Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de polímeros estirênicos com argilas organofílicas. Os polímeros estudados foram o poliestireno (PS), um copolímero tribloco de poliestireno-b-polibutadieno-b-estireno (SBS) e quatro copolímeros tribloco de poliestirenob- poli(etileno-co-butileno)-b-estireno (SEBS), sendo um deles modificado com anidrido maléico. Os nanocompósitos foram preparados por três técnicas de obtenção: mistura no fundido, solução e uma técnica híbrida que combina as duas primeiras. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios X (XRD), microscopia óptica (OM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) e também foram realizados estudos reológicos através do ensaio de cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes (SAOS). O grau de dispersão de argila em algumas amostras foi avaliado por uma técnica baseada na análise de imagens obtidas por TEM. Os resultados mostraram que na maioria dos casos foram obtidos nanocompósitos intercalados, graças à presença da fase de PS em cada polímero. Amostras preparadas por solução tiveram o melhor grau de dispersão de argila, e o polímero que resultou na estrutura mais exfoliada foi o SEBS maleatado. Estudos reológicos mostraram-se muito sensíveis à formação de reticulados de partículas de argila nos nanocompósitos, que passaram a ter comportamento semelhante ao de sólidos. A combinação de técnicas de SAXS com reologia foi bastante útil para estudar a morfologia de fases ordenadas em copolímeros em bloco, permitindo identificar e distinguir estruturas lamelares, cilíndricas e esféricas em cada copolímero. Foi possível verificar que a presença de argila perturba a ordem das fases dos copolímeros e causa diferentes efeitos nas propriedades reológicas destes materiais. / In this work nanocomposites of styrenic polymers and organoclays were prepared. The polymers studied were polystyrene (PS), a polystyrene-b-polybutadiene-b-polystyrene triblock copolymer (SBS) and four polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-polystyrene triblock copolymers (SEBS), with one containing maleic anhydride. The nanocomposites were prepared using three different techniques: melt mixing, solution casting and a hybrid technique combining the former two. The materials obtained were characterized by x-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), transmission electron microscopy (TEM), small angle x-ray scattering (SAXS) and by rheological studies, through small amplitude oscillatory shear tests (SAOS). The degree of clay dispersion was evaluated in some samples using a TEM image analysis technique. The results have shown that in most cases intercalated nanocomposites were obtained, due to the PS phase present in each polymer. Samples prepared by solution had the highest degree of clay dispersion, and the maleated SEBS was the polymer which originated the most exfoliated nanocomposite. The results have also shown that rheological studies are very sensitive to the formation of clay networks within the nanocomposites, which behave more solidlike. The combination of SAXS techniques and rheology was very useful to study the morphology of ordered phases in block copolymers, allowing to identify and distinguish the different structures of each copolymer, such as the lamellar, cylindrical and spherical phases. It was possible to verify that the presence of clay disturbs the phase order in the copolymers and has different effects on the rheological properties of these materials.

Neste trabalho foram investigados a obtenção de argilas organofílicas e nanocompósitos de Poliestireno com estas argilas. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo a modificação de argilas esmectíticas naturais brasileiras, tornando-as organofílicas e adequadas à aplicação em nanocompósitos de matriz poliméricas. Para modificação foram utilizados sais quaternários e foi avaliado quais parâmetros do processo de obtenção mais influenciam nas propriedades das argilas organofílicas. Para tanto foi utilizada a argila Brasgel (fornecida pela BUN, e naturalmente cálcica), e foram propostos diferentes métodos de preparo de argilas, onde quatro parâmetros foram avaliados: os sais quaternários amônio; a granulometria da argila (#400 e coloidal), a temperatura de processamento (ambiente e a 70oC) e os tempos utilizados durante o processo de incorporação dos sais quaternários na estrutura dos materiais argilosos. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), ensaios de inchamento de Foster e analise térmica diferencial (DTA). Obteve-se incremento do espaçamento basal com todas as argilas utilizadas. Mostrou-se que os dois principais parâmetros determinantes na incorporação das argilas são o tempo de mistura e a temperatura (de 70oC) empregada. A segunda parte do trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de PS com argilas organofílicas (sendo uma argila obtida na primeira parte e uma comercial, Cloisite 20A) via intercalação no polímero fundido. Os nanocompósitos foram preparados em extrusora de rosca dupla e em misturador interno. As argilas foram adicionadas ao polímero fundido na forma de um pó e em suspensão de etanol. Os nanocompósitos obtidos foram moldados por compressão e injeção (com variações nas condições de injeção para avaliar a influencia na estrutura final), para realização da caracterização. A principal técnica de caracterização utilizada foi a caracterização reológica com ensaios de cisalhamento de pequenas amplitudes (COPA) e de varredura de tempo. Os materiais foram caracterizados também por técnicas auxiliares como DRX, microscopia eletrônica de transmissão (MET), analises térmicas diferenciais (DTA) e ensaios mecânicos. Obteve-se nanocompósitos de estrutura intercalada. Os materiais obtidos no misturadores mostraram as melhores dispersões de argila. . Verificou-se que o tempo de residência dos materiais é um dos fatores mais importantes na obtenção dos nanocompósitos. Os ensaios mecânicos não mostraram alteração significativa. / In this work, the obtention of organoclays and nanocomposites of polystyrene (PS) using these