Orientador: José Arana Varela / Banca: Paulo Roberto Bueno / Banca: Younès Messaddeq / Banca: Jeosadaque José de Sene / Banca: Sonia Maria Zanetti / Resumo: Neste trabalho, filmes finos de SrBi2(Ta1-xNbx)2O9 (SBTN) puros e modificados com tungstênio foram preparados através do método dos precursores poliméricos. Os reagentes básicos utilizados na preparação foram: complexo amoniacal de nióbio, carbonato de estrôncio, óxido de bismuto, etóxido de tântalo e óxido de tunstênio. O ácido cítrico foi utilizado como agente complexante e o etilenoglicol e etilenodiamina como agente polimerizante. Os filmes foram depositados sobre substrato de Pt/Ti/SiO2/Si(100). As propriedades estruturais e microestruturais foram avaliadas por difratometria de raios-X (DRX), microscopia de força atômica (MFA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). "Loops" de histerese foram obtidos para avaliar as propriedades ferroelétricas. As propriedades dielétricas foram determinadas através das medidas de capacitância em função da frequência. DRX dos pós de SBTN mostraram que a fase perovisquita forma a uma temperatura acima de 600 ?C e que abaixo desta temperatura existe uma fase secundária tipo fluorita. O refinamento pelo método de Rietveld indicou uma estrutura ortorrômbica com grupo espacial 2A1ma. Os filmes cristalizados segundo a rota de cristalização intermediária amorfa mostrou-se mais promissora aos obtidos pela rota de cristalização intermediária cristalina. A razão Ta/Nb foi avaliada no sistema SBTN onde foi observado grãos menores com adição de tântalo. Os filmes multicamadas apresentaram uma microstrutura densa, livres de trincas e com tamanho médio de grãos da ordem de 100 nm. A adição de tungstênio no sistema SBTN melhorou as propriedades ferroelétricas. Filmes mofidicados com 2,0 mol% de tungstênio mostrou polarização remanescente e campo coercitivo de 8,0 ?C/cm2 e 165 kV/cm, respectivamente e constante dielétrica e fator de dissipação de 114 e 0,03, respectivamente. / Abstract: In this work, pure and tungsten doped SrBi2(Ta1-xNbx)2O9 (SBTN) thin films and powders were synthesized by the polymeric precursor method. Niobium ammonium complex, strontium carbonate, tantalum ethoxide, tungsten oxide and bismuth oxide were used as cation sources. Citric acid was used as complexing agent and ethylene glycol and ethylenediamine as polymerization agent. The films were deposited successfully on Pt/Ti/SiO2/Si(100) substrates by spin-coating technique. The structural and microstructural properties of the films were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electronic Microscopy (SEM) techniques. Histeresis loops were obtained to evaluate the ferroelectric properties. The dielectric properties were evaluated by capacitance analyses as function of frequency. XRD analysis of the SBTN powders showed that perovskite phase forms at temperature as low as 600 ?C through an intermediate fluorite phase. Rietveld refinement indicated an orthorhombic structure with 2A1ma space group. the films crystallized by intermediate amorphous route is more promising than intermediate crystalline route. Ta/Nb ratio were evaluated in the SBTN thin films and showed decrease of grain size when tantalum was added. The multilayered films presented a dense and crack free with spherical grains around 100 nm. Tungsten addition in the SBTN system improved the ferroelectric properties. 2.0 mol% in W6+ in the SBTN thin film showed remanent polarization and coercive field values of 8.0 ?C/cm2 and 165 kV/cm, respectively and dielectric constant and dissipation factor values of 114 and 0.030, respectively. Tungsten doped SBTN thin films were annealing at 700 ?C in oxygen atmosphere to improve the ferroelectric properties. The films showed good ferroelectric and dielectric properties. The remanent polarization and coercive field values of 8.2?C/cm2 and 85 kV/cm, respectively, were found for the 2.0 %mol tungsten doped SBTN film / Doutor

No presente trabalho foram produzidos protótipos de liners de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e de alta densidade (HDPE), usados para fabricar cilindros para Gás Natural Veicular GNV, tipo IV por moldagem rotacional ou rotomoldagem. Diversas composições da blenda de LLDPE/HDPE foram utilizadas de forma a verificar os efeitos dos parâmetros de processo (ciclo de temperatura, tempo e velocidade de rotação) na miscibilidade da blenda e das propriedades finais do liner, tais como, densidade, porosidade e comportamento de cristalização, permitindo produzir a parede do cilindro o mais homogênea possível e capaz de armazenar o gás à alta pressão. O liner foi produzido com a blenda polimérica que apresentou as melhores propriedades nos experimentos realizados. O trabalho avalia a resistência à pressão hidrostática (burst pressure test) de um protótipo de um liner polimérico para vasos de pressão. O liner será usado em um cilindro de GNV, feito