Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / In this work were studied the effect of the perceptual of glass fiber and the effect of the injection processing parameters on the mechanical properties of the nanocomposite containing polyamide 6/glass fiber/montmorilonita (PA6/GF/MMT). Were available the influence of the mass temperature, mold temperature, injection pressure and the perceptual of glass fiber on the maximum tension and maximum flexion force. The investigate of the factors effect’s on the mechanical properties were realized with Differential Thermal Analysis (DSC), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electronic Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the Mechanical Analysis. The results showed the thermal characteristics of the nanocomposite before and after its processing, the deformation type of the nanoparticles, the crystallinity grade’s of the polymeric matrix and the adhesion quality between glass fibers and the polymeric matrix. For both properties the perceptual of fiber, mold temperature and the injection pressure presented the positive effect. The increase of the magnitude of these factors promotes the increase of the maximum flexion force and maximum tension of the nanocomposite, while the mass temperature presented an effect were negative. / Neste trabalho foram estudados os efeitos do percentual de fibra de vidro e dos parâmetros de processo de injeção nas propriedades mecânicas do nanocompósito de poliamida 6/fibra de vidro/montmorilonita (PA6/FV/MMT). Foi avaliada a influência da temperatura de massa,temperatura de molde, pressão de injeção, além do percentual de fibra de vidro, na tensão máxima por tração e tensão máxima por flexão. As investigações dos efeitos dos fatores sobre as propriedades mecânicas foram realizadas com análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), além das técnicas de caracterização mecânica. Estas técnicas permitiram avaliar as características térmicas do compósito antes e após o processamento, o grau de esfoliamento da argila, o grau de cristalinidade e a adesão entre a fibra de vidro e a matriz polimérica. Para a tensão máxima por flexão, o percentual de fibra, a temperatura do molde e a pressão de injeção apresentaram efeitos positivos. Com o aumento destes fatores ocorre o aumento da tensão máxima, enquanto que para a temperatura de massa o efeito foi negativo. Para a tensão máxima por tração, o percentual de fibra, a temperatura do molde e a pressão de injeção, apresentam efeito positivo, enquanto que para a temperatura da massa o efeito foi negativo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4467.pdf: 16875412 bytes, checksum: a9b98090af34e136764245e2a2eb5e6a (MD5) Previous issue date: 2012-06-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / The structure and morphology of polymers and consequently their properties are dependent on the processing conditions. During the blown film process, high shear and elongational flows can induce a preferred orientation of the polymer chains; controlling the process conditions, it is possible to obtain films with anisotropic properties. Polymeric nanocomposites have attracted industrial and scientific interest due the possibility of obtaining materials with improved thermal, mechanical, and permeation properties by the addition of small contents of inorganic fillers. This dispersed phase can also be affected by the processing conditions and also develop a preferred orientation, and influence the three-dimensional structure of the composite and its properties. In this work, the influence of the nanoparticle s (NPs) shape and processing conditions on the structure (with emphasis on the orientation characteristics) of polyamide 6 (PA6) nanocomposites blown films was evaluated, by the incorporation of an one-dimensional NP (halloysite HNT, with a hollow tubular structure) and a two-dimensional NP (montmorillonite MMT, with lamellar structure) to the polymeric matrix. Using a constant NP content (fixed above the theoretical percolation threshold) and evaluating the presence or absence of the NP s superficial treatment, blown films were obtained in four different processing conditions, varying the take-up and blow-up ratios (TUR and BUR, respectively) and using a fixed mass flow. Unexpectedly, all the films exhibited a preferred orientation of the crystalline lamellae along the normal direction, i.e., along the film thickness, independently of the processing conditions. This behavior was explained by the cooling conditions and initial preferred orientation of the polymer chains in the annular die exit. On the other hand, the NPs presented a preferred orientation along the flow direction and were well distributed and dispersed through the matrix. The film s thermal dynamicviii mechanic, tensile, permeation and optical behaviors were consistent with the structure observed and significant improvements of these properties were achieved for the films of organically treated HNT and MMT PA6 