Nanocomposites are a new class of mineral-field plastics that contain relatively small amounts (&lt / 10%) of nanometer-sized clay particles. The particles, due to their extremely high aspect ratios (about 100-15000), and high surface area (in excess of 750-800 m2/g) promise to improve structural, mechanical, flame retardant, thermal and barrier properties without substantially increasing the density or reducing the light transmission properties of the base polymer. Production of thermoplastic based nanocomposites involves melt mixing the base polymer and layered silicate powders that have been modified with hydroxyl terminated quaternary ammonium salt. During mixing, polymer chains diffuse from the bulk polymer into the van der Waals galleries between the silicate layers. In this study, new nanocomposite materials were produced from the components of recycled thermoplastic as the matrix and montmorillonite as the filler by using a co-rotating twin screw extruder. During the study, recycled poly(ethylene terepthalate), R-PET, was mixed with organically modified quaternary alkylammonium montmorillonite in the contents of 1, 2, and 5 weight %. Three types of clays were evaluated during the studies. For comparison, 2 weight % clay containing samples were prepared with three different clay types, Cloisite 15A, 25A, 30B. The nanocomposites were prepared at three different screw speeds, 150, 350, 500 rpm, in order to observe the property changes with the screw speed. Mechanical tests, scanning electron microscopy and melt flow index measurements were used to characterize the nanocomposites. The clay type of 25A having long alkyl sidegroups gave the best results in general. Owing to its branched nature, in nanocomposites with 25A mixing characteristics were enhanced leading to better dispersion of clay platelets. This effect was observed in the SEM micrographs as higher degrees of clay exfoliation. Nearly all the mechanical properties were found to increase with the processing speed of 350 rpm. In the studies, it was seen that the highest processing speed of 500 rpm does not give the material performance enhancements due to higher shear intensity which causes defect points in the structure. Also the residence time is smaller at high screw speeds, thus there is not enough time for exfoliation. In general, the MFI values showed minimum, thus the viscosity showed a maximum at the intermediate speed of 350 rpm. At this processing speed, maximum exfoliation took place giving rise to maximum viscosity. Also, the clay type of 25A produced the lowest MFI value at this speed, indicating the highest degree of exfoliation, highest viscosity, and best mechanical properties.

É crescente o interesse e a necessidade de substituição de materiais preparados a partir de matéria-prima obtida de fontes fósseis, por materiais oriundos de fontes renováveis, como os compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais. Adicionalmente, é acelerada a geração de descarte de embalagens plásticas no país, comparativamente à reciclagem de materiais. Neste contexto, o presente trabalho consistiu na busca pelo aprimoramento de processos de preparação de compósitos baseados em poli (tereftalato de etileno) reciclado (PET reciclado) e fibras de sisal. As fibras de sisal foram caracterizadas segundo o teor de componentes químicos majoritários, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise térmica (calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TG)) e espectroscopia na região do infravermelho (IV). O PET reciclado foi caracterizado por DSC, TG, IV e determinação do índice de fluidez. Inicialmente, compósitos de PET reciclado/fibras de sisal foram processados via reometria de torque, com posterior termoprensagem, à temperatura de 260ºC, porém foi observada a decomposição térmica das fibras, ou seja, o recobrimento pela matriz não retardou a decomposição das fibras. Consequentemente, visando uma diminuição da temperatura de fusão do PET reciclado (~265ºC), a fim de evitar a decomposição térmica das fibras durante o processamento, os plasticizantes acetil tributil citrato (ATBC), tributil citrato (TBC), glicerol, óleo de mamona (OM) e óleo de soja epoxidado (OSE) foram acrescentados às formulações dos compósitos. Adicionalmente, polibutadieno hidroxilado líquido (PBHL) foi acrescentado à formulação do material, visando avaliar sua ação como agente compatibilizante/de acoplamento na interface fibra-matriz. Destaca-se que estes plasticizantes foram escolhidos por serem oriundos de fontes renováveis, assim como por possuírem grupos nas respectivas estruturas com afinidade tanto por grupos presentes nos componentes da fibra como na matriz. Desta forma a possível ação dos mesmos como compatibilizantes também foi considerada. Os plasticizantes foram caracterizados por DSC, TG e IV. A exploração de parâmetros de processamento, usando plasticizantes, foi feita misturando os componentes usando pás rotativas, seguido de moldagem por compressão. A composição da mistura e parâmetros de processamento, que levaram ao melhor conjunto de resultados, foi considerada para processamento via reometria de torque/termoprensagem. Os compósitos foram caracterizados por MEV, DSC, TG, absorção de água, e com relação às suas propriedades mecânicas por análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), e ensaios de resistência ao impacto e à flexão. Analisando-se os resultados obtidos, observa-se que, com relação aos diferentes processamentos dos compósitos, a moldagem por compressão foi mais adequada para a preparação dos compósitos de PET reciclado/fibras de sisal, principalmente em relação ao superior desempenho mecânico apresentado por estes materiais, em comparação aos compósitos processados por reometria de torque e posterior termoprensagem. O PET reciclado não reforçado, dentre as propriedades mecânicas apresentadas, não apresentou boa resistência ao impacto, assim como os compósitos preparados a partir dele, ou seja, a propriedade do PET reciclado foi predominante nos compósitos. No entanto, o uso de plasticizantes viabilizou não só o processamento dos compósitos à menor temperatura, assim como aumentou a molhabilidade da fibra pelo polímero, por diminuir a viscosidade da mistura. Ainda, no geral, as micrografias das superfícies de fratura dos compósitos demonstraram uma boa adesão na interface fibra-matriz, indicando atuação dos plasticizantes também como compatibilizantes entre fibra e matriz. Destaca-se que, no geral, os resultados de resistência à flexão e DMTA apontaram no sentido de que a presença das fibras e plasticizantes levaram a materiais menos rígidos e mais flexíveis. Dentre os compósitos, pode-se considerar que a mistura PET reciclado/fibras de sisal/glicerol/ TBC apresentou o melhor desempenho mecânico, que levou, no geral, ao melhor resultado de resistência ao impacto, boa resistência à flexão e deformação na ruptura. O compósito de PET reciclado/fibras de sisal, contendo em sua