Neste trabalho foram obtidos nanocompósitos contendo 0, 1, 2, 5 e 10% (m/m) de argila organofílica montmorilonita cloisite 30B, contendo terminações hidroxila, por processamento reativo entre um pré-polímero com terminações isocianato e o 1,4-butanodiol, utilizando-se um misturador fechado. Os resultados mostraram que os poliuretanos termoplásticos sintetizados foram obtidos com sucesso. A adição de montmorilonita nos TPUs ocasionou a formação de folhas de argila dispersas de maneira intercalada, parcialmente esfoliada, esfoliada e aglomerados na matriz do TPU. Com a adição da argila houve modificações nos comportamentos de cristalização, estabilidade térmcica e mecanismo de degradação, assim como um aumento nos valores de energia aparente de ativação deste processo. A mobilidade de alguns segmentos poliméricos também foi alterada com a adição da argila. Portanto modificações morfológicas e viscoelásticas foram observadas para os nanocompósitos em dependência da quantidade de argila organofílica empregada, assim como a adição da organoargila alterou o comportamento térmico do poliuretano termoplástico, tornando os nanocompósitos mais suscetíveis a mudanças nos processos de fusão e cristalização em função da exposição a temperaturas elevadas. / In this study, were obtained nanocomposites containing 0, 1, 2, 5 and 10% (w/w) of organophilic clay montmorillonite Cloisite 30B, containing hydroxyl terminations, by reactive processing between a prepolymer with isocyanate terminations and 1,4-butanediol, using a closed mixer. The analysis showed that the obtained thermoplastic polyurethanes were synthesized successfully. The addition of the montmorillonite in the TPUs resulted in the formation of sheets of clay dispersed in order intercalated, partially exfoliated, exfoliated and agglomerate in the TPU matrix. With the addition of clay there were changes in the behavior of crystallization, thermal stability and degradation mechanism, as well as an increase in the values of the apparent activation energy of this process. The mobility of certain polymer segments was also changed with the addition of the clay. Therefore viscoelastic and morphological changes were observed in the nanocomposites in dependence on the amount of organophilic clay used, as well as the addition of the organophilic decreased the thermal stability of the thermoplastic polyurethane, making nanocomposites more susceptible to changes in the melting and crystallization processes due to exposure to elevated temperatures.

Materiais naturais nanoestruturados, tipo smectita, têm sido amplamente usados em nanocompósitos poliméricos, com ganhos expressivos em muitas propriedades. Porém, devido a sua natureza polar, seu uso em nanocompósitos de poliolefinas apresenta uma série de problemas. Entre esses problemas está a dificuldade de esfoliação na matriz, o que geralmente resulta um sistema não nano-estruturado e, por conseqüência, com pouco ou nenhum ganho em propriedades. Para tentar resolver esse problema, materiais tipo esmectita têm sido modificados com sais de amônio quartenário. Esses, por sua vez, possuem características tóxicas, impedindo seu uso em embalagens de alimentos. Com o objetivo de estudar uma nova alternativa que contorne esses problemas, dois materiais lamelares nano-estruturados, tipo esmectita, contendo grupos alquila ligados por ligação sigma com a rede inorgânica, foram sintetizados. Ambos apresentaram excelente ordem mesoestrutural. Um dos materiais sintetizados, formado por um Alsilsesquioxano lamelar, contendo alto teor de cadeia alquila entre as lamelas inorgânicas, foi usado na formação de compósito de polietileno. Comparativamente, uma argila natural, modificada com sais de amônio quaternário (Cloisite 15A), foi usada para fins comparativos. Os compósitos, então obtidos, foram caracterizados para avaliar diferenças microestruturais, morfológicas e mudanças em suas propriedades mecânicas e reológicas. Comparativamente à argila comercial Cloisite 15A, os compósitos contendo os materiais sintéticos apresentaram reologia diferenciada, melhor resistência ao impacto e ao Tensofissuramento Acelerado pelo Ambiente (ESCR). / Nanostructured natural materials, as smectites, have been widely used in polymeric nanocomposites, with significant gains in many properties. However, due to its polar nature, the use in nanocomposites of polyolefins presents a series of drawbacks. Among these problems, its difficulty