A principal limitação do uso de MgO em refratários é a facilidade com que reage com água formando hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) que, devido à sua menor densidade, causa tensões destrutivas nesses materiais. Para outras aplicações, no entanto, a reação de hidroxilação do MgO é necessária, como em produção de agentes antichamas, em compósitos poliméricos e na correção de pH de solos. Observações empíricas na literatura demonstraram que diferentes fontes de MgO possuem reatividades e sensibilidades à hidroxilação distintas. Este estudo analisou o impacto de variáveis externas (por exemplo, a liberação de calor que ocorre durante a reação ou o volume das amostras) que ainda não foi completamente compreendido. O impacto auto-catalítico da temperatura reacional e da exotermia da reação foi avaliado. Por meio de medidas de temperatura in situ e de grau de hidroxilação termogravimétrico, também foram estudados os impactos do volume das amostras testadas e da concentração de sólidos nas suspensões, por meio de medidas de temperatura in situ e termogravimetria. Analisou-se também as principais diferenças estruturais entre duas principais fontes de MgO (sínter de MgO e magnésia cáustica): morfologia de partículas, densidade e área superficial específica. Em seguida, os mecanismos de hidroxilação em suspensões aquosas e seus efeitos foram avaliados por meio de testes de hidroxilação seguidos de termogravimetria, difração de raios-X, medidas de condutividade iônica, densidade, área superficial específica e microscopia eletrônica, e relacionado com as características físico-químicas e morfológicas das respectivas fontes de MgO. Pôde-se constatar que diferenças significativas entre a temperatura nominal do meio reacional e no interior da amostra podem afetar a cinética de hidroxilação do material. O volume e a concentração de sólidos variáveis também podem acentuar consideravelmente os efeitos da exotermia e gerar gradientes de hidroxilação. Também se verificou que a morfologia e a quantidade do Mg(OH)2 formado mudam significativamente dependendo do precursor e em função das condições de tempo-temperatura. / The use of MgO in refractories is restrict due to the easy reaction with water forming magnesium hydroxide (Mg(OH)2). Its lower density causes compressive stresses that can crack their structure. On the other hand, for applications such as the production of flame retardant agents for polymer composites and pH correcting of contaminated soil, this reaction is necessary. Empirical observations in the literature have shown that different sources of MgO have district levels of chemical reactiveness. The present study analyzed the main structural differences between the two main sources of MgO (magnesia sinter and caustic magnesia): particle morphology, density and specific surface area. The mechanisms of hydroxylation of these raw materials in aqueous suspensions and their effects were followed by hydroxylation tests, X-ray diffraction, ionic conductivity, density, specific surface area and scanning electron microscopy. They were associated with the physical characteristics morphological, chemical of these MgO sources. The impact of external variables (e.g., heat release during the reaction or the sample volume), that was not yet completely understood, was also evaluated through temperature measurements carried out in situ and hydroxylation degree accessed by thermogravimetry. The effects of samples volume and solid concentration in aqueous suspension were also investigated. The results showed that differences between the ambient temperature and reaction inside sample temperature can affect the kinetics of hydroxylation of the material. The samples volume and solids concentration can also enhance significantly the effects of heat release and generate gradients of hydroxylation. It was also found out that the morphology and the amount of Mg(OH)2 formed can change depending on the precursor and on the time-temperature conditions.

