Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de Poliestireno (PS) e argilas organofílicas. As argilas, inicialmente hidrofílicas, foram modificadas organicamente utilizando três sais quaternários de amônio diferentes: Cloreto de hexadecil trimetil amônio (CTAC), Cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen) e Cloreto de dimetil dioctadecil amônio (Praepagen). A argila organofílica Cloisite 20A foi também utilizada neste estudo. Os nanocompósitos foram preparados por intercalação no polímero fundido por três técnicas diferentes: adição de argila em suspensão de álcool etílico por uma bomba dosadora de líquidos durante a extrusão, adição de argila em pó por um alimentador mecânico durante a extrusão e adição de suspensão de argila em álcool etílico durante obtenção por batelada. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) e ensaios reológicos de Cisalhamento Oscilatório de Pequenas Amplitudes (COPA). As propriedades térmicas foram analisadas por análise termogravimétrica (TG) e as propriedades mecânicas foram analisadas por ensaios de tração e impacto Izod. As três técnicas se mostraram eficazes na preparação dos nanocompósitos, e seus resultados apresentaram uma similaridade muito grande. Os resultados de DRX e microscopia mostraram que a maioria dos nanocompósitos apresentou estruturas compostas de fases intercaladas e esfoliadas. As análises térmicas mostraram que a adição de argila ao PS o tornou mais estável termicamente, suportando maiores temperaturas antes de iniciar o processo de degradação. Os ensaios reológicos de COPA e ensaios mecânicos dos nanocompósitos obtidos não apresentaram grandes variações em relação ao PS puro. / In this work nanocomposites of polystyrene (PS) and organophilic clays were prepared. The clays were organically modified using three different ammonium quaternary salts: cetyltrimethyl ammonium chloride (commercial name: CTAC), alquildimethyl benzyl ammonium chloride (commercial name: Dodigen) and distearyl dimethyl ammonium chloride (commercial name: Praepagen). The organoclay Cloisite 20 A was also used in this work. The nanocomposites were prepared by melt intercalation using three different techniques: adding the organoclay as a diluted organic solvent supension to the extruder using a motor-driven metering pump, adding the organoclay as powder to the extruder using a mechanical feeder and adding the organoclay as a diluted organic solvent suspension to the mixer. The materials obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), transmission electron microscopy (TEM) and by rheological studies through small amplitude oscillatory shear tests (SAOS). The thermal properties were studied by thermogravimetrical analyses (TG) and the mechanical properties were studied by tensile and impact Izod strength tests. The three techniques were efficient to prepare nanocomposites, and their results were very similar. The DRX and microscopy results showed that the most nanocomposites presented structures composed by intercalated and exfoliated phases. The thermal analyses showed that the addition of organoclay turned PS more thermally stable, increasing their degradation temperatures. The results of rheological studies (SAOS) and the mechanical tests did not present significant variations compared to the neat PS.

Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de Poliestireno (PS) e argilas organofílicas. As argilas, inicialmente hidrofílicas, foram modificadas organicamente utilizando três sais quaternários de amônio diferentes: Cloreto de hexadecil trimetil amônio (CTAC), Cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen) e Cloreto de dimetil dioctadecil amônio (Praepagen). A argila organofílica Cloisite 20A foi também utilizada neste estudo. Os nanocompósitos foram preparados por intercalação no polímero fundido por três técnicas diferentes: adição de argila em suspensão de álcool etílico por uma bomba dosadora de líquidos durante a extrusão, adição de argila em pó por um alimentador mecânico durante a extrusão e adição de suspensão de argila em álcool etílico durante obtenção por batelada. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) e ensaios reológicos de Cisalhamento Oscilatório de Pequenas Amplitudes (COPA). As propriedades térmicas foram analisadas por análise termogravimétrica (TG) e as propriedades mecânicas foram analisadas por ensaios de tração e impacto Izod. As três técnicas se mostraram eficazes na preparação dos nanocompósitos, e seus resultados apresentaram uma similaridade muito grande. Os resultados de DRX e microscopia mostraram que a maioria dos nanocompósitos apresentou estruturas compostas de fases intercaladas e esfoliadas. As análises térmicas mostraram que a adição de argila ao PS o tornou mais estável termicamente, suportando maiores temperaturas antes de iniciar o processo de degradação. Os ensaios reológicos de COPA e ensaios mecânicos dos nanocompósitos obtidos não apresentaram grandes variações em relação ao PS puro. / In this work nanocomposites of polystyrene (PS) and organophilic clays were prepared. The clays were organically modified using three different ammonium quaternary salts: cetyltrimethyl ammonium chloride (commercial name: CTAC), alquildimethyl benzyl ammonium chloride (commercial name: Dodigen) and distearyl dimethyl ammonium chloride (commercial name: Praepagen). The organoclay Cloisite 20 A was also used in this work. The nanocomposites were prepared by melt intercalation using three different techniques: adding the organoclay as a diluted organic solvent supension to the extruder using a motor-driven metering pump, adding the organoclay as powder to the extruder using a mechanical feeder and adding the organoclay as a diluted organic solvent suspension to the mixer. The materials obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), transmission electron microscopy (TEM) and by rheological studies through small amplitude oscillatory shear tests (SAOS). The thermal properties were studied by thermogravimetrical analyses (TG) and the mechanical properties were studied by tensile and impact Izod strength tests. The three techniques were efficient to prepare nanocomposites, and their results were very similar. The DRX and microscopy results showed that the most nanocomposites presented structures composed by intercalated and exfoliated phases. The thermal analyses showed that the addition of organoclay turned PS more thermally stable, increasing their degradation temperatures. The results of rheological studies (SAOS) and the mechanical tests did not present significant variations compared to the neat PS.

Polypyridine ruthenium complexes have attracted attention due to their remarkable photoelectronic properties and being employed as electron injection compounds in DSSCs, photo catalysts in water splitting among others. The first two chapters of this thesis present a comprehensive study of two novel ruthenium polypyridine and pyridine based complexes for DSSCs and for the study of an outer sphere intervalence electron transfer respectively. Porphyrins are organic structures commonly found in nature. Their outstanding chemical versatility, structural and electronic properties have made these compounds object of continuous research. Among these properties are enzymatic catalysis, transport and photoelectron generation. For these reasons the last two chapters of this thesis tried to focus in the development of supramolecular porphyrin arrangements capable of exploit and generate a synergistic effect of metallated cobalt porphyrins and polypyridine ruthenium complexes with opposite electronic properties -depending upon their - accepting or donating nature- and their interaction with GO as nanocomposites for effective tetraelectronic dioxygen reduction and isoniazid oxidation. These catalytic studies showed promising results as possible sensors for dioxygen and isoniazid when compared with reported methodologies. / Os complexos polipiridínicos de rutênio têm atraído muita atenção devido às suas notáveis propriedades foto eletrônicas, os quais têm sido empregados como compostos injetores de elétrons em DSSCs, fotocatalisadores na oxidação de água entre outros. Os dois primeiros capítulos desta tese apresentam um estudo abrangente de dois novos complexos polipiridínicos e piridínicos de rutênio para DSSCs e no estudo de uma transferência eletrônica de intervalência de esfera externa respetivamente. As porfirinas são estruturas orgânicas comumente encontradas na natureza. Sua excelente versatilidade química, propriedades estruturais e eletrônicas fizeram desses compostos objeto de intensa pesquisa. Entre essas propriedades estão a catálise enzimática, transporte e geração de fotoelétrons. Por estas razões, os dois últimos capítulos desta tese tentaram se concentrar no desenvolvimento de arranjos porfirínicos supramoleculares capazes de explorar e gerar um efeito sinérgico entre porfirinas de cobalto e complexos polipiridínicos de rutênio com propriedade eletrônicas opostas -dependendo da natureza -aceptor ou doador- e sua interação com GO como nano compósitos para a efetiva redução tetra eletrônica de oxigênio e oxidação de isoniazida. Os estudos catalíticos mostraramresultados promissores como possíveis sensores para oxigênio e isoniazida quando comparados com metodologias na literatura.