composição somente o plasticizante TBC, também apresentou um bom desempenho frente aos demais compósitos, com o melhor resultado de resistência à flexão, maior módulo de armazenamento e baixo teor de água absorvida. Assim, como pretendido, viabilizou-se o preparo de compósitos de PET reciclado/fibras de sisal, com a adição de diferentes tipos e misturas de plasticizantes, avaliando-se não somente a influência destes, assim como parâmetros de processo, uso de diferentes tipos de processamento e propriedades finais dos materiais gerados. / There is an increasing interest and need for the replacement of materials prepared from raw material obtained from fossil sources by those from renewable sources, such as polymeric composites reinforced with natural fibers. Additionally, the generation of plastic packaging disposal is accelerated in the country compared to materials recycling. In this context, the focus of this investigation was on the search for developing processes for the preparation of composites based on recycled poly (ethylene terephthalate) (recycled PET) and sisal fibers. The sisal fibers were characterized according to the content of major chemical components by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), thermal analysis (differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG)) and by infrared spectroscopy (IR). The recycled PET was characterized by DSC, TG, IV and melt index determination. Initially, composites of recycled PET/sisal fibers were processed in a Haake torque rheometer with subsequent thermopressing, at 260ºC, but this method proved to be inefficient, since fiber decomposition was observed, i.e., the decomposition of the fibers was not delayed by the matrix coating. Consequently, by aiming at obtaining a decrease of the melting temperature of the recycled PET (~ 265ºC) in order to avoid thermal decomposition of the fibers during processing, the plasticizers, acetyl tributyl citrate (ATBC), tributyl citrate (TBC), glycerol, castor oil (CO) and epoxidized soybean oil (OSE) were added to the formulations of the composites. In addition, hydroxylated liquid polybutadiene (PBHL) was added to the formulation of the material to evaluate its action as a compatibilizer/coupling agent in the fiber-matrix interface. It is emphasized that these plasticizers were chosen because they come from renewable sources, as well as having groups in the respective structures with affinity for both groups present in components of the fiber and the matrix. Thus the possible action of plasticizers as compatibilizers was also considered. The plasticizers were characterized by DSC, TG and IV. The exploitation of processing parameters using plasticizers was made by mixing the components using shovels, followed by compression molding. The composition of the mixture and the processing parameters, which led to the best set of results, were considered for processing via torque rheometry/thermopressing. The composites were characterized by SEM, DSC, TG, water absorption, and regarding their mechanical properties, by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and impact and flexural strength. Analyzing the results, it is observed that when it comes to different processes of composites, compression molding was the most suitable for the preparation of the composites of recycled PET/sisal fibers, especially in relation to the superior mechanical performance presented by these materials compared to composites processed by torque rheometry and subsequent thermopressing. The non-reinforced recycled PET, among the mechanical properties shown, did not show a good impact strength, nor did the composites prepared from it, i.e., the property of recycled PET in the composites was predominant. However, not only did the use of plasticizers allow the processing of the composites at a lower temperature, but also it increased the wettability of the polymer-fiber by reducing the viscosity of the mixture. Still, in general, the SEM images of fractured surfaces of the composites showed a good adhesion between fiber-matrices, indicating activity of plasticizers and also compatibilizers between fiber and matrix. It is noteworthy that, in general, the results of flexural strength and DMTA pointed out that the presence of plasticizers led to less rigid and more flexible materials. Among the composites, it can be assumed that the mixture recycled PET/sisal fibers/glycerol/TBC presented the best mechanical performance, which in general led to the best result of impact strength, good flexural strength and fracture strain. The composite of recycled PET/sisal fibers in its composition, containing only the TBC plasticizer, also performed well compared to other composites, with the best result of flexural strength, higher storage modulus and low moisture absorption. Thus, as desired, the preparation of composites based on recycled PET/sisal fibers with the addition of different types and mixtures of plasticizers was enabled, evaluating not only their influence but also process parameters, the use of different types of processing and the final properties of the generated materials.

In this study, the effects of chain extension and branching on the properties of nanocomposites produced from recycled poly(ethylene terephthalate) and organically modified clay were investigated. As the chain extension/branching agent, maleic anhydride (MA) and pyromellitic dianhydride (PMDA) were used. The nanocomposites were prepared by twin-screw extrusion, followed by injection molding. Recycled poly(ethylene terephthalate), was mixed with 2, 3 and 4 weight % of organically modified montmorillonite. During the second extrusion step, 0.5, 0.75 or 1 weight % of MA or PMDA was added to the products of the first extrusion. As the second extrusion step is reactive extrusion, the anhydrides were added at three different screw speeds of 75, 150, 350 rpm, in order to observe the change of properties with the screw speed. XRD analysis showed that, the interlayer spacing of Cloisite 25A expanded from 19.21 &amp / #506 / to about 28-34 &amp / #506 / after processing with polymer indicating an intercalated structure. PMDA, MA and organoclay content as well as the screw speed did not have a recognizable effect on interlayer distance. In the first extrusion step, nanocomposites containing 3% organoclay content gave significant increase in Young&rsquo / s modulus and decrease in elongation to break values indicating good interfacial adhesion. After the addition of chain extenders, it was observed that both MA and PMDA gave rise to improved mechanical properties of the nanocomposite owing to the branching and chain extending effects that increase the molecular weight. However, PMDA gave better mechanical properties at lower content which makes it a more effective chain extender. DSC analysis showed that MA was more effective in increasing the glass transition temperature and melting temperature in comparison to PMDA.

