A síntese de nanocompósitos de polietileno/nanolâminas de grafeno através de polimerização in situ foi alcançada utilizando o sistema catalítico Cp2ZrCl2/MAO (dicloro bis(ciclopentadienil)zircônioIV)/metilaluminoxano(MAO). Grafite com dimensões nanométricas, previamente tratada com MAO foi adicionada no reator como carga em percentuais que variaram de 1,2 até 20,9% (p/p). A análise de difração de raios-X (DRX) mostrou que os tratamentos térmico e físico empregados preservaram a estrutura das lâminas de grafite. A formação de nanolâminas de grafeno (NG) e dos nanocompósitos foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (AFM). As micrografias de MET mostraram que o polietileno cresce entre as NG, resultando em nanocompósitos intercalados e esfoliados. As propriedades térmicas, dinâmico-mecânicas, mecânicas e elétricas foram investigadas por análise termogravimétrica (TGA), análise dinâmico-mecânica (DMA), resistência à tração e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), respectivamente. As NG aumentaram a estabilidade térmica do polietileno em 30 °C. Uma leve diminuição na resistência à tração foi verificada com a adição das NG à matriz polimérica. A adição de grafite ao polietileno aumentou o módulo de armazenamento, assim como o valor da temperatura de transição vítrea. A condutividade elétrica apresentou um limite de percolação de 3,8% vol. (8,4% p/p) de NG. Todos os resultados mostraram que o polietileno tornou-se mais rígido e termicamente mais estável e passou de um material isolante para semicondutor na presença das nanolâminas de grafeno. Com o objetivo de estudar outros caminhos para obter grafeno foi estudada a síntese de óxido de grafite (GO) que foi realizada através do protocolo de Staudenmaier. O grafite oxidado foi reduzido nas temperaturas de 600, 700 e 1000 °C. A melhor temperatura de redução foi de 700 °C, pois nessa temperatura a análise de espectroscopia Raman mostrou a presença de grafenos. / The synthesis of polyethylene/graphene nanosheet (PE/GNS) nanocomposites by in situ polymerization was achieved using the catalytic system Cp2ZrCl2/MAO (bis(cyclopentadienyl)zirconium(IV) dichloride)/methylaluminoxane(MAO). Graphite with nano dimensions (GNS), previously treated with MAO, was added into the reactor as filler at percentages from 1.2 to 20.9% (w/w). X-ray diffraction analysis (XRD) showed that the chemical and thermal treatments employed preserved the structure of the graphite sheets. The formation of graphene nanosheets and nanocomposites was confirmed by TEM and AFM. TEM micrographs showed that the polyethylene grew between the graphene nanosheets, giving intercalated and exfoliated graphite nanocomposites. The thermal, dynamic mechanical, mechanical and electrical properties were investigated by thermogravimetric analysis (TGA), dynamic-mechanical analysis (DMA), tensile strength and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), respectively. The GNS increased the thermal stability of polyethylene in 30 °C. A slight decrease in tensile strength was observed with the addition of GNS to the polymer matrix. The addition of graphite to the polyethylene increased the storage modulus, as well as the glass transition temperature. The electrical conductivity showed a percolation threshold of 3.8 vol%. (8.4% w/w) of GNS. All results showed that the polyethylene became stiffer and thermally more stable and it could be transformed from an insulator to a conductor material in the presence of GNS. In order to study other path to obtain graphene, the synthesis of graphite oxide (GO) was performed using the Staudenmaier protocol. The oxidized graphite was reduced at temperatures of 600, 700 and 1000 °C. The best reduction temperature was 700 ° C because Raman spectroscopy analysis showed the presence of graphene.