exfoliation in the matrix, which generally results in a system not nanostructured and, consequently, with little or no gain on properties. To try to resolve this problem, materials type smectite have been modified with quaternary ammonium salts. These salts, in turn, have toxic characteristics, preventing its use in food packaging. In order to study a new alternative that bypasses these problems, two lamellar nanostructured materials, like smectite, with alkyl groups containing sigma links connected to lamellar inorganic network, were synthesized. Both materials had excellent mesostructural order. One of the synthesized materials, formed by a lamellar Al-silsesquioxane, containing high levels of alkyl chain between the inorganic lamella, was used in the formation of a polyethylene composite. Commercial natural clay, modified with quaternary ammonium salts (Cloisite 15A), was used for comparative purposes. The composites then obtained, were characterized to assess microstructural differences, morphological change, and its mechanical and rheological properties. Comparatively to commercial clay (Cloisite 15A), the composites containing synthetic materials, showed differented rheologics properties, better impact resistance and better Environmental Stress Cracking Resistance (ESCR).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-13Bitstream added on 2014-06-13T20:33:15Z : No. of bitstreams: 1 cardoso_ls_me_ilha.pdf: 1695440 bytes, checksum: a405a9de67a38bab365400a8a0d01ec9 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, estudamos os processos de condução envolvidos na condutividade elétrica de nanocompósitos de polianilina com óxido de índio e estanho (PANI/ITO) e de poliuretano com negro de fumo (PU/NF), a partir da aplicação de um modelo estatístico de rede de resistores e da análise da condutividade dc próximo ao limiar de percolação. O modelo estatístico foi desenvolvido em linguagem Fortran 90 para gerar a estrutura morfológica desses nanocompósitos e calcular a condutividade elétrica alternada pela aplicação de uma técnica de matriz de transferência. O modelo levou em consideração a estrutura desordenada da PANI não dopada, a formação de segmentos moles e duros no PU e a distribuição aleatória de nanopartículas e agregados de ITO e NF em suas respectivas matrizes. A impedância entre dois sítios vizinhos da matriz polimérica, tanto para PANI quanto para PU, foi calculada pelo modelo de Dyre, enquanto que a impedância entre dois sítios vizinhos que compõem a fase condutora de ambos nanocompósitos foi calculada pelo modelo de Drude. Foram realizadas medidas de espectroscopia de impedância e de condutividade dc para ambos os compósitos, com diferentes concentrações da fase condutora. Os objetivos foram analisar os processos de condução, determinar o limiar de percolação e os expoentes críticos da condutividade. De acordo com os resultados das simulações e dos resultados experimentais, o processo de condução entre dois sítios da matriz polimérica obedece ao modelo de distribuição aleatória de barreiras de energia livre de Dyre (RFEB), ao passo que a condução nos domínios condutores é descrita pelo modelo de Drude. A análise das medidas de condutividade dc realizadas abaixo do limiar de percolação de ambos os compósitos indica que o processo de condução... / In this paper, we study the conducting processes involved in electrical conductivity of polyaniline/indium tin oxide nanocomposites (PANI/ITO) and polyurethane/carbon black nanocomposites (PU/CB), from the application of a statistical model of network resistors and the analysis of the dc conductivity near the percolation threshold. The statistical model was developed in Fortran 90 to generate the morphological structure of these nanocomposites and calculate the alternating electrical conductivity by applying a transfer matrix technique. The model took into account the disordered structure of undoped PANI, the formation of soft and hard segments in PU and random distribution of nanoparticles and aggregates of ITO and NF in their respective matrix. The impedance between two neighboring sites of the polymeric matrix, for both PANI and PU, was calculated by the model of Dyre, while the impedance between two neighboring sites from conductive phase was calculated by the Drude model. Were measured impedance spectroscopy and dc conductivity for both composites, with different concentrations of the phase conductor. The objectives were