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 garcia_gp_dr_soro.pdf: 3148171 bytes, checksum: 4ca44c01e1ec375c08f9b89261de68f3 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O politetrafluoretileno (PTFE) e a poliamida 6 (PA 6) são polímeros que têm excelentes qualidades mecânicas, elétricas e químicas. Por isto, são utilizados em diversos componentes de equipamentos mecânicos e elétricos entre várias outras aplicações. Entretanto o PTFE possui um ângulo de contato com a água (WCA) de cerca de 120º e a PA 6 um WCA de cerca de 60º. Isto, especialmente no caso do PTFE, diminui a sua adesividade com outros materiais. Para resolver este problema várias técnicas têm sido sugeridas, como, por exemplo, tratamentos químicos e tratamento a plasma. Entre elas o tratamento a plasma, que tem a vantagem de produzir modificações apenas na superfície, não alterando o interior do material. O objetivo deste trabalho é estudar como o WCA varia em função dos parâmetros do tratamento a plasma de nitrogênio, a pressão do gás (p), a potência (P) e o tempo de tratamento (t). O nitrogênio foi escolhido por ser um gás cujo plasma, segundo a literatura, causa reduções significativas no ângulo de contato da superfície de polímeros. Várias séries de tratamento foram conduzidas, tanto para o PTFE quanto para a PA 6. Foram obtidas reduções significativas no WCA, ocorrendo o resultado notável de WCA = 0º para p = 2,6 Pa, P = 300 W e t = 30 min, tanto para o PTFE quanto para a PA 6. Em função dos resultados, dentro do intervalo de parâmetros utilizado, concluiu-se que, de uma forma geral, o WCA diminui com a potência e com o tempo de tratamento, e que o WCA tem um comportamento notável em função da pressão do gás, diminuindo inicialmente até atingir o valor mínimo (ótimo) de 0º para p = 2,6 Pa, e então passa a crescer a partir deste ponto. A redução do WCA das amostras tratadas foi consequência do aumento da energia de superfície, motivado pela incorporação de funções nitrogenadas e oxigenadas nas suas superfícies. A Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) foi usada para caracterizar a composição e estrutura da superfície do PTFE e da PA 6. A rugosidade e o ângulo de contato dos polímeros foram medidos por perfilometria e goniometria, respectivamente. A análise XPS mostrou, para o PTFE, que houve incorporação de oxigênio e nitrogênio, para a PA 6, o aumento da concentração de oxigênio, e para ambos, a presença de grupos químicos polares em sua superfície. As medições do WCA em função do tempo decorrido após o de tratamento, mostraram que, para o PTFE e para a PA 6, o WCA volta a crescer, estabilizando em torno de 90 dias, quando, para o PTFE atinge cerca de 80% do WCA da amostra sem tratamento. A PA 6 apresentou um resultado notável, com o WCA estabilizando com um valor de cerca do dobro do valor do WCA da amostra sem tratamento, o que transforma a sua superfície de hidrofílica para hidrofóbica, possibilitando novas possibilidades de usos em engenharia. / Polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyamide 6 (PA 6) are polymers that have excellent mechanical, electrical and chemical properties. Therefore, they are used in diverse mechanical and electrical equipment components among many other applications. However, PTFE has a water contact angle (WCA) about of 120º and PA 6 has a WCA about of 60º. This, especially for PTFE, decreases their adhesiveness with other materials. To solve this problem, many techniques have been proposed, such as chemical and plasma treatments. Among them the plasma treatment has the advantage of producing modifications on the surface only, altering the bulk. The objective of this work is to study how the WCA varies as a function of the nitrogen plasma treatment parameters, the gas pressure (p), the applied power (P) and the treatment time (t). Nitrogen plasmas were used in this study since, according the literature, such plasmas significantly reduce the surface contact angle of polymers. Several series of treatment were conducted, for PTFE as for PA 6. Significant reductions in WCA were obtained, including a WCA of 0º notable for p = 2.6 Pa, P = 300 W and t = 30 min, for PTFE as for PA 6. Thus, from the results, within the range of the parameters studied, it was concluded that, in general, the WCA diminishes as the power and as the treatment time increases, and that the WCA has a notable behavior as a function of the gas pressure, initially decreasing to reach a minimum (optimum) value of 0 º for p = 2.6 Pa, and then increasing after this point. The reduction in WCA of the treated samples was a consequence of the increase in surface energy, motivated by the incorporation of surface functionalities. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to characterize the structure and composition of the PTFE and PA 6 surfaces. Roughness and surface contact angles of the polymers were measured using profilometry and goniometry, respectively. XPS analyses reveal, for PTFE, the incorporation of oxygen and nitrogen, for PA 6 the increase of oxygen concentration, and for both the presence of polar chemical groups on the treated surface. Measurement of the WCA as a function of the time after the treatment, showed that, for PTFE and PA 6, the WCA tends to increase, stabilizing after about 90 days, when, for PTFE, it reaches about of 80% of the value for virgin PTFE. PA 6 showed a notable result, the WCA stabilized at about double the value of the WCA of virgin PA6, indicating a switch from a hydrophilic to a hydrophobic surface, thus enabling new uses as an engineering polymer.

