Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foram sintetizados nanocompósitos à base de poliuretanos em dispersão aquosa (NWPUs) e argilas hidrofílicas do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica e cálcica. Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA) e diisocianato de isoforona (IPDI). Os NWPUs tiveram as argilas, previamente deslaminadas em água e incorporadas à formulação no momento da dispersão do prepolímero. Dispersões aquosas (WPUs), sem a presença de argila, foram sintetizadas como base, nas quais foram variadas a razão NCO/OH e a proporção de copolímero em relação ao PPG. Nas formulações NWPUs, foram variados também o teor de argila em relação à massa de prepolímero e o tipo de argila sódica e cálcica. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR), difração de raios-x (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG) e a resistência mecânica dos filmes foi avaliada por ensaios mecânicos em dinamômetro. O grau de absorção de água dos filmes também foi determinado. A formação de nanocompósitos à base de água foi confirmada pela ausência do pico de XRD, característico das argilas empregadas na maioria dos filmes analisados. As micrografias obtidas por SEM confirmam uma dispersão homogênea das argilas na matriz poliuretânica. Os filmes à base de nanocompósitos (NWPUs) apresentaram propriedades superiores às apresentadas por aqueles obtidos a partir das dispersões sem argilas (WPUs). Os revestimentos formados a partir da aplicação das dispersões aderiram à maioria dos substratos testados (metal, vidro, madeira e papel) formando superfícies homogêneas / In this work nanocomposites (NWPUs) based on waterborne polyurethanes and hydrophilic montimorillonite clays (MMT) were synthesized. Polypropyleneglycol (PPG), poly(ethylene glycol-b-propylene glycol) (EG-b-PG) containing 7% of ethylene glycol (EG), dimethylolpropionic acid (DMPA) and isophorone diisocyanate (IPDI) were employed in polyurethane synthesis. The NWPUs were prepared with calys previously exfoliated in water, and were added at the moment of dispersion. Different formulations were obtained from WPUs, without clays, by varying the NCO/OH ratio, and the proportions of PPG and EG-b-PG. For NWPUs formation was varied the content of clays with different cations (Na+ and Ca+2). The properties of the dispersions were evaluated in terms of their solid content, particle size and viscosity. The cast films obtained were characterized by infrared spectrometry (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM). The thermal stability of the films was evaluated by thermogravimetry (TG) and mechanical properties in a dynamometry. X-ray diffraction and scanning electron microscopy examinations were determined confirming the nanocomposite formation. NWPUs films showed improved properties in comparison with WPUs Coatings obtained by the application of the dispersions in substrates as wood, metals, paper and glass were homogeneous and showed good adherence

A área de pesquisa de materiais nanoestruturados tem recebido destacada atenção nos últimos anos por parte da comunidade científica, ressaltando-se os nanocompósitos à base de polímero e argila. Nesta Dissertação foram sintetizados nanocompósitos à base de poliuretano (NWPUs) com argilas do tipo montmorilonita (MMT), hidrofóbicas (organofílicas) e hidrofílica. Os monômeros empregados na síntese foram poli(glicol propilênico) (PPG); polibutadieno líquido hidroxilado (HTPB); ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e hidrazina (HYD), como extensor de cadeia. Nas formulações, foram variadas as proporções de HTPB e o teor das argilas. As argilas organofílica Cloisite 30B e hidrofílica Cloisite Na+ foram incorporadas em 1, 3 e 5 %, enquanto que a organofílica Cloisite 15A foi incorporada no teor de 1%. As dispersões foram caracterizadas quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partículas e viscosidade. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), difração de raios-x (XDR), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia de força atômica (AFM). A resistência térmica e a transição vítrea dos materiais foram determinadas por termogravimetria (TG) e calorimetria diferencial de varredura (DSC), respectivamente. O teor de absorção de água e o comportamento mecânico dos filmes foram avaliados. Foi verificada, por XRD, a ausência do pico de cristalinidade, característico das argilas puras e não-deslaminadas. As micrografias obtidas por SEM confirmam uma dispersão homogênea das argilas na matriz poliuretânica. Os filmes à base de nanocompósitos (NWPUs) apresentaram propriedades mecânicas superiores às apresentadas por aqueles obtidos a partir das dispersões sem a presença de argila (WPUs). A adesão dos revestimentos formados, pela aplicação das dispersões em diversos substratos, também foi verificada visualmente. Os resultados das análises mostraram que houve a formação de nanocompósitos à base de água, formados tanto a partir da argila hidrofílica quanto das organofílicas