to analyze the processes of conduction, determine the percolation threshold and critical exponents of conductivity. According to the simulations and experimental results, the conduction process, between two sites of the polymeric matrix, is in agreement with random free energy barriers model proposed by Dyre (RFEB), while the conduction in the conductive phase is described by the Drude model. The analysis of the dc conductivity measurements obtained below the percolation threshold on both the composites indicates that the process of conduction occurs via hopping between sites of the polymeric matrix. In the region of percolation, both the hopping and tunneling can contribute to the conduction process. However, for samples with concentrations... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-24Bitstream added on 2014-06-13T20:53:43Z : No. of bitstreams: 1 tararam_r_me_araiq.pdf: 1730891 bytes, checksum: ae415d1de03e08c423ebccb45cb7d2f1 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O objetivo deste projeto está na obtenção de compósitos metal-cerâmica e no estudo da influência de alguns aditivos na matriz mesoporosa obtida. A proposta utiliza o método dos precursores poliméricos para obter a matriz mesoporosa de SiO2-carbono impregnada com Ni. Esta metodologia é uma rota direta que dispensa as etapas mais complicadas e custosas de impregnação e redução das partículas metálicas. A influência na morfologia da matriz suporte foi observada inserindo nióbio e titânio na formação da matriz inorgânica. O processo de pirólise do precursor polimérico foi investigado através da inserção de potássio e estrôncio. A utilização adequada das técnicas de caracterização permitiu compreender a influência dos aditivos na microestrutura dos nanocompósitos, alterando sua distribuição no tamanho de poros, nucleação, dispersão e crescimento das partículas de níquel, além da estabilidade térmica e retenção da matéria orgânica. Análises da composição através de espectros de emissão secundária de raios X ajudaram também a obter informações sobre as nanopartículas de níquel e dos aditivos. Conclusivamente, a metodologia utilizada permitiu a obtenção direta de compósitos mesoporosos, merecendo atenção especial o compósito contendo potássio, que apresentou baixa microporosidade, alta dispersão das nanopartículas de Ni na matriz amorfa, além de boa estabilidade térmica, características estas, bem promissoras para aplicação em processos catalíticos em altas temperaturas, como a reforma de metano. / The aim of this project is the obtaining of metal-ceramic composites and at studying the influence of additives in the obtained mesoporous matrix. The polymeric precursor method was used to obtain the mesoporous matrix of SiO2 carbon embedded with Ni. This methodology is a direct route and does not require complicated and expensive stages of impregnation and reduction of metallic particles. The influence on morphology of the support matrix was observed inserting niobium and titanium in the formation of inorganic matrix. The pyrolysis process of the polymeric precursor was investigated through the insertion of potassium and strontium in the polymeric resin. The adequate use of characterization techniques allows comprehending the influence of additives on nanocomposites microstructure, changing their pore size distribution, nucleation, dispersion and growth of nickel particles, besides thermal stabilization and retention of organic mater. Analysis of composition by means of X-ray secondary emission spectra also aid to get information about nickel and additives nanoparticles. Conclusively, the methodology used permitted the direct obtaining of mesoporous composites, with special attention to the composites with potassium, which presented low microporosity, high dispertion of Ni nanoparticles in the amorphous matrix, as well as good thermal stability, features so promising for application in high temperature catalytic processes, such as methane reform.