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Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Nesta Dissertação foi realizado um estudo sobre a tenacificação do poliestireno com diferentes tipos de polibutadieno (alto cis, baixo cis e copolímeros dibloco e tribloco de estireno e butadieno). Esses materiais (poliestireno de alto impacto HIPS) foram produzidos por processo de mistura física no estado fundido. Foi realizado um estudo sobre a interação entre a fase rígida do poliestireno (PS) e a fase elastomérica do polibutadieno baixo ou alto cis (PBb ou PBa) das misturas poliméricas, bem como, o grau de interação dos copolímeros em bloco de estireno butadiêno (SB ou SBS) quando a elas são adicionados, em uma percentagem de 2,5%, como agente compatibilizante. As misturas foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura (SEM), microscópio eletrônico de transmissão (TEM) e microscópio de força atômica (AFM). As propriedades mecânicas determinadas foram: dureza Shore D, resistência ao impacto (método Izod) e resistência à tração. As propriedades térmicas foram avaliadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC), termogravimetria (TG) e análise termodinâmico-mecânica (DMTA). A espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) de baixo campo também foi empregada para determinação dos tempos de relaxação de próton (T1) a fim de identificar a formação de domínios do material a nível molecular. Os resultados mostraram que todas as misturas apresentaram um comportamento pseudoplástico. As análises morfológicas indicaram uma morfologia bifásica com domínios de polibutadieno em torno de 1 m de diâmetro, distribuídos aleatoriamente na matriz do poliestireno. Os resultados obtidos nas análises mecânicas mostraram uma melhoria nas propriedades das misturas processadas com polibutadieno alto cis e compatibilizadas com 2,5% do copolímero dibloco de estireno-butadieno (SB). O resultado obtido na análise termogravimétrica revelou uma melhoria da estabilidade térmica dos materiais. Os resultados das análises de DMTA mostraram duas transições distintas. Um aumento significativo da Tg foi observado quando foi utilizado o PBa, indicando uma interação entre as fases. O resultado da análise de NMR mostra uma organização molecular similar nas misturas (PS/PB) e indica que o melhor agente compatibilizante é o copolímero dibloco (SB). / This Dissertation describes a study about the toughening of polystyrene with different types of polybutadiene (high-cis, low-cis and styrene - butadiene diblock or triblock copolymers). These materials (High Impact of PolyStyrene HIPS) were performed by melt blending. The mechanical properties (hardness, tensile strength and impact strength); morphology and the rheological behavior of these blends were evaluated. A study about the interaction between the rigid phase of the polystyrene (PS) and the elastomeric phase of the low or high cis polybutadiene (PBl or PBh ) of the polymeric blends was carried out. It was also studied the interaction degree of the block copolymers (SB or SBS) when they were incorporated in the blend using a percentage of 2.5% (mass fraction), as compatibilizer agent. The morphological analyses of the materials were performed in a scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscope (AFM). The mechanical properties were determined by penetration of an indenter (Shore-Durometer Hardness Type D), by tensile test using a universal testing machine and by impact test using a instrumental impact testing machine. The thermal properties were studied by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) and by dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA). The low-field nuclear magnetic resonance (NMR) was applied to determine the proton relaxation time in order to identify the heterogeneity (domain formation) of the material at the molecular level. The results showed that all polymer blends presented pseudoplastic behavior. The morphological analysis showed biphasic morphology with domains of polybutadiene dispersed heterogeneously on the PS matrix, with domains diameter around 1μm. The results obtained by the mechanical analysis showed an improvement on the blends processed with high cis polybutadiene and compatibilized with 2.5% of styrene-butadine diblock copolymer (SB). Thermogravimetry showed an improvement on the thermal stability of the blends. It was also observed by dynamic mechanical thermal analysis two distinct transitions. An increase on the Tg was observed when was used PBh, indicating interaction between the phases. The low field NMR results of the blends (PS/PB) presented a similar molecular organization and showed that the best compatibilizer agent was the diblock copolymer (SB).