Nanocompósitos de Al2O3/ZrO2 apresentam-se promissores para serem utilizados como biomateriais, por promoverem melhorias significativas quanto à homogeneidade microestrutural, propriedades mecânicas e serem biologicamente inerte. Dentre as técnicas capazes de tornar seu desempenho biológico mais adequado, o recobrimento biomimético tem se destacado, sendo que sua eficiência pode ser melhorada a partir de prévios tratamentos superficiais. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi estudar a adesão e a uniformidade do revestimento de fosfato de cálcio em nanocompósitos de Al2O3 contendo 5% em volume de inclusões nanométricas de ZrO2. Para isso, nanocompósitos foram conformados, sinterizados, tratados quimicamente com soluções de H3PO4, HNO3 e NaOH e por plasma em diferentes condições de processo: 20%N2-80%H2, 40%N2-60%H2, 40%N2-40%H2-20%O2, 30%N2-50%H2-20%O2, 100%N2 e 100%O2 e recobertos biomimeticamente com soluções que simulam o plasma sanguíneo (SBF 1,5x e 5,0x) nos tempos de 7, 14, 21 e 28 dias de incubação. A partir dos resultados obtidos pode-se observar que os prévios tratamentos superficiais promoveram variações na rugosidade média superficial (Ra) entre 0,045 e 0,079 µm. Além disso, independentemente do tratamento superficial, observou-se a formação de apenas três fases de fosfatos de cálcio: hidroxiapatita (HA), α-fosfato tricálcico (α-TCP) e β-fosfato tricálcico (β-TCP). Observou-se ainda, que o percentual das fases formadas variou de acordo com o tratamento, sugerindo a possibilidade de controlar a razão TCP:HA. Nos resultados obtidos pelo teste de riscamento observou-se que tratamentos realizados com plasma, H3PO4 e HNO3 aumentaram a carga crítica (Lc) entre 2,0 e 2,9N, melhorando assim a aderência da camada de fosfato de cálcio formada. Os testes de proliferação celular utilizando linhagem de células de hamster chinês (CHO) demonstraram que os nanocompósitos tratados com H3PO4, HNO3 e NaOH e recobertos biomimeticamente com SBF 5,0x são biocompatíveis. / Nanocomposite Al2O3/ZrO2 have to be promising to be used as biomaterials for promoting significant improvements in the microstructural homogeneity, mechanical properties and be biologically inert. Among the techniques to make it more useful biological performance, the biomimetic coating has been highlighted, and its efficiency can be improved from previous surface treatments. In this sense, the objective of this work was to study the adhesion and uniformity of calcium phosphate nanocomposite coating of Al2O3 containing 5% by volume of nanometric inclusions of ZrO2. For this nanocomposites were shaped, sintered, chemically treated with solutions of H3PO4, HNO3 and NaOH, and plasma in different process conditions: 20%N2-80%H2, 40%N2-60%H2, 40%N2-40%H2-20%O2, 30%N2-50%H2-20% O2, 100% N2 and 100%O2 and covered with solutions biomimetic that simulate the blood plasma (SBF 1.5x and 5.0x) in the times of 7, 14, 21 and 28 days of incubation. From the results obtained it can be seen that prior surface treatments promoted variations in average surface roughness (Ra) from 0.045 to 0.079 micrometers. Furthermore, regardless of surface treatment, formation of the observed only three-phase calcium phosphate: hydroxyapatite (HA), tricalcium α-phosphate (α-TCP) and β-tricalcium phosphate (β-TCP). It was also observed that the percentage of phases formed varied according to the treatment, suggesting the possibility of controlling the ratio TCP:HA. In the results obtained by scratching test was observed that plasma treatments performed, HNO3 and H3PO4 increased the critical load (Lc) between 2.0 and 2,9N, thereby improving the adhesion of the calcium phosphate layer is formed. Cell proliferation assays The strain using chinese hamster cells (CHO) have demonstrated that nanocomposites treated with H3PO4, HNO3 and NaOH, and coated with solution biomimetic SBF 5.0x are biocompatible.