modified clays was studied. In a first part Brazilian smectites clays were modified to be used in clay containing polymer nanocomposites. Several quaternary ammonium salts and experimental methods to modify the clays were used. In particular four parameters were evaluated: the type of ammonium salt, the particle clay size, the temperature and time used during the process of modification. The samples obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), Foster swelling test and differential thermal analysis (DTG). The results indicated that the most two important parameters in the process of modification are the time and the temperature used. In a second part nanocomposites of PS with organoclays (one obtained in the first part, and commercial clay, named cloisite 20A) were obtained by melt intercalation method using a twin screw extruder and an internal mixer. The clays were incorporated to the polymer as a fine dried powder and as a suspension of ethanol. Nanocomposites were molded by compression and injection. The injection conditions were modified to evaluate their influence on the morphology of the samples. The nanocomposites samples were characterized by XRD, transmission electronic microscopy (TEM), DTG and mechanical tests. Small amplitude oscillatory shear (SAOS) and time sweep tests were carried out. Nanocomposites of intercalated structure were obtained. The ones obtained using the internal mixer were shown to present a finer microstructure. The experimental results revealed that the residence time was showed the most important parameter in obtention of nanocomposites.

Neste trabalho foram obtidos nanocompósitos de polipropileno (PP) e argilas. Três tipos de PP com índices de fluidez de 1,5; 2,2 e 37,9 g/10min (230ºC/216kg) foram utilizados. O PP com maior índice de fluidez é um produto modificado com peróxido. Essas amostras de PP foram misturadas ao masterbatch da Nanocor nanoMax®-PP. Concentrações de masterbatch variando de 3 a 12% em peso foram utilizadas. Os compósitos foram obtidos em uma extrusora dupla rosca e em um misturador. O Masterbatch foi caracterizado por fluorescência de raios X, difração de raios X (DRX) e por espectroscopia no infravermelho (FTIR). Os compósitos foram caracterizados por DRX, microscopia ótica (MO) e de transmissão (MET), e reologicamente. A caracterização reológica foi realizada conduzindo ensaios de varredura de tempo e ensaios de Cisalhamento Oscilatório de Pequena Amplitude (COPA) no regime de viscoelasticidade linear. Ensaios utilizando uma matriz cônica que permite a avaliação da viscosidade elongacional foram também conduzidos. Com essa matriz foi também possível a avaliação da viscosidade de cisalhamento dos compósitos para taxas de cisalhamento que correspondem a regime de viscoelasticidade linear. Os resultados da caracterização do Masterbatch mostraram que este consiste de uma mistura de polipropileno enxertado com anidrido maleico e uma argila do tipo esmectita, predominantemente montmorilonita (MMT). O espaçamento basal das argilas nos compósitos obtidos foi maior do que aquele da argila no masterbatch para todos os compósitos, diminuindo com o aumento da concentração de masterbatch no compósito. A viscosidade dos compostos obtidos aumentou com o tempo durante os ensaios de varredura de tempo devido a variações morfológicas. Essas variações foram mais importantes quando a freqüência utilizada no ensaio era menor. Essas variações foram correlacionadas com a evolução da morfologia dos compostos em função do tempo. O módulo de armazenamento obtido nos ensaios de COPA a baixas frequências para os compósitos foi maior do que o módulo dos polímeros puros para concentrações de argila acima de 6%. Esse aumento do módulo foi muito mais intenso para o PP de maior índice de fluidez. Os ensaios de caracterização reológica utilizando a matriz cônica mostraram que os nanocompósitos não seguem a Regra de Cox-Merz e que para o PP de maior índice de fluidez a viscosidade elongacional aumenta com o aumento da concentração de masterbatch. / In this work nanocomposites of polypropylene (PP) were obtained. Three types of PP with melt flow rates of 1,5; 2,2 e 37,9 g/10min (230ºC/216kg) were used. The PP with the largest melt flow rate is a product modified with peroxide. These samples were mixed with PP masterbatch Nanocor nanoMax ®-PP. Masterbatch in different concentrations ranging from 3 to 12 wt%. The composites were obtained using a twin screw extruder and internal mixer. The masterbatch was characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy (FTIR). The composites were characterized by XRD, optical microscopy (OM) and transmission (TEM) and rheologically. The rheological characterization was made carrying out time sweep, small amplitude oscillatory shear (SAOS) tests in order to study the rheological behavior on the linear viscoelastic regime. Tests using a conical diewith which it is possible to measure elongational viscosity were also conducted. The shear viscosity at high shear rates was evaluated using a slit die The characterization results showed that the masterbatch is a mixture of polypropylene grafted with maleic anhydride and a smectite type clay, predominantly montmorillonite (MMT). The basal spacing of clay in the composites was greater than that of the clay within the masterbatch for every composites. It was shown to decrease with increasing concentration of masterbatch in the composite. The viscosity of composites increased during the time sweep experiments. This evolution of viscosity was attributed to changes of morphology of the composites. These variations were more important when the frequency used in the test was lower. The storage modulus obtained during COPA at low frequencies for composites was higher than the modulus of the pure polymers when the clay content was above 6%. This increase in modulus was greater for the lower melt flow index PP The rheological tests performed using the slit die showed that Cox-Merz rule was not valid for the composites. The elongational viscosity was shown to increase with increasing concentration of masterbatch.