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Nesta Dissertação foi realizado um estudo sobre a tenacificação do poliestireno com diferentes tipos de polibutadieno (alto cis, baixo cis e copolímeros dibloco e tribloco de estireno e butadieno). Esses materiais (poliestireno de alto impacto HIPS) foram produzidos por processo de mistura física no estado fundido. Foi realizado um estudo sobre a interação entre a fase rígida do poliestireno (PS) e a fase elastomérica do polibutadieno baixo ou alto cis (PBb ou PBa) das misturas poliméricas, bem como, o grau de interação dos copolímeros em bloco de estireno butadiêno (SB ou SBS) quando a elas são adicionados, em uma percentagem de 2,5%, como agente compatibilizante. As misturas foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura (SEM), microscópio eletrônico de transmissão (TEM) e microscópio de força atômica (AFM). As propriedades mecânicas determinadas foram: dureza Shore D, resistência ao impacto (método Izod) e resistência à tração. As propriedades térmicas foram avaliadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC), termogravimetria (TG) e análise termodinâmico-mecânica (DMTA). A espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) de baixo campo também foi empregada para determinação dos tempos de relaxação de próton (T1) a fim de identificar a formação de domínios do material a nível molecular. Os resultados mostraram que todas as misturas apresentaram um comportamento pseudoplástico. As análises morfológicas indicaram uma morfologia bifásica com domínios de polibutadieno em torno de 1 m de diâmetro, distribuídos aleatoriamente na matriz do poliestireno. Os resultados obtidos nas análises mecânicas mostraram uma melhoria nas propriedades das misturas processadas com polibutadieno alto cis e compatibilizadas com 2,5% do copolímero dibloco de estireno-butadieno (SB). O resultado obtido na análise termogravimétrica revelou uma melhoria da estabilidade térmica dos materiais. Os resultados das análises de DMTA mostraram duas transições distintas. Um aumento significativo da Tg foi observado quando foi utilizado o PBa, indicando uma interação entre as fases. O resultado da análise de NMR mostra uma organização molecular similar nas misturas (PS/PB) e indica que o melhor agente compatibilizante é o copolímero dibloco (SB). / This Dissertation describes a study about the toughening of polystyrene with different types of polybutadiene (high-cis, low-cis and styrene - butadiene diblock or triblock copolymers). These materials (High Impact of PolyStyrene HIPS) were performed by melt blending. The mechanical properties (hardness, tensile strength and impact strength); morphology and the rheological behavior of these blends were evaluated. A study about the interaction between the rigid phase of the polystyrene (PS) and the elastomeric phase of the low or high cis polybutadiene (PBl or PBh ) of the polymeric blends was carried out. It was also studied the interaction degree of the block copolymers (SB or SBS) when they were incorporated in the blend using a percentage of 2.5% (mass fraction), as compatibilizer agent. The morphological analyses of the materials were performed in a scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscope (AFM). The mechanical properties were determined by penetration of an indenter (Shore-Durometer Hardness Type D), by tensile test using a universal testing machine and by impact test using a instrumental impact testing machine. The thermal properties were studied by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) and by dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA). The low-field nuclear magnetic resonance (NMR) was applied to determine the proton relaxation time in order to identify the heterogeneity (domain formation) of the material at the molecular level. The results showed that all polymer blends presented pseudoplastic behavior. The morphological analysis showed biphasic morphology with domains of polybutadiene dispersed heterogeneously on the PS matrix, with domains diameter around 1μm. The results obtained by the mechanical analysis showed an improvement on the blends processed with high cis polybutadiene and compatibilized with 2.5% of styrene-butadine diblock copolymer (SB). Thermogravimetry showed an improvement on the thermal stability of the blends. It was also observed by dynamic mechanical thermal analysis two distinct transitions. An increase on the Tg was observed when was used PBh, indicating interaction between the phases. The low field NMR results of the blends (PS/PB) presented a similar molecular organization and showed that the best compatibilizer agent was the diblock copolymer (SB).

Ce travail se focalise sur l’étude de cellules solaires organiques modèles basées sur le mélange de poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et de l'ester méthylique de l'acide [6,6]-phényl C61 butyrique (PCBM). La corrélation entre la morphologie de la couche active, les paramètres de mises en œuvre et le rendement photovoltaïque a été soigneusement étudiée afin d’obtenir l’optimisation de l’efficacité de tels dispositifs. Une méthode originale pour contrôler la séparation de phases dans ces mélanges a été proposée et consiste à l'intégration de copolymères blocs comme additifs. Trois copolymères séquencés ont été utilisés en tant qu’agents de nanostructuration et/ou d'agents de nucléation. Il a notamment été montré que l'incorporation de P3HT-b-PI permet l'augmentation du nombre de cristallites de P3HT tout en limitant l’agglomération du PCBM. D'autre part, l'incorporation de P3HT-b-P4VP dans les mélanges de P3HT:PCBM a permis de contrôler l'orientation des cristallites de P3HT, améliorant par ce fait le transport de charge dans les dispositifs. / This work investigates organic solar cells made of a blend of polymeric materials based on poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) as model system. The correlation between the photovoltaic active layer morphology and the performance of the organic solar cell is thoroughly investigated. The chosen method for controlling phase separation in the polymeric blends is to incorporate block copolymers as additives. Three systematically selected block copolymers were used as nanostructuring and/or nucleating agents. Indeed, the incorporation of P3HT-b-PI induces the increase in the number of P3HT crystallites as well as suppresses the growth of PCBM aggregates. On the other hand, the incorporation of P3HT-b-P4VP into P3HT:PCBM decreases the crystallization of P3HT but increases its face-on orientation, a requirement for an enhanced charge transport in organic PV devices.