É crescente o interesse e a necessidade de substituição de materiais preparados a partir de matéria-prima obtida de fontes fósseis, por materiais oriundos de fontes renováveis, como os compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais. Adicionalmente, é acelerada a geração de descarte de embalagens plásticas no país, comparativamente à reciclagem de materiais. Neste contexto, o presente trabalho consistiu na busca pelo aprimoramento de processos de preparação de compósitos baseados em poli (tereftalato de etileno) reciclado (PET reciclado) e fibras de sisal. As fibras de sisal foram caracterizadas segundo o teor de componentes químicos majoritários, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise térmica (calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TG)) e espectroscopia na região do infravermelho (IV). O PET reciclado foi caracterizado por DSC, TG, IV e determinação do índice de fluidez. Inicialmente, compósitos de PET reciclado/fibras de sisal foram processados via reometria de torque, com posterior termoprensagem, à temperatura de 260ºC, porém foi observada a decomposição térmica das fibras, ou seja, o recobrimento pela matriz não retardou a decomposição das fibras. Consequentemente, visando uma diminuição da temperatura de fusão do PET reciclado (~265ºC), a fim de evitar a decomposição térmica das fibras durante o processamento, os plasticizantes acetil tributil citrato (ATBC), tributil citrato (TBC), glicerol, óleo de mamona (OM) e óleo de soja epoxidado (OSE) foram acrescentados às formulações dos compósitos. Adicionalmente, polibutadieno hidroxilado líquido (PBHL) foi acrescentado à formulação do material, visando avaliar sua ação como agente compatibilizante/de acoplamento na interface fibra-matriz. Destaca-se que estes plasticizantes foram escolhidos por serem oriundos de fontes renováveis, assim como por possuírem grupos nas respectivas estruturas com afinidade tanto por grupos presentes nos componentes da fibra como na matriz. Desta forma a possível ação dos mesmos como compatibilizantes também foi considerada. Os plasticizantes foram caracterizados por DSC, TG e IV. A exploração de parâmetros de processamento, usando plasticizantes, foi feita misturando os componentes usando pás rotativas, seguido de moldagem por compressão. A composição da mistura e parâmetros de processamento, que levaram ao melhor conjunto de resultados, foi considerada para processamento via reometria de torque/termoprensagem. Os compósitos foram caracterizados por MEV, DSC, TG, absorção de água, e com relação às suas propriedades mecânicas por análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), e ensaios de resistência ao impacto e à flexão. Analisando-se os resultados obtidos, observa-se que, com relação aos diferentes processamentos dos compósitos, a moldagem por compressão foi mais adequada para a preparação dos compósitos de PET reciclado/fibras de sisal, principalmente em relação ao superior desempenho mecânico apresentado por estes materiais, em comparação aos compósitos processados por reometria de torque e posterior termoprensagem. O PET reciclado não reforçado, dentre as propriedades mecânicas apresentadas, não apresentou boa resistência ao impacto, assim como os compósitos preparados a partir dele, ou seja, a propriedade do PET reciclado foi predominante nos compósitos. No entanto, o uso de plasticizantes viabilizou não só o processamento dos compósitos à menor temperatura, assim como aumentou a molhabilidade da fibra pelo polímero, por diminuir a viscosidade da mistura. Ainda, no geral, as micrografias das superfícies de fratura dos compósitos demonstraram uma boa adesão na interface fibra-matriz, indicando atuação dos plasticizantes também como compatibilizantes entre fibra e matriz. Destaca-se que, no geral, os resultados de resistência à flexão e DMTA apontaram no sentido de que a presença das fibras e plasticizantes levaram a materiais menos rígidos e mais flexíveis. Dentre os compósitos, pode-se considerar que a mistura PET reciclado/fibras de sisal/glicerol/ TBC apresentou o melhor desempenho mecânico, que levou, no geral, ao melhor resultado de resistência ao impacto, boa resistência à flexão e deformação na ruptura. O compósito de PET reciclado/fibras de sisal, contendo em sua composição somente o plasticizante TBC, também apresentou um bom desempenho frente aos demais compósitos, com o melhor resultado de resistência à flexão, maior módulo de armazenamento e baixo teor de água absorvida. Assim, como pretendido, viabilizou-se o preparo de compósitos de PET reciclado/fibras de sisal, com a adição de diferentes tipos e misturas de plasticizantes, avaliando-se não somente a influência destes, assim como parâmetros de processo, uso de diferentes tipos de processamento e propriedades finais dos materiais gerados. / There is an increasing interest and need for the replacement of materials prepared from raw material obtained from fossil sources by those from renewable sources, such as polymeric composites reinforced with natural fibers. Additionally, the generation of plastic packaging disposal is accelerated in the country compared to materials recycling. In this context, the focus of this investigation was on the search for developing processes for the preparation of composites based on recycled poly (ethylene terephthalate) (recycled PET) and sisal fibers. The sisal fibers were characterized according to the content of major chemical components by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), thermal analysis (differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG)) and by infrared spectroscopy (IR). The recycled PET was characterized by DSC, TG, IV and melt index determination. Initially, composites of recycled PET/sisal fibers were processed in a Haake torque rheometer with subsequent thermopressing, at 260ºC, but this method proved to be inefficient, since fiber decomposition was observed, i.e., the decomposition of the fibers was not delayed by the matrix coating. Consequently, by aiming at obtaining a decrease of the melting temperature of the recycled PET (~ 265ºC) in order to avoid thermal decomposition of the fibers during processing, the plasticizers, acetyl tributyl citrate (ATBC), tributyl citrate (TBC), glycerol, castor oil (CO) and epoxidized soybean oil (OSE) were added to the formulations of the composites. In addition, hydroxylated liquid polybutadiene (PBHL) was added to the formulation of the material to evaluate its action as a compatibilizer/coupling agent in the fiber-matrix interface. It is emphasized that these plasticizers were chosen because they come from renewable sources, as well as having groups in the respective structures with affinity for both groups present in components of the fiber and the matrix. Thus the possible action of plasticizers as compatibilizers was also considered. The plasticizers were characterized by DSC, TG and IV. The exploitation of processing parameters using plasticizers was made by mixing the components using shovels, followed by compression molding. The composition of the mixture and the processing parameters, which led to the best set of results, were considered for processing via torque rheometry/thermopressing. The composites were characterized by SEM, DSC, TG, water absorption, and regarding their mechanical properties, by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and impact and flexural strength. Analyzing the results, it is observed that when it comes to different processes of composites, compression molding was the most suitable for the preparation of the composites of recycled PET/sisal fibers, especially in relation to the superior mechanical performance presented by these materials compared to composites processed by torque rheometry and subsequent thermopressing. The non-reinforced recycled PET, among the mechanical properties shown, did not show a good impact strength, nor did the composites prepared from it, i.e., the property of recycled PET in the composites was predominant. However, not only did the use of plasticizers allow the processing of the composites at a lower temperature, but also it increased the wettability of the polymer-fiber by reducing the viscosity of the mixture. Still, in general, the SEM images of fractured surfaces of the composites showed a good adhesion between fiber-matrices, indicating activity of plasticizers and also compatibilizers between fiber and matrix. It is noteworthy that, in general, the results of flexural strength and DMTA pointed out that the presence of plasticizers led to less rigid and more flexible materials. Among the composites, it can be assumed that the mixture recycled PET/sisal fibers/glycerol/TBC presented the best mechanical performance, which in general led to the best result of impact strength, good flexural strength and fracture strain. The composite of recycled PET/sisal fibers in its composition, containing only the TBC plasticizer, also performed well compared to other composites, with the best result of flexural strength, higher storage modulus and low moisture absorption. Thus, as desired, the preparation of composites based on recycled PET/sisal fibers with the addition of different types and mixtures of plasticizers was enabled, evaluating not only their influence but also process parameters, the use of different types of processing and the final properties of the generated materials.