nanocomposites. Regarding the NP s shape, greater aspect ratio and surface area, in the presence of good interfacial interactions, promoted a greater efficiency of reinforcement. / A estruturação e morfologia de materiais poliméricos e, consequentemente suas propriedades, são dependentes do tipo de processamento. Na obtenção de filmes tubulares, o polímero é conformado sob altas taxas de deformação em fluxos cisalhantes e elongacionais, gerando uma orientação preferencial das cadeias poliméricas, podendo-se controlar a anisotropia de propriedades através das condições de processamento. Nanocompósitos poliméricos vem despertando grande interesse industrial e cientifico pela possibilidade de se obter materiais com propriedades térmicas, mecânicas e de permeação superiores, através da adição de pequenas quantidades de cargas inorgânicas. Essa fase dispersa também pode ser afetada pelas condições de processamento e também desenvolver uma orientação preferencial, influenciando na estruturação tridimensional do compósito e em suas propriedades. Nesse trabalho avaliou-se a influencia da geometria da nanocarga e das condições de processamento na estruturação (com ênfase nas características de orientação) de filmes tubulares de nanocompósitos de poliamida 6, incorporando-se uma nanocarga unidimensional (haloisita - HNT, com formato tubular oco) e uma bidimensional (montmorilonita - MMT, com formato lamelar) à matriz polimérica. Utilizando-se um teor de nanocarga fixo, acima do limite de percolação teórico, e avaliandose a influencia da presença ou não de tratamento superficial de organofilização, foram obtidos filmes tubulares em quatro diferentes condições de processamento, variando-se as razões de estiramento e sopro, a uma vazão constante. Inesperadamente, os filmes apresentaram uma orientação preferencial das lamelas cristalinas ao longo da direção normal, ou seja, da espessura do filme, independentemente da condição de processamento. Esse resultado foi explicado pelas condições de resfriamento e orientação inicial das cadeias poliméricas na saída da matriz anelar. As nanocargas, por sua vez, se orientaram na direção do fluxo e apresentaram uma boa dispersão e distribuição pela matriz. Os comportamentos térmico dinâmico-mecânico, mecânico sob tração, de permeabilidade e ótico dos filmes foram coerentes vi com essa estruturação, verificando-se melhorias significativas de desempenho para os filmes de nanocompósitos de HNT e MMT tratados organicamente. Com relação à geometria da nanocarga, maiores razão de aspecto e área superficial, na presença de boas interações interfaciais, promoveram uma maior eficiência de reforço.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6451.pdf: 8418213 bytes, checksum: 272dcc68a458348ed8bc0a61401da437 (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 / Universidade Federal de Sao Carlos / Toughened polyamide 6 (PA6) nanocomposites were obtained by incorporation of acrylonitrile-EPDM-styrene (AES). As compatibilizing agents was used the copolymer methyl methacrylate-anhydride (MMA-MA). The effect of the blending protocol of the components and of the addition of three montmorillonites (Cloisite®30B, Cloisite®20A and Cloisite®Na+) was investigated. The nanocomposites were prepared in a twin screw extruder and then its microstructure, lamellar structure, mechanical, thermal and rheological properties were characterized. The morphology and properties of the nanocomposites were significantly affected by different nanoclays and blending protocol. The characterizations by transmission electron microscopy (TEM), small angle X-ray scattering (SAXS) and wide angle X-ray difraction (WAXD) indicated intercalated structures for the nanocomposites with Cloisite®20A and Cloisite®Na+, in contrast to the ones prepared with Cloisite®30B that exhibited exfoliated structure. The addition of nanoclays in the blends increased the modulus for all nanocomposites with respect to the pure blend. Excellent impact strength results were obtained for the nanocomposites compatibilized with MMA-MA with respect to the blend PA6/AES and ternary systems ternary (PA6/AES/clay), demonstrating the effective presence of the copolymer as a compatibilizer of these systems. It was observed a good correlation between mechanical properties and morphology. An increase in rigidity is accompanied by a corresponding increase in toughness when the clay is present in both phases. A significant increase in long period of nanocomposites compared to the PA6 was observed through SAXS results. In this work, polymer blends compatibilized with MMA-MA were also prepared and a significant increases in the mechanical behavior these materials was observed. / Nanocompósitos poliméricos de poliamida 6 (PA6) tenacificados foram obtidos através da incorporação de acrilonitrila-EPDM-estireno (AES). O copolímero acrílico metacrilato de metila-anidrido maleico (MMA-MA) foi utilizado como agente de compatibilização para este sistema. O efeito da ordem de mistura dos componentes