de fibra de carbono e resina epóxi, manufaturado pelo processo de enrolamento filamentar, com variação da espessura da camada externa de fibra de carbono e mantendo constante a espessura da parede. Testes experimentais foram realizados no liner em modelos em escala reduzida e real. O desenho e a análise da falha do compósito laminado e do liner de blenda polimérica foram realizados utilizando o critério de Tsai-Wu e von Mises, respectivamente, com a simulação por elementos finitos – FEA, no software Abaqus. Os resultados confirmam a importância dos testes e das simulações para definir os parâmetros de produção adequados do liner polimérico para desenvolver o vaso de pressão em compósito. / In the present work, liner prototypes of linear low density (LLDPE) and high density polyethylene (HDPE) blends, used for CNG (Compressed Natural Gas) type IV cylinders manufacture were produced. The LLDPE/HDPE blend composition was varied in order to verify the effect of the process parameters (temperature cycle, time and rotation speed) on the blend miscibility and liner final properties, such as density, porosity and crystallization behavior, in order to obtain a homogeneous wall capable of retain high pressure gas. The liner was produced with the polymer blend that showed the best properties in the experiments realized. The work concerns the hydrostatic pressure strength (burst pressure test) of a prototype polymeric pressure vessel liner. The liner is to be used in an all-composite carbon epoxy CNG shell, manufactured by the filament winding process, with varying the number of carbon fiber layers keeping constant the wall thickness. Experimental hydrostatic tests were conducted in the liner in reduced and real scale models. Design and failure prediction of the composite laminate shell and the polymer blend liner were conducted using Tsai-Wu and von Mises criteria respectively in the Finite Element Analyses - FEA software Abaqus. Results confirmed the importance of the tests and simulations to define adequate production parameters for polymeric liner in order to develop a composite pressure vessel.

Orientador: Lucia Helena Innocentini Mei / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:23:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_GustavoSpinaGaudenciode_D.pdf: 6860623 bytes, checksum: 3248bd8abd1d7065b4207a111916b9b1 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O crescente aumento da deposição de lixo plástico, sobre a superfície terrestre, tem levado renomados pesquisadores mundiais a desenvolverem novos produtos e métodos para preservar o meio ambiente sem prejuízo da crescente demanda destes materiais. Dentre algumas boas alternativas, como incineração, reciclagem e pirólise, a produção de polímeros ambientalmente degradáveis (EDP?s) a partir de fontes renováveis é uma delas, com destaque para o amido, um dos melhores devido a sua fácil obtenção e baixo custo. Porém possui pobres propriedades mecânicas para sua aplicação pura. Por outro lado, o PEBD, um dos polímeros sintéticos mais usados no mundo, não se degradada por várias décadas na natureza, mas destaca-se pela fácil obtenção e baixo custo. Assim a adição do amido ao PEBD constitui-se em uma alternativa viável de se induzir a biodegradação do último. As amostras de PEBD/Amido foram processadas em extrusora mono rosca, em três proporções diferentes, e usadas para obter corpos de prova para os ensaios de tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Após as caracterizações mecânicas, morfológicas e térmicas, decidiu-se observar a degradação ambiental através do enterro das amostras em solo de acordo com as normas ASTM. Os resultados indicaram que o acréscimo de amido à matriz olefínica causou diminuição das propriedades mecânicas dos produtos, quando comparados ao PEBD puro, bem como as amostras de PEBD/Amido natural apresentaram menor resistência mecânica frente às amostras de PEBD/Amido acetilado. Em relação à biodegradação, até 5 meses após o enterro das amostras não houve nenhuma alteração significativa / Abstract: The large amount of plastic waste in the environment has stimulated several important researchers to develop new products and processes that preserve the environment without blocking the growing consumption of these materials. Among several good alternatives as incineration, recycling and pyrolysis, the production of environmentally degradable polymers (EDPs) from renewable sources is one of them. From these, starch is one of the best alternatives due its easy acquisition and low cost. However, it presents very poor mechanical properties to be used like it is. On the other hand, Low Density Polyethylene (LDPE) does not degrade in the environment for several decades, in spite of its low cost and easy acquisition. This way, the addition of starch in the LDPE induces biodegradation in the products. The samples of LDPE/Starch were processed in a single