[pt] Materiais plásticos são largamente utilizados em nosso dia-a-dia em embalagens, sacos e outros produtos. Este tipo de material é utilizado devido a suas propriedades como baixo custo, fácil processabilidade, baixa densidade, resistência a microorganismos e água, estabilidade química e durabilidade. Devido às duas últimas propriedades, os polímeros apresentam baixa degradabilidade, causando problemas ambientais. Como óxido de titânio (TiO2) tem se apresentado eficiente como fotocatalisador, reforçar plástico com partículas deste material tem sido uma nova maneira de decompor polímeros a céu aberto. Nanotubos de trititanato (TTNT) podem ser tratados para produzir nanomateriais à base de TiO2 com alta atividade fotocatalítica para a degradação de gases poluentes. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo produzir e caracterizar filmes de polietileno reforçados com quatro tipos de nanomateriais à base de TiO2: TTNT sem pós-tratamento (A1), TTNT pós-tratado termicamente a 550 graus Celsius (A5), TTNT pós-tratado com ácido (A11) e, como referência, partículas de óxido de titânio comercial fornecido pela Degussa (P-25). Os filmes foram expostos à luz UV em uma caixa fechada por 350 horas em temperatura ambiente. A degradação foi avaliada por meio da perda de peso do filme ao longo do tempo. Os filmes virgens e fotodegradados foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Calorimetria diferencial de Varredura (DSC), Termogravimetria (TGA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os filmes com TTNT pós-tratado fotodegradaram mais do que os com TTNT não tratado, mas menos que os que continham TiO2. Este resultado foi parcialmente atribuído à dificuldade de dispersão dos nanomateriais. / [en] Plastic materials are widely used in our daily lives in bags, food packaging and other products and applications. This type of material is used because of properties such as low-cost, easy processability, low density, resistance to water and microorganisms, and chemical stability and durability. Due to the last two properties, polymers show low biodegradability causing enviro nmental pollution. As titanium dioxide (TiO2) has been shown to be an efficient photocatalyst, the mixture of plastic with this material has been proven to be a new and useful way to decompose solid polymers in open air. Trititanate nanotubes (TTNT) can also be used as a route for developing TiO2-based nanomaterials with high photocatalytic activity for degradation of gas pollutants. Thus, the present research aims to produce degradable polyethylene polymer (PE) films composed with four types of TiO2-based nanomaterials: TTNT as synthesized (A1), TTNT with thermal post-treatment at 550 Celsius degrees (A5), TTNT with acid post-treatment (A11), and, as a reference, commercial TiO2 nanoparticles from Degussa Company (P25).The main characterization tool was the weight reduction measurement during the degradation process. The films were exposed to artificial UV light under ambient air for 350 hours. Virgin and degraded filmes where characterized by X-ray Diffraction, UV-Vis absorption, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and Scanning Electron Microscopy (SEM). Films with post-treated TTNT showed stronger degradation than films with non-treated loads, but weaker than films containing TiO2. This result was partially assigned to the poor dispersion of the nanomaterials.