Este trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPMs) com TiO2, e caracterizá-los quanto a sua estrutura, características ópticas e atividade fotocatalítica. Os nanocompósitos foram obtidos a partir de NTCPMs comerciais (Baytubes®), e dois diferentes TiO2: um comercial (P25) e um obtido na síntese de TiO2 tendo tetra propóxido de titânio (TTP) como precursor. Foram utilizados dois diferentes sistemas líquidos para a obtenção dos nanocompósitos NTCPM-TiO2: um, em pH ácido e outro, em pH alcalino. Os nanocompósitos obtidos a partir do TTP foram posteriormente tratados termicamente a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C para formação de fases cristalinas de TiO2. Os nanocompósitos foram investigados quanto a sua atividade fotocatalítica, empregando-os como catalisadores na degradação do corante orgânico alaranjado de metila, em solução aquosa, sob radiação ultravioleta. Os resultados foram associados a características da estrutura dos nanocompósitos, utilizando técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e espectroscopia por infravermelho e área superficial específica. A caracterização óptica foi obtida por espectroscopia fotoluminescente e espectroscopia por refletância difusa. A análise térmica foi empregada para quantificar a presença de NTCPMs no nanocompósito empregado como catalisador. O desempenho fotocatalítico dos nanocompósitos foi correlacionado com o efeito do pH dos sistemas líquidos empregados na sua obtenção, natureza da interação (química e/ou física) entre nanotubo de carbono e TiO2, fases presentes no TiO2, energia do gap óptico e presença de defeitos estruturais no TiO2. A maior eficiência na fotocatálise foi observada nos nanocompósitos NTCPMs-TiO2 obtidos a partir do TiO2 comercial, e nos obtidos a partir do precursor TTP tratado termicamente a 500 °C, ambos em meio ácido. Estes resultados puderam ser associados às menores energias de transição e nível de defeitos no TiO2 nesses nanocompósitos, quando comparados aos demais. / This study aimed to obtain nanocomposites from multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with TiO2, and characterize them according to their structure, optical properties and photocatalytic activity. The nanocomposites were obtained from commercial MWCNTs (Baytubes®) and two different types of TiO2: a commercial one (P25) and one obtained by synthesizing TiO2 with titanium tetra propoxide (TTP) as a precursor. Two different fluid systems were used for obtaining the MWCNT-TiO2 nanocomposites: one with acid pH and the other with alkaline pH. The nanocomposites obtained from TTP were subsequently heat treated at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C to form crystalline phases of TiO2. The nanocomposites were investigated for their photocatalytic activity, employing them as catalysts in the degradation of organic methyl orange dye in an aqueous solution under ultraviolet radiation. The results were associated with the characteristics of the nanocomposites’ structure, using techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and specific surface area. Optical characterization was obtained by photoluminescence spectroscopy and diffuse reflectance spectroscopy. Thermal analysis was used to quantify the presence of MWCNTs in the nanocomposite employed as catalyst. The photocatalytic performance of the nanocomposites were correlated with the effect of the pH of the liquid systems employed for obtaining them, the nature of the interaction (chemical and/or physical) between the carbon nanotube and TiO2, the phases present in the TiO2, the optical energy gap and the presence of structural defects in TiO2. The highest photocatalytic efficiency was observed in the MWCNT-TiO2 nanocomposites obtained from commercial TiO2, and in those obtained from the TTP precursor heat treated at 500 °C, both in an acid medium. These results could be associated with the lower transition energy and level of defects in the TiO2 of these nanocomposites when compared to the other samples.