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4259.pdf: 5933587 bytes, checksum: 9ccb8e8dcedd83a03dc7dc0cc89900d6 (MD5) Previous issue date: 2012-03-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / Numerous efforts have focused on the search for new materials involving lower cost, greater durability and, especially, lower environmental impact. In this sense, polymer nanocomposites have become the focus of many research groups because of their superior mechanical and thermal properties. In this work, nanocomposites of SBR and NBR with silica nanoparticles and synthetic clay Laponite, without and with the surface modification with silane 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate (TMSPM), were prepared by means of simple mix of components using the colloidal route. The nanocomposites of SBR and NBR with Laponita showed exfoliated structure, with the presence of clay tactoids intercalated by the polymeric matrix, with homogeneity at the nanometric level and lower molecular mobility. The nanacomposites had increase in the thermal stability than the pure polymer and the mechanical properties showed a increase in storage modulus, loss modulus and damping properties (noise, vibration). Nanocomposites of SBR and NBR with Laponite functionalized with TMSPM also been prepared and presented structure intercaled with the presence of clays tactoids. There was a reduction in molecular mobility and increased in the glass transition temperature (Tg) with increase of the Laponite content. The silica nanoparticles were synthesized by controlled hydrolysis and condensation of tetraethyl orthosilicate (TEOS) in an alcoholic medium. In addition, silica nanoparticles are functionalized with TMSPM. The nanocomposites of SBR and NBR with silica nanoparticles with and without the surface functionalization were prepared by the colloidal route. Nanocomposites showed silica agglomerates in the form three-dimensional structure nanoparticles with and without modification in the SBR and NBR. The nanocomposites of SBR and NBR with silica showed a decrease in Tg, around 10 °C, increase in storage and loss modulus and damping properties with the increased amount of silica. / Inúmeros esforços têm se concentrado na busca por novos materiais que envolvem menor custo, maior durabilidade e menor impacto ambiental. Neste sentido, nanocompósitos poliméricos tornaram-se foco de muitos grupos de pesquisa devido às suas excelentes propriedades mecânicas e térmica. Neste trabalho, foram preparados nanocompósitos com o copolímero de estireno-butadieno (SBR) e com o copolímero de acrilonitrila-butadieno (NBR) por meio da simples mistura dos componentes por rota coloidal, com nanopartículas de sílica e com a argila sintética Laponita com e sem modificação superficial com o com o silano 3(trimetoxisilil)propil metacrilato (TMSPM). Os nanocompósitos de SBR e NBR com Laponita apresentaram estrutura esfoliada com a presença de tactoides de argila intercalados pela matriz polimérica, com homogeneidade a nível nanométrico e menor mobilidade molecular. Os nanocompósitos apresentaram maior estabilidade térmica que os polímeros puros e as propriedades mecânicas dos nanocompósitos de NBR e SBR com Laponita mostraram um aumento no módulo de armazenamento e no módulo de perda, com significativo aumento nas propriedades de amortecimento (ruído, vibração). Também foram preparados nanocompósitos de SBR e NBR com Laponita funcionalizada com o silano TMSPM, e apresentaram estrutura intercalada com a presença de tactoides. Houve a redução na mobilidade molecular e o aumento na temperatura de transição vitrea (Tg) com ou aumento no teor de Laponita. As nanopartículas de sílica foram sintetizadas por meio da hidrólise e condensação controlada do tetraetilortosilicato (TEOS) em meio alcoólico. Além disso, as nanopartículas de sílica foram funcionalizadas com o organossiliano TMSPM. Os nanocompósitos de SBR e NBR com diferentes teores de sílica com e sem a funcionalização superficial foram preparados por meio da rota coloidal. Nos nanocompósitos foi observada que as nanopartículas de sílica com e sem modificação apresentaram estrutura tridimensional na forma de aglomerados. Os nanocompósitos de SBR e NBR com a sílica mostraram redução na Tg, em cerca de 10 °C, maiores módulos de armazenamento e de perda e propriedades de amortecimento, com o aumento na quantidade de sílica.