[pt] A rápida evolução tecnológica vem acompanhada da necessidade de se obter cada vez mais materiais com melhores desempenhos. Os materiais poliméricos, muito utilizados em nosso cotidiano devido as suas características de boa resistência, boa estabilidade química, fácil processabilidade e baixo custo, ainda são restritos para algumas aplicações devido as suas baixas propriedades mecânicas e térmicas, quando comparados ao aço. A fim de atender a essas características, os materiais compósitos à base de polímeros vêm ganhando um importante espaço. Muito já foi relatado sobre a eficiência da inclusão de cargas em escala nanométrica em uma matriz polimérica, para se obter melhoras nas propriedades térmicas e mecânicas. A poliamida 11, muito utilizada em aplicações offshore como revestimento de risers, é um exemplo de polímero que pode possuir melhores propriedades com a aplicação de reforços. Os nanotubos de titanato apresentam boas características mecânicas com módulo de Young em torno de 230 GPa e se apresentam como uma boa carga para nanocompósitos. Sendo assim, no presente trabalho foram fabricados compósitos à base de poliamida 11 com cargas de nanotubos de titanano (TTNT) e nanopartículas de TiO2. Os nanotubos utilizados possuem estrutura de trititanatos e as nanopartículas são do tipo comercial P-25 e foram utilizadas no intuito de comparar os resultados obtidos com os nanotubos, uma vez que estas possuem uma área superficial bem menor. Os nanocompósitos fabricados (A1, A2, A3 e A4) e a poliamida 11 pura (A0 e Ap) foram submetidos a ensaios de tração, termogravimetria (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi observada uma melhora significativa nas propriedades mecânicas para as amostras A1 e A3 e nas propriedades térmicas para as amostras A1, A3 e A4, quando comparadas com a poliamida pura. / [en] The fast technological developments comes with the need to obtain more materials combined with better performance. Polimeric materials, commonly used in our daily because of its characteristics of good strength, good chemical stability, easy processability and low cost, are still restricted for some applications owing to their low mechanical and thermal properties compared to steel. In order to improve these characteristics, composite materials based on polymers are gaining an important space. Much has been reported on the effectiveness of inclusion of fillers at nanoscale in a polymer matrix, to obtain improvements in mechanical and thermal properties. The polyamide 11, widely used in offshore applications as coatings of risers, is one example of polymer which can has better properties with the use of reinforcement. The titanate nanotubes exhibit good mechanical properties with Young’s modulus around 230 GPa and appear as good nanocomposite reinforcement. In this study, polyamide 11 composites reinforced with titanate nanotubes (TTNT) and TiO2 nanoparticles were manufactured. The nanotubes used have trititanate structure and the nanoparticles are the commercial type P-25 and were used in order to compare the results with the nanotubes, as the nanoparticles have a smaller surface area. The nanocomposites produced (A1, A2, A3 and A4) and pure polyamide 11 (A0 and Ap) were submitted to tensile tests, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). A significant improvement on mechanical properties for samples A1 and A3 and for thermal properties in samples A1, A3 and A4 were observed when compared to pure polyamide.

[pt] Foram desenvolvidos nanocompósitos de óxidos dopados com níquel metálico pelo processo Sol-Gel modificado pelo uso do PVA (Álcool Polivinílico) na função de matriz de crescimento dos nanocompósitos. Os precursores dos óxidos foram os nitratos de seus próprios metais. Foram sintetizados três tipos de nanocompósitos óxido de magnésio, óxido de alumínio e óxido de zinco. O trabalho envolveu quatro etapas principais: levantamento bibliográfico, desenvolvimento e caracterização dos nanocompósitos e uso dos nanocompósitos como catalisadores na síntese de nanotubos de carbono. O desenvolvimento dos nanocompósitos foi motivado pela necessidade de materiais com tamanho e estrutura controláveis para emprego como catalisadores pela indústria. Na síntese dos nanocompósitos foi usada uma relação de PVA/ Água de 1/12 que depois foi variada para avaliar a influência sobre a força de hidrólise, a relação entre metal da matriz e níquel metálico foi de 9:1, em porcentagem em massa. Também foi avaliada a influência do surfactante Dodecil Sulfato de sódio (SDS) e do hidróxido de amônio na síntese dos nanocompósitos. Os nanocompósitos sintetizados neste trabalho foram testados como catalisadores no crescimento de nanotubos de carbono pela técnica de High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD). Os catalisadores utilizados tinham tamanho