e da adição de três argilas montmorilonitas (Cloisite®30B, Cloisite®20A e Cloisite®Na+) foi investigado. Os nanocompósitos foram preparados em uma extrusora de rosca dupla corotacional e caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios-X de baixo ângulo (SAXS) e alto ângulo (WAXD), ensaios mecânicos, térmicos e reológicos. A morfologia e propriedades dos nanocompósitos foram significativamente afetadas pelas diferentes nanoargilas e sequências de mistura. As caracterizações por MET, WAXD e SAXS indicaram a presença de estrutura intercalada para os nanocompósitos com Cloisite®20A e Cloisite®Na+, em contraste com aqueles preparados com Cloisite®30B que apresentaram estrutura esfoliada. A adição das nanoargilas à blenda aumentou o módulo de elasticidade destes materiais. Excelentes resultados de resistência ao impacto foram obtidos para os nanocompósitos compatibilizados com o MMA-MA (sistemas PA6/AES/argila/MMA-MA) em relação à blenda PA6/AES e aos sistemas ternários PA6/AES/argila, evidenciando a presença efetiva do copolímero como agente de compatibilização destes sistemas. Foi possível obter um aumento na rigidez nas misturas com Cloisite®20A, acompanhado de um correspondente aumento na tenacidade quando a argila está presente em ambas as fases. Um aumento bastante significativo nos valores de período longo dos nanocompósitos em relação à PA6 foi observado através dos resultados de SAXS obtidos em diferentes temperaturas. Blendas poliméricas de PA6/AES compatibilizadas com MMA-MA também foram preparadas e foram verificados aumentos significativos nas propriedades mecânicas destes materiais em relação à blenda pura sem agente compatibilizante.

Submitted by GILSON PIQUERAS GARCIA null (gilson.piqueras@gmail.com) on 2018-03-13T17:35:56Z No. of bitstreams: 1 Garcia, Gilson Piqueras. Efeito do tratamento de polímeros em plasmas de nitrogênio 2018. Tese (Doutorado).pdf: 3148171 bytes, checksum: 4ca44c01e1ec375c08f9b89261de68f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucimara Kurokawa Shinoda null (lucimaraks@sorocaba.unesp.br) on 2018-03-14T17:38:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 garcia_gp_dr_soro.pdf: 3148171 bytes, checksum: 4ca44c01e1ec375c08f9b89261de68f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-14T17:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 garcia_gp_dr_soro.pdf: 3148171 bytes, checksum: 4ca44c01e1ec375c08f9b89261de68f3 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O politetrafluoretileno (PTFE) e a poliamida 6 (PA 6) são polímeros que têm excelentes qualidades mecânicas, elétricas e químicas. Por isto, são utilizados em diversos componentes de equipamentos mecânicos e elétricos entre várias outras aplicações. Entretanto o PTFE possui um ângulo de contato com a água (WCA) de cerca de 120º e a PA 6 um WCA de cerca de 60º. Isto, especialmente no caso do PTFE, diminui a sua adesividade com outros materiais. Para resolver este problema várias técnicas têm sido sugeridas, como, por exemplo, tratamentos químicos e tratamento a plasma. Entre elas o tratamento a plasma, que tem a vantagem de produzir modificações apenas na superfície, não alterando o interior do material. O objetivo deste trabalho é estudar como o WCA varia em função dos parâmetros do tratamento a plasma de nitrogênio, a pressão do gás (p), a potência (P) e o tempo de tratamento (t). O nitrogênio foi escolhido por ser um gás cujo plasma, segundo a literatura, causa reduções significativas no ângulo de contato da superfície de polímeros. Várias séries de tratamento foram conduzidas, tanto para o PTFE quanto para a PA 6. Foram obtidas reduções significativas no WCA, ocorrendo o resultado notável de WCA = 0º para p = 2,6 Pa, P = 300 W e t = 30 min, tanto para o PTFE quanto para a PA 6. Em função dos resultados, dentro do intervalo de parâmetros utilizado, concluiu-se que, de uma forma geral, o WCA diminui com a potência e com o tempo de tratamento, e que o WCA tem um comportamento notável em função da pressão do gás, diminuindo inicialmente até atingir o valor mínimo (ótimo) de 0º para p = 2,6 Pa, e então passa a crescer a partir deste ponto. A redução do WCA das amostras tratadas foi consequência do aumento da energia de superfície, motivado pela incorporação de funções nitrogenadas e oxigenadas nas suas superfícies. A Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) foi usada para caracterizar a composição e estrutura da superfície do PTFE e da PA 6. A rugosidade e o ângulo de contato dos polímeros foram medidos por perfilometria e goniometria, respectivamente. A análise XPS mostrou, para o PTFE, que houve incorporação de oxigênio e nitrogênio, para a PA 6, o aumento da concentração de oxigênio, e para ambos, a presença de grupos químicos polares em sua superfície. As medições do WCA em função do tempo decorrido após o de tratamento, mostraram que, para o PTFE e para a PA 6, o WCA volta a crescer, estabilizando em torno de 90 dias, quando, para o PTFE atinge cerca de 80% do WCA da amostra sem tratamento. A