Compósitos de polipropileno e carbonato de cálcio em escala nanométrica foram preparados através de processamento em extrusora de rosca dupla co-rotacional. Metodologia estatística (projeto de experimentos) foi utilizada para avaliar o efeito das variáveis: teor de carbonato de cálcio, velocidade de rotação e configuração dos parafusos nas propriedades dos materiais obtidos. As propriedades mecânicas foram determinadas por meio de ensaios de tração (ASTM D 638), de resistência à flexão (ASTM D 790) e de resistência ao impacto (ASTM D 256). A processabilidade dos materiais foi avaliada através de determinações do índice de fluidez (ASTM D 1238). A microscopia eletrônica de varredura foi usada para avaliar a dispersão da carga na matriz e para obter informações sobre a adesão interfacial entre ambas. Os resultados obtidos demonstraram que o teor de carga adicionado ao polímero é a variável que exerce influência mais significativa sobre o módulo de flexão e que o teor de carga e a rotação dos parafusos são as variáveis que mais afetam as propriedades de impacto. O aumento da concentração das nanopartículas causou um aumento do módulo de flexão e da resistência ao impacto, enquanto que o aumento da velocidade de rotação dos parafusos provocou a redução das propriedades do impacto. A configuração do parafuso é a variável que tem um efeito mais significativo sobre a resistência mecânica do material. A utilização de um perfil de parafuso mais cisalhante promoveu a obtenção de valores mais altos de resistência à tração. A velocidade de rotação foi a variável mais significativa na determinação do módulo de Young. O aumento da velocidade de rotação associado à utilização da configuração do parafuso mais cisalhante da extrusora propicia um aumento do módulo de Young do polipropileno. Análise de microscopia eletrônica de varredura mostrou que não houve uma boa dispersão das nanopartículas na matriz polimérica e que, apesar de haver um revestimento das partículas com estearato de cálcio, há necessidade de se obter interações mais fortes entre a matriz polimérica e a carga inorgânica. A comparação entre os perfis de parafuso utilizados no processo de extrusão mostrou que materiais mais resistentes à flexão e ao impacto são obtidos a 350 rpm, utilizando a configuração de parafuso menos cisalhante. Há, entretanto, redução das propriedades de tração. Para obtenção de nanocompósitos de polipropileno e carbonato de cálcio, outras condições de processamento, e/ou outros procedimentos de revestimento das cargas devem ser testados de forma a promover melhor dispersão da carga e melhor interação entre carga e matriz.

Orientador: Prof. Dr. Danilo Justino Carastan / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Copolímeros em bloco são materiais conhecidos pela capacidade de formar diferentes estruturas ordenadas na escala nanométrica. A adição de nanopartículas a estes copolímeros possibilita formar nanocompósitos com propriedades e morfologias interessantes, dependendo da interação entre a nanopartícula e os domínios dos blocos, além das condições de processamento. É possível orientar copolímeros em bloco resultando em estruturas anisotrópicas, através de fluxos de cisalhamento e elongacional. Neste trabalho, foram obtidos nanocompósitos do copolímero em bloco poliestireno-b-poli(etileno-co-butileno)-b-poliestireno (SEBS), com morfologia hexagonal cilíndrica, com adição de diferentes nanopartículas, através da técnica de processamento de extrusão de filme tubular. A principal finalidade é estudar a orientação morfológica, uniaxial e biaxial, das amostras em função da razão de inflamento, durante o inflamento do filme tubular, e a influência das diferentes morfologias das nanopartículas adicionadas na interação com os domínios do SEBS. A alteração da estrutura morfológica é acompanhada por análises de espalhamento de raios x a baixos ângulos (SAXS) e a orientação morfológica é quantificada pelo modelo matemático do parâmetro de ordem (F). Ensaios reológicos no fluxo elongacional são realizados a fim de correlacionar o comportamento da estrutura morfológica durante o inflamento do filme tubular, que possui deformação predominantemente do tipo elongacional biaxial, e compreender seu mecanismo de deformação. Os nanocompósitos com estruturas morfológicas orientadas, uniaxial e biaxialmente, são submetidos a ensaios de tração para avaliar as propriedades mecânicas em diferentes direções de ensaio. / Block copolymers are materials known for the ability to form different ordered structures at the nanoscale. The addition of nanoparticles in these copolymers allows to form nanocomposites