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:43:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vallim_MarcioRoberto_D.pdf: 1739419 bytes, checksum: ccd0a1bb0b8347580c6c5296c09efe30 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Blendas poliméricas, geralmente, são imiscíveis, devido à baixa entropia de mistura, e incompatíveis, devido à ausência de interações intermoleculares entre as fases, resultando em propriedades mecânicas inadequadas. O uso de copolímeros bloco ou de enxertia é uma forma de promover a adesão entre as fases e reduzir a tensão interfacial. Neste trabalho foi estudado o efeito da substituição do polietileno de alta densidade pelo polietileno de alta densidade pós-consumo (PEpc) em blendas com a poliamida-6 (PA6), a fim de verificar se o PEpc age como um compatibilizante. As blendas foram preparadas nas composições de 25, 50 e 75 % em massa de PA6, usando extrusora mono- ou dupla-rosca com perfil de temperatura de 230 a 255 °C a 102 rpm. Os ¿espaguetes¿ foram resfriados em banho d¿água, picotados e, posteriormente, injetados com o mesmo perfil de temperatura e os corpos de prova foram resfriados no molde a 20 °C por 20 s. A microscopia eletrônica de varredura das fraturas criogênicas revelou uma redução no diâmetro médio da fase dispersa das blendas contendo PEpc e os ensaios mecânicos mostraram que ocorreram aumentos da tensão na força máxima, do módulo de flexão e da resistência ao impacto. Por outro lado, a estabilidade térmica (temperatura inicial de degradação e temperatura de máxima velocidade de degradação) e as propriedades térmicas (entalpia de fusão e temperaturas de fusão e de cristalização) não sofreram alteração significativa. A hipótese da interação entre o PEpc e a PA6 foi reforçada pela aplicação dos dados de viscosidade aparente dos homopolímeros ao modelo empírico de Wu, pela formação de suspensão coloidal estável durante o teste de Molau e pelo aumento do módulo de armazenamento, verificado pela análise dinâmico-mecânica. Conclui-se que os grupos polares resultantes da degradação da cadeia do PEpc interagem quimicamente com a PA6, desempenhando um efeito compatibilizante, o qual, resulta em redução da tensão interfacial e aumento da adesão entre as fases da blenda / Abstract: Polymer blends are commonly immiscible, due to the small entropy of mixture, and incompatible, caused by the absence of intermolecular interactions between the phases, resulting in poor mechanical properties. The addition of block or graft copolymers is an alternative way to improve the adhesion at the interface and to reduce the interfacial tension. In this work, high density polyethylene or post-consumer high density polyethylene (PEpc) were blended with polyamide-6 (PA6) to verify the supposed compatibilizing effect of PEpc. Blends were prepared with 25, 50 and 75 wt % of PA6, by using a single- or a twin-screw extruder, at a temperature range from 230 to 255 °C and 102 rpm rotational speed. Test specimens were obtained by injection molding at the same conditions of the extrusion. The temperature and the period of molding were 20 °C and 20 s, respectively. The scanning electron microscopy showed a reduction in the size domains of the disperse phase when PEpc was used, in addition the tensile strength, the flexural modulus and the impact strength were improved. The thermal stability (onset degradation temperature and maximum degradation temperature) and the thermal properties (melting and crystallization temperatures and fusion enthalpy) were unaffected by PEpc. The hypothesis of the compatibilizing effect of PEpc was supported by the simulation for domain size using the Wu equation, by the formation of a colloidal suspension in the Molau test and by the increase of storage modulus in the dynamic-mechanical analysis. It could be concluded that PEpc acts as a compatibilizer in PA6 blends, decreasing the interfacial tension and improving the phase adhesion, by the interaction of the amine end groups of PA6 and the polar groups of PEpc, generated from its environmental and thermomechanical degradation / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

A reciclagem de resíduos sólidos tem se tornado cada vez mais relevante devido a alguns fatores como os impactos ambientais ocasionados com o seu descarte inadequado, ao rigor crescente de legislação específica e ao custo elevado para o gerenciamento apropriado destes resíduos. Na área de materiais poliméricos, os resíduos poliméricos podem ser de origem pósconsumo ou pós-industrial. Alguns rejeitos industriais poliméricos possuem características estruturais ou químicas que impossibilitam o seu reaproveitamento direto no processo que o gerou, como é o caso filmes multicamadas de polietileno de baixa densidade (PEBD) com poliamida 6 (PA6), usados para a produção de embalagens. O presente trabalho teve como objetivo central o reaproveitamento de rejeitos de filmes multicamadas de PEBD com PA6 na forma de blendas recicladas destes