de cristalito aproximado de 11nm no caso de óxido de magnésio e de 5 nm no caso do óxido de alumínio, o níquel metálico formado nestes suportes estava bem disperso e com dimensões estimadas de 3nm. Nanotubos de carbono de uma camada e mais de uma camada foram obtidas somente quando o suporte do níquel metálico era o óxido de magnésio. Os nanotubos foram caracterizados por Raman e microscopia eletrônica de varredura. / [en] Metallic Nickel and oxide nanocomposite have been developed by Sol-Gel process modified by the use of PVA (polyvinyl alcohol) as a matrix for the growth of the nanocomposites. The oxides precursors were nitrates from their own metal. Three types of oxides were synthetized, magnesium oxide, aluminum oxide and zinc oxide. This work is presented in four sections: literature survey, development and characterization of nanocomposites and the use of nanocomposites as catalysts in the synthesis of carbon nanotubes. The development of these nanocomposites was motivated by the need for materials with controllable size and structure for use as catalysts in industry. The synthesis of the nanocomposites used a ratio of PVA / water of 1/12 that was later varied to evaluate the influence of the force of hydrolysis, the relationship between the matrix oxide metal and metallic nickel was 9:1 in mass percentage. The influence of the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and the ammonium hydroxide was also evaluated in the nanocomposites synthesis. The nanocomposites synthesized in this work were tested as catalysts in the growth of carbon nanotubes by the technique of High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD). The catalysts used had a crystallite size of approximately 11nm in the case of magnesium oxide and 5 nm in the case of aluminum oxide, metallic nickel formed on these supports was well dispersed with a size of 3nm. Single layer and multiple layer carbon nanotubes were obtained only when magnesium oxide was the nickel substrate. The nanotubes were characterized by Raman and scanning electron microscopy.

[pt] No intuito de desenvolver novas abordagens para a redução do coeficiente de expansão térmica (CTE) em PEAD, um polímero termoplástico largamente usado em geomembranas onde seu alto CTE contribui para a redução de seu desempenho, titanatos em camadas na forma de nanofolhas foram testados pela primeira vez como os aditivos com esta função. Nanofolhas de titanatos foram sintetizadas a partir de tratamento hidrotérmico alcalino de areias ilmeníticas e foram funcionalizadas com viniltrimetoxisilano (VTMS), visando melhorar a compatibilidade com a matriz PEAD, ou organofilizadas com cloreto de dimetildioctadecilamonio (2C18), para promover a esfoliação/intercalação destas nanocargas no polímero. Posteriormente, estas nanocargas modificadas foram caracterizadas por termogravimetria, espectroscopia de infravermelho, análise de área superficial, análise de CHN, difração de raios-X e microscopia eletrônica de transmissão. Os nanocompósitos foram fabricados por microextrusão e microinjeção com porcentagens mássicas de carga de 0,5 por cento a 10 por cento, em séries denominadas BRANCA, VTMS, VTMS reativa e 2C18. Finalmente os nanocompósitos foram caracterizados através de ensaios de tração, termogravimetria, dilatometria e microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados obtidos na caracterização das nanofolhas permitiram verificar a incorporação do VTMS na superfície por meio de ligações primárias. A modificação com 2C18 foi realizada pela primeira vez neste tipo de material, como foi conferido por difração de raios-X pelo incremento no espaçamento da distância interlamelar. As séries BRANCA e VTMS apresentaram um incremento no módulo de elasticidade e na ductilidade, porém a tensão no escoamento incrementou apenas para o compósito com 0,5 por cento da série BRANCA e para o compósito com 2 por cento da série VTMS. As séries VTMS reativa e 2C18 mostraram redução no módulo de elasticidade e ductilidade. A tensão no escoamento aumentou para o compósito da série VTMS Reativa 0,5 por cento, diminuiu para os compósitos 0,5 e 2 por cento da série 2C18 e permaneceu similar ao PEAD para os outros compósitos destas séries. O compósito que apresentou melhores propriedades foi o VTMS 2 por cento com um aumento em torno de 14 por cento no módulo de elasticidade, de aproximadamente 3 por cento na tensão no escoamento e de aproximadamente 16 por cento na ductilidade. A adição das nanofolhas não alterou significativamente as propriedades de estabilidade térmica da matriz e apresentou decréscimo do CET para a série VTMS 2 por cento. O grau de cristalinidade variou apresentando aumento máximo de aproximadamente 14 por cento na série VTMS 0,5 por cento e redução máxima de aproximadamente 20 por cento na série 2C18 2 por cento. / [en] In