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5766.pdf: 3191085 bytes, checksum: 2a231ae5e5aa555913bc2b82ae28cf63 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Universidade Federal de Minas Gerais / Aiming to overcome the performance of polymers, a new class of hybrid materials has emerged by the fillers insertion into polymeric matrices. In this sense, silica nanoparticles with a diameter of 250 nm were modified by the silane agente, 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate, and covered by a polymeric shell of styrene-divinylbenzene copolymer, in order to improve the silica dispersion in the carboxylated nitrile rubber (XNBR) and to understand the inorganic/organic interface. The nanocomposites were prepared by the colloidal route, dried and deployed as self-sustained films. Further, they were characterized by structural, morphological, thermical and dynamicalmechanical analysis. The surface modification of silica was effective and the thickness of polymeric shell was controlled by the time of the polymerization reaction and monomers concentration. The surfactant sodium dodecyl sulfate, used as nanoparticles dispersant, changed the thermal and mechanical performance of nanocomposites, since it probably remained organized in the polymer matrix. The nanocomposites showed to have interaction between their components, which may have been especially promoted by the carboxylate groups from XNBR, resulting in materials thermally more stables. The final materials presented a mass fractal system and the formation of coacervates, which resulted in similar thermal capacity of XNBR, lower loss and storage modulus, reduced tan δ and activation energy for the relaxation process, which are typical of materials that present good interfacial interaction between the inorganic nanoparticles and the polymeric matrix. / Para superar o desempenho dos polímeros, uma nova classe de materiais híbridos emergiu pelo controle da inserção de preenchimentos em matrizes poliméricas. Nesse contexto, nanopartículas de sílica com diâmetro de 250 nm foram modificadas pelo agente 3-(trimetoxisil)propil metacrilato e recobertas com uma capa polimérica do copolímero de estireno-divinilbenzeno, com o intuito de melhorar a dispersão da sílica na borracha nitrílica carboxilada comercial (XNBR) e compreender a interface nanopartícula inorgânica/polímero orgânico. Os nanocompósitos foram preparados por meio da rota coloidal, secos na forma de filmes autossustentados e caracterizados por análises morfológicas, estruturais e também quanto ao seu comportamento térmico e dinâmico-mecânico. As modificações superficiais da sílica foram eficientes e a espessura da casca polimérica foi controlada pelo tempo de polimerização e concentração dos monômeros. A utilização do surfactante dodecil sulfato de sódio como dispersante das nanopartículas mostrou influenciar no desempenho térmico-mecânico e na estrutura dos nanocompósitos, possivelmente porque manteve-se organizado na matriz polimérica. Os nanocompósitos apresentaram interações entre as nanopartículas e a matriz polimérica, provavelmente por meio dos íons carboxilatos, que resultaram em um ganho na estabilidade térmica. Pode-se observar em todos os nanocompósitos a formação de um sistema massa fractal e de coacervados, que resultaram em capacidade térmica similar a do XNBR puro, menores módulos de perda, de armazenamento, tan δ e reduzidas energias de ativação para o processo de relaxação, característicos de materiais que apresentam uma interação interfacial entre seus componentes inorgânicos e matriz polimérica.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-04-10T18:14:22Z No. of bitstreams: 1 2017_CamilaJéssicaLetti.pdf: 8280537 bytes, checksum: 12cea11d3195702e133f4014b6f852e5 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-18T21:44:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_CamilaJéssicaLetti.pdf: 8280537 bytes, checksum: 12cea11d3195702e133f4014b6f852e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T21:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_CamilaJéssicaLetti.pdf: 8280537 bytes, checksum: 12cea11d3195702e133f4014b6f852e5 (MD5) Previous issue date: 2018-04-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O objetivo deste estudo foi investigar a influência da matriz polimérica nas propriedades de nanocompósitos híbridos na forma de filmes formados por nanopartículas de óxido de ferro e diferentes polieletrólitos (polianilina, hidrocloreto de poli(dialil dimetilamônio) ou poliestireno sulfonado de sódio). Os filmes foram depositados em substratos planos por meio da técnica de automontagem camada por camada, do inglês layer-by-layer (LbL). As nanopartículas de óxido de ferro foram sintetizadas pelo método de co-precipitação em meio alcalino e subsequentemente estabilizadas em meio ácido ou funcionalizadas com ácido cítrico, formando suspensões em meio aquoso. Após a caracterização dos coloides magnéticos, esses