polímeros, fazendo uso de agente compatibilizante e variação na composição das blendas com a incorporação de PA6 virgem, a fim de produzir materiais com propriedades adequadas e custo compatível para a aplicação comercial. O desenvolvimento experimental foi dividido em três etapas que consistiram na avaliação do teor mais adequado de agente compatibilizante de fases da blenda (etapa 1), na determinação do comportamento das propriedades das blendas não compatibilizadas em diferentes composições de rejeito do filme multicamada e PA6 virgem (etapa 2) e na associação do uso de compatibilizante com variação das composições das blendas (etapa 3). A partir da execução experimental das atividades das etapas 1 e 2 do trabalho foi possível determinar que o teor de 2,5% do agente compatibilizante polietileno grafitizado com anidrido maleico (PEg- AM) é o mais adequado para compatibilizar as blendas poliméricas e que a maioria das suas propriedades das blendas apresentam um comportamento próximo ao aditivo linear, que leva em consideração somente as propriedades iniciais dos componentes poliméricos PEBD e PA6 isolados. Os diversos materiais gerados no desenvolvimento desta pesquisa apresentam desempenho de propriedades e custo de produção variáveis em função do teor de PA6 nas blendas, que podem viabilizar o uso deste material reciclado em aplicações comerciais específicas. / Recycling of solid waste has been an important issue due to some factors such as environmental damage caused by inappropriate discards, increasing rigor of specific legislation and high cost to the appropriate management of these waste. Polymeric waste can be originated from post-consume or post-industrial sources. Some polymeric waste have chemical or structural characteristics that difficult their direct reuse in the same productive process such as multilayer film of low density polyethylene (LDPE) and polyamide 6 (PA6), which are used for packing. The aim of this work has been the study the mechanical recycling of multilayer films of PEBD and PA6 as PEBD/PA6 blends with adequate properties and compatible cost for commercial applications. The experimental development has been performed in 3 steps, which correspond to evaluation of more adequate content of compatibilizer agent for interface of blends (step 1), determination of behavior of the properties of blends without compatibilizer agent on different compositions of waste form multilayer films (step 2) and production of blends with compatibilizer agent graphitized polyethylene with maleic anhydride (PE-g-MA) (step 3). Has been verified that the content of 2.5% of PE-g-MA is more adequate to be used in the compatibilization of recycled PEBD/PA blends and that the performance of the blends dependents of the content of PA6 in the material. The recycled materials have potential for commercial applications.

Orientadores: João Sinézio de Carvalho Campos, Marco-Aurélio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T19:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_NataliaGarrotede_M.pdf: 8371421 bytes, checksum: b1ace4db177a03ca77cde81260779535 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Considerando a importância da reciclagem, o presente trabalho teve como objetivo apresentar as propriedades mecânicas, térmicas e reológicas do material polimérico obtido a partir do processo de reciclagem de embalagens multicamadas constituídas de poliamida 6 (PA 6), polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de baixa densidade linear (PEBDL). Obteve-se o material polimérico processando-se em extrusora mono-rosca as embalagens com compatibilizantes (CP) de polietileno funcionalizado com anidrido maleico (PE-g-AM) e polietileno de alta densidade pósconsumo (PEADpc). As amostras foram preparadas nas composições que variam de 50 a 100% em massa de embalagem aglutinada. O melhor desempenho no ensaio de tração foi obtido com PE-g-AM. Porém, a adição deste CP nas blendas que continham o PEADpc, mostrou-se desnecessária. Os corpos de prova sem PE-g-AM apresentavam delaminações, devido à falta de compatibilidade entre os diferentes materiais. Entretanto, as propriedades de flexão das blendas com PEADpc foram melhores quando comparadas com as que continham PEAD virgem. Estes dados sugerem que grupos polares, originados na degradação oxidativa do polímero pósconsumo, reagiram com grupos polares da poliamida, promovendo melhor compatibilização. As análises de Microscopia Eletrônica de Varredura mostraram que estes compatibilizantes contribuíram para a diminuição do tamanho dos domínios da fase dispersa, resultando em uma mistura mais homogênea. As blendas que continham o polietileno virgem apresentaram um aumento na viscosidade quando o PE-g-AM foi adicionado. De acordo com as propriedades físico-químicas, estes materiais podem ser utilizados, por exemplo, em aplicações na área moveleira, lonas ou vasos / Abstract: Considering the importance of recycling, this study aimed to show mechanical, thermal