Nanocompósitos de PET e de PP/PET contendo montmorilonita foram preparados em extrusora e as morfologias desenvolvidas foram relacionadas às propriedades de cristalização, mecânicas e mecânico-dinâmicas. Vários nanocompósitos de PET foram obtidos pelo uso das argilas Cloisite®Na+, Cloisite®15A, Cloisite®30B e Cloisite®10A, sendo observada a formação de estruturas intercaladas e esfoliadas. O tipo de modificador orgânico da montmorilonita influenciou na morfologia da argila e nanocompósitos intercalados e esfoliados foram obtidos quando o modificador possuía alguma polaridade. Por outro lado, apenas tactóides foram formados quando o modificador era apolar. A argila teve um efeito nucleante e resultou no aumento da temperatura e da velocidade de cristalização do PET, sendo que o efeito nucleante maior foi observado quanto a Cloisite®10A foi utilizada. Os modelos cinéticos de Avrami modificado e de Ozawa foram aplicados ao processo de cristalização não isotérmica e indicaram que a cristalização foi mais rápida nos nanocompósitos do que no PET, pelo menos até 90% de cristalinidade relativa. O modelo de Avrami permitiu uma descrição parcial do processo de cristalização, enquanto o modelo de Ozawa foi válido somente na descrição do comportamento de cristalização do PET antes de sua extrusão. Nanocompósitos contendo PP, PET e Cloisite®10A (70:28:2) foram preparados e foi estudada a influência da adição da montmorilonita na morfologia e nas propriedades mecânicas dos mesmos. De maneira geral, a adição da argila resultou na diminuição do tamanho dos domínios da fase dispersa e, na ausência de um compatibilizante, a blenda apresentou uma interação fraca entre as fases. A adição de 1% de PP-MA auxiliou na dispersão da argila, originando uma morfologia mais homogênea. Em todos os nanocompósitos, a montmorilonita se localizou, preferencialmente, na interface PP/PET e na fase PET, ocasionando uma redução na velocidade de cristalização e na temperatura de transição vítrea do PET. O aumento da tensão no escoamento, do módulo de Young e do alongamento na ruptura ocorreu nos nanocompósitos compatibilizados e não foi observada uma redução na resistência ao impacto pela adição da argila. As propriedades mecânicas e mecânicodinâmicas possibilitaram sugerir que, quando PP, PET, PP-MA e montmorilonita estão simultaneamente presentes, eles podem constituir uma interfase, que atuaria de forma eficiente como um compatibilizante das fases PP e PET. No entanto, a adição simultânea dos componentes na extrusora resultou em uma morfologia mais heterogênea do que a observada pela adição de um nanocompósito de PET ao PP. O método de preparação do corpo de prova também influenciou na morfologia da argila, sendo que temperaturas mais elevadas e tempos de residência maiores favoreceram a difusão da cadeia polimérica na galeria. / PET and PP/PET nanocomposites with montmorillonite were prepared in a twin screw extruder and their morphologies were related to the crystallization, mechanical and dynamicmechanical properties. The montmorillonites Cloisite®Na+, Cloisite®15A, Cloisite®30B and Cloisite®10A were used and the PET nanocomposites showed intercalated and/or exfoliated morphologies. The influence of the organic modifier of the clay on the morphology and crystallization properties was evaluated. Tactoids were obtained when only apolar modifiers were present. Nevertheless, it was observed that PET nanocomposites were intercalated and exfoliated when polar modifiers were present. The clay nucleated the PET crystallization process, and the nucleating effect was higher when Cloisite®10A was used. The kinetic models of Avrami and Ozawa were applied in the nonisothermal crystallization process. The crystallization was higher in the nanocomposites than in the pure PET, at least up to 90% of relative degree of crystallinity. The Avrami model allowed the partial description of the crystallization process and the Ozawa model was only valid for PET before its extrusion. The study of the nanocomposites with PP, PET and Cloisite®10A (70:28:2) were performed and the effect of the clay on the morphology and mechanical properties was evaluated. In general, the use of clay decreased the size of the dispersed phase, and the interaction of the phases was weak in the blend without compatibilizer. The use of PP-MA (1%) favored the clay dispersion and it produced a more homogeneous morphology. The clay located predominantly in the interphase and in the PET phase. A decrease in the crystallization rate and in the Tg of the PET was observed when clay was present. The yield stress and the Young’s modulus increased when PP-MA and montmorillonite was used. The addition of the montmorillonite also promotes an increase in the elongation at break, and did not influence significantly the impact strenght. It was suggested that when PP, PET, PP-MA and montmorillonite were simultaneous used, it could constitute an interphase that acts as more efficient compatibilizer for PP and PET phases. Nevertheless, the simultaneous addition of the components in the extruder resulted in a more heterogeneous morphology than when a PET nanocomposite was added to PP. The specimens preparation also affected the clay morphology and the higher temperatures and larger residence time favored the difusion of the polymer into the gallery.