with interesting properties and morphologies, depending on the interaction between the nanoparticle and the domains of the blocks, in addition to the processing conditions. It is possible to align block copolymers resulting in anisotropic structures through shear and elongational flow. In this work, nanocomposites were obtained from the combination of a block copolymer polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene (SEBS) with hexagonal cylindrical morphology, and different nanoparticles, through the processing technique of blown film extrusion. The main purpose is to study the morphological orientation, uniaxial and biaxial, of the samples as a function of blown-up ratio during the inflation of the tubular film, and the influence of different nanoparticle morphologies on the interaction with the SEBS domains. The change in the morphological structure is evaluated by small angle x-ray scattering (SAXS) analysis and morphological orientation is quantified by the mathematical model of the order parameter (F). Rheological elongational flows are performed in order to correlate the behavior of the morphological structure during the inflation of the tubular film, which has predominantly elongational deformation of the biaxial type, and understand their deformation mechanism. Nanocomposites with oriented morphological structures, uniaxial and biaxial, are subjected to tensile tests to evaluate the mechanical properties in different test directions.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Scuracchio / Tese (doutorado0 - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / O objetivo principal deste trabalho foi a produção de blendas dinamicamente revulcanizadas contendo polietileno de alta densidade (HDPE) e ground tire rubber (GTR) desvulcanizada via micro-ondas. Ele vem de encontro a um grande problema mundial que é a disposição de resíduos de elastômeros vulcanizados, especialmente de pneus, que trazem consigo graves problemas ambientais e de saúde pública, já que estes materiais necessitam de longos períodos de tempo para que se degradem naturalmente devido à sua estrutura de ligações cruzadas, presença de estabilizantes e outros aditivos em sua formulação. Uma utilização da GTR que vem sendo amplamente estudada por pesquisadores é em blendas poliméricas, tendo por uma das fases um polímero termoplástico. Neste contexto, o papel da desvulcanização dos elastômeros é aumentar a interação entre o material virgem e o reciclado, diminuindo a degradação das propriedades do produto acabado com a sua incorporação e possibilitando o aumento da quantidade de borracha reciclada no composto de borracha reciclada/termoplástico. A desvulcanização torna o elastômero desvulcanizado um material fluido, possibilitando um melhor controle do tamanho de partículas durante o processo de mistura da blenda pelos processos de quebra na aplicação de altas taxas de cisalhamento. Além disso, ao tornar-se um material fluido, é possível a incorporação de uma quantidade maior de borracha ao termoplástico sem grande prejuízo à sua processabilidade. No entanto, a literatura não dispõe de trabalhos nos quais o estudo da evolução da morfologia de blendas dinamicamente revulcanizadas contendo GTR desvulcanizada por micro-ondas é realizado, e esse estudo é uma das principais etapas deste trabalho. Do mesmo modo, não são encontrados trabalhos sobre blendas contendo GTR desvulcanizada analisando os efeitos da adição de argilas de diferentes formatos (lamelar e tubular) em suas propriedades finais, especialmente nas propriedades reológicas, o que também se propõe o presente trabalho. Em suma, este trabalho tem como objetivos propor uma possível solução para o problema de descarte de resíduos sólidos através da produção de uma blenda dinamicamente revulcanizada contendo HDPE e GTR desvulcanizada via micro-ondas, bem como diminuir algumas lacunas observadas atualmente na literatura com os resultados do estudo da evolução da morfologia de blendas dinamicamente revulcanizadas contendo GTR desvulcanizada e o efeito da adição de diferentes argilas nesse sistema. / The main objective of this work was the production of dynamically revulcanized blends containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves. It comes against a big global problem which is the waste disposal of vulcanized elastomers, especially tires, which bring with them serious environmental and public health problems, since these materials require long periods of time to degrade naturally due to its structure of cross-linkings, and the presence of stabilizers and other additives in its formulation. A way of using