O objetivo do presente estudo foi agregar valor a fibras de sisal, a dois dos componentes principais de fibras lignocelulósicas (celulose e lignina) e a PET reciclado, via produção de materiais com elevado valor agregado. Neste contexto, foram investigadas condições que levassem a mats constituídos por nanofibras/fibras ultrafinas, alinhadas (coletor rotativo) e não alinhadas (coletor estático), a partir da eletrofiação de soluções contendo essas matérias-primas, combinadas ou não [PET/sisal, PET/celulose e/ou lignina, PET/CNC (combinado ou não com OM)], em TFA. Parâmetros de solução, como razão PET/componente da biomassa e tempo de dissolução, foram diversificados, assim como parâmetros de processo (taxa de vazão da solução e velocidade de rotação do coletor utilizado, por exemplo). Os resultados de DMA indicaram a influência positiva do alinhamento das fibras nos superiores valores de E\' [tanto para os mats de PET/sisal, quanto para os mats de PET/celulose e/ou lignina e PET/CNC (combinado ou não com OM)] e também foi possível observar que não houve uma influência significativa desse alinhamento na Tg do PET nestes materiais. Como exemplo, o valor de E\' (a 30 °C) para o mat de fibras alinhadas, com razão de sisal/PET = 0,40 (S/PET0,40 – A dir), caracterizado na direção preferencial de alinhamento das fibras, foi superior (765,0 MPa), em comparação ao valor apresentado pelo mat de fibras orientadas aleatoriamente, de composição correspondente, S/PET0,40 (E’ = 358,0 ± 1,5 MPa). A molhabilidade dos mats foi intrinsicamente dependente da razão fibra de sisal/PET e variou de altamente hidrofóbico (PETref, ACA de 134°), a super hidrofílico (S/PET0,40, ACA de 0°). Observou-se que, as principais influências da presença de lignina foram na morfologia achatada das fibras e no aumento do alongamento na ruptura dos materiais, de aproximadamente 90%, comparativamente a PETref. A presença da celulose resultou principalmente em um elevado diâmetro médio das fibras (valores de até 365,9 ± 139,7 nm) e módulo de Young dos materiais (com valores de até 360,4 ± 41,5 MPa), comparativamente ao apresentado pelos mats contendo PET e este polímero combinado com lignina. Os resultados mostraram que os CNCs exerceram uma ação efetiva como agentes de reforço, principalmente nos mats constituídos por fibras orientadas aleatoriamente de PET, considerando as propriedades mecânicas apresentadas por esses materiais (como resistência à ruptura de 4,6 ± 0,5 MPa), em comparação ao mat PETref (resistência à ruptura = 1,8 ± 0,2 MPa). O OM atuou como agente compatibilizante entre o PET reciclado e os CNCs, principalmente com relação ao superior valor de módulo de Young de PET/OM/CNC (354,2 ± 46,1 MPa), em comparação ao valor apresentado por PET/CNC (19,9 ± 3,9 MPa). Assim, os objetivos do presente trabalho foram atingidos com a preparação via eletrofiação, até onde se tem conhecimento, pela primeira vez, de mats de fibras alinhadas e não alinhadas baseadas em biomassa lignocelulósica nativa e dois de seus principais constituintes (celulose e lignina). Os materiais preparados apresentam uma vasta gama de possíveis aplicações, como sistemas de filtração de ar, por exemplo. / The aim of the present investigation was to add value to sisal fibers, to two of the major components of lignocellulosic fibers (cellulose and lignin) and recycled PET via preparation of materials with high added value. In this context, conditions that lead to mats of nanofibers and ultrathin fibers were investigated, aligned (rotating drum collector) and nonaligned (stationary collector), via electrospinning of solutions containing these raw materials, combined or not {PET/sisal fiber, PET/cellulose and/or lignin, PET/CNC [combined or not with castor oil (CO)]} in TFA. Solution parameters such as the ratio of PET/biomass component and dissolution times were diverse, as well as process parameters (e.g. solution flow rate and rotational speed of the collector). The DMA results indicated the positive influence of fiber alignment on the higher storage modulus – E’ [for mats of PET/sisal, PET/cellulose and/or lignin and PET/CNC (combined or not with CO)] and it was also possible to observe no significant influence of fiber alignment on the Tg of PET for these mats. The value of E’ (at 30 °C) for the aligned fibers mat with sisal/PET ratio = 0.40 (S/PET0.40 - A dir), characterized in the preferred direction of fiber alignment, was higher (765.0 MPa) when compared to the value presented by the randomly oriented fibers mat of the corresponding composition, S/PET0.40 (E’ = 358.0 ± 1.5 MPa). The wettability of the mats was intrinsically dependent on the sisal/PET fiber ratio and ranged from highly hydrophobic (PETref, ACA of 134°) to super hydrophilic (S/PET0.40, ACA of 0°). It was observed that the main influences of the presence of lignin was on the flat fibers morphology and on the increase of the elongation-at-break of the materials of approximately 90% compared to PETref. The presence of cellulose resulted mainly in a high average fiber diameter (values up to 365.9 ± 139.7 nm) and elastic modulus of the materials (values up to 360.4 ± 41.5 MPa) compared to the ones presented by mats containing PET and by this polymer combined with lignin. The results showed that the CNCs were efficient as reinforcing agents, especially in the mats composed of randomly oriented fibers of PET, considering the mechanical properties presented by these materials (such as ultimate tensile strength of 4.6 ± 0.5 MPa) compared to PETref mat (ultimate tensile strength = 1.8 ± 0.2 MPa). CO acted as a compatibilizing agent between recycled PET and CNCs, mainly regarding the superior elastic modulus value of PET/OM/CNC (354.2 ± 46.1 MPa) compared to PET/CNC mat (19.9 ± 3.9 MPa). Therefore, the goals of the present study were reached for the first time with the preparation of aligned and nonaligned fiber mats based on native lignocellulosic biomass and two of its main constituents (cellulose and lignin), to the best of our knowledge. The prepared materials have a wide range of possible applications, such as air filtration systems, for example.