foram utilizados como fonte de nanopartículas para a deposição dos filmes híbridos pela técnica LbL. As propriedades estruturais e a morfologia dos nanofilmes preparados foram investigadas por meio das técnicas de espectroscopias UV-vis e Raman, e de microscopia de força atômica. Enquanto as propriedades magnéticas foram estudadas por meio de curvas de magnetização em função do campo aplicado, e em função da temperatura e por ressonância ferromagnética em função da direção do campo aplicado. As análises dos dados de campo de ressonância, obtidos por ressonância ferromagnética para diferentes direções do campo magnético aplicado, foram realizadas considerando-se o modelo de Smit-Beljers. O comportamento superparamagnético das nanopartículas de óxido de ferro foi mantido na configuração de nanocompósitos. As propriedades magnéticas tais como o campo coercivo e a temperatura de bloqueio dependem da espessura dos nanofilmes, do tipo de polímero empregado. Os dados de ressonância ferromagnética indicaram que os valores de campo de ressonância e de largura de linha em função da direção do campo magnético aplicado dependem da matriz polimérica. / The aim of this study was to investigate the influence of the polymer matrix on the properties of hybrid nanocomposites in the form of films formed by iron oxide nanoparticles and different polyelectrolytes (polyaniline, poly (diallyl dimethylammonium hydrochloride) or sulfonated sodium polystyrene). The films were deposited on flat substrates by Layer-by-Layer (LbL) self-assembling technique. The iron oxide nanoparticles were synthesized by aqueous co-precipitation and subsequently stabilized in acidic medium or functionalized with citric acid and then suspended in aqueous medium. After the magnetic colloids characterization, these were used as source of nanoparticles for the deposition of the hybrid films by LbL technique. The structural properties and morphology of nanofilms were investigated using UV-vis and Raman spectroscopy and atomic force microscopy techniques. While the magnetic properties were studied by magnetization curves as function of the applied field, magnetization as a function of the temperature and by ferromagnetic resonance as a function of the applied field direction. The analysis of the resonance field data obtained by ferromagnetic resonance for different directions of the applied magnetic field were performed considering the Smit-Beljers model. The superparamagnetic behavior of the iron oxide nanoparticles was maintained in the nanocomposite configuration. The magnetic properties such as the coercive field and the blocking temperature depend on the thickness of the nanofilms, the type of polymer employed. The ferromagnetic resonance data indicated that the resonance field and line width values as a function of the direction of the applied magnetic field depend on the polymer matrix.

Nos dias atuais a busca pela utilização de cargas de reforço aos materiais poliméricos tem sido o grande alvo dos pesquisadores e da indústria. Neste trabalho nanocompósitos de PVC foram obtidos através de duas rotas de preparação, mediante a mistura no estado fundido, utilizando-se uma extrusora monorosca. Empregaram-se diferentes concentrações de montmorilonita e velocidades de injeção nos nanocompósitos. Estes foram caracterizados por suas morfologias, propriedades termomecânicas e termo-dinâmico-mecânicas. O grau de intercalação e esfoliação dos nanocompósitos foi caracterizado por difração de raios X, MET e MEV. O inchamento da argila em plastificante, anterior ao processamento, parece ter induzido um maior grau de intercalação e uma esfoliação parcial em todos os sistemas. As análises termogravimétricas demonstraram pouca influência da carga sobre a estabilidade térmica dos nanocompósitos. / Nowadays the search for the use of reinforcement fillers into polymeric materials has been the great objective of researchers and industry. In this work PVC nanocomposites were obtained through two routes of preparation, by melt blending in a single-screw extruder. Additionally different montimorillonite concentrations and injection speeds were applied to nanocomposites preparation. These were characterized by morphological, thermo-mechanical and thermo-dynamic-mechanical properties. The degree of intercalated and exfoliated of nanocomposites was characterized by x ray diffraction, MET e MEV. The swelled clay in plasticizer, prior of the processing, seems to have induced a higher degree of intercalation and partial exfoliation in all systems. Thermogravimetric analysis demonstrated small influence of the nanofillers on the nanocomposites thermal stability.