the GTR that has been widely studied by researchers is as polymer blends where one of the phases is a thermoplastic polymer. In this context, the role of elastomers devulcanization is to increase the interaction between virgin and recycled material, reducing the degradation of properties of the finished product with its incorporation and making it possible the increase of the recycled rubber amount in the compound recycled rubber/thermoplastic. The devulcanization transformes devulcanized elastomer into a fluid material, allowing a better control of the particle size during the mixing process of the blend by breaking processes in the application of high shear rates. In addition, by becoming a fluid material, it is possible the incorporation of a higher amount of elastomer to the thermoplastic without great damage to its processability. However, the literature does not have works in which the study of the morphology evolution of dynamically revulcanized blends containing GTR devulcanized by microwaves is performed, and this study is one of the main stages of the present work. Likewise, it is not found works on blends containing devulcanized GTR analyzing the effects of addition of clays from different shapes (lamellar and tubular) on their final properties, especially on rheological properties, which also sets out the present work. Summarizing, this work aims to propose a possible solution to the problem of solid waste disposing by producing a dynamically revulcanized blend containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves, as well as decrease some gaps observed currently in the literature with the study of the morphology evolution of dynamically revulcanized blends containing devulcanized GTR and the effect of addition of different clays on these systems.

Orientadora: Profa. Dra. Sandra Andrea Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / O presente trabalho consistiu em produzir (nano)compósitos de poli(tereftalato de etileno) (PET) (reciclado e virgem) com argila sepiolita (Sep) (pura e modificada) e compreender as propriedades térmicas, reológicas e as morfologias obtidas. Foi realizado um estudo da argila, primeiramente modificando-a com dois modificadores orgânicos diferentes: CTAB (brometo de hexadeciltrimetil amônio) e TTAB (brometo de tetradeciltrimetil amônio) e, posteriormente, realizando a sua caracterização química (potencial zeta, adsorção/dessorção, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier e ressonância magnética nuclear de Si29), morfológica (difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura) e térmica (análise termogravimétrica). Os resultados indicaram que a sepiolita modificada com TTAB apresentou maior estabilidade térmica em atmosfera oxidativa, além da redução na área superficial decorrente da modificação. Então, foi escolhida essa argila para a produção dos (nano)compósitos PET/Sep. A partir dos resultados obtidos, notou-se que a adição de argila ao PETv e PETrec contribuiu para antecipar os processos degradativos das matrizes, indicando que as matrizes puras apresentam maior estabilidade do que os (nano)compósitos produzidos neste trabalho. Apesar de não terem sido obtidos (nano)compósitos com boa dispersão, pode-se perceber que a modificação superficial da argila aumentou a afinidade com as matrizes poliméricas provavelmente devido a maior interação entre a matriz e a argila intermediada pelo modificador orgânico. Pelo o estudo da cristalização quiescente e não quiescente dos materiais notou-se que as nanocargas empregadas influenciaram diretamente na cristalização do PETv e do PETrec, e que esta influência depende principalmente das condições de cristalização que foram impostas aos materiais. Por fim, conclui-se que a modificação orgânica da sepiolita auxilia na melhoria da dispersão da mesma e que o processamento dos (nano)compósitos deve ser melhor investigado. As propriedades dos (nano)compósitos obtidos foram alteradas em função tanto da presença da carga com e sem modificação. / This work was conducted to produce and understand the morphological, rheological and thermal properties of nanocomposites of poly(ethylene terephthalate) (PET) (pristine, PETv, and recycled, PETrec) with sepiolite clay (Sep) (pristine and modified). A study on the clay was done, firstly modifying it with two different organic modifiers: CTAB (hexadecylltrimethylammonium bromide) and TTAB (tetradecyltrimethylammonium bromide), and subsequently performing their chemical (zeta potential, B.E.T., Fourier transform infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance of Si29), morphological (X-ray diffraction