PA 6 apresentou um resultado notável, com o WCA estabilizando com um valor de cerca do dobro do valor do WCA da amostra sem tratamento, o que transforma a sua superfície de hidrofílica para hidrofóbica, possibilitando novas possibilidades de usos em engenharia. / Polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyamide 6 (PA 6) are polymers that have excellent mechanical, electrical and chemical properties. Therefore, they are used in diverse mechanical and electrical equipment components among many other applications. However, PTFE has a water contact angle (WCA) about of 120º and PA 6 has a WCA about of 60º. This, especially for PTFE, decreases their adhesiveness with other materials. To solve this problem, many techniques have been proposed, such as chemical and plasma treatments. Among them the plasma treatment has the advantage of producing modifications on the surface only, altering the bulk. The objective of this work is to study how the WCA varies as a function of the nitrogen plasma treatment parameters, the gas pressure (p), the applied power (P) and the treatment time (t). Nitrogen plasmas were used in this study since, according the literature, such plasmas significantly reduce the surface contact angle of polymers. Several series of treatment were conducted, for PTFE as for PA 6. Significant reductions in WCA were obtained, including a WCA of 0º notable for p = 2.6 Pa, P = 300 W and t = 30 min, for PTFE as for PA 6. Thus, from the results, within the range of the parameters studied, it was concluded that, in general, the WCA diminishes as the power and as the treatment time increases, and that the WCA has a notable behavior as a function of the gas pressure, initially decreasing to reach a minimum (optimum) value of 0 º for p = 2.6 Pa, and then increasing after this point. The reduction in WCA of the treated samples was a consequence of the increase in surface energy, motivated by the incorporation of surface functionalities. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to characterize the structure and composition of the PTFE and PA 6 surfaces. Roughness and surface contact angles of the polymers were measured using profilometry and goniometry, respectively. XPS analyses reveal, for PTFE, the incorporation of oxygen and nitrogen, for PA 6 the increase of oxygen concentration, and for both the presence of polar chemical groups on the treated surface. Measurement of the WCA as a function of the time after the treatment, showed that, for PTFE and PA 6, the WCA tends to increase, stabilizing after about 90 days, when, for PTFE, it reaches about of 80% of the value for virgin PTFE. PA 6 showed a notable result, the WCA stabilized at about double the value of the WCA of virgin PA6, indicating a switch from a hydrophilic to a hydrophobic surface, thus enabling new uses as an engineering polymer.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanocompósitos de poliamida 6 (PA6) e montmorilonita modificada com sal de amônio quaternário têm sido estudados, visando melhorar as propriedades térmicas e mecânicas. De fato os efeitos da nano-escala e da interação carga-matriz resultam em maior módulo de elasticidade e resistência à tração, porém a deformação é reduzida. Assim, nesse trabalho, optou-se por adicionar elastômeros, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM) e terpolímero de etileno-propileno-dieno modificado com anidrido maleico (EPDM-MA), ao sistema PA 6/argila organofílica para recuperar os valores de deformação. Foi utilizada montmorilonita modificada com cloreto de dimetildioctadecil amônio. A intercalação por fusão foi realizada em câmara interna de mistura. Além das propriedades mecânicas, térmicas e reológicas, foram investigadas as modificações na cristalinidade da fase PA-6 em função da adição da argila modificada, EPDM e EPDM-MA, detectando-se as variações no grau de cristalinidade e nas temperaturas de fusão e cristalização. Os difratogramas de raios-x revelaram ocorrência de intercalação/esfoliação e também modificação da forma cristalina da PA 6, indicando a formação do cristal gama / Nanocomposites of polyamide 6 and montmorillonite modified with alquil-ammonium salts have been studied, searching for the improvement of mechanical and thermal properties. In fact the effects of the nano-scale and the interaction matrix-filler result in larger module of elasticity and tensile strength. However, the elongation at break was greatly reduced. Therefore, in this work, it has been decided to add elastomers, ethylene-proplene-diene terpolymer (EPDM) and ethylene-proplene-diene terpolymer funcionalized with maleic anhydride (EPDM-MA), to the system PA6/organoclay, using modified montmorillonite with ditallowdimethylammonium chloride. The nanocomposites were prepared by melt intercalation technique in a mix internal chamber. Besides the mechanical, thermal and rheological properties, the modifications in the crystallinity of PA6 phase were investigated, being detected the variations in the degree of crystallinity and in the melt temperature and crystallization. The diffractograms of x-ray (XRD) revealed occurrence of intercalation/exfoliation as well as modification of the crystalline form of PA 6, indicating the formation of  crystals