No presente trabalho, é apresentado o desenvolvimento de novos nanocompósito híbridos orgânico-inorgânico, especificamente MnO2/Blendas poliméricas condutoras (BPC) e nanofibras de V2O5 e V2O5/Pani, com propriedades diferenciadas. Estes óxidos nanoestruturados com morfologia definida, bem como a sua combinação com matrizes de polímeros condutores, apresentaram as características necessárias para um bom desempenho como material para catodos de baterias secundárias de lítio e/ou supercapacitores. Através dos resultados obtidos, foi possível demonstrar, de maneira inequívoca, que é possível alcançar um nanocompósito de óxido de metal de transição/polímero condutor, eletroativo e com morfologia definida mediante a síntese por micela reversa. A caracterização das BPC (Pani/PMMA e Ppy/PMMA) mostrou suas vantagens como matrizes para suportar e dispersar nanopartículas de MnO2, evitando o uso de carbono para aumentar a condutividade eletrônica do óxido. Particularmente, a utilização de nanocompósitos MnO2/(Ppy/PMMA), como material para supercapacitores, demonstrou que a distribuição homogênea das nanopartículas de MnO2 na BPC favorece a rápida difusão dos íons, o que indica que as nanopartículas, imobilizadas numa matriz polimérica condutora, tornam o material mais acessível à inserção de ambas as espécies (íons e elétrons). Comprovou-se a diferença de estabilidade mecânica entre as nanofibras de V2O5 e V2O5/Pani, revelando que a presença do polímero minimiza as variações, nas propriedades mecânicas da matriz inorgânica, durante o processo de intercalação de Li+. As nanofibras de V2O5/Pani revelaram uma maior capacidade especifica e uma cinética de intercalação mais rápida (devido ao caminho difusional mais curto no sólido nanoestruturado), que as nanofibras de V2O5. A presença de Pani, nas nanofibras, diminui a queda ôhmica e fornece um caminho condutor alternativo para unir as partículas isoladas do óxido, tornando-as eletroquimicamente ativas. De uma maneira geral, observou-se um sinergismo entre os materiais, isto é, a combinação de características positivas dos polímeros condutores eletrônicos junto às dos óxidos geraram um novo material com propriedades melhoradas, quando comparados aos componentes originais. / In this work, new nanostructures formed from a mixture of MnO2 and conducting polymer blends (CPB), and new materials with specific morphology (nanofibers), constituted of V2O5 and V2O5/Pani have been investigated for application in energy storage devices, specifically, as cathode material for secondary lithium batteries and supercapacitors. Different nanostructures were prepared by reverse micelle method. Colloidal assemblies are used to control the size and the shape of the particles. The growth of the obtained particles was controlled by two condition: (i) time of the synthesis and (ii) size of the polar core. The characterization of CPB (Pani/PMMA and Ppy/PMMA) shown that this blends give an opportunity for the design of materials with improved properties, (stability, charge propagation dynamics) affording an ultimate degree of dispersion for the nanoparticles (MnO2). We also describe the preparation of electrodes with hybrid films formed by MnO2 dispersed into CPB. The resulting modified electrodes have been used for the fabrication of a supercapacitor and cathodes for lithium batteries. On the other hand, we explore the relationship between the nanoscale morphology and electrochemical performance of V2O5 and V2O5/Pani nanofibers. Both type of sample were examined by several techniques to characterize their structure and morphology. It was found that V2O5/Pani shows improved cycling behavior compared to the V2O5 one. The polymer looks to improve capacity of the nanohybrid electrodes due to the homogeneous distribution of the induced stress during cycling. The rate capabilities of the nanostructured electrodes were compared with the obtained value for thin-film electrodes containing the same type of the electrode material. Spectroscopy electrochemical impedance and cyclic voltammetry experiments have shown that the nanostructured electrode affords higher solid state kinetic and capacities than thin film electrodes. Therefore, the general notion behind these efforts is to combine the attractive properties of each material (conducting polymers and metal transition oxides)while taking advantage of synergistic effects that might mitigate against unattractive features observed for the individual materials.