Orientador: Fernando Alvarez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T22:24:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antunes_ViniciusGabriel_M.pdf: 3019304 bytes, checksum: 07f935b74d9527a192ce26b38e17afda (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os tratamentos de superfície a plasma são amplamente usados em diversas áreas de tecnologia, tais como: indústria metalmecânica, microeletrônica, plástico e medicina, para o crescimento de filmes finos, camadas protetoras em instrumentos e ferramentas de corte, funcionalização de superfícies plásticas, tecidos sintéticos, esterilização de instrumentos cirúrgicos e plasma reativo em semicondutores. Há alguns anos, uma nova família de filmes duros e protetores com baixo atrito compostos por nanoestrururas, tem sido intensamente pesquisada por apresentar propriedades particularmente interessantes, do ponto de vista da físico-química básica, como possíveis aplicações tecnológicas em que a demanda por desgaste, altas temperatura, e resistência mecânica são necessárias. A deposição de filmes finos, constituídos por nanocompósitos, e a compreensão de propriedades (mecânicas, elétricas, ópticas) desses novos materiais, gera um leque de possíveis aplicações tecnológicas. A partir de tais premissas, focalizamos o objetivo do trabalho em estudar a obtenção e caracterização das propriedades físico-químicas de filmes finos nanoestruturados (nanocompósitos), que contêm compostos de Ti, C, N, e O, utilizando a técnica de Deposição Química pela Decomposição do precursor líquido tetraetóxido de titânio (Ti(OC2H5)4) (PECVD, na sigla em inglês). Ressalta-se que o interesse em obter esses materiais, a partir do reagente em questão, reside no fato de que ele poderia substituir o uso de outros precursores de difícil manuseio, tais como o tetracloreto de titânio (TiCl4), o qual é normalmente utilizado em numerosas aplicações de deposições de filmes compósitos, mediante a técnica de PECVD, e cujo subproduto da reação gera reagentes altamente corrosivos. Em resumo, este trabalho contempla a caracterização da composição química, micro e nano estrutura de compósitos que contêm os compostos mencionados, em função das variáveis mais importantes de deposição. O presente estudo foi bem sucedido em obter nanocompósito e correlacionar a dependência das ligações químicas do material com os parâmetros mais importantes de deposição / Abstract: Plasma surface treatments are widely used in several technological areas (e.g., metallurgic industry, microelectronic, plastic industry, medicine) in order to obtain hard coatings on cutting tools and instruments, funtionalization of plastics and synthetic materials used in the textile industry, sterilization of chirurgic instruments, etching by reactive plasma in the semiconductor industry, etc. Recently, a new family of coatings deposited by plasma assisted techniques owing interesting physical chemical properties such as super-hardness, low friction and wear resistant, temperature and corrosion resistant, known as nano-composites, have been intensely studied.The objectives of this work is developing a nano composite containing Ti, C, N e O and understand as far as possible its physical and chemical properties. The material is obtained by plasma assisted enhanced chemical deposition (PECVD) using Titanium(IV) ethoxide ( (Ti(OC2H5)4) and N as precursors of the reaction. The importance of the attempt to use the cited precursor resides in the fact that it is a friendly liquid without corrosive o major toxic effects, as the normal precursors used in the actual industrial process (e.g., titanium tetrachloride, TiCl4). Summarizing, this work is focusing the research in the deposition and study of the physical and chemical properties of thin films nano composites obtained from Titanium(IV) ethoxide precursor. The study shows that the deposition procedure allows obtaining a material containing nanoscopics size crystallites of the compounds cited above. Finally, the relation of the material properties with the more important deposition parameters is discussed and presented / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Ana Rita Morales, Maria Aparecida Marin-Morales / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T13:30:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_PatriciaMoraesSinohara_M.pdf: 5897831 bytes, checksum: ff702db4dd4540ec41606b5fd8a007e3 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste estudo, foram preparados nanocompósitos de PLA e argilas organofílicas Cloisite 20A e Cloisite 30B, pelo método de intercalação do fundido. Os materiais foram caracterizados mediante Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC). A influência das argilas organofílicas no processo de biodegradação do PLA foi avaliada pela quantificação da taxa de mineralização do PLA e dos nanocompósitos pela norma ISO 14855-2, em condições simuladas de compostagem. Também foi avaliada a influência das argilas no processo de degradação hidrolítica do PLA, pela análise visual e monitoramento de peso molecular após os períodos de 15 e 30 dias de degradação em composto. Diante da falta de informação relacionada