and scanning electron microscopy) and thermal (thermal gravimetric analysis) characterizations. The results indicated that the sepiolite modified with TTAB showed higher thermal stability in oxidative atmosphere, besides the reduction in the surface area resulting from the modification. For these reasons, this clay was chosen to produce PET/Sep nanocomposites. From the results obtained, it was observed that the addition of clay in the PETv and PETrec matrices contributed to anticipate the degradation processes, indicating that the pristine matrices present greater stability than the (nano)composites produced in this work. Although no (nano)composite with good dispersion was obtained, the clay surface modification increased the affinity with the polymer matrices probably due to the greater interaction between the matrix and the clay intermediated by the organic modifier. From the study of the quiescent and non-quiescent crystallization of the materials, it was noticed that the nanofillers employed directly influenced the crystallization of PETv and PETrec, and that this influence depends mainly on the crystallization conditions that were imposed on the materials. Finally, it is concluded that the organic modification of sepiolite helps to improve its dispersion and that the processing of (nano)composites should be better investigated. The properties of the obtained (nano)composites were altered as a function of both the presence of the filler with and without modification.

Orientador: Prof. Dr. Jeverson Teodoro Arantes Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Uma estrutura que pode autorregenerar em condições ambiente é um desafio enfrentado atualmente e é uma das áreas mais promissoras na ciência de materiais inteligentes. O presente projeto visa a utilização de métodos teóricos para o estudo das propriedades estruturais e funcionais de nanocompósitos intrinsecamente autorregenerativos, permitindo estratégias mais eficientes para o desenvolvimento de novos materiais. As simulações são baseadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Estudamos os componentes isolados que constituem o nanocompósito funcional: diarilbibenzofuranona (DABBF), SHP e nanopartículas de (óxido de) níquel. Estudando a formação da DABBF contra a reação da arilbenzofuranona (ABF) e O2 (auto-oxidação), vemos que a reação de formação sem barreira da DABBF é preferida à auto-oxidação porque existe um processo de transferência de carga que resulta no superóxido fracamente ligado. Realizamos um estudo sistemático por meio de cálculos ab initio para investigar a reação de clusters de Ni13 com moléculas de O2. Avaliamos dinamicamente o efeito sobre as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas e compreendemos o mecanismo de quimissorção do oxigênio (primeiro estágio da oxidação). Finalmente, estudamos as interações entre os oligômeros do SHP e as nanopartículas, levando ao nanocompósito autorregenerativo. Sugerimos como trabalhos futuros simular as interações entre todos esses materiais levando ao nanocompósito autorregenerativo por meio de uma abordagem multiescala via métodos DFT e de dinâmica molecular (MD). / A structure that can sustain self-healing repair under standard conditions is a challenge faced nowadays and is one of the most promising areas in smart materials science. The present project aims at the use of theoretical methods for the study of structural and functional properties of intrinsically self-healing nanocomposites, allowing improved design strategies for novel materials. The simulations are based on Density Functional Theory (DFT). We studied the isolated components that constitute the functional nanocomposite network: diarylbibenzofuranone (DABBF), SHP, and oxidated nickel nanoparticles. Studying DABBF bond formation against arylbenzofuranone (ABF) and O2 reaction (autoxidation), we see that the barrierless DABBF bond formation is preferred over autoxidation because there is a charge transfer process that results in the weakly bonded superoxide. We performed a systematic study by means of ab initio calculations to investigate Ni13 clusters reaction with O2 molecules. We evaluate dynamically the effect on structural, electronic, and magnetic properties and understand the oxygen chemisorption (first oxidation stage) mechanism. Finally, we study the interactions between SHP oligomers and the nanoparticles, leading to the selfhealing nanocomposite. We suggest as future work simulating the interactions between all these materials leading to the self-healing nanocomposite through a multiscale approach via DFT and molecular dynamics (MD) methods.