Neste trabalho, serão apresentados os resultados referentes a síntese e caracterização de nanocompósitos de polietileno reforçados com nanoesferas, nanotubos e nanofitas de TiO2 e do compósito de polietileno reforçado com microesferas de TiO2. A primeira etapa do trabalho envolveu a síntese e caracterização do polietileno e das partículas de TiO2. Inicialmente foi realizado um estudo para se determinar o melhor solvente para a polimerização in situ utilizando como sistema catalítico Cp2ZrCl2/MAO. Após análises de atividade, massa molar e distribuição de massa molar das amostras obtidas em hexano, ciclohexano e tolueno, foi escolhido o tolueno à 60ºC, como melhor solvente. Nano e micropartículas aproximadamente esféricas foram obtidas comercialmente, contudo nanofitas e nanotubos foram sintetizados através de rota química e eletroquímica respectivamente, apresentando pequena distribuição de tamanhos. A segunda etapa envolveu a caracterização dos compósitos. Foram realizadas análises morfológicas, térmicas, estruturais e análises de produto de fotodegradação através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), difração de raio-X (DRX), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), infravermelho (FTIR/ATR) e evolução de CO2. Observou-se que a concentração de TiO2 na matriz polimérica não influencia a temperatura de fusão e cristalinidade dos polímeros e não resulta em melhora na estabilidade térmica e nas propriedades mecânicas dos materiais. Através de análises dos picos de difração dos planos (110) e (200) do polietileno nos nanocompósitos e no compósito quando comparados ao polietileno puro, pode-se observar que a presença das nanopartículas afeta o tamanho dos cristalitos. Para realizar experimentos de fotodegradação, as amostras foram irradiadas com uma lâmpada de Xenônio, simulando a irradiação solar. O monitoramento das amostras irradiadas foi realizado através de análises de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e evolução de CO2, sendo possível observar uma grande influência da carga inorgânica na degradação do polímero. / In this work, we present the results from synthesis and characterization of polyethylene nanocomposites reinforced with TiO2 nanospheres, nanotubes and nanoribbons and composites reinforced with TiO2 microspheres. The primary step was the synthesis and characterization of polyethylene and TiO2 particles. At first it was evaluated the ideal solvent for in situ polymerization using Cp2ZrCl2/MAO as catalyst system. After evaluating activity, molecular weight and molecular weight distribution of the samples obtained in hexane, toluene and cyclohexane, the toluene at 60ºC, was found to be the best solvent. Spherical nano and microparticles were obtained commercially, nanoribbons and nanotubes were synthesized by chemical and electrochemical route, respectively, presenting narrow size distribution. The second part of this work concerned the characterization of the composites. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), x-ray diffraction (XRD), Differential Thermal analyses (DSC), Dynamic-mechanical analysis (DMA), infrared spectroscopy (FTIR/ATR) and CO2 evolution experiments were carried out to analyze the morphology, structure, thermal properties and photodegradation of the materials. According to the results the melting and crystallinity temperatures of polymers is not dependent on the concentration of TiO2 in the matrix and it does not improve thermal stability or mechanical properties. By analyzing the XRD diffraction peaks of the (110) and (200) planes of the polyethylene pure, in the nanocomposites and in the composite, it was observed that the presence of the TiO2 affects the crystallite size. Photodegradation experiments were carried out using Xenon lamp, in order to simulate sunlight irradiation. The irradiated samples were monitored with infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and CO2 evolution. According to the results, it was possible to observe a strong influence of the inorganic load on the polymer degradation.

Neste trabalho nanocompósitos de Poli(fluoreto de vinilideno)(PVDF)/Polianilina(PAni) e nanotubos de carbono (NTC) foram preparados por processamento no estado fundido utilizando três diferentes metodologias. Na primeira os nanotubos de carbono foram adicionados diretamente durante o processamento no estado fundido. No segundo método os nanotubos de carbono foram adicionados a PAni diretamente durante a etapa de polimerização desta e posteriormente este material foi misturado ao PVDF no estado fundido. No terceiro método metade da quantidade total de nanotubos de carbono do nacompósito foi adicionada diretamente durante o processamento e a outra metade foi adicionada a PAni durante a etapa de polimerização. A processabilidade, a morfologia, as propriedades elétricas, as propriedades viscoelásticas, e as propriedades eletro-reológicas foram avaliadas para as misturas e para os nanocompósitos. A morfologia final de todas as misturas PVDF/PAni apresentaram típica separação de fases com a presença de domínios de polianilina. A condutividade elétrica destas apresentou um decréscimo de valores ao longo do tempo de processamento para todas as composições. Houve um aumento dos módulos, no estado sólido, com a adição de polianilina e nanotubos de carbono ao sistema. As medidas eletro-reológicas mostraram que a presença