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:43:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vallim_MarcioRoberto_D.pdf: 1739419 bytes, checksum: ccd0a1bb0b8347580c6c5296c09efe30 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Blendas poliméricas, geralmente, são imiscíveis, devido à baixa entropia de mistura, e incompatíveis, devido à ausência de interações intermoleculares entre as fases, resultando em propriedades mecânicas inadequadas. O uso de copolímeros bloco ou de enxertia é uma forma de promover a adesão entre as fases e reduzir a tensão interfacial. Neste trabalho foi estudado o efeito da substituição do polietileno de alta densidade pelo polietileno de alta densidade pós-consumo (PEpc) em blendas com a poliamida-6 (PA6), a fim de verificar se o PEpc age como um compatibilizante. As blendas foram preparadas nas composições de 25, 50 e 75 % em massa de PA6, usando extrusora mono- ou dupla-rosca com perfil de temperatura de 230 a 255 °C a 102 rpm. Os ¿espaguetes¿ foram resfriados em banho d¿água, picotados e, posteriormente, injetados com o mesmo perfil de temperatura e os corpos de prova foram resfriados no molde a 20 °C por 20 s. A microscopia eletrônica de varredura das fraturas criogênicas revelou uma redução no diâmetro médio da fase dispersa das blendas contendo PEpc e os ensaios mecânicos mostraram que ocorreram aumentos da tensão na força máxima, do módulo de flexão e da resistência ao impacto. Por outro lado, a estabilidade térmica (temperatura inicial de degradação e temperatura de máxima velocidade de degradação) e as propriedades térmicas (entalpia de fusão e temperaturas de fusão e de cristalização) não sofreram alteração significativa. A hipótese da interação entre o PEpc e a PA6 foi reforçada pela aplicação dos dados de viscosidade aparente dos homopolímeros ao modelo empírico de Wu, pela formação de suspensão coloidal estável durante o teste de Molau e pelo aumento do módulo de armazenamento, verificado pela análise dinâmico-mecânica. Conclui-se que os grupos polares resultantes da degradação da cadeia do PEpc interagem quimicamente com a PA6, desempenhando um efeito compatibilizante, o qual, resulta em redução da tensão interfacial e aumento da adesão entre as fases da blenda / Abstract: Polymer blends are commonly immiscible, due to the small entropy of mixture, and incompatible, caused by the absence of intermolecular interactions between the phases, resulting in poor mechanical properties. The addition of block or graft copolymers is an alternative way to improve the adhesion at the interface and to reduce the interfacial tension. In this work, high density polyethylene or post-consumer high density polyethylene (PEpc) were blended with polyamide-6 (PA6) to verify the supposed compatibilizing effect of PEpc. Blends were prepared with 25, 50 and 75 wt % of PA6, by using a single- or a twin-screw extruder, at a temperature range from 230 to 255 °C and 102 rpm rotational speed. Test specimens were obtained by injection molding at the same conditions of the extrusion. The temperature and the period of molding were 20 °C and 20 s, respectively. The scanning electron microscopy showed a reduction in the size domains of the disperse phase when PEpc was used, in addition the tensile strength, the flexural modulus and the impact strength were improved. The thermal stability (onset degradation temperature and maximum degradation temperature) and the thermal properties (melting and crystallization temperatures and fusion enthalpy) were unaffected by PEpc. The hypothesis of the compatibilizing effect of PEpc was supported by the simulation for domain size using the Wu equation, by the formation of a colloidal suspension in the Molau test and by the increase of storage modulus in the dynamic-mechanical analysis. It could be concluded that PEpc acts as a compatibilizer in PA6 blends, decreasing the interfacial tension and improving the phase adhesion, by the interaction of the amine end groups of PA6 and the polar groups of PEpc, generated from its environmental and thermomechanical degradation / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Andre Luiz Jardini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T19:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_MariaCarolinaBurgos_D.pdf: 4625238 bytes, checksum: 91a8789c479692b23293ebf51336dd65 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma característica importante no projeto de uma unidade experimental de polimerização é o fato de que, já nas primeiras etapas de síntese conceitual do processo, sejam considerados os aspectos econômicos associados ao mesmo. O potencial econômico do processo deve ser analisado para descartar alternativas inviáveis e para ordenar, segundo seu potencial de