O objetivo do presente estudo foi agregar valor a fibras de sisal, a dois dos componentes principais de fibras lignocelulósicas (celulose e lignina) e a PET reciclado, via produção de materiais com elevado valor agregado. Neste contexto, foram investigadas condições que levassem a mats constituídos por nanofibras/fibras ultrafinas, alinhadas (coletor rotativo) e não alinhadas (coletor estático), a partir da eletrofiação de soluções contendo essas matérias-primas, combinadas ou não [PET/sisal, PET/celulose e/ou lignina, PET/CNC (combinado ou não com OM)], em TFA. Parâmetros de solução, como razão PET/componente da biomassa e tempo de dissolução, foram diversificados, assim como parâmetros de processo (taxa de vazão da solução e velocidade de rotação do coletor utilizado, por exemplo). Os resultados de DMA indicaram a influência positiva do alinhamento das fibras nos superiores valores de E\' [tanto para os mats de PET/sisal, quanto para os mats de PET/celulose e/ou lignina e PET/CNC (combinado ou não com OM)] e também foi possível observar que não houve uma influência significativa desse alinhamento na Tg do PET nestes materiais. Como exemplo, o valor de E\' (a 30 °C) para o mat de fibras alinhadas, com razão de sisal/PET = 0,40 (S/PET0,40 – A dir), caracterizado na direção preferencial de alinhamento das fibras, foi superior (765,0 MPa), em comparação ao valor apresentado pelo mat de fibras orientadas aleatoriamente, de composição correspondente, S/PET0,40 (E’ = 358,0 ± 1,5 MPa). A molhabilidade dos mats foi intrinsicamente dependente da razão fibra de sisal/PET e variou de altamente hidrofóbico (PETref, ACA de 134°), a super hidrofílico (S/PET0,40, ACA de 0°). Observou-se que, as principais influências da presença de lignina foram na morfologia achatada das fibras e no aumento do alongamento na ruptura dos materiais, de aproximadamente 90%, comparativamente a PETref. A presença da celulose resultou principalmente em um elevado diâmetro médio das fibras (valores de até 365,9 ± 139,7 nm) e módulo de Young dos materiais (com valores de até 360,4 ± 41,5 MPa), comparativamente ao apresentado pelos mats contendo PET e este polímero combinado com lignina. Os resultados mostraram que os CNCs exerceram uma ação efetiva como agentes de reforço, principalmente nos mats constituídos por fibras orientadas aleatoriamente de PET, considerando as propriedades mecânicas apresentadas por esses materiais (como resistência à ruptura de 4,6 ± 0,5 MPa), em comparação ao mat PETref (resistência à ruptura = 1,8 ± 0,2 MPa). O OM atuou como agente compatibilizante entre o PET reciclado e os CNCs, principalmente com relação ao superior valor de módulo de Young de PET/OM/CNC (354,2 ± 46,1 MPa), em comparação ao valor apresentado por PET/CNC (19,9 ± 3,9 MPa). Assim, os objetivos do presente trabalho foram atingidos com a preparação via eletrofiação, até onde se tem conhecimento, pela primeira vez, de mats de fibras alinhadas e não alinhadas baseadas em biomassa lignocelulósica nativa e dois de seus principais constituintes (celulose e lignina). Os materiais preparados apresentam uma vasta gama de possíveis aplicações, como sistemas de filtração de ar, por exemplo. / The aim of the present investigation was to add value to sisal fibers, to two of the major components of lignocellulosic fibers (cellulose and lignin) and recycled PET via preparation of materials with high added value. In this context, conditions that lead to mats of nanofibers and ultrathin fibers were investigated, aligned (rotating drum collector) and nonaligned (stationary collector), via electrospinning of solutions containing these raw materials, combined or not {PET/sisal fiber, PET/cellulose and/or lignin, PET/CNC [combined or not with castor oil (CO)]} in TFA. Solution parameters such as the ratio of PET/biomass component and dissolution times were diverse, as well as process parameters (e.g. solution flow rate and rotational speed of the collector). The DMA results indicated the positive influence of fiber alignment on the higher storage modulus – E’ [for mats of PET/sisal, PET/cellulose and/or lignin and PET/CNC (combined or not with CO)] and it was also possible to observe no significant influence of fiber alignment on the Tg of PET for these mats. The value of E’ (at 30 °C) for the aligned fibers mat with sisal/PET ratio = 0.40 (S/PET0.40 - A dir), characterized in the preferred direction of fiber alignment, was higher (765.0 MPa) when compared to the value presented by the randomly oriented fibers mat of the corresponding composition, S/PET0.40 (E’ = 358.0 ± 1.5 MPa). The wettability of the mats was intrinsically dependent on the sisal/PET fiber ratio and ranged from highly hydrophobic (PETref, ACA of 134°) to super hydrophilic (S/PET0.40, ACA of 0°). It was observed that the main influences of the presence of lignin was on the flat fibers morphology and on the increase of the elongation-at-break of the materials of approximately 90% compared to PETref. The presence of cellulose resulted mainly in a high average fiber diameter (values up to 365.9 ± 139.7 nm) and elastic modulus of the materials (values up to 360.4 ± 41.5 MPa) compared to the ones presented by mats containing PET and by this polymer combined with lignin. The results showed that the CNCs were efficient as reinforcing agents, especially in the mats composed of randomly oriented fibers of PET, considering the mechanical properties presented by these materials (such as ultimate tensile strength of 4.6 ± 0.5 MPa) compared to PETref mat (ultimate tensile strength = 1.8 ± 0.2 MPa). CO acted as a compatibilizing agent between recycled PET and CNCs, mainly regarding the superior elastic modulus value of PET/OM/CNC (354.2 ± 46.1 MPa) compared to PET/CNC mat (19.9 ± 3.9 MPa). Therefore, the goals of the present study were reached for the first time with the preparation of aligned and nonaligned fiber mats based on native lignocellulosic biomass and two of its main constituents (cellulose and lignin), to the best of our knowledge. The prepared materials have a wide range of possible applications, such as air filtration systems, for example.