à ecotoxicidade de polímeros biodegradáveis, a avaliação de efeitos citotóxicos, genotóxicos e mutagênicos do composto orgânico após a degradação dos materiais foi realizada empregando o bioensaio com o organismo teste Allium cepa. Os nanocompósitos preparados apresentaram estrutura intercalada, evidenciada pela análise de DRX. As micrografias obtidas por MET permitiram a observação de diferentes níveis de dispersão, incluindo regiões esfoliadas. Foram verificadas, após a incorporação das argilas organofílicas, a redução da estabilidade térmica e o aumento do grau de cristalinidade do PLA, pelas análises de TGA e DSC, respectivamente. Com relação às medidas de mineralização, notou-se que a argila Cloisite 20A não apresentou influência significativa na biodegradação do PLA. Por outro lado, a argila Cloisite 30B levou à redução dos valores de mineralização comparados com o polímero puro, o que pode estar relacionado à atividade antimicrobiana de seu agente modificador. Na avaliação da degradação hidrolítica, notou-se que a presença de argilas organofílicas pode diminuir a taxa de degradação, possivelmente pela atuação de suas camadas como barreira. Ainda assim, mesmo no caso dos nanocompósitos, a redução do peso molecular foi significativa indicando que o processo de compostagem é favorável para a cisão de cadeia do polímero nos materiais em estudo. Na análise realizada por meio do bioensaio com o organismo teste Allium cepa, foi verificado que, após a degradação do PLA e dos nanocompósitos, o composto orgânico apresentou redução do índice mitótico e aumento da indução das alterações cromossômicas, de forma estatisticamente significativa em relação ao controle negativo do ensaio (água destilada). Pela comparação dos resultados obtidos para os nanocompósitos em relação ao polímero puro, não foram verificadas diferenças estatisticamente significativas. Os tipos de aberrações cromossômicas observadas indicam um efeito genotóxico dos materiais, possivelmente relacionado a uma ação aneugênica dos produtos de degradação do PLA / Resumo: Neste estudo, foram preparados nanocompósitos de PLA e argilas organofílicas Cloisite 20A e Cloisite 30B, pelo método de intercalação do fundido. Os materiais foram caracterizados mediante Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC). A influência das argilas organofílicas no processo de biodegradação do PLA foi avaliada pela quantificação da taxa de mineralização do PLA e dos nanocompósitos pela norma ISO 14855-2, em condições simuladas de compostagem. Também foi avaliada a influência das argilas no processo de degradação hidrolítica do PLA, pela análise visual e monitoramento de peso molecular após os períodos de 15 e 30 dias de degradação em composto. Diante da falta de informação relacionada à ecotoxicidade de polímeros biodegradáveis, a avaliação de efeitos citotóxicos, genotóxicos e mutagênicos do composto orgânico após a degradação dos materiais foi realizada empregando o bioensaio com o organismo teste Allium cepa. Os nanocompósitos preparados apresentaram estrutura intercalada, evidenciada pela análise de DRX. As micrografias obtidas por MET permitiram a observação de diferentes níveis de dispersão, incluindo regiões esfoliadas. Foram verificadas, após a incorporação das argilas organofílicas, a redução da estabilidade térmica e o aumento do grau de cristalinidade do PLA, pelas análises de TGA e DSC, respectivamente. Com relação às medidas de mineralização, notou-se que a argila Cloisite 20A não apresentou influência significativa na biodegradação do PLA. Por outro lado, a argila Cloisite 30B levou à redução dos valores de mineralização comparados com o polímero puro, o que pode estar relacionado à atividade antimicrobiana de seu agente modificador. Na avaliação da degradação hidrolítica, notou-se que a presença de argilas organofílicas pode diminuir a taxa de degradação, possivelmente pela atuação de suas camadas como barreira. Ainda assim, mesmo no caso dos nanocompósitos, a redução do peso molecular foi significativa indicando que o processo de compostagem é favorável para a cisão de cadeia do polímero nos materiais em estudo. Na análise realizada por meio do bioensaio com o organismo teste Allium cepa, foi verificado que, após a degradação do PLA e dos nanocompósitos, o composto orgânico apresentou redução do índice mitótico e aumento da indução das alterações cromossômicas, de forma estatisticamente significativa em relação ao controle negativo do ensaio (água destilada). Pela comparação dos resultados obtidos para os nanocompósitos em relação ao polímero puro, não foram verificadas diferenças estatisticamente significativas. Os tipos de aberrações cromossômicas observadas indicam um efeito genotóxico dos materiais, possivelmente relacionado a uma ação aneugênica dos produtos de degradação do PLA / Abstract: In this study, nanocomposites of PLA with organoclays Cloisite 20A and Cloisite 30B were prepared by the melt intercalation method. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The influence of organoclays in the biodegradation process of PLA was assessed by quantifying the rate of mineralization according to ISO 14855-2, in simulated composting conditions. The influence of clays on the hydrolytic degradation process of PLA was also investigated by visual analysis and monitoring of molecular weight after periods of 15 and 30 days of degradation in organic compost. Given the lack of information related to ecotoxicity of biodegradable polymers, the assessment of citotoxic, genotoxic and mutagenic effects of the organic compost, after the materials degradation, was carried out using the bioassay with Allium cepa as test organism. The nanocomposites presented an intercalated structure, evidenced by XRD analysis. The TEM micrographs allowed the observation of different dispersion levels, including exfoliated regions. After incorporation of organoclays, a reduction of thermal stability and an increasing in the degree of crystallinity of the PLA were observed by TGA and DSC analysis, respectively. In respect to the mineralization, it was noted that the clay Cloisite 20A showed no significant influence on the biodegradation of PLA. On the other hand, the clay Cloisite 30B led to decreased levels of mineralization compared to the polymer, which may be related to an antimicrobial activity of its modifying agent. In the evaluation of hydrolytic degradation it was verified that the presence of organoclays can decrease the rate of degradation possibly by the action of its layers as a barrier. Nevertheless, even in the case of nanocomposites, the molecular weight reduction was significant, indicating that the composting process is favorable to the chain scission of the polymer in the studied materials. In the analysis performed by the bioassay using the test organism Allium cepa, it was verified that after degradation of PLA and the nanocomposites, the organic compost showed an reduction of the mitotic index and an increasing in the induction of chromosomal abnormalities. These results were statistically significant in relation to negative control (distilled water). By comparing the results obtained for the nanocomposites in relation to pure polymer, there were no statistically significant differences. The types of chromosomal aberrations observed indicate a possible genotoxic effect of materials, which may be related to an aneugenic action of the degradation products of PLA / Abstract: In this study, nanocomposites of PLA with organoclays Cloisite 20A and Cloisite 30B were prepared by the melt intercalation method. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The influence of organoclays in the biodegradation process of PLA was assessed by quantifying the rate of mineralization according to ISO 14855-2, in simulated composting conditions. The influence of clays on the hydrolytic degradation process of PLA was also investigated by visual analysis and monitoring of molecular weight after periods of 15 and 30 days of degradation in organic compost. Given the lack of information related to ecotoxicity of biodegradable polymers, the assessment of citotoxic, genotoxic and mutagenic effects of the organic compost, after the materials degradation, was carried out using the bioassay with Allium cepa as test organism. The nanocomposites presented an intercalated structure, evidenced by XRD analysis. The TEM micrographs allowed the observation of different dispersion levels, including exfoliated regions. After incorporation of organoclays, a reduction of thermal stability and an increasing in the degree of crystallinity of the PLA were observed by TGA and DSC analysis, respectively. In respect to the mineralization, it was noted that the clay Cloisite 20A showed no significant influence on the biodegradation of PLA. On the other hand, the clay Cloisite 30B led to decreased levels of mineralization compared to the polymer, which may be related to an antimicrobial activity of its modifying agent. In the evaluation of hydrolytic degradation it was verified that the presence of organoclays can decrease the rate of degradation possibly by the action of its layers as a barrier. Nevertheless, even in the case of nanocomposites, the molecular weight reduction was significant, indicating that the composting process is favorable to the chain scission of the polymer in the studied materials. In the analysis performed by the bioassay using the test organism Allium cepa, it was verified that after degradation of PLA and the nanocomposites, the organic compost showed an reduction of the mitotic index and an increasing in the induction of chromosomal abnormalities. These results were statistically significant in relation to negative control (distilled water). By comparing the results obtained for the nanocomposites in relation to pure polymer, there were no statistically significant differences. The types of chromosomal aberrations observed indicate a possible genotoxic effect of materials, which may be related to an aneugenic action of the degradation products of PLA / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Ana Rita Morales, Leila Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T15:46:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_CarolinaVertuMarinhoda_M.pdf: 4798053 bytes, checksum: 65af0005636fd070fa8ddccf682f09f9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O