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4468.pdf: 11546210 bytes, checksum: 230fdc91c4d3e97e1f00ec01daa0179a (MD5) Previous issue date: 2012-04-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / Polyolefin nanocomposites have attracted significant technological and scientific interest due to the possibilities of improvements in thermal, mechanical and barrier properties. However, the hydrophobic nature of polyolefins poses a challenge to the exfoliation and dispersion process of the nanoclay in the polymeric matrix, requiring usually the use of compatibilizing agents. In this work, it was studied the influence of the blending protocol of the components and the effects of the addition of three compatibilizing systems (HDPE-g-MA, LLDPE-g-MA and mixture of HDPE-g-MA and LLDPE-g-MA) in HDPE /LLDPE blend-based nanocomposites. HDPE-g-MA has a higher viscosity and play a important role in the breaking and dispersion of the clay tactoids. The LLDPE-g- MA, with lower viscosity, helped in the intercalation process of the polymer chains between the nanoclay s lamellae and the mixing of the compatibilizing agents optimized the breakdown and intercalation process, and dispersion of the organophilic clay in the polymeric matrix. HDPE/LLDPE/OMMT nanocomposites with predominantly intercalated structure were obtained using different compatibilizing systems and concentrations of nanoclay. The thermal, mechanical and transport properties were strongly affected by the different compatibilizing systems. The mixture of compatibilizing agents (HDPE-g-MA and LLDPE-g-MA) produced a stronger interface between the dispersed phase and the polymeric matrix contributing to the increase in rigidity, elastic and flexural moduli of the nanocomposites. The transport properties showed that the nanocomposites behave as good barrier to water vapor and but showed low barrier characteristics to CO2 and O2. The decrease of the permeability coefficient is related to the use of compatibilizer systems which provided a good dispersion of the inorganic filler, good wettability of the matrix and strong interactions with the interface which could facilitate the diffusion process. / A obtenção de nanocompósitos de matriz poliolefínica vem despertando grande interesse tecnológico e científico devido a possibilidade de incrementos significativos nas propriedades térmicas, mecânicas e de barreira dessa matriz. Entretanto, a natureza hidrofóbica das poliolefinas dificulta a dispersão e esfoliação das lamelas de nanoargila na matriz polimérica, sendo necessária a utilização de agente compatibilizante. Neste trabalho, estudou-se a influência da ordem de mistura dos componentes e da adição de três sistemas compatibilizantes (HDPE-g-MA, LLDPE-g-MA e mistura HDPE-g-MA/LLDPE-g- MA) em nanocompósitos de blendas HDPE/LLDPE e OMMT. O HDPE-g-MA, por possuir maior viscosidade auxiliou na quebra e dispersão dos tactóides de argila, o LLDPE-g-MA, com menor viscosidade, auxiliou no processo de intercalação das cadeias poliméricas entre as camadas da argila e a mistura dos agentes compatibilizantes otimizaram o processo de quebra, intercalação e dispersão de argila organofílica na matriz polimérica. Nanocompósitos de HDPE/LLDPE/OMMT com estrutura predominantemente intercalada foram obtidos utilizando-se os diferentes sistemas compatibilizantes e teores de nanoargila. O comportamento térmico, mecânico e as propriedades de transporte foram fortemente afetados pelos diferentes sistemas compatibilizantes. A mistura de agentes compatibilizantes (HDPE-g-MA e LLDPE-g-MA) propiciou melhor interação na interface entre a fase dispersa e a matriz polimérica contribuindo para o aumento da rigidez, módulo elástico e módulo de flexão dos nanocompósitos. O estudo das propriedades de transporte revelou que os nanocompósitos comportam-se como barreira ao vapor de água e baixa barreira ao CO2 e O2. A diminuição do coeficiente de permeabilidade está relacionada a utilização dos sistemas compatibilizantes que proporcionaram uma boa dispersão da carga inorgânica, boa molhabilidade desta pela matriz e forte interações na interface que diminuíram o número de microvazios, que poderiam ser facilitadores do processo difusional.