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paula Junqueira de Castro.pdf: 2618815 bytes, checksum: 92b10379ab9b859ea52e163bf40779ee (MD5) Previous issue date: 2015-08-14 / The use of PET in cosmetics packaging is growing and the use of post-consumer recycled material is an alternative with the development of recycling process and also with all the discussions about the increase of environmental impact. The objective of this project is to evaluate the influence of post-consumer recycled PET in the mechanical properties and the aesthetics appearance in cosmetics packaging. The materials used was virgin PET with nominal value of intrinsic viscosity (IV) of 0,80 dL/g and two grades of post-consumer recycled PET with nominal value of IV of 0,68dL/g and 0,80dL/g. The main parameter used in the PET industry is the IV because it is directly related to the molar mass of the polymer and also to the quality of the material. The packages were manufactured by injection stretch blow molding process with different percentages of virgin PET and post-consumer recycled PET. The characterization was realized by visual analysis, spectroscopy to evaluate the variation of color and mechanical tests. The results were satisfactory for the mechanical tests, showing no major differences in results when compared to virgin PET. In aesthetics appearance, the color variation is noticeable, due to the thermal degradation of the material, but less noticeable in the packages with the post-consumer recycled PET with lower IV. / A utilização de embalagens de PET na indústria de cosméticos é ampla e crescente, a incorporação de material reciclado pós-consumo passa a ser uma alternativa com o avanço da tecnologia da reciclagem mecânica do PET e do aumento da discussão de impacto ambiental. O objetivo principal do trabalho é avaliar a influencia na estética e na resistência mecânica do PET reciclado pós-consumo em embalagens de cosméticos com diferentes composições e valores de viscosidade intrínseca (VI). Utilizou-se PET virgem com valor nominal de VI 0,80 dL/g, PET reciclado pós-consumo com valor nominal de VI de 0,68dL/g e 0,80dL/. A VI é a medida mais difundida na indústria do PET, um importante parâmetro de qualidade do material, relacionado diretamente com a massa molar do mesmo. As embalagens foram produzidas através do processo de injeção-sopro com diferentes porcentagens de PET virgem e PET reciclado pós-consumo. A caracterização foi realizada através de analise visual, espectroscopia para avaliação da variação da cor e ensaios mecânicos. Os resultados foram satisfatórios para os ensaios mecânicos, não apresentando diferenças significativas dos resultados quando comparado ao PET virgem. Na questão estética, a variação de cor é bastante perceptível, decorrente da degradação termo-oxidativa do material, porém menos aparente para o PET reciclado pós-consumo com menor valor de VI.

Entre os materiais presentes nos resíduos sólidos domiciliares, os resíduos poliméricos pósconsumo representam cerca de 27% do volume total da coleta convencional, segundo Matos (2006), com o agravante da degradação lenta, comprometendo a vida útil dos aterros sanitários e poluindo o meio urbano. Dos resíduos poliméricos, destaca-se o Poli (tereftalato de etileno) PET. O PET é utilizado em embalagens alimentícias e, preferencialmente, no envasamento de bebidas carbonatadas e água mineral com gás. O consumo das embalagens de PET tem sido crescente, o que gera uma presença maior deste resíduo no meio ambiente. A reintegração do PET pós-consumo ao meio produtivo pode ser considerada uma ação mitigatória dos impactos ambientais causados por este resíduo, além de otimizar o ciclo de vida da resina presente na garrafa. A reintegração do PET pós-consumo já é realizada por meio da obtenção de diversos produtos diferentes ao de sua origem (garrafa), com taxas de reciclagens crescentes a cada ano. Entretanto, muitos dos produtos reciclados têm breve vida útil, em decorrência das aplicações que lhes são destinadas. Uma alternativa de vida útil longa para o reciclado de PET seria uma aplicação na construção civil, onde os componentes têm uso de longo prazo, além de ser mais uma opção para suprir o consumo elevado de recursos naturais desta indústria. Neste trabalho foi realizada uma avaliação da viabilidade de reintegração dos resíduos de PET pós-consumo ao meio produtivo, visando os potenciais de disponibilidade da matéria-prima e de propriedades intrínsecas e de desempenho tecnológico do produto reciclado para a indústria da construção civil. A estratégia metodológica da pesquisa compreendeu duas vertentes de avaliação: a gestão dos resíduos e as propriedades e desempenho tecnológico do produto reciclado. O método de avaliação da gestão dos resíduos compreendeu os procedimentos de uma pesquisa exploratória e documental, visando identificar o modelo de recuperação associado às dimensões básicas da logística reversa, assim como o potencial das cadeias de suprimento direto e reverso das garrafas de PET. O método de avaliação tecnológica foi desenvolvido por meio de pesquisa experimental, onde o produto reciclado foi obtido por reciclagem mecânica, compreendendo os processos de revalorização e transformação por injeção, e submetido a diversos ensaios para caracterização das propriedades intrínsecas e o desempenho tecnológico. Destaca-se nos resultados, em relação à avaliação da gestão de resíduos, que a logística reversa das garrafas de PET tem no fator econômico a maior motivação, e, referente à avaliação tecnológica, que os produtos reciclados apresentam perda de desempenho a partir do quarto ciclo de reciclagem, decorrente da degradação das cadeias poliméricas em função das sucessivas reciclagens. A Análise dos resultados permite concluir que existe viabilidade para a reintegração dos resíduos de PET pós-consumo ao meio produtivo da construção civil, visando à aplicação como componente construtivo, considerando as condições de reciclagem adotadas na pesquisa e o potencial de disponibilidade e propriedades de desempenho tecnológico. / Post-consumer polymer materials in household wastes (HW) represent approximately 27% of the total volume of conventional garbage collections, according to Matos (2006). The degradation of these wastes is extremely slow, thus compromising the useful life of sanitary landfills and polluting the urban environment. PET poly(ethylene terephthalate) stands out among these polymer wastes, since it is widely used in food packaging and especially for bottling carbonated drinks and mineral water with gas. The use of PET packaging has been increasing steadily, leading to its ever greater presence in the environment. The reintegration of post-consumer PET into production represents an alternative to mitigate the environmental impacts caused by this waste, as well as to optimize the life cycle of the resin contained in PET bottles. Post-consumer PET is already being recycled into a variety of products for purposes other than their original one (bottles) and recycling rates are increasing yearly. However, many recycled products have a very short service life due to the applications in