da polianilina e dos nanotubos de carbono mudou o comportamento reológico do PVDF e também a condutividade elétrica foi afetada pelo cisalhamento oscilatório. Tanto a morfologia quanto a condutividade elétrica sofreram variações em função do método de preparação dos nanocompósitos PVDF/PAni/NTC. Como conseqüência, as propriedades viscoelásticas no estado sólido foram influenciadas pelas diferentes morfologias destes materiais. Os experimentos eletro-reológicos mostraram que o cisalhamento agiu destruindo os caminhos condutores formados e, com isso causando a redução na condutividade elétrica do sistema. / In this work nanocomposites of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/polyaniline (PAni) and carbon nanotubes (CNT) were prepared through melt processing using three different methods. Firstly the nanotubes were incorporated directly into the PVDF/PAni blend during the processing step. In the second methodology the nanotubes were dispersed in the reaction medium during aniline polymerization. After the reaction completion this PAni/CNT composite was blended with PVDF through melt processing. The third method consisted in a combination of both methods In the second stage blends of PVDF/PAni were prepared through melt processing. The morphology, processability, electrical properties, viscoelastic properties, and electro-rheological behavior were evaluated for the blends and the nanocomposites. All PVDF/PAni blends showed typical phase separation with the presence of polyaniline aggregates. The electrical conductivity of PVDF/PAni blends had lower values as a function of processing time for all compositions. There was an increasing of both moduli in solid state with the addition of PAni and CNT. The electro-rheological measurements showed that the presence of PAni and CNT changed the PVDF rheological behavior and also the electrical conductivity was affected by the oscillatory shear. The morphology and electrical conductivity changed as a function of the three methods used to prepare the nanocomposites. As a consequence, the moduli in solid state were also affected by the different morphologies. The shear acted by destroying the conductive paths formed through the PVDF/PAni matrix. This fact caused the decreasing in the electrical conductivity values of the nanocomposites.

O objetivo deste trabalho é combinar as propriedades da borracha clorobutílica (CIIR) e borracha natural (NR) em uma blenda binária para aplicação em revestimento interno de pneus sem câmara de ar, usando argila organomodificada - montmorilonita (OMMT) - como carga, de modo a melhorar a propriedade de barreira do material. Para este propósito, as blendas devem exibir propriedades mecânicas similares ao material de referência, CIIR. Dezesseis formulações foram preparadas em um misturador interno usando 5 e 10 phr (partes por cem de borracha) de OMMT, em 2 blendas binárias: CIIR/NR 80/20 e 60/40. Em todas as amostras, o conteúdo de negro de fumo (NF) foi 50 phr. Para comparação, as formulações de CIIR e NR foram preparadas nas mesmas condições. Além disso, quatro nanocompósitos foram preparados na ausência de NF. Estes nanocompósitos apresentaram os menores resultados em todas as análises, provavelmente devido à ausência de negro de fumo nestas formulações. No entanto, na presença de negro de fumo, resultados de raios X e microscopia eletrônica de varredura (MEV) indicaram a intercalação da OMMT pelas cadeias poliméricas e uma boa distribuição das partículas em ambas as blendas. Além disso, houve uma redução na viscosidade Mooney e, portanto, uma melhora na processabilidade e uma redução na entalpia de cura (ΔH), sendo mais acentuada nas formulações contendo maior quantidade de NR, indicando assim a boa interação e adesão interfacial entre as nanopartículas e a matriz polimérica na presença de negro de fumo. Em relação ao MH e ML não foram obtidas diferenças significativas à medida que se adiciona OMMT às formulações com negro de fumo. Porém, as blendas mostraram um decréscimo no torque máximo e isto pode ser atribuído ao modificador utilizado na argila, o qual age como um lubrificante, resultando em um decréscimo no MH e no ts2, o que é interessante do ponto de vista tecnológico. Estes nanocompósitos apresentaram ainda manutenção da propriedade de dureza, de tensão na ruptura e módulo a 100 %. Por outro lado, a degradação da matriz polimérica na presença de sais de amônio quaternário influenciou negativamente o desempenho térmico dos nanocompósitos. A propriedade de barreira das blendas na presença de OMMT e NF não mostrou melhora significativa. Porém, a boa dispersão do negro de fumo, a manutenção da propriedade de barreira, de módulo a 100 % e tensão na ruptura antes e após o envelhecimento, principalmente no sistema com maior quantidade de NR (CIIR/NR 60/40), indicam que as blendas podem ser usadas para revestimento interno de pneus sem câmara de ar, sem alteração significativa nas propriedades mecânicas e de barreira em relação ao material de referência, CIIR/NF 100/50, e reduzindo o custo do produto final, uma vez que a CIIR é 80% mais cara que a NR. / The aim of this work is combining the properties of chlorobutyl rubber (CIIR) and natural rubber (NR) in a binary blend for applications in tubeless tire inner liner, using organomodified clay - montmorillonite (OMMT) – as a filler, in order to improve barrier properties