rentabilidade, as que devem seguir sendo objeto de estudo e desenvolvido em etapas posteriores. Este trabalho tem como objetivo o projeto e a implantação de uma unidade experimental de polimerização, destinada ao desenvolvimento de Nylon-6 para novas aplicações como plástico de engenharia, em especial para aplicações em processo de prototipagem rápida com laser de CO2. O processo investigado é a polimerização hidrolítica do Nylon-6, a partir do monômero e-caprolactama, em um reator de bancada em batelada. Foram identificadas as condições operacionais para obter o polímero com as propriedades desejadas, levando-se em conta as várias etapas da reação. Os estudos de modelagem e simulação do processo incluem os passos necessários para o desenvolvimento do modelo, envolvendo as equações da cinética de reação de polimerização e os balanços de massa e energia. O modelo desenvolvido é útil para otimizar o desempenho do reator experimental e, consequentemente, investigar várias alternativas operacionais, visando encontrar soluções mais econômicas para o processo. O polímero obtido a partir da planta piloto de polimerização poderá ser empregado como insumo em processos de prototipagem e em particular na máquina de prototipagem rápida, desenvolvida e instalada no Laboratório de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA), possibilitando o desenvolvimento de protótipos e modelos tridimensionais, além de produtos com alto valor agregado. / Abstract: A main characteristic in the design of polymerization experimental unit is to take into consideration economic aspects already in initials stages of conceptual synthesis of the process. The economic potential of the process has to be analyzed in order to take decisions about possible alternatives so that it is possible to classify by its potential performance the options which should remain for further studies in advanced stages of process conceptual design. This research has as main objective the design, implementation and operation of an experimental polymerization unit for development of Nylon-6 especially focused for new applications as a engineer plastic - in special on its application on processes of rapid prototyping using CO2 laser. Specifically, the examined process is the hydrolytic polymerization of Nylon-6 (from e-caprolactam monomer) in a batch reactor. A search was carried out to define the process operational conditions taking into account all the reaction steps. The efforts on process modeling and simulation include the necessary paths to the model development, involving kinetic equations of polymerization reaction and the mass and energy balances. The developed model is useful to optimize the experimental reactor performance and, then, investigate several possible operational alternatives, bearing in mind the objective of establish better economic solutions for the process, whereas keeping the desired properties. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: João Sinézio de Carvalho Campos, Marco-Aurélio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T19:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_NataliaGarrotede_M.pdf: 8371421 bytes, checksum: b1ace4db177a03ca77cde81260779535 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Considerando a importância da reciclagem, o presente trabalho teve como objetivo apresentar as propriedades mecânicas, térmicas e reológicas do material polimérico obtido a partir do processo de reciclagem de embalagens multicamadas constituídas de poliamida 6 (PA 6), polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de baixa densidade linear (PEBDL). Obteve-se o material polimérico processando-se em extrusora mono-rosca as embalagens com compatibilizantes (CP) de polietileno funcionalizado com anidrido maleico (PE-g-AM) e polietileno de alta densidade pósconsumo (PEADpc). As amostras foram preparadas nas composições que variam de 50 a 100% em massa de embalagem aglutinada. O melhor desempenho no ensaio de tração foi obtido com PE-g-AM. Porém, a adição deste CP nas blendas que continham o PEADpc, mostrou-se desnecessária. Os corpos de prova sem PE-g-AM apresentavam delaminações, devido à falta de compatibilidade entre os diferentes materiais. Entretanto, as propriedades de flexão das blendas com PEADpc foram melhores quando comparadas com as que continham PEAD virgem. Estes dados sugerem que grupos polares, originados na degradação oxidativa do polímero pósconsumo, reagiram com grupos polares da poliamida, promovendo melhor compatibilização. As análises de Microscopia Eletrônica de Varredura mostraram que estes compatibilizantes contribuíram para a diminuição do tamanho dos domínios da fase dispersa, resultando em uma mistura mais homogênea. As blendas que continham o polietileno virgem apresentaram um aumento na viscosidade quando o PE-g-AM foi adicionado. De acordo com as propriedades físico-químicas, estes materiais podem ser utilizados, por exemplo, em aplicações na área moveleira, lonas ou vasos / Abstract: Considering the