Orientador: Prof. Dr. Danilo Justino Carastan / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Neste estudo foram avaliadas três técnicas de dispersão para o processamento de nanocompósitos de matriz de epóxi com nanopartículas de diferentes geometrias: lamelares, fibrilares e esféricas. Para isso, foram preparados nanocompósitos com montmorilonita, laponita, nanotubos de haloisita, nanotubos de carbono e nanossílica por meio de mistura mecânica, sonicação e moagem de alta energia. A dispersão das nanopartículas na matriz foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espalhamento de raios x a baixo ângulo. Os resultados mostraram que o processo de sonicação foi o melhor para dispersar as nanopartículas em epóxi, sendo, portanto, utilizado para a fabricação de nanocompósitos híbridos com matriz de epóxi. Esses materiais apresentam duas fases sólidas nanométricas dispersas na matriz e, neste estudo, foram combinadas nanopartículas de diferentes geometrias, a fim de avaliar as propriedades mecânicas e reológicas dos híbridos e compará-las com as dos nanocompósitos com apenas uma nanopartícula (nanocompósitos convencionais). As propriedades mecânicas foram medidas por meio de ensaios de resistência à flexão, de resistência ao impacto (Izod) e análise dinâmico-mecânica. As propriedades reológicas foram medidas por meio de ensaios de cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes das dispersões não curadas. Com exceção da ductilidade, os nanocompósitos convencionais exibiram propriedades inferiores às da matriz. Já os nanocompósitos híbridos apresentaram propriedades mecânicas superiores às dos nanocompósitos convencionais, e em alguns casos, superiores às da matriz, indicando algum nível de efeito sinergético entre as nanopartículas. As propriedades reológicas das dispersões não curadas indicaram que algumas partículas apresentaram boa dispersão na matriz, antes do processo de cura. Contudo, tal característica não foi convertida em ganhos reais de propriedades mecânicas e os nanocompósitos correspondentes exibiram propriedades muito similares às das amostras supostamente mal dispersas. Esse foi um indicativo de que as propriedades finais dos nanocompósitos foram essencialmente determinadas pelos parâmetros envolvidos no processo de cura do material. / In this study, three dispersion techniques were evaluated for the processing of nanocomposites with epoxy matrix and nanoparticles with different geometries: lamellar, fibrillar and spherical. Therefore, nanocomposites with montmorillonite, laponite, halloysite nanotubes, carbon nanotubes and nanosilica were prepared via magnetic stirring, sonication and high energy milling. The dispersion of the nanoparticles in the epoxy matrix was evaluated using scanning electron microscopy, X-ray diffraction and small angle X-ray scattering. The results showed that sonication was the best method to disperse the nanoparticles in epoxy. Thus, it was used to manufacture hybrid nanocomposites with epoxy matrix. These materials have two different nanometric solid phases, dispersed in the matrix and, in this study, nanoparticles of different geometries were combined, aiming to evaluate the mechanical and rheological properties of the hybrids and compare them to those of the nanocomposites which have only one nanoparticle (conventional nanocomposites). The mechanical properties of the nanocomposites were evaluated through flexural testing, impact strength (Izod) and dynamic-mechanical analysis. The rheological properties were measured by small amplitude oscillatory shear tests of the uncured dispersions. Apart from ductility, the conventional nanocomposites showed inferior properties to those of the matrix. However, the hybrid nanocomposites exhibited superior properties to those of conventional nanocomposites and in some cases, even superior to those of the matrix, suggesting some level of synergistic effects between the nanoparticles. The rheological properties of the uncured dispersions indicated that some particles had good dispersion in the matrix, prior to the curing process. However, such feature was not converted into real gains on mechanical properties and the corresponding nanocomposites exhibited very similar properties to the supposedly poorly dispersed samples. This was an indicative that the final properties of nanocomposites were essentially determined by the parameters involved in the material curing process.