of the material. For this purpose, the blends should exhibit similar mechanical properties to the reference material, CIIR. Sixteen formulations have been prepared in an internal mixer using 5 and 10 phr (parts per hundred of rubber) of OMMT, in two binary blends: CIIR/NR 80/20 and 60/40. In all samples, the carbon black (CB) content was 50 phr. For comparison bases, CIIR and NR formulations were prepared under the same conditions. Furthermore, four nanocomposites have been prepared in absence of CB. These nanocomposites have presented the lowest results in all analyzis, likely due to the absence of carbon black in these formulations. However, in the presence of carbon black, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) results have indicated the intercalation of OMMT by the polymer chains and, hence, a better distribution for both blends. It was also observed a decrease in the Mooney viscosity and, therefore, an improvement in the processability, and a decrease in the curing enthalpy (ΔH), being more accentuated in the formulations containing superior amount of the NR, thus indicating the good interaction and interfacial adhesion between the nanoparticles and the polymer matrix in the presence of carbon black. With regard to the MH and ML no significant differences have been obtained as adding OMMT to the formulations with carbon black. However, the blends have showed a decrease in the maximum torque and this may be attributed to the modifier used in the clay, which acts as a lubricant, resulting in a decrease in the MH and ts2, which is interesting from a technological point of view. These nanocomposites have also presented conservation of the hardness, tensile strength and modulus values at 100 % elongation. On the other hand, the degradation of the polymer matrix in the presence of quaternary ammonium salts has had a negative effect on the thermal performance of the nanocomposites. The barrier properties of blends in the presence of OMMT e CB have not shown significant improvement. However, the good dispersion of the carbon black, the conservation of the property barrier, modulus at 100% and tensile strength before and after the aging, mainly in the system with superior amount of NR (CIIR/NR 60/40), indicate that the blends may be used to the tubeless tire inner liner, without significant change in the mechanical and barrier properties in relation to the reference material, CIIR/CB 100/50, and decreasing the cost of the final product, since the CIIR is 80% more expensive than the NR.

Made available in DSpace on 2018-08-01T21:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_3722_.pdf: 7095384 bytes, checksum: 1b4d2a1ec32f4178c6c5dca5e3d3d113 (MD5) Previous issue date: 2009-09-25 / Este trabalho é dedicado à síntese e caracterização de nanopartículas de óxidos de ferro dispersas na estrutura porosa de um carvão ativado, originando nanocompósitos com propriedades magnéticas. As amostras foram preparadas a partir da mistura do organometálico pentacarbonil ferro com o carvão ativado, em diferentes proporções e sob as atmosferas ambiente e de argônio. As técnicas experimentais utilizadas para a caracterização foram: espectroscopia Mössbauer, difração de raios-X convencional e com luz síncrotron , espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, microscopia eletrônica de varredura, análise textural por adsorção de nitrogênio, medidas de propriedades magnéticas, análise elementar e termogravimetria. Os resultados mostraram que os teores de ferro nas amostras como preparadas atingiram valores de até 33 % em massa, aproximadamente. As nanopartículas foram identificadas como óxidos de ferro dispersos de forma homogênea no carvão ativado, com tamanho médio de cristalito na faixa 4-6nm e apresentando comportamento superparamagnético em temperatura ambiente. As amostras preparadas sob atmosfera ambiente apresentaram predominantemente as fases hematita e magnetita e nas amostras preparadas sob atmosfera de argônio foi encontrada apenas a magnetita. A área superficial específica e o volume total de poros do carvão ativado foram reduzidos em torno de 40 e 50%, respectivamente, com a formação das nanopartículas. A execução de tratamentos térmicos em atmosfera inerte levou ao crescimento do tamanho médio de cristalito; para temperaturas a partir de 400 oC, aproximadamente, teve início o processo de redução do estado de oxidação do ferro, até temperaturas em torno de 700 oC. Nas amostras tratadas em 900 oC foi observada a predominância de ferro metálico, além da formação de carbetos de ferro. Na análise de difração de raios-X in situ durante o aquecimento das amostras, foi observada a formação da wustita como um composto intermediário antes da formação do ferro metálico. Os valores dos coeficientes de expansão térmica para os óxidos de ferro nanocristalinos foram consideravelmente maiores do que os esperados para as fases cristalinas massivas, um efeito associado à elevada fração de átomos de superfície nas nanopartículas. Os resultados deste trabalho mostraram que os métodos empregados de síntese e posterior tratamento térmico possibilitam a obtenção de nanopartículas magnéticas contendo ferro dispersas na matriz do carvão ativado; a natureza e o tamanho médio dessas partículas dependem das condições experimentais envolvidas, tais como atmosfera de síntese, temperatura e tempo de tratamento térmico.

Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:34:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_NuriaAngelo_M.pdf: 1743980 bytes, checksum: 9b3510495b5ac6cd3d024e2e39b172fa (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Ao longo dos últimos anos, com as fortes pressões ambientais e o aumento do preço do petróleo, os biopolímeros vêm recebendo especial atenção como substitutos para os polímeros convencionais. Para ampliar a faixa de utilização destes materiais, têm-se produzido os chamados nanocompósitos poliméricos, que são materiais híbridos consistindo de dois ou mais componentes, apresentando ao menos um destes em escala nanométrica. Com o acréscimo de uma pequena quantidade de agente de reforço, podem-se obter grandes melhoras nas propriedades destes materiais. Dentre as quais, podemos citar as propriedades térmicas e de barreira. Neste trabalho foram sintetizados o poli (L-lactídeo) (PLLA) e os hidróxidos duplos lamelares (HDLs) compostos pelos cátions divalentes/trivalentes cálcio/alumínio, cálcio/ferro, e magnésio/ferro intercalados com o ânion dodecil sulfato (DDS), a partir dos quais foram sintetizados três tipos de nanocompósitos poliméricos com matriz de PLLA e como agente de reforço os HDLs, com as frações mássicas de 1 e 2 %. Os HDLs foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X e espectroscopia de absorção no infravermelho. O PLLA e os nanocompósitos foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X, espectroscopia de absorção no infravermelho, termogravimetria, calorimetria exploratória diferencial e espectroscopia de absorção no UV-VIS. Os resultados obtidos nesse trabalho mostram que a maioria dos nanocompósitos teve uma boa dispersão do agente de reforço na matriz polimérica, bem como, melhoras significantes em suas propriedades quando comparados ao PLLA puro. O aumento da estabilidade térmica dos nanocompósitos foi condizente com uma melhor dispersão do HDL. Com a análise de UV-VIS, observaram-se menores valores de transmitância para os nanocompósitos. Essa melhora nas propriedades dos nanocompósitos pode ampliar a faixa de aplicações deste material em diversas áreas / Abstract: Over the years with strong environmental pressures and rising oil prices, the biopolymers are receiving special attention as substitutes for conventional polymers. To extend the range of use these materials, it has been produced the polymeric nanocomposites, that are hybrid materials consisting of two or more components, presenting at least one, dimensions in nanometer scale. It is shown that an addition of a lower amount of reinforcing agent can enhance the properties those material, such as thermal and barrier properties. In this work, were synthesized three type of nanocomposites of poli (L-lactide) (PLLA) and layered double hydroxide (LDH), with the divalent/trivalent cations calcium/aluminum, calcium/iron and magnesium/iron, intercalated with the dodecyl sulfate anion. The nanocomposites were synthesized using two different concentration (1 and 2 %) of LDH as reinforcing agent. The synthesized HDLs were characterized by X-ray diffraction and infrared spectroscopy analyses and the nanocomposites were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, thermogravimetric, differential scanning calorimetry and UV-VIS spectroscopy analyses.The results obtained in this work show that most of the nanocomposites exhibit a good dispersion of the reinforcement agent in the polymeric matrix as well as significant improvements on their properties compared with neat PLLA. The enhancement on thermal stability of nanocomposites can be attributed to higher dispersion of reinforcement agent. UV-VIS analysis, it was observed lower transmittance values of all nanocomposites. This improvement in properties of nanocomposites can widen the range of applications this material in several areas / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Liliane Maria Ferrareso Lona, Fernando Wypych / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T11:49:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_TelmaRegina_D.pdf: 5921921 bytes, checksum: 94d41e3ad2e82662f94aff13bcfef289 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Recentemente, nanocompósitos poliméricos reforçados com argilominerais têm atraído considerável interesse científico. A maioria dos trabalhos publicados sobre a produção de nanocompósitos poliméricos utiliza silicatos naturais lamelares da classe dos filosilicatos do tipo 2:1, como a montmorilonita e a hectorita, como agentes de reforço. Para permitir a compatibilização com polímeros hidrofóbicos, já que os filosilicatos são hidrofílicos, utiliza-se normalmente a montmorilonita modificada com surfactantes catiônicos (sais quaternários de amônio, por exemplo), como reforço. Outra classe de trocadores aniônicos é a dos hidróxidos duplos lamelares (HDLs), que raramente ocorrem na natureza, mas são muito simples e baratos