trabalho teve como objetivo estudar o desempenho de filmes flexíveis de nanocompósitos visando aplicação na área de embalagens. Partindo-se de uma blenda típica do mercado, de polietileno de alta densidade - PEAD, com polietileno de baixa densidade linear - PEBDL, foram preparados nanocompósitos com uma argila montmorilonita organofílica comercial. Na primeira parte experimental foi elaborado, em uma extrusora de dupla rosca, um concentrado ou masterbatch de argila montmorilonita com resina compatibilizante à base de polietileno de baixa densidade linear enxertado com anidrido maléico - PEBDL-AM e partir deste concentrado foram feitos filmes com uma blenda de PEAD e PEBDL com o objetivo de se obter uma estrutura esfoliada da argila na matriz polimérica. A morfologia do concentrado e dos filmes de nanocompósitos foi caracterizada por Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura - MET, bem como foram avaliadas as propriedades de barreira ao gás oxigênio e vapor d'água e as propriedades mecânicas dos filmes produzidos. A partir da análise dos resultados da primeira parte experimental, executou-se a segunda parte experimental, onde se mudaram as condições de processamento e a formulação do masterbatch visando uma melhor dispersão da nanocarga. Novos filmes foram preparados como o masterbatch e a blenda de PEAD e PEBDL e as mesmas propriedades da parte experimental I foram estudadas. As variáveis de processamento do masterbatch e o teor de argila influenciaram a dispersão da argila e os resultados de permeabilidade dos filmes obtidos. O modelo de Nielsen foi aplicado para estimar a razão de aspecto e para entender o grau de esfoliação da argila. Melhorias nas propriedades de barreira foram observadas, o que indica que os sistemas estudados mostram-se promissores para aplicações em embalagens flexíveis / Abstract: The objective of this work was to study the properties of a flexible film based in nanocomposites for packaging application. Assuming a typical blend of HDPE and LLDPE, nanocomposites were prepared with commercial organophilic clay. In the first experimental part, a masterbatch was prepared from a linear low density polyethylene modified with maleic anhydride and a montmorillonite clay. The masterbatch was diluted in a blend of high density polyethylene (HDPE) with linear low density polyethylene (LLDPE) and films were extruded. The objective was to obtain nanocomposites whitin an exfoliated structure of the clay in the polymer matrix. The nanocomposites morphologies were evaluated by X-ray diffraction and TEM. Besides, the properties of gas barrier to oxygen and water vapor and mechanical properties were also determined. Analyzing the results of the first experimental part, improvement on the clay dispersion based on the processing conditions was expected and the second experimental part was held. The conditions of processing and masterbatch formulation were changed. Dilutions were also made in the blend of HDPE / LLDPE for films preparation and the same properties of the experimental I were studied. Processing conditions and clay content affect the ability of the clay dispersion and the results of permeability. Nielsen's model was applied in order to measure the aspect ratio and to understand the clay exfoliation level. Improvements on the barrier properties were observed and the studied systems were shown to be promising for applications in flexible packaging / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9147_1.pdf: 2986566 bytes, checksum: 8a61434d6a712fd656033948e266e3d3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Polímeros Intrinsecamente Condutores (PICs) são macromoléculas orgânicas que exibem características de condutividade elétrica semelhantes aos metais. A polianilina (PANI) é conhecida como o PIC que apresenta, provavelmente, a melhor combinação de estabilidade, condutividade e baixo custo. Neste trabalho, sintetizou-se a PANI na forma nanoestruturada e foram confeccionados e caracterizados nanocompósitos poliméricos contendo PANI em matriz de polímero isolante, poli (metacrilato de metila) (PMMA) e biodegradável, poli (3-hidroxibutirato) (PHB). Dentre as aplicações potenciais destes compósitos, estão o desenvolvimento de novos materiais estáveis à radiação ionizante, aplicáveis como plásticos médicos e o desenvolvimento de novos materiais orgânicos condutores, mecanicamente estáveis, conhecidos como metais sintéticos para uso em micro-nanoeletrônica e biomedicina. Nanoestruturas fibrilares de polianilina dopada com HCl (PANF-HCl), sintetizadas pelo método de polimerização interfacial, foram dispersas em matriz de PMMA comercial, em 0,15%, em massa, e êndic quanto à ação radioestabilizante. Nesta concentração, as PANF-HCl apresentaram capacidade de estabilizar a matriz de PMMA comercial submetida à irradiação com raios gama em dose padrão de esterilização de 25kGy, de maneira a preservar 92% da massa molar viscosimétrica média (Mv) inicial do PMMA. Em amostras-controle irradiadas com a mesma dose, a retenção atingiu 42%. A produção de nanofibras de PANI foi também alcançada em sistemas monofásicos aquosos utilizando ácido (±)-canfor-10-sulfônico como dopante primário. Filmes compósitos de PMMA/PANI desdopada (PANI-EB) contendo 0,15% de PANI-EB, tanto em formato nanofibrilar quando granular, mostraram menores valores de α (número de cisões por molécula original) que as amostras-controle, quando submetidos à irradiação com raios gama na dose de 25kGy. Particularmente, em compósitos contendo nanofibras, não houve alteração detectável de Mv após irradiação nesta dose (α ≈ 0). Na dose de 75kGy, os compósitos de PMMA/PANI-EB também sofreram menor degradação que as amostras-controle, mostrando que a PANI-EB é capaz de atuar como aditivo radioestabilizante em doses mais altas que a dose de esterilização. Quatro tipos de compósitos de PHB/nanofibras de PANI dopadas com HCl, em concentração entre 8 e 55% de PANI (em massa) foram preparados por polimerização da PANI in situ, em presença de emulsão de PHB. Estes compósitos apresentaram boa homogeneidade e características semicondutoras. Dados de FTIR e difração de raios X sugerem que os dois polímeros não interagem de maneira relevante nestes compósitos. A irradiação com raios gama, na dose de 25kGy, do compósito de PHB contendo 28% de PANI-HCl elevou sua condutividade de 4,5 x 10-2 para 1,1 S/m. Isto mostra a possibilidade de melhoramento das propriedades elétricas do material quando submetido à dose de esterilização. Estudos realizados pelo teste de Sturm mostraram que a irradiação com raios gama, nesta mesma dose, provocou a diminuição da biodegradabilidade do material compósito. Estes estudos também evidenciaram que os compósitos, irradiados ou nãoirradiados, se biodegradam mais rápido que o PHB durante o primeiro mês de testes. A partir deste período, a biodegradação do PHB se acelera, enquanto que a degradação do compósito praticamente deixa de ocorrer. A PANI-HCl não sofreu degradação apreciável num período de testes de 80 dias

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9125_1.pdf: 3181799 bytes, checksum: 50cb783c36c79159657cf30bcb34e0b5 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Atualmente existe um grande interesse na preparação de compósitos de PMMA/grafite. Tanto o grafite em pó quanto, principalmente, na forma de nanofolha são utilizados na preparação de compósitos condutores neste trabalho. O grafite nanofolha foi obtido partindo-se do grafite flocos, conforme a técnica de intercalação química que utiliza H2SO4 e HNO3. Após esse tratamento o grafite intercalado (GIC) é colocado no forno microondas onde expande 75 vezes, denominado-se grafite expandido (GE). Em seguida é disperso em solução alcoólica a 70%, depois de lavado e seco, dá origem ao grafite nanofolha. Foram preparados dois tipos de compósitos: PMMA/grafite pó e PMMA/grafite nanofolha com percentuais de grafite variando até 8,0% e 6,0% em peso, respectivamente. Na prática, os compósitos de PMMA/grafite nanofolha, na concentração de 0,25% em peso, que apresentaram condutividade elétrica da ordem de 10-9 S.cm-1, quando irradiados com doses de 30, 60 e 100 kGy, alteram sua condutividade elétrica para valores da ordem de 10-8, 10-6 e 10-5 S.cm-1 respectivamente. O limiar de percolação para os compósitos de PMMA/grafite (nanofolha e pó) foram de 0,22 e 1,66% respectivamente. A análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) possibilitou observar as diversas morfologias e dimensões do grafite. Mudanças no expoente crítico de percolação mostraram dependência com a forma e concentração de grafite na matriz de PMMA. Com os valores de massa molar polimérica obtidos através de viscosimetria, foi possível concluir que a diminuição da massa molar polimérica durante o processo de irradiação pouco influencia na condutividade elétrica do compósito. Isto porque, apesar da radiólise do PMMA, novos níveis de eletrocondutividade são formados durante a irradiação dos compósitos, contribuindo para condutividade elétrica do sistema. Análises de FT-IR das diversas formas de grafite, e dos compósitos, revelaram que durante as etapas do processo de intercalação química, ocorre a introdução do grupo hidroxila (OH), sendo este fundamental para melhorar as interações, entre a carga de grafite e o PMMA. Análise de RMN (1H), possibilitou determinar a taticidade do PMMA

El estudio de materiales compósitos constituidos por una matriz polimérica y un relleno de nanotubos de carbono (NTC) ha concentrado gran interés de investigación, debido a las notables propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que es posible conseguir empleando bajas concentraciones de nanotubos. En este contexto, ha surgido gran interés en los últimos años por el estudio de nanocompósitos híbridos, en los cuales se añade un segundo relleno además de NTC, y en los que ha sido posible presentar propiedades similares a las de un nanocompósito no híbrido, pero con la ventaja de poder emplear concentraciones de NTC aún más bajas. El objetivo del presente trabajo de título consiste en el estudio de las propiedades eléctricas de nanocompósitos de polipropileno (PP) con nanotubos de carbono y partículas inorgánicas (arcilla y cobre), analizando el efecto de las condiciones de su procesamiento (específicamente, tratamiento de