A formação de espinélio de aluminato de magnésio (\'MG\'\'AL IND.2\'\'O IND.4\'; espinélio), através da combinação de óxido de alumínio (\'AL IND.2\'\'O IND.3\'; alumina) com geradores de poros à base de óxido de Magnésio (\'MG\'\'O\'; magnésia) ou hidróxido de magnésio (\'MG\'(\'OH)IND.2\'; HM), resulta em estruturas de elevada porosidade (acima de 50%) e com baixa tendência a densificar mesmo em temperaturas elevadas (1500-1650°C). Devido a isso, esse sistema tem grande potencial de aplicação tecnológica para isolamento térmico e filtração em altas temperaturas. Considerando sua utilização em larga escala como isolante térmico verifica-se a necessidade de desenvolvimento de novas rotas de síntese mais eficazes. A reação de hidroxilação do \'MG\'\'O\' pode ser controlada, utilizando como matéria-prima tanto a magnésia sínter como com a magnésia caustica, desta forma, a expansão de peças de cerâmicas porosas feitas a base de \'MG\'\'O\' também podem ser controladas. Deste modo, neste trabalho pretende-se investigar uma nova rota para a obtenção de espinélio utilizando o \'MG\'\'O\' como ligante hidráulico e incorporar poros, in situ, utilizando-se da decomposição do HM em uma matriz de alumina. Os resultados mostraram que a área superficial específica (ASE) da magnésia influencia fortemente nas propriedades mecânicas do material moldado, comprovando que para as ASEs maiores a magnésia é viável como ligante hidráulico, sendo 0,6 MPa para o modulo de ruptura por compressão diametral, o melhor resultado deste trabalho, enquanto o sistema à base de cimento de aluminato de cálcio (CAC) teve 0,5 MPa de módulo de ruptura, e o sistema à base de \'alfa\'-Bond teve 0,3 MPa de módulo, ambos sistemas de ligantes hidráulicos conhecidos na literatura. A grande diferença no módulo de ruptura por compressão diametral mostrou que o tempo de cura e a ASE da magnésia influenciaram-no fortemente.Enquanto, as amostras com alta ASE de magnésia, em torno de ~60 \'M POT.2\'/g, tiveram 0,6 MPa de módulo de ruptura, as amostras com baixa ASE, ~1 \'M POT.2\'/g, não tiveram alteração no módulo de ruptura. Verificou-se também um aumento gradual no módulo de ruptura segundo a ASE, para um valor intermediário de ASE, ~30 \'M POT.2\'/g, o módulo foi de 0,4 MPa, valor ainda comparável a outros sistemas que se utilizam ligantes hidráulicos. Observou-se que a expansão das amostras durante a cura foi influenciada pela sua ASE, quanto maior a ASE, maior a expansão. Os resultados de PTG e do módulo de ruptura combinados com as imagens de MEV e os difratogramas, das amostras calcinadas, mostraram a influência da temperatura e da ASE na formação da cerâmica porosa por essa rota, sendo a temperatura uma variável de controle já conhecida, observada no diagrama de equilíbrio de fases. Entretanto, a influência da ASE do \'MG\'\'O\' para o controle da formação do espinélio é desconhecido da literatura / Magnesium aluminate spinel (\'MG\'\'AL IND.2\'\'O IND.4\'; spinel) formation by the combination of aluminum oxide (\'AL IND.2\'\'O IND.3\'; alumina) with magnesium oxide (\'MG\'\'O\', magnesium) or magnesium hydroxide (\'MG\'(\'OH) IND.2\'; HM), results in structures of high porosity (above 50%) and with low tendency to densify even at elevated temperatures (1500-1650°C). Due to this, this system has great potential of technological application for thermal insulation and filtration in high temperatures. Considering its large scale use as thermal insulation, it is necessary to develop new and more efficient routes of synthesis. The hydroxylation reaction of \'MG\'\'O\' can be controlled using both sinter magnesia and caustic magnesia as a feedstock, so the expansion of porous ceramic pieces made with \'MG\'\'O\'can also be controlled. Thus, in this work we intend to investigate a new route to obtain spinel using \'MG\'\'O\' as a hydraulic binder and to incorporate pores, in situ, using the decomposition of HM in an alumina matrix. The results showed that the specific surface area (ASE) of the magnesia strongly influences the mechanical properties of the molded material, proving that for the larger ASEs the magnesia is viable as a hydraulic binder, being 0.6 MPa for the diametral compression rupture modulus, the best result of this work, while the calcium aluminate cement (CAC) system had 0.5 MPa of modulus of rupture, and the \'alfa\'-Bond based system had 0.3 MPa of modulus, both systems of hydraulic binders known in the literature. The large difference in the diametral compression rupture modulus showed that the curing time and the ASE of the magnesia strongly influenced it. While high ASE magnesia samples, around ~60 \'M POT.2\'/g, had 0.6 MPa of modulus of rupture, samples with low ASE, ~1 \'M POT.2\'/g, had no change in modulus of rupture. There was also a gradual increase in the ASE burst modulus, for an ASE intermediate value ~30 \'M POT.2\'/g, the modulus was 0.4 MPa,a value still comparable to other systems using hydraulic binders. It was observed that the expansion of the samples during curing was influenced by their ASE, the higher the ASE, the greater the expansion. The results of PTG and the rupture modulus combined with SEM images and the diffractograms of the calcined samples showed the influence of temperature and ASE on the formation of the porous ceramic by this route, the temperature being a known control variable, observed in the phase equilibrium diagram. However, the influence of \'Mg\'\'O\' ASE on the control of spinel formation is unknown in the literature

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRCT.pdf: 6917659 bytes, checksum: 12987f2c064bfa01b982083b5a05adcd (MD5) Previous issue date: 2004-09-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / The main objective of this study was to develop and characterize polypropylene modified with flame retardant fillers. Two flame retardant fillers (Aluminum Hydroxide and Magnesium Hydroxide) were incorporated into four distinct types of polypropylene, two of which were homopolymers and two copolymers. The contents of the flame retardant fillers were 40 and 60%, in mass. The composites were prepared using two co-rotating double screw extruders, one a bench scale device and the other of considerably larger dimensions. The test specimens were then injection processed, after which the composites thermal, mechanical, thermomechanical and flammability performance were evaluated. An analysis was made of the thermogravimetric results to identify the possible occurrence of water loss during the composite s processing. The flame retardant fillers were found to improve the composite s flammability behavior, albeit with a concomitant decrease in their mechanical properties, most notably a drop in the material s impact strength. The best physical and mechanical properties and the lowest flammability were obtained with polymer-flame retardant filler composites whose polymeric matrix was composed of propylene-ethylene copolymer with the highest ethylene content. A study was also made of the properties of polypropylene and organic clay nanocomposites, from which a type of polypropylene most closely resembling the ones previously studied was chosen to serve as a standard against which to compare the properties obtained for the polypropylenes modified with traditional flame retardant fillers. Under the conditions utilized in this study, the nanocomposites displayed an adequate physical and mechanical behavior, but the evaluations revealed that no satisfactory increase in resistance to flammability was achieved. / Os principais objetivos deste estudo foram desenvolver e caracterizar composições de polipropileno modificado com cargas retardantes de chama. Duas cargas retardantes de chama (Hidróxido de Alumínio e Hidróxido de Magnésio) foram incorporadas a quatro tipos de polipropileno, sendo dois homopolímeros e dois copolímeros. Os teores das cargas retardantes de chama foram 40 e 60%, em massa. A preparação dos compostos foi realizada utilizando-se duas extrusoras rosca dupla, co-rotacionais, sendo uma de bancada e outra com dimensões superiores. Em seguida houve o processamento dos corpos-de-prova por injeção. Os compostos desenvolvidos foram avaliados com relação aos desempenhos térmico, mecânico, termomecânico e de inflamabilidade. Através dos resultados de termogravimetria verificou-se a ocorrência ou não de perda de água dos compostos, durante o processamento. Verificou-se também que houve um melhor comportamento de inflamabilidade, porém houve redução na maioria das propriedades mecânicas, com maior decréscimo na resistência ao impacto com o aumento da concentração de retardantes de chama. A matriz polimérica formada pelo copolímero propileno-etileno, com maior teor de etileno, permitiu a obtenção de compostos polímero - carga retardante de chama com melhores propriedades físico-mecânicas e menor inflamabilidade. Houve também o estudo das propriedades dos nanocompósitos de polipropileno e argila orgânica, no qual, um tipo de polipropileno mais relacionado aos tipos de polipropileno utilizados na preparação dos compostos com retardantes de chama, foi escolhido visando comparar as propriedades obtidas em relação aos polipropilenos modificados com as cargas retardantes de chama tradicionais. Nas condições empregadas no trabalho, os nanocompósitos mostraram um adequado comportamento físicomecânico, mas não houve um incremento satisfatório nas avaliações de inflamabilidade.