screw extruder in three different proportions; afterwards they were used to prepare the tensile specimens and the scanning electron microscopy (SEM) samples. Beside the mechanical, thermal and morphological tests, were decided to observe the environmental degradation by buring samples in the soil according to the ASTM norms. The results have indicated that the addition of starch in the LDPE was responsible for the decreasing of mechanical properties when compared to the pure LDPE, and samples of LDPE/natural Starch presented lower mechanical resistance when compared to the samples of LDPE/ Acetylated Starch. Regarding to the biodegradation assays, we could see that up to five months after the burial of the samples in the soil, there was no significant alteration in them / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Neste trabalho foram desenvolvidas membranas eletrólito poliméricas, a partir de copolímero estireno-indeno (St-In) e poli(álcool vinílico) (PVA) para avaliação de seu desempenho em célula a combustível. Para tanto o copolímero estireno-indeno foi sulfonado com sulfato de acetila obtido pela reação de anidrido acético e ácido sulfúrico, com inserção de grupos sulfônicos na cadeia macromolecular, os quais são os responsáveis pela condutividade protônica na membrana. O copolímero estireno-indeno sulfonado foi combinado com álcool polivinílico (PVA) na forma de rede de polímeros semi-interpenetrantes (semi-IPN), variando-se o grau de sulfonação do copolímero estireno-indeno, o grau de hidrólise do PVA e a quantidade do agente de reticulação. As membranas foram preparadas com e sem benzoimidazol (BZ), utilizado como base de Lewis ou agente protonante. O polímero eletrólito foi caracterizado por FTIR, DSC e TGA. As membranas contendo este foram avaliadas por análise térmica (TGA, DSC e DMA), absorção de água, capacidade de troca iônica, condutividade, permeabilidade à etanol e metanol. A mistura de PVA com o polímero polieletrólito viabilizou a obtenção de membranas com boa resistência mecânica, no entanto, aquelas contendo copolímero estirenoindeno com alto grau de sulfonação apresentaram alto teor de absorção de água. Membranas previamente selecionadas foram avaliadas em protótipo de célula a combustível, e os resultados mostraram que as propriedades da membrana são dependentes da sua composição. O uso de benzoimidazol propiciou maior estabilidade térmica à membrana, bem como um aumento da condutividade desta em até 1000 vezes, dependendo da concentração da mesma nas membranas. Apesar das membranas desenvolvidas não terem apresentado estabilidade adequada nos testes em protótipo de célula a combustível a hidrogênio, estas mostraram grande potencial na condução de prótons, devendo ser ainda melhoradas quanto a sua estabilidade térmica. Por outro lado, o polímero eletrólito mostrou ter potencial de aplicação em outras aplicações tecnológicas, tal como plastificante ou aditivo em tintas a base água. / In this work, polymer electrolyte membranes, based on styrene-indene copolymer (St-In) and polyvinyl alcohol (PVA), have been developed, to evaluate its use in fuel cells. Thus the copolymer styrene-indene was sulfonated with acetyl sulfate obtained by reaction of acetic anhydride and sulfuric acid, thus producing the functionalization of the polymer backbone by the introduction of sulfonic groups, which are responsible for the proton conductivity. The sulfonated styrene-indene copolymer was combined with polyvinyl alcohol to form semi interpenetrating polymer network (semi-IPN) varying the sulfonation degree of St-In, the PVA degree of hydrolysis and the crosslinking agent ratio. The membranes were prepared with and without benzimidazole (BZ) as Lewis base or protonic agent. The polymer electrolyte was characterized by FTIR DSC and TGA. The membranes were evaluated by thermal analysis, water uptake, ion exchange capacity, ethanol and methanol permeability. The mixture PVA/electrolyte polymer allowed the obtain of membranes with good mechanical strength, however those containing St-In with higher sulfonation degree had higher water uptake. Membranes previously selected were evaluated on their performance in fuel cell prototype and the results showed that the properties are dependent on membranes composition. The addition of benzimidazole modifier compound increased the thermal stability of membranes and its effect on conductivity was positive only up to certain concentration, reaching up to 1000-fold increase in the values of membranes conductivity. Despite the developed membranes have not shown adequate stability on prototype hydrogen fuel cell tests, these showed great potential in the proton conduction and should be further improved and its thermal stability. On the other hand, the electrolyte polymer showed to have potential applications in other applications technological, such as plasticizer or additive in water based paints.