which they are used. An alternative to lengthen the service life of recycled PET would be its application in civil construction, whose components have long-term uses. This would also represent an additional option to help meet this industrys high demand for natural resources. The present study evaluated the feasibility of reintegrating post-consumer PET into production, in view of the large potential availability of this raw material and the intrinsic properties and technological performance of the recycled product for the construction industry. The methodological strategy of this research comprised two lines of investigation: evaluation of waste management, and evaluation of the properties and technological performance of the recycled product. The evaluation of waste management comprised an exploratory and documental research to identify the product recovery model associated with the basic dimensions of reverse logistics, as well as the potential of the direct and reverse supply chains of PET bottles. The technological evaluation was based on experimental research, which involved the mechanical recycling, since the revaluation processes and transformation for injection of post-consumer PET, followed by several tests to characterize its intrinsic properties and technological performance. With regard to waste management, the results highlight the fact that the reverse logistics of PET bottles is driven mostly by economic factors. From the technological standpoint, the results indicate that recycled PET products show a loss in performance after the 4th cycle of recycling due to the degradation of their polymeric chains in response to successive recycling. An analysis of the results leads to the conclusion that it is feasible to reintegrate post-consumer PET into production, applying it as a component material for civil construction, based on the recycling conditions adopted in this research, the potential availability of post-consumer PET and its properties of technological performance.

Submitted by Mariana Dornelles Vargas (marianadv) on 2015-05-15T13:16:30Z No. of bitstreams: 1 concreto_polimero.pdf: 4719718 bytes, checksum: 2d7016e7eb764275fea0249db0eb55eb (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-15T13:16:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 concreto_polimero.pdf: 4719718 bytes, checksum: 2d7016e7eb764275fea0249db0eb55eb (MD5) Previous issue date: 2009 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A reciclagem e a reincorporação de um rejeito em um processo produtivo são as soluções mais indicadas para o manejo da grande maioria dos resíduos, reduzindo assim custos, além de preservar recursos naturais não renováveis. A construção civil tem absorvido parte destes resíduos, transformando-os em subprodutos importantes, os quais podem ser igualmente eficientes, além de ecologicamente corretos. Dentre as aplicações mais comuns, destacam-se a incorporação de rejeitos em matrizes cimentícias e poliméricas. O concreto polímero, o qual tem como aglomerante uma resina polimérica, tornou-se uma boa opção para construção civil em aplicações onde são solicitados alto desempenho mecânico, durabilidade e cura rápida, propriedades importantes para materiais que visam a sustentabilidade das edificações. Apesar dos já comprovados elevados valores mecânicos encontrados nestes compósitos, torna-se necessário estimar e adequar as propriedades de combustibilidade com os tipos de demandas do mercado, pois tal propriedade pode comprometer sua aplicação. Para tanto, esta pesquisa tem como objetivo produzir compósitos de concreto polímero de elevada resistência mecânica, durabilidade e resistentes à ação do fogo. Os compósitos serão produzidos com uma resina poliéster insaturada reciclada a partir do PET, com incorporação de resíduos industriais, comparando-os com componentes comerciais. Para tanto, as propriedades dos compósitos serão estudadas através de ensaios de caracterização mecânica, durabilidade e microestrutura, compreendendo: resistência à compressão, resistência à tração na flexão, porosimetria por intrusão de mercúrio e MEV. Além disso, os corpos-de-prova foram submetidos a ensaios de análise térmica, com a finalidade de avaliar o comportamento das adições frente à ação do fogo e sua contribuição para a redução da flamabilidade destes compósitos. Os resultados obtidos mostraram que, as composições com 60% de adição de retardante de chamas resíduo apresentaram uma redução de 85% em relação ao tempo de propagação da chama dos compósitos sem adição de retardantes, bem como um acréscimo na sua resistência mecânica em comparação aos mesmos. / Recycling and the reincorporation of a waste in a production process are the most indicated for the management of the vast majority of waste, thus reducing costs, and, of course, preserving non-renewable natural resources. The civil construction has absorbed these wastes, turning them into important products, which can also be efficient, and environmentally correct. Among the most common applications, it can emphasize the incorporation of tailings in cementations and polymer matrices. The polymer concrete, which binder is a polymeric resin, has become a good option for construction where are required applications with high mechanical performance, durability and rapid healing, important properties for materials aimed at the sustainability of buildings. Despite the already proven high mechanical values found in these composites, it is necessary to estimate and adjust the properties of combustibility to the kinds of demands of the market, once this property may jeopardize your application. Thus, this research aims to produce polymer concrete composites of high mechanical strength, durability and resistance to the action of fire. The composites were produced with an unsaturated polyester resin from recycled PET, with the addition of industrial waste in comparison to commercial items, making them more attractive economically, and environmentally sustainable. Thus, the properties of the composites were studied by mechanical tests durability, including: compressive strength test, tensile strength, mercury intrusion porosimetry and SEM. Moreover, the samples were tested for thermal analysis in order to know the behavior of the action items with the fire and its contribution to reducing the flammability of these composites. The results obtained in the tests described above showed that, the composites with 60% in addition of waste had a reduction of 85% in the time of spread of flame, and an increase in its mechanical resistance in comparison to composite reference, with no addition of retardants.