and rheological properties from recycled multilayers packaging consisted of polyamide 6 (PA6), low density polyethylene (LDPE) and linear low density polyethylene (LLDPE). The polymeric material was processed in a single screw extruder. Two compatibilizers (CP) were applied: polyethylene-graft-maleic anhydride (PE-g-AM) and post-consumer high density polyethylene (PEADpc). Blends were prepared from 50 to 100% of agglutinated packaging. The best tensile properties were obtained with PE-g-AM. However, It is not necessary the addition of this CP in the blends with PEADpc. The specimens without PE-g-AM showed delamination, because of the lack of adherence of different polymeric materials contained in these blends. Nevertheless, the flexural properties of the blends with PEADpc were better than those with virgin PEAD. These results suggested that the polar groups from PEADpc, originated from oxidation process, may have reacted with polar groups from polyamide. The scanning electron microscopy showed a reduction in the size domains of the disperse phase when these CP were used. This produced a more homogeneous mixture. Other characteristic observed is that the addition of PE-g-AM in blends with virgin PEAD appears to increase the viscosity. The materials obtained can be applied, for example, in furniture in general, tarpaulins or vessels / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Carolina Burgos Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:40:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pattaro_AnaFlavia_M.pdf: 11480434 bytes, checksum: e73b5f91ac734cab17a6d1dd1e142174 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este projeto envolve o estudo e desenvolvimento de materiais compósitos (polímero/carga) nanoestruturados (nanocompósitos), produzidos em uma unidade experimental de polimerização, destinada ao desenvolvimento de Nylon -6 (Poliamida-6 ou PA-6) para novas aplicações como plástico de engenharia. O estudo envolve o processo de polimerização de PA-6 e nanocompósitos de PA-6/argila organofílica a partir do monômero 'ÉPSILON '-Caprolactama, como também a produção das argilas organofílicas. A mistura é feita em um reator de bancada em batelada no qual argilas bentoníticas sódica e organofilizada são adicionadas à massa reacional (matriz polimérica) durante o processo de polimerização. Os estudos para o desenvolvimento de PA-6 e de seus nanocompósitos com diferentes características pretendem correlacionar os parâmetros reacionais e operacionais às propriedades finais do polímero obtido. Para isto, estudos de simulação do processo de polimerização foram desenvolvidos, juntamente com análises experimentais do produto. Dessa forma, a PA-6 e os nanocompósitos produzidos por meio do processo de polimerização in situ foram avaliados levando em consideração a eficiência da incorporação ou grau de esfoliação da argila no polímero, a massa molecular dos polímeros/nanocompósitos obtidos e suas características térmicas, determinadas por análises de DSC e TGA. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a polimerização in situ de nanocompósitos de PA-6/Argila Organofílica, utilizando o processo de polimerização hidrolítica da PA-6, é um processo viável de produção de nanocompósitos, uma vez que foi observada, através da técnica de DRX, uma possível formação de nanocompósitos esfoliados e/ou intercalados. Além disso, as simulações do processo de polimerização da PA-6, com ou sem a adição de argilas, apresentaram boa concordância com os valores obtidos experimentalmente / Abstract: This project involves the study and development of composite materials (polymer / filler) nanostructured (nanocomposites), produced in an experimental polymerization unit, for the development of Nylon-6 (Polyamide-6 or PA-6) for new applications such as engineering plastics. The study involves the PA-6 and PA-6/organoclay nanocomposites polymerization process using 'ÉPSILON '-caprolactam monomer, as well as the production of organoclays. The blend is done in a batch reactor in which organophilizated and sodic bentonite are added to the reaction mass (polymeric matrix) during the polymerization process. The studies on the development of PA-6 and its nanocomposites with different characteristics intend to correlate the reaction and operational parameters to the final properties of the obtained polymer. Thus, simulation studies of the polymerization process were developed, along with experimental analysis of the product. In this sense, PA-6 and nanocomposites produced by the in situ polymerization process were evaluated taking into account the incorporation efficiency or the exfoliation rate of the clay in the polymer, the molecular weight of polymers / nanocomposites obtained and their thermal characteristics, determined by DSC and TGA analysis. Based on these results, the conclusion is that the in situ polymerization of PA-6 and PA-6/organoclay nanocomposites using the PA-6 hidrolitic polymerization