No presente trabalho foram produzidos protótipos de liners de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e de alta densidade (HDPE), usados para fabricar cilindros para Gás Natural Veicular GNV, tipo IV por moldagem rotacional ou rotomoldagem. Diversas composições da blenda de LLDPE/HDPE foram utilizadas de forma a verificar os efeitos dos parâmetros de processo (ciclo de temperatura, tempo e velocidade de rotação) na miscibilidade da blenda e das propriedades finais do liner, tais como, densidade, porosidade e comportamento de cristalização, permitindo produzir a parede do cilindro o mais homogênea possível e capaz de armazenar o gás à alta pressão. O liner foi produzido com a blenda polimérica que apresentou as melhores propriedades nos experimentos realizados. O trabalho avalia a resistência à pressão hidrostática (burst pressure test) de um protótipo de um liner polimérico para vasos de pressão. O liner será usado em um cilindro de GNV, feito de fibra de carbono e resina epóxi, manufaturado pelo processo de enrolamento filamentar, com variação da espessura da camada externa de fibra de carbono e mantendo constante a espessura da parede. Testes experimentais foram realizados no liner em modelos em escala reduzida e real. O desenho e a análise da falha do compósito laminado e do liner de blenda polimérica foram realizados utilizando o critério de Tsai-Wu e von Mises, respectivamente, com a simulação por elementos finitos – FEA, no software Abaqus. Os resultados confirmam a importância dos testes e das simulações para definir os parâmetros de produção adequados do liner polimérico para desenvolver o vaso de pressão em compósito. / In the present work, liner prototypes of linear low density (LLDPE) and high density polyethylene (HDPE) blends, used for CNG (Compressed Natural Gas) type IV cylinders manufacture were produced. The LLDPE/HDPE blend composition was varied in order to verify the effect of the process parameters (temperature cycle, time and rotation speed) on the blend miscibility and liner final properties, such as density, porosity and crystallization behavior, in order to obtain a homogeneous wall capable of retain high pressure gas. The liner was produced with the polymer blend that showed the best properties in the experiments realized. The work concerns the hydrostatic pressure strength (burst pressure test) of a prototype polymeric pressure vessel liner. The liner is to be used in an all-composite carbon epoxy CNG shell, manufactured by the filament winding process, with varying the number of carbon fiber layers keeping constant the wall thickness. Experimental hydrostatic tests were conducted in the liner in reduced and real scale models. Design and failure prediction of the composite laminate shell and the polymer blend liner were conducted using Tsai-Wu and von Mises criteria respectively in the Finite Element Analyses - FEA software Abaqus. Results confirmed the importance of the tests and simulations to define adequate production parameters for polymeric liner in order to develop a composite pressure vessel.