order to develop new approaches to the reduction of the coefficient of thermal expansion (CTE) in HDPE, a thermoplastic polymer widely used in geomembranes where its high CTE contributes to the reduction of his performance, in the form of layered titanates nanosheets were tested for the first time as additives with this function. Titanates nanosheets were synthesized from hydrothermal treatment of alkaline ilmenitic sands and were funcionalizated with vinyl trimethoxy silane (VTMS), to improve compatibility with the HDPE matrix, or organofilizated with dimethyl dioctadecyl amonio chloride (2C18), to promote the exfoliation/intercalation of these nanofiller in the polymer. Subsequently, these modified nanofiller were characterized by infrared spectroscopy, thermogravimetry, surface area analysis, CHN analysis, x-ray diffraction and transmission electron microscopy. The nanocomposites were manufactured by microextrusion and microinjection with mass percentages of 0,5 percent to charge 10 percent, in weigth, denominated series VTMS, reactive VTMS and 2C18. Finally the nanocomposites were characterized by tensile, thermogravimetry, dilatometry and transmission electron microscopy. The results obtained in the characterization of nanosheets allowed to check the incorporation of VTMS on the surface by means of primary links. The modifications with 2C18 was performed for the first time this type of material, as was conferred by x-ray diffraction by the increase in the distance interlamelar spacing. The series BRANCA and VTMS presented an increase in modulus of elasticity and ductility, however the voltage in outlets increased only to composite with 0,5 percent BRANCA and series for the composite with 2 percent VTMS series. VTMS series reactive and 2C18 showed a reduction in ductility and modulus. The tension in the flow increased to the series VTMS Reactive composite 0,5 percent, decreased to the composites 2 and 0,5 percent 2C18 series and remained similar to HDPE for the other composites of these series. Composite who presented best properties was the VTMS 2 percent with an increase around 14 percent in modulus, approximately 3 percent on voltage in outlets and approximately 16 percent on ductility. The addition of nanofolhas did not alter significantly the thermal stability properties of the array and fell of the CET for the series VTMS 2 percent. The degree of crystallinity ranged showing maximum increase of approximately 14 percent on 0,5 percent VTMS series and maximum reduction of approximately 20 percent in 2 percent 2C18 series.

[pt] O nanocompósito estudado com função de revestimento anticorrosivo é constituído de Epóxi Novolac Tipo II aditivado com grafeno, sintetizado através do processo de esfoliação/redução do grafite empregando microondas. O sistema epóxi utilizado é composto pelos componentes: A, baseado em bisfenol F e cargas inorgânicas, e o B, endurecedor baseado em um polímero aminado. A síntese do grafeno e sua aditivação no componente A, foram realizadas pelo CTNano - UFMG. O principal objetivo desta dissertação é o estudo da aplicabilidade do nanocompósito, onde o grafeno é utilizado como aditivo complementar em matriz polimérica (epóxi), como alternativa de maximizar a proteção anticorrosiva. Foram estudadas diferentes aditivações: CR (sem aditivo), e aditivadas (0.1 por cento e 0.5 por cento). O substrato utilizado foi o aço carbono 1020, cuja superfície foi preparada com jateamento abrasivo e em seguida revestida com uma pistola de ar comprimido e com solvente para auxiliar o processo. Para avaliar a eficiência destes revestimentos foram realizados ensaios de corrosão (Célula Atlas e Ensaios Cíclicos), teste de aderência (Pull Off), medida de espessura (MEV) e rugosidade do substrato através do rugosímetro analógico e microscopia óptica. Para a dispersão do grafeno foi adicionado diglidil éter de bisfenol A (DGEBA) como um diluente. Os resultados obtidos indicaram que o grafeno apresentava boa dispersão na matriz polimérica. Concentrações de grafeno acima de 0,1 por cento em massa levam à falha da proteção anticorrosiva. Este comportamento pode estar relacionado à presença de solvente residual ou DGEBA não reagido no sistema com grafeno, além de possível atuação de grafeno agregado como ponto de tensão. O mecanismo de adesão revestimento/substrato permaneceu inalterado para todas as aditivações estudadas. / [en] The studied nanocomposite with anticorrosive coating function is composed of Novolac Type II epoxy added with graphene, synthesized through the process of exfoliation / reduction of graphite using microwaves. The epoxy system used consists of the following components: A, based on bisphenol F and inorganic fillers, and B, hardener based on an amino polymer. The synthesis of graphene and its additivation in component A were performed