importance of recycling, this study aimed to show mechanical, thermal and rheological properties from recycled multilayers packaging consisted of polyamide 6 (PA6), low density polyethylene (LDPE) and linear low density polyethylene (LLDPE). The polymeric material was processed in a single screw extruder. Two compatibilizers (CP) were applied: polyethylene-graft-maleic anhydride (PE-g-AM) and post-consumer high density polyethylene (PEADpc). Blends were prepared from 50 to 100% of agglutinated packaging. The best tensile properties were obtained with PE-g-AM. However, It is not necessary the addition of this CP in the blends with PEADpc. The specimens without PE-g-AM showed delamination, because of the lack of adherence of different polymeric materials contained in these blends. Nevertheless, the flexural properties of the blends with PEADpc were better than those with virgin PEAD. These results suggested that the polar groups from PEADpc, originated from oxidation process, may have reacted with polar groups from polyamide. The scanning electron microscopy showed a reduction in the size domains of the disperse phase when these CP were used. This produced a more homogeneous mixture. Other characteristic observed is that the addition of PE-g-AM in blends with virgin PEAD appears to increase the viscosity. The materials obtained can be applied, for example, in furniture in general, tarpaulins or vessels / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Carolina Burgos Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:40:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pattaro_AnaFlavia_M.pdf: 11480434 bytes, checksum: e73b5f91ac734cab17a6d1dd1e142174 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este projeto envolve o estudo e desenvolvimento de materiais compósitos (polímero/carga) nanoestruturados (nanocompósitos), produzidos em uma unidade experimental de polimerização, destinada ao desenvolvimento de Nylon -6 (Poliamida-6 ou PA-6) para novas aplicações como plástico de engenharia. O estudo envolve o processo de polimerização de PA-6 e nanocompósitos de PA-6/argila organofílica a partir do monômero 'ÉPSILON '-Caprolactama, como também a produção das argilas organofílicas. A mistura é feita em um reator de bancada em batelada no qual argilas bentoníticas sódica e organofilizada são adicionadas à massa reacional (matriz polimérica) durante o processo de polimerização. Os estudos para o desenvolvimento de PA-6 e de seus nanocompósitos com diferentes características pretendem correlacionar os parâmetros reacionais e operacionais às propriedades finais do polímero obtido. Para isto, estudos de simulação do processo de polimerização foram desenvolvidos, juntamente com análises experimentais do produto. Dessa forma, a PA-6 e os nanocompósitos produzidos por meio do processo de polimerização in situ foram avaliados levando em consideração a eficiência da incorporação ou grau de esfoliação da argila no polímero, a massa molecular dos polímeros/nanocompósitos obtidos e suas características térmicas, determinadas por análises de DSC e TGA. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a polimerização in situ de nanocompósitos de PA-6/Argila Organofílica, utilizando o processo de polimerização hidrolítica da PA-6, é um processo viável de produção de nanocompósitos, uma vez que foi observada, através da técnica de DRX, uma possível formação de nanocompósitos esfoliados e/ou intercalados. Além disso, as simulações do processo de polimerização da PA-6, com ou sem a adição de argilas, apresentaram boa concordância com os valores obtidos experimentalmente / Abstract: This project involves the study and development of composite materials (polymer / filler) nanostructured (nanocomposites), produced in an experimental polymerization unit, for the development of Nylon-6 (Polyamide-6 or PA-6) for new applications such as engineering plastics. The study involves the PA-6 and PA-6/organoclay nanocomposites polymerization process using 'ÉPSILON '-caprolactam monomer, as well as the production of organoclays. The blend is done in a batch reactor in which organophilizated and sodic bentonite are added to the reaction mass (polymeric matrix) during the polymerization process. The studies on the development of PA-6 and its nanocomposites with different characteristics intend to correlate the reaction and operational parameters to the final properties of the obtained polymer. Thus, simulation studies of the polymerization process were developed, along with experimental analysis of the product. In this sense, PA-6 and nanocomposites produced by the in situ polymerization process were evaluated taking into account the incorporation efficiency or the exfoliation rate of the clay in the polymer, the molecular weight of polymers / nanocomposites obtained and their thermal characteristics, determined by DSC and TGA analysis. Based on these results, the conclusion is that the in situ polymerization of PA-6 and PA-6/organoclay nanocomposites using the