O Brasil movimenta quantidades significativas de cargas minerais, porém o beneficiamento e a otimização das propriedades dessas cargas para a aplicação em polímeros ainda deve ser estudado. Definir as características e os ensaios importantes em função da aplicação da carga são bastante relevantes tanto para prever como para melhorar o desempenho do material. O objetivo do trabalho foi o de avaliar o efeito de diversas cargas minerais, calcário, caulim e talco, nas propriedades termomecânica e colorimétrica de compósitos particulados de polipropileno. No caso da resposta colorimétrica, utilizou-se o modelo de Kubelka-Munk para filmes plásticos translúcidos. Além das três cargas minerais citadas e especificamente para a avaliação do comportamento ótico dos compósitos foi também estudado o rutilo - TiO2 - comercial, pela sua ampla aplicação. Inicialmente foram beneficiadas e caracterizadas as cargas minerais. Essas cargas foram incorporadas em dois polipropilenos usando uma extrusora de duplo parafuso semi industrial e uma injetora industrial. Em alguns casos, para fazer a mistura, usou-se um misturador Haak. Para a obtenção dos resultados foram feitos, principalmente, ensaios de Tração, análise DSC, análise DMTA, análise colorimétrica e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados alcançados demonstram o efeito de cada carga mineral estudada em compósitos particulados de polipropileno quantificando e buscando explicações para os fenômenos ocorridos. Quanto ao modelamento das propriedades óticas, os resultados foram bastante satisfatórios para a previsão do espectro de reflectância dos materiais. / Brazil produces and markets significant quantities of mineral fillers. Notwithstanding, a lot must be studied on the improvement and the optimization of filler’s properties for the application in polymers. It is very relevant to define the important characteristics and assays, as a function of the filler’s application, when one tries to foresee or to improve the material’s performance characteristics. The objective of this work was to evaluate the effect of different mineral fillers (limestone, kaolin and talc) in the thermo mechanical and colorimetric properties of polypropylene particulate composites. To evaluate the colorimetric behavior, the Kubelka-Munk model for translucent plastic films was used. In addition to the three already mentioned minerals, widely applied commercial rutile – TiO2 – was also picked up for optical studies. Mineral fillers were initially prepared and characterized and then incorporated into two polypropylene samples, using a semi-industrial double-screw extruder and an industrial injector. In some cases, a Haak mixer was also used. Experimental essays included traction essays, DSC analysis, DMTA analysis, colorimetric analysis and scanning electron microscopy. The obtained results showed the effect of each mineral filler studied on the polypropylene particulate composites. The phenomena were quantified and explanations were proposed. Results have also been satisfactory in the forecasting of the material’s reflectance spectra.

Neste trabalho foi estudada a síntese química do poli (5-amino 1-naftol) (PAN) em presença de diferentes agentes dopantes e meios reacionais. Os polímeros obtidos foram caracterizados pelas técnicas espectroscópicas de infravermelho, Raman, por microscopia eletrônica de varredura, por voltametria cíclica, temogravimetria, medidas de condutividade elétrica e grau de aderência. A estrutura do PAN obtido apresentou-se semelhante aos resultados obtidos para a PAni. Filmes de PAN sintetizados em meio aquoso ácido sobre substratos de platina apresentaram eletroatividade e estabilidade à ciclagem quando. Filmes preparados a partir de PAN sintetizado em presença dos ácidos dopantes dinonil naftalêno disulfônico (DNNDSA), dinonil naftalêno sulfônico (DNNSA) e dodecil benzeno sulfônico (DBSA), apresentaram-se mais homogêneos e mais aderentes que os sintetizados em ausência desses. A aplicação na construção de dispositivos eletrocrômicos e de chaveamento apresentou-se inicialmente viável para todas as amostras testadas.

A busca por materiais provenientes de matérias-primas renováveis e de baixo impacto ambiental é um dos campos que mais atrai pesquisadores na área da engenharia. A necessidade de substituir materiais oriundos de fontes não sustentáveis, tais como o petróleo, é o principal fator que motiva os estudos nessa área. Um dos materiais mais promissores nesse campo é a celulose, biomassa mais abundante no planeta. A celulose pode ser obtida de fontes naturais, mas também é descartada pelas indústrias moveleira e papeleira. É necessário dar um destino a esse resíduo, e a sua transformação em nanocelulose é uma das alternativas. A aplicação da nanocelulose em compósitos é muito visada, pois estes materiais podem oferecer uma série de vantagens: boas propriedades óticas e mecânicas, estabilidade dimensional e reciclabilidade. Assim, o presente estudo tem como objetivo obter celulose nanofibrilada (CNF) a partir de resíduos de celulose não branqueada de Pinus sp. (CNF-P) e de celulose branqueada de Eucalyptus sp. (CNF-E), e avaliar as propriedades físicas, térmicas e dinâmico-mecânicas dos compósitos CNF/resina poliéster. Os