de sintetizar. Neste trabalho de doutorado foi investigada a polimerização "in situ" de metacrilato de metila com hidróxidos duplos lamelares modificados com ânions orgânicos (dodecilsulfato, estearato e laurato). Há poucos estudos em literatura aberta sobre as propriedades mecânicas e térmicas dos nanocompósitos de PMMA reforçados com HDLs e até agora não foram encontrados estudos sobre nanocompósitos de PMMA reforçados com HDLs intercalados com ânions estearato. O laboratório iniciou o estudo nesta área de nanocompósitos recentemente, no entanto, já foram produzidos alguns resultados sobre as propriedades de nanocompósitos de poliestireno e hidróxidos duplos lamelares. No presente trabalho foram produzidos nanocompósitos com alta transparência na região espectral da radiação visível assim como nanocompósitos coloridos, sem a adição de pigmentos ou corantes. Através de resultados de análises termogravimétricas demonstrou-se que a adição de HDLs pode aumentar a temperatura de decomposição do PMMA em mais de 80°C. Os resultados de análise dinâmico-mecânica mostraram que a concentrações de HDLs de 1% em massa nos nanocompósitos foi possível obter módulos elásticos com valores mais do que o dobro daqueles obtidos para o PMMA na maior parte da faixa de temperatura estudada. Com o objetivo de avaliar como a concentração de HDL afetava as propriedades anteriormente avaliadas, foram sintetizados nanocompósitos poliméricos contendo seis diferentes HDLs pré-selecionados, em duas diferentes concentrações (3% e 5%). Estes resultados demonstraram que a maioria destes nanocompósitos apresentou valores de microdureza maiores do que os encontrados para o PMMA / Abstract: Recently, nanocomposites consisting of polymer and mineral clays have attracted considerable scientific interest. Most published works on the production of polymer nanocomposites use clay mineral fillers such as montmorillonite, modified with cationic surfactants. Another class of anionic exchanger is layered double hydroxides (LDH), which rarely occur in nature but are very simple and inexpensive to synthesize, allowing the production of highly defined composition material. In this study we have investigated "in situ" bulk polymerization of methyl methacrylate (MMA) in the presence of LDHs intercalated by organic anions (dodecyl sulfate, laurate, stearate). There are few studies in the open literature on the mechanical and thermal properties of PMMA nanocomposites reinforced with hydrophobic HDLs and so far it was not found in open literature studies about the mechanical and thermal properties of the PMMA nanocomposites reinforced with stearate intercalated LDHs. In our laboratory, the investigation in the nanocomposites area started recently, however, some results on the nanocomposites of polystyrene and layered double hydroxides have already been produced. In the present work were synthesized nanocomposites with high transparence in the visible region as well as nanocomposites with an uniform orange color, without the addition of dyes or pigments. By thermogravimetric analysis, the results showed that the addition of LDHs may increase PMMA decomposition temperature in more than 80°C. The results of dynamic mechanical analysis, for nanocomposites with 1wt% of LDHs, showed that elastic modulus more than 2 times higher than PMMA in the range of studied temperature. In order to verify how the LDH concentration could affect the previously evaluated properties, nanocomposites containing six different pre-selected LDHs, in two different concentrations (3% and 5%) were synthesized. These results demonstrated that most of these nanocomposites presented microhardness values higher than those found for PMMA / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Ingeniero Civil Químico / Nanopartículas esféricas de sílice de 20 y 100 nm de diámetro fueron sintetizadas por el método sol-gel, utilizando tetraetilortosilicato (TEOS) como iniciador, las cuales fueron posteriormente modificadas por reacciones de grafting con clorosilanos y por líquidos iónicos como agentes surfactantes, para ser utilizadas como relleno nanométrico en compósitos de polipropileno (PP). El objetivo principal de este trabajo es estudiar el efecto de la incorporación de nanopartículas de sílice de distintos tamaños, concentraciones y funcionalidad superficial sobre las propiedades mecánicas, térmicas y de barrera al oxígeno y vapor de agua, para ser utilizados en empaque de alimentos. Se encontró que la adición de nanopartículas de sílice aumenta la rigidez del material, a la vez que disminuye su límite elástico y tenacidad. Nanopartículas de menor tamaño tienen un mayor efecto sobre las propiedades del material dada su mayor superficie específica. El módulo elástico del material aumentó hasta en un 80% con la adición de 30 %p/p de nanopartículas de 20 nm, a la vez que la elongación máxima disminuye hasta en un 99%. La modificación superficial