recocido). Los nanocompósitos fueron preparados por medio de mezclado en fundido y posteriormente prensados. Los materiales empleados fueron polipropileno, NTC de pared múltiple, arcilla modificada y nanopartículas de cobre, y se utilizó un megóhmetro para llevar a cabo la caracterización eléctrica. Los resultados obtenidos para nanocompósitos PP/NTC muestran un punto de percolación en torno a 4,5%p/p de NTC, con conductividades eléctricas de hasta 10 [S/m] (para 8%p/p NTC). La adición de arcilla como segundo material de relleno en el nanocompósito no produjo aumentos significativos en la conductividad eléctrica. La adición de cobre como segundo material del relleno en el nanocompósito produjo los mejores resultados en cuanto a conductividad eléctrica, disminuyendo el punto de percolación por debajo de 2%p/p NTC y alcanzando una conductividad del orden de 1 [S/m] para 4%p/p NTC y 50%p/p cobre. El tratamiento de recocido mostró ser un método efectivo para aumentar la conductividad eléctrica en nanocompósitos PP/NTC, siendo posible disminuir el límite de percolación hasta 2,5%p/p NTC. En híbridos de cobre, este tratamiento constituyó un método aún más efectivo, disminuyendo el punto de percolación por debajo de 1%p/p NTC, y siendo posible alcanzar valores en el orden de 1 [S/m] (para 4%p/p NTC y 50%p/p cobre). Se concluye finalmente, que tanto el tratamiento de recocido como la incorporación de nanopartículas de cobre constituyen formas efectivas de mejorar la conductividad eléctrica en nanocompósitos de polipropileno y nanotubos de carbono. Los bajos límites de percolación encontrados, principalmente para los híbridos de cobre, abren una amplia gama de opciones de investigación a futuro, en cuanto a forma, tamaño y tipo de material que se añade como segundo relleno, y en cuanto a condiciones de procesamiento para la fabricación del híbrido.

Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / La contaminación de microorganismos produce serios problemas asociados a la transmisión de enfermedades o al deterioro de las superficies a las cuales éstos se adhieren. Las infecciones intrahospitalarias (IIH) generan altas tasas de mortandad y elevados costos para los pacientes. Además, cuando las superficies se exponen a ambientes húmedos, se facilita la adhesión de microorganismos que provocan su ensuciamiento y deterioro, lo que se conoce como biofouling. Mallas plásticas para cultivos acuícolas se ven gravemente afectadas por el biofouling marino, generando altos costos asociados a su remoción. En base a lo anterior, existe una alta demanda de nuevos materiales con actividad antimicrobial y antifouling, en particular los polímeros son de gran interés debido a su fácil procesamiento, y a que pueden sustituir desde superficies hospitalarias a mallas acuícolas. El objetivo del trabajo es desarrollar compósitos poliméricos antimicrobiales y antifouling con la incorporación de diferentes tipos de partículas a base de cobre mediante el método de mezcla en fundido. Se usaron nanopartículas de cobre metálico (NPsCu) y de cobre oxidado (NPsCuO), además de micropartículas de cobre metálico (MPsCu). Se estudió además la dispersión del cobre al ser incorporado soportado o recubierto. Para ello se sintetizaron dos tipos de partículas híbridas: cobre soportado en sílice nanométrica (NPsCu/Si) y cobre funcionalizado superficialmente con cadenas orgánicas (NP Func). La actividad antimicrobial de Polipropileno (PP) fue estudiada en función de la cantidad de nanopartículas y el tiempo de contacto. PP con 5, 10 y 20 %v/v de NPsCu eliminaron en 99,9% de E. coli, S. aureus y P. aeruginosa en menos de 240 min. Los resultados mostraron que la actividad antimicrobial depende del tipo de bacteria e incrementa con el contenido de cobre. La actividad antifouling de PP fue estudiada en función del tipo y cantidad de nanopartículas. PP con 1 a 20%v/v de NPsCu disminuyeron hasta en un 90% el biofouling después de dos meses en el mar, mientras que PP con 1 a 5%v/v de NPsCuO lo redujeron hasta en un 30% en el mismo tiempo. La actividad antimicrobiana y antifouling se relacionó con la capacidad de liberar iones cúpricos (Cu+2). PP con NPsCu logró mayor liberación que con NPsCuO, en las mismas condiciones. Las partículas de cobre funcionalizado con cadenas orgánicas (NP Func) exhibieron buena dispersión en la matriz polimérica, no así las partículas de cobre soportadas (NPsCu/Si). Ambas partículas, puras o embebidas en PP, tienen alta liberación de cobre. La capacidad de liberación de las partículas en base a cobre se incrementa en el siguiente orden: NPsCuO, NPsCu, NPsCu/Si y NP Func. Además, la disminución del tamaño del relleno y el uso de matrices poliméricas hidrófilas o con baja cristalinidad favorecen la liberación. Estos resultados muestras que partículas en base a cobre le confieren propiedades antimicrobiales y antifouling a matrices poliméricas. Estos nuevos materiales tienen la potencialidad de aplicados en superficies hospitalarias como medida complementaría en la prevención de las IIH. También emergen como materiales de reemplazo en la fabricación de mallas acuícolas o estructuras plásticas afectadas por el biofouling marino.