PA-6 hidrolitic polymerization process, is a viable process for the production of nano-composites, since it was observed through the DRX technique a possible formation of exfoliated and/or intercalary nanocomposites. In addition, the PA-6 polymerization process simulations, with or without the addition of clays, presented a good fit with the experimental values / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:16:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_FelipeCicaroni_M.pdf: 51828578 bytes, checksum: b3a63c9d7ab1213d6d2a9bf08d144d8d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: No atual cenário energético e ambiental, as fibras vegetais vêm surgindo como alternativa promissora às fibras de vidro, utilizadas como reforço em compósitos poliméricos. Essa estratégia apresenta vantagens, tais como: redução da densidade do compósito, menor desgaste abrasivo do equipamento de processamento e menor impacto ambiental. É possível obter compósitos termoplásticos reforçados com fibras vegetais com propriedades mecânicas comparáveis aos compósitos com fibra de vidro, desde que se use o método de processamento adequado. Nesse trabalho, foram desenvolvidos compósitos de poliamida-6 reforçados com fibras de celulose, provenientes do Eucalyptus sp. A poliamida-6 é uma matriz especialmente desafiadora devido à sua alta temperatura de processamento, que se sobrepõe com a de termodegradação das fibras. A seleção das condições corretas de processamento por extrusão permitiu a obtenção de compósitos com incorporação de até 40 wt % de fibras, sendo 30 wt % a formulação com melhor balanço entre densidade e ganho de propriedades mecânicas de tração, flexão e impacto. Estudos de XPS mostraram que a umidade natural da fibra promove a interação fibra/matriz, como proposto em trabalhos anteriores. Em uma segunda etapa, avaliou-se o efeito estabilizante causado pela presença de lignina nas fibras. Estudos anteriores mostraram que a lignina possui estruturas químicas semelhantes às dos estabilizantes primários comerciais, atuando como antioxidante. Isso foi possível utilizando fibras que passaram por processo incompleto de branqueamento. Através de um ensaio de envelhecimento acelerado, observou-se que, quanto maior o teor de lignina na fibra menor é a formação de compostos carbonílicos na superfície do corpo de prova, indicando efeito estabilizante. A presença da lignina não altera significativamente as propriedades mecânicas e térmicas desses compósitos. Conclui-se que, compósitos de poliamida-6 reforçados com 30 wt % de fibras de celulose branqueada ou semi-branqueada são capazes de competir com os compósitos tradicionais com fibra de vidro, e a presença de lignina na fibra pode diminuir a necessidade da utilização de estabilizantes comerciais / Abstract: In the current energy and environmental scenario, vegetal fibers are emerging as a promising alternative to glass fibers used as reinforcement in polymer composites. This strategy presents advantages, such as: reduction in the density of the composite, less abrasive wear to the processing equipment and lower environmental impact. Using the adequate processing condition, it is possible to produce thermoplastic composites reinforced with vegetable fibers with mechanical properties comparable to those of the glass fiber composites. In the present work, we developed polyamide-6 composites reinforced with cellulose fibers derived from Eucalyptus sp. Polyamide-6 is an especially challenging matrix due to its high processing temperature, which overlaps the temperature of thermodegradation of the fibers. The selection of the correct processing conditions for extrusion permitted the production of composites with incorporation of fibers up to 40 wt %, and 30 wt % formulation showed the best balance between density and of tensile, flexural and impact resistance mechanical properties. XPS studies showed that the natural moisture in the fibers promotes the fiber/matrix interaction, as proposed in previous works. In sequence, we assessed the stabilizing effect caused by the presence of lignin in the fibers. Previous studies have shown that lignin presents chemical structure similar to the commercially used primary stabilizers, acting as antioxidant. This was made possible by using fibers which have undergone an incomplete bleaching process. Through an accelerated weathering test, we observed that the higher the content of lignin in the fiber, the lower the formation of carbonyl compounds on the test sample surface, indicating a stabilization effect caused by lignin. The presence of lignin did not significantly affect the mechanical and thermal properties of the composites. In conclusion, polyamide-6 composites reinforced with 30 wt % of bleached or semi- bleached cellulose fibers are capable of competing with traditional glass fiber composites, and the presence of lignin in fibers may decrease the necessity for the use of commercial stabilizers / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química