A principal limitação do uso de MgO em refratários é a facilidade com que reage com água formando hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) que, devido à sua menor densidade, causa tensões destrutivas nesses materiais. Para outras aplicações, no entanto, a reação de hidroxilação do MgO é necessária, como em produção de agentes antichamas, em compósitos poliméricos e na correção de pH de solos. Observações empíricas na literatura demonstraram que diferentes fontes de MgO possuem reatividades e sensibilidades à hidroxilação distintas. Este estudo analisou o impacto de variáveis externas (por exemplo, a liberação de calor que ocorre durante a reação ou o volume das amostras) que ainda não foi completamente compreendido. O impacto auto-catalítico da temperatura reacional e da exotermia da reação foi avaliado. Por meio de medidas de temperatura in situ e de grau de hidroxilação termogravimétrico, também foram estudados os impactos do volume das amostras testadas e da concentração de sólidos nas suspensões, por meio de medidas de temperatura in situ e termogravimetria. Analisou-se também as principais diferenças estruturais entre duas principais fontes de MgO (sínter de MgO e magnésia cáustica): morfologia de partículas, densidade e área superficial específica. Em seguida, os mecanismos de hidroxilação em suspensões aquosas e seus efeitos foram avaliados por meio de testes de hidroxilação seguidos de termogravimetria, difração de raios-X, medidas de condutividade iônica, densidade, área superficial específica e microscopia eletrônica, e relacionado com as características físico-químicas e morfológicas das respectivas fontes de MgO. Pôde-se constatar que diferenças significativas entre a temperatura nominal do meio reacional e no interior da amostra podem afetar a cinética de hidroxilação do material. O volume e a concentração de sólidos variáveis também podem acentuar consideravelmente os efeitos da exotermia e gerar gradientes de hidroxilação. Também se verificou que a morfologia e a quantidade do Mg(OH)2 formado mudam significativamente dependendo do precursor e em função das condições de tempo-temperatura. / The use of MgO in refractories is restrict due to the easy reaction with water forming magnesium hydroxide (Mg(OH)2). Its lower density causes compressive stresses that can crack their structure. On the other hand, for applications such as the production of flame retardant agents for polymer composites and pH correcting of contaminated soil, this reaction is necessary. Empirical observations in the literature have shown that different sources of MgO have district levels of chemical reactiveness. The present study analyzed the main structural differences between the two main sources of MgO (magnesia sinter and caustic magnesia): particle morphology, density and specific surface area. The mechanisms of hydroxylation of these raw materials in aqueous suspensions and their effects were followed by hydroxylation tests, X-ray diffraction, ionic conductivity, density, specific surface area and scanning electron microscopy. They were associated with the physical characteristics morphological, chemical of these MgO sources. The impact of external variables (e.g., heat release during the reaction or the sample volume), that was not yet completely understood, was also evaluated through temperature measurements carried out in situ and hydroxylation degree accessed by thermogravimetry. The effects of samples volume and solid concentration in aqueous suspension were also investigated. The results showed that differences between the ambient temperature and reaction inside sample temperature can affect the kinetics of hydroxylation of the material. The samples volume and solids concentration can also enhance significantly the effects of heat release and generate gradients of hydroxylation. It was also found out that the morphology and the amount of Mg(OH)2 formed can change depending on the precursor and on the time-temperature conditions.