de la sílice, tanto por clorosilanos como por líquidos iónicos aumenta considerablemente la tenacidad, aumentando al doble la elongación máxima, posiblemente dada la mayor movilidad de las cadenas poliméricas en la interfase polímero-partícula. En propiedades de barrera se encontró que en general la adición de sílice nanométrica aumenta la permeabilidad al oxígeno y vapor de agua del material, dada la formación de espacios libres en la interfase polímero partícula, los cuales al aglomerarse formando canales preferentes a la permeación. Con ello se logró un aumento en la permeabilidad al hasta 14 veces para el oxígeno y 6 veces para el vapor de agua utilizando nanopartículas de 20 nm, mientras que para nanopartículas de 100 nm se alcanzó un aumento de hasta 6 y 2 veces para el oxígeno y vapor de agua respectivamente, al 30 %p/p de sílice para todos los casos mencionados. La modificación por clorosilanos aumenta el coeficiente de permeabilidad posiblemente debido a la condensación y aglomeración de partículas durante la etapa de modificación. Por otro lado, la modificación por líquidos iónicos aumenta la permeabilidad al vapor de agua debido a la naturaleza higroscópica de estos, aumentando la solubilidad del vapor de agua en el material, y por consecuencia su permeabilidad. Se encontró que las nanopartículas de sílice actúan como sitios de nucleación para la cristalización del polipropileno, afectando la morfología de la matriz, por lo que las propiedades finales no solo dependen de la presencia del relleno, sino también de cambios en la matriz polimérica misma. Finalmente, se encontró que las nanopartículas aumentan la estabilidad térmica del material, aumentando su temperatura de degradación por un mecanismo de absorción de volátiles sobre su superficie. Se estableció que las propiedades finales de un material nanocompuesto dependerán no solo de la morfología del relleno, sino también del tamaño y de la funcionalidad superficial de éstas.

Autorizada por el autor para ser publicada a texto completo a contar de agosto de 2012 / La necesidad de polímeros biocidas ha tomado importancia en el último tiempo dado que con ellos es posible resolver problemas tecnológicos relevantes como las enfermedades asociadas a la higiene, ya sea en contagios intrahospitalarios, o en empaque de alimentos. Actualmente existe una variedad de métodos y materiales para preparar polímeros biocidas, habiendo dos categorías principales, una primera que corresponde a los materiales en que el agente biocida se agrega a la matriz y la segunda, a los materiales en que el biocida es inherente al polímero. Se destaca dentro de la primera categoría los compósitos con nanopartículas metálicas, por ejemplo los de plata, con una efectividad ampliamente comprobada. A pesar que desde hace siglos es conocida la capacidad biocida del cobre, su estudio en nanocompósitos poliméricos no ha sido estudiado en detalle, lo que permitiría preparar polímeros basados en este metal con propiedades bactericidas. El objetivo del trabajo de título es preparar compósitos de polipropileno con nanopartículas de cobre, mediante el método de mezcla en fundido y con porcentajes de carga entre 1 y 20% vol-vol, para estudiar sus propiedades, con énfasis las biocidas. Para este propósito, se probaron tres metodologías: a) medir el efecto del compósito sobre un cultivo diluido en fase lag (~102 [CFU/ml]) en contacto con la superficie del compósito; b) medir el efecto por inmersión en un cultivo concentrado (~107 [CFU/ml]); c) medir el efecto en un cultivo concentrado en fase exponencial (~107 [CFU/ml]) en contacto con la superficie del material; con el tercer método los resultados permitieron cuantificar las principales características biocidas de las nanopartículas de cobre. Se encontró un efecto bactericida importante en las muestras preparadas. En particular, para los compósitos al 1% y 5% (vol-vol), se determinó una eficacia bactericida del 40% y 90% respectivamente, luego de 4hr en contacto. Más interesantes son los resultados para un 9% y 19% (vol-vol), encontrándose un 100% de efectividad luego de 4hr en contacto. Además se caracterizó los compósitos estudiando la cantidad de iones Cu+ que se liberan del material a una solución, resultando que, luego de 3hr es posible encontrar una concentración de 4 [µg/ml] de cobre en solución para 2cm2 de material. También sus propiedades eléctricas fueron analizadas, encontrándose cambios poco significativos en la conductividad (1,3x10-3 – 2,7x10-3[S/m]). Basados en los resultados de este proyecto de tesis, fue posible encontrar una metodología que permitió cuantificar el efecto biocida de un compósito. Finalmente se concluye que, nanopartículas de cobre dentro de una matriz de polipropileno producen un efecto bactericida sobre un cultivo de E. coli, el cual depende fuertemente del porcentaje de relleno. De esta manera, estos nanocompósitos abren nuevas aplicaciones al cobre.