Entre os materiais presentes nos resíduos sólidos domiciliares, os resíduos poliméricos pósconsumo representam cerca de 27% do volume total da coleta convencional, segundo Matos (2006), com o agravante da degradação lenta, comprometendo a vida útil dos aterros sanitários e poluindo o meio urbano. Dos resíduos poliméricos, destaca-se o Poli (tereftalato de etileno) PET. O PET é utilizado em embalagens alimentícias e, preferencialmente, no envasamento de bebidas carbonatadas e água mineral com gás. O consumo das embalagens de PET tem sido crescente, o que gera uma presença maior deste resíduo no meio ambiente. A reintegração do PET pós-consumo ao meio produtivo pode ser considerada uma ação mitigatória dos impactos ambientais causados por este resíduo, além de otimizar o ciclo de vida da resina presente na garrafa. A reintegração do PET pós-consumo já é realizada por meio da obtenção de diversos produtos diferentes ao de sua origem (garrafa), com taxas de reciclagens crescentes a cada ano. Entretanto, muitos dos produtos reciclados têm breve vida útil, em decorrência das aplicações que lhes são destinadas. Uma alternativa de vida útil longa para o reciclado de PET seria uma aplicação na construção civil, onde os componentes têm uso de longo prazo, além de ser mais uma opção para suprir o consumo elevado de recursos naturais desta indústria. Neste trabalho foi realizada uma avaliação da viabilidade de reintegração dos resíduos de PET pós-consumo ao meio produtivo, visando os potenciais de disponibilidade da matéria-prima e de propriedades intrínsecas e de desempenho tecnológico do produto reciclado para a indústria da construção civil. A estratégia metodológica da pesquisa compreendeu duas vertentes de avaliação: a gestão dos resíduos e as propriedades e desempenho tecnológico do produto reciclado. O método de avaliação da gestão dos resíduos compreendeu os procedimentos de uma pesquisa exploratória e documental, visando identificar o modelo de recuperação associado às dimensões básicas da logística reversa, assim como o potencial das cadeias de suprimento direto e reverso das garrafas de PET. O método de avaliação tecnológica foi desenvolvido por meio de pesquisa experimental, onde o produto reciclado foi obtido por reciclagem mecânica, compreendendo os processos de revalorização e transformação por injeção, e submetido a diversos ensaios para caracterização das propriedades intrínsecas e o desempenho tecnológico. Destaca-se nos resultados, em relação à avaliação da gestão de resíduos, que a logística reversa das garrafas de PET tem no fator econômico a maior motivação, e, referente à avaliação tecnológica, que os produtos reciclados apresentam perda de desempenho a partir do quarto ciclo de reciclagem, decorrente da degradação das cadeias poliméricas em função das sucessivas reciclagens. A Análise dos resultados permite concluir que existe viabilidade para a reintegração dos resíduos de PET pós-consumo ao meio produtivo da construção civil, visando à aplicação como componente construtivo, considerando as condições de reciclagem adotadas na pesquisa e o potencial de disponibilidade e propriedades de desempenho tecnológico. / Post-consumer polymer materials in household wastes (HW) represent approximately 27% of the total volume of conventional garbage collections, according to Matos (2006). The degradation of these wastes is extremely slow, thus compromising the useful life of sanitary landfills and polluting the urban environment. PET poly(ethylene terephthalate) stands out among these polymer wastes, since it is widely used in food packaging and especially for bottling carbonated drinks and mineral water with gas. The use of PET packaging has been increasing steadily, leading to its ever greater presence in the environment. The reintegration of post-consumer PET into production represents an alternative to mitigate the environmental impacts caused by this waste, as well as to optimize the life cycle of the resin contained in PET bottles. Post-consumer PET is already being recycled into a variety of products for purposes other than their original one (bottles) and recycling rates are increasing yearly. However, many recycled products have a very short service life due to the applications in which they are used. An alternative to lengthen the service life of recycled PET would be its application in civil construction, whose components have long-term uses. This would also represent an additional option to help meet this industrys high demand for natural resources. The present study evaluated the feasibility of reintegrating post-consumer PET into production, in view of the large potential availability of this raw material and the intrinsic properties and technological performance of the recycled product for the construction industry. The methodological strategy of this research comprised two lines of investigation: evaluation of waste management, and evaluation of the properties and technological performance of the recycled product. The evaluation of waste management comprised an exploratory and documental research to identify the product recovery model associated with the basic dimensions of reverse logistics, as well as the potential of the direct and reverse supply chains of PET bottles. The technological evaluation was based on experimental research, which involved the mechanical recycling, since the revaluation processes and transformation for injection of post-consumer PET, followed by several tests to characterize its intrinsic properties and technological performance. With regard to waste management, the results highlight the fact that the reverse logistics of PET bottles is driven mostly by economic factors. From the technological standpoint, the results indicate that recycled PET products show a loss in performance after the 4th cycle of recycling due to the degradation of their polymeric chains in response to successive recycling. An analysis of the results leads to the conclusion that it is feasible to reintegrate post-consumer PET into production, applying it as a component material for civil construction, based on the recycling conditions adopted in this research, the potential availability of post-consumer PET and its properties of technological performance.