by CTNano - UFMG. The main objective of this dissertation is the study of the applicability of the nanocomposite, where graphene is used as complementary additive in polymer matrix (epoxy), as an alternative to maximize anticorrosive protection. Different additives were studied: CR (without additive), and additives (0.1 percent and 0.5 percent). The substrate used was carbon steel 1020, the surface of which was prepared with abrasive blasting and then coated with a compressed air and solvent gun to aid the process. To evaluate the efficiency of these coatings were performed corrosion tests (Atlas Cell and Cyclic Tests), Pull Off test, thickness measurement (MEV) and roughness of the substrate through the analogous rugosimeter and optical microscopy. For the dispersion of graphene, diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) was added as a diluent. The results indicated that graphene showed good dispersion in the polymer matrix. Concentrations of graphene above 0.1 percent by mass lead to failure of the anticorrosive protection. This behavior may be related to the presence of residual solvent or unreacted DGEBA in the graphene system, in addition to the possibility of aggregated graphene as voltage point. The coating / substrate adhesion mechanism remained unchanged for all additives studied.

[pt] Revestimentos funcionais ou inteligentes (orgânicos, inorgânicos ou híbridos) são materiais que podem ser adaptados para muitas aplicações em que devem ser capazes de executar um conjunto bem definido de funções, como propriedades químicas, mecânicas, elétricas e magnéticas melhoradas. Um dos objetivos deste projeto foi estudar a eficiência do grafeno nanoaditivado em um revestimento epóxi anticorrosivo. Os compósitos foram sintetizados pela adição de grafeno nos teores de 0,1 e 0,5 porcento (p / p) a um revestimento de dois componentes. Para a caracterização do grafeno, foram obtidos difratogramas de DRX e imagens de AFM. Técnicas de caracterização como espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e Raman foram aplicadas para obtenção de informações relevantes da estrutura molecular e modo de interação entre moléculas da resina epóxi e do grafeno. A análise térmica foi realizada para avaliar a resistência térmica do material e determinar a temperatura de transição vítrea do nanocompósito curado. Os resultados dos testes de termogravimetria não indicaram uma alteração significativa na Tg (transição vítrea da matriz polimérica) com a adição da nanocarga. Isso pode estar relacionado à uma cura incompleta da resina e/ou defeitos grafíticos presentes na amostra de grafeno utilizada. Os testes de imersão em célula atlas e ensaios cíclicos mostraram que as adições de grafeno promovem melhorias no revestimento epóxi no que diz respeito à resistência à corrosão, especialmente na concentração de 0,1 porcento em peso. Devido à demanda significativa da indústria por proteção contra corrosão do aço, o entendimento da interação entre o revestimento epóxi e o grafeno como carga é muito relevante no sentido de encontrar propriedades anticorrosivas superiores. / [en] Functional or smart coatings (organic, inorganic, or hybrid) are materials that can be adapted for many applications where they must be able to perform a well-defined set of functions such as improved theirs chemical, mechanical, electrical and magnetic properties. One of the objectives of this project was to study the efficiency of nanoaditivated graphene in an anticorrosive epoxy coating. The composites were synthesized by the addition of graphene in a polymeric matrix in the contents of 0.1 and 0.5 percent (w/w). For the graphene characterization, XRD diffractograms and AFM images were obtained. Characterization techniques such as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman were applied to obtain relevant information on the molecular structure and interaction between epoxy resin and graphene molecules. Thermal Analysis was performed to analyze the material thermal resistance and to determine the glass transition temperature of cured nanocomposite. The thermogravimetry results did not indicate a significant change in the glass transition temperature of the polymeric matrix when submitted to the addition of the nanocharge. This may be related to an incomplete curing process of the resin and/or the presence of defects in the graphene sample. Atlas cell immersion tests and cyclic tests results indicate that graphene additions promote improvements to the epoxy coating concerning corrosion resistance, especially at the concentration of 0.1 percent by weight. Because of the significant demand of industry for steel corrosion protection, the understanding of interaction between epoxy coating and graphene as a filler is very relevant in direction to find out superior anticorrosive properties.