process, is a viable process for the production of nano-composites, since it was observed through the DRX technique a possible formation of exfoliated and/or intercalary nanocomposites. In addition, the PA-6 polymerization process simulations, with or without the addition of clays, presented a good fit with the experimental values / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:16:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_FelipeCicaroni_M.pdf: 51828578 bytes, checksum: b3a63c9d7ab1213d6d2a9bf08d144d8d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: No atual cenário energético e ambiental, as fibras vegetais vêm surgindo como alternativa promissora às fibras de vidro, utilizadas como reforço em compósitos poliméricos. Essa estratégia apresenta vantagens, tais como: redução da densidade do compósito, menor desgaste abrasivo do equipamento de processamento e menor impacto ambiental. É possível obter compósitos termoplásticos reforçados com fibras vegetais com propriedades mecânicas comparáveis aos compósitos com fibra de vidro, desde que se use o método de processamento adequado. Nesse trabalho, foram desenvolvidos compósitos de poliamida-6 reforçados com fibras de celulose, provenientes do Eucalyptus sp. A poliamida-6 é uma matriz especialmente desafiadora devido à sua alta temperatura de processamento, que se sobrepõe com a de termodegradação das fibras. A seleção das condições corretas de processamento por extrusão permitiu a obtenção de compósitos com incorporação de até 40 wt % de fibras, sendo 30 wt % a formulação com melhor balanço entre densidade e ganho de propriedades mecânicas de tração, flexão e impacto. Estudos de XPS mostraram que a umidade natural da fibra promove a interação fibra/matriz, como proposto em trabalhos anteriores. Em uma segunda etapa, avaliou-se o efeito estabilizante causado pela presença de lignina nas fibras. Estudos anteriores mostraram que a lignina possui estruturas químicas semelhantes às dos estabilizantes primários comerciais, atuando como antioxidante. Isso foi possível utilizando fibras que passaram por processo incompleto de branqueamento. Através de um ensaio de envelhecimento acelerado, observou-se que, quanto maior o teor de lignina na fibra menor é a formação de compostos carbonílicos na superfície do corpo de prova, indicando efeito estabilizante. A presença da lignina não altera significativamente as propriedades mecânicas e térmicas desses compósitos. Conclui-se que, compósitos de poliamida-6 reforçados com 30 wt % de fibras de celulose branqueada ou semi-branqueada são capazes de competir com os compósitos tradicionais com fibra de vidro, e a presença de lignina na fibra pode diminuir a necessidade da utilização de estabilizantes comerciais / Abstract: In the current energy and environmental scenario, vegetal fibers are emerging as a promising alternative to glass fibers used as reinforcement in polymer composites. This strategy presents advantages, such as: reduction in the density of the composite, less abrasive wear to the processing equipment and lower environmental impact. Using the adequate processing condition, it is possible to produce thermoplastic composites reinforced with vegetable fibers with mechanical properties comparable to those of the glass fiber composites. In the present work, we developed polyamide-6 composites reinforced with cellulose fibers derived from Eucalyptus sp. Polyamide-6 is an especially challenging matrix due to its high processing temperature, which overlaps the temperature of thermodegradation of the fibers. The selection of the correct processing conditions for extrusion permitted the production of composites with incorporation of fibers up to 40 wt %, and 30 wt % formulation showed the best balance between density and of tensile, flexural and impact resistance mechanical properties. XPS studies showed that the natural moisture in the fibers promotes the fiber/matrix interaction, as proposed in previous works. In sequence, we assessed the stabilizing effect caused by the presence of lignin in the fibers. Previous studies have shown that lignin presents chemical structure similar to the commercially used primary stabilizers, acting as antioxidant. This was made possible by using fibers which have undergone an incomplete bleaching process. Through an accelerated weathering test, we observed that the higher the content of lignin in the fiber, the lower the formation of carbonyl compounds on the test sample surface, indicating a stabilization effect caused by lignin. The presence of lignin did not significantly affect the mechanical and thermal properties of the composites. In conclusion, polyamide-6 composites reinforced with 30 wt % of bleached or semi- bleached cellulose fibers are capable of competing with traditional glass fiber composites, and the presence of lignin in fibers may decrease the necessity for the use of commercial stabilizers / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química