resíduos de celulose foram moídos em moinho Masuko MKCA 6-2 (3% m/v). Foi feita troca de solvente para álcool 96 °GL, e a suspensão foi seca em extrator supercrítico. As CNFs obtidas foram dispersas em resina poliéster utilizando agitação mecânica nas concentrações de 0,5%, 1% e 2%. Os compósitos foram preparados por casting de resina. Foi avaliada a composição química da polpa de celulose, e foi realizada caracterização da celulose de origem e das CNFs obtidas através de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, análise termogravimétrica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura. Os compósitos foram avaliados quanto às suas propriedades físicas, dinâmico-mecânicas e termomecânicas . Foram obtidas nanofibras de celulose com diâmetro médio de 70-90 nm e densidade aproximada de 0,3 g/cm³. A celulose de Pinus sp. e a celulose de Eucalyptus sp. tiveram percentual de α-celulose de 72,7% e 92,6%, respectivamente. A composição química das CNFs não foi alterada durante os processos de micronização e de secagem supercrítica. A cristalinidade das CNFs obtidas diminui após a moagem. A densidade dos compósitos não foi alterada. O compósito CNF-E-1% teve menor absorção de água, próxima aos valores da resina pura. O módulo de armazenamento dos compósitos foi mais elevado para o compósito CNF-E-2%. Na análise do módulo de perda, todos os compósitos dissiparam mais energia em relação à resina pura, evidenciando boa interação na interface fibra/matriz. A temperatura de transição vítrea não foi alterada significativamente. A energia de ativação na transição-alfa aumentou no compósito CNF-E-1%, indicando melhor interação na interface. O menor coeficiente de expansão térmica foi encontrado para o compósito CNF-E-1%, cujo valor foi 60% menor do que o da resina pura na temperatura de 130 °C. De modo geral, as fibras branqueadas de Eucalyptus sp. mostraram ser uma alternativa melhor e mais eficiente para obtenção de CNFs, possibilitando a obtenção de compósitos com melhores propriedades dinâmico e termomecânicas. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / The search for low-impact, renewable materials is a recent research topic. The need to substitute materials from non-renewable sources is one of the main motivations for such studies in this area. In this context, one of the most promising materials is cellulose, the most abundant biomass on Earth. Cellulose can be obtained from many natural sources, but it is also largely discarded by the paper and wood industry. As such, it is necessary to give these residues a proper destination, and the processing of cellulose waste into nanocellulose is one of the alternatives. The application of nanocellulose in composites is greatly studied, as these materials have many advantages, such as good optical and mechanical properties, weight reduction and recyclability. The present study aims to enable low-cost production of cellulose nanofibers (CNF) from Pinus sp. (CNF-P) and Eucalyptus sp. (CNF-E) cellulose waste, and to evaluate the physical, thermal and dynamic-mechanical properties of polyester resin/nanocellulose composites. Cellulose waste was ground in water (3% wt per volume) in a Masuko MKCA 6-2 grinder at 2,500 rpm until gel was formed. Solvent exchange steps to ethanol 96 °GL were performed, and the gel suspension was dried in a supercritical dryer, using carbon dioxide as supercritical fluid. The obtained nanofibers were dispersed in polyester resin in concentrations of 0.5, 1 and 2 wt%. The samples were prepared by resin casting into rubber silicone molds, and cured in situ at 25 °C for 24 h. Two post-curing steps were performed: 6 h at 80 °C and 2 h at 120 °C. The CNFs were evaluated on their chemical composition and density. Thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and and field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) were also performed. Composite samples were evaluated on their density and water absorption. The dynamic mechanical analysis (DMTA) of the composites was performed at different frequencies. Thermal mechanical analysis was used to evaluate the coefficient of thermal expansion of the composites. Low-density (aproximately 0.3 g/cm³) CNFs with a mean diameter of 70-90 nm were succesfully obtained. The chemical composition of the cellulose waste revealed that both have a high initial cellulose content of 72.7 % for unbleached Pinus sp. and 92.6% for bleached Eucalyptus sp. The overall chemical composition of the original cellulose and the obtained CNFs evaluated by FTIR was not changed. CNFs were less thermally stable than the cellulose waste. The crystallinity index of CNFs reduced after grinding. Density of the composites was not altered. Water absorption tests revealed that the CNF-E-1% composite had the lowest values, close to that of the neat resin. The storage modulus obtained by DMTA was the highest for CNF-E-2%. Loss modulus was higher for all composites in comparison with the neat resin, evidencing interactions in the fiber/matrix interface. Glass transition temperature was not significantly altered. The activation energy of the alpha transition was the highest for CNF-E-1%, which may denote better interaction at the fiber/matrix interface. The lowest thermal