[pt] Nanocompósitos de cobre com nanotubos de carbono (Cu-CNT) são considerados promissores para aplicações em materiais eletrônicos, trocadores de calor e como elementos estruturais. Espera-se que com a adição de CNTs, a matriz de cobre possa melhorar as propriedades mecânicas e de transporte. No presente estudo foram produzidos materiais nanocompósitos de matriz de cobre reforçados 0,5, 2 e 5,0 por cento em massa de MWCNT. O procedimento parte da funcionalização dos MWCNTS por método de oxidação convencional e microondas, e sua posterior incorporação na solução de nitrato de cobre, dispersão, dissociação e redução in-situ, com atmosfera de hidrogênio. Foram avaliadas soluções dispersantes como a água e THF no processo da síntese. Técnicas de compactação a frio com posterior sinterização convencional e Spark Plasma Sintering (SPS) foram usadas para produção de pastilhas. Os CNTs funcionalizados pelo método convencional se mostram efetivos para dispersão e decoração quando utilizado THF como solução dispersante. Análises por TEMEELS indicam a presença de cobre metálico na interface Cu-MWCNT. As pastilhas produzidas por sinterização convencional apresentaram tamanho de grão entre 50 nm e 4 um, com boa distribuição dos CNTs, assim como uma diminuição na resistividade elétrica em 98 por cento usando 5wt por cento MWCNT. Por outro lado, as pastilhas produzidas por SPS apresentaram tamanho de grão entre 50nm e 2 um, com alta segregação e modificação dos MWCNTs nos contornos de grão da matriz, assim como o aumento na resistividade elétrica. Aumento de 139 por cento na dureza e 65.5 por cento no módulo de elasticidade foi observado na amostra contendo 0.5 wt por cento MWCNTs produzida por SPS, enquanto valores similares ou inferiores foram observados nas outras frações em massa de MWCNTs. / [en] Copper- multiwall carbon nanotube nanocomposites (Cu-MWCNT) are been considered as a promising material for applications in electronic materials, heat exchanger and structural elements. It is expected that MWCNT addition in a copper matrix can improve the mechanical and transport properties. In this work Cu matrix nanocomposites reinforced with 0,5 wt percent; 2 wt percent; and 5,0 wt percent MWCNT were produced. The procedure starts from the MWCNTs functionalization by conventional oxidation and microwave methods and subsequent incorporation into the copper nitrate solution, dispersion, dissociation, and in-situ reduction in hydrogen atmosphere. Also, it was evaluated water and THF solutions for MWCNTs dispersants. Cold compaction follow by conventional sintering and Spark Plasma Sintering (SPS) techniques were used to produce pellets. CNTs functionalized by conventional method are shown effective for dispersing and decorating CNTs when THF was used as dispersant solution. TEM-EELS analyses indicate the presence of metallic copper in the Cu- MWCNT interface. Pellets produced by conventional sintering were in the 50nm - 4 um grain size, with good CNT distribution and decreasing in 98 per cent the electrical resistivity using 5wt percent MWCNT. Meanwhile, pellets produced by SPS were in the 50nm - 2um grain size with high segregation and modification of MWCNTs at the grain boundaries, as well as the increase in electrical resistivity. Increase of hardness 139 percent and 65.5 percent in elastic modulus were observed in the sample containing 0.5 wt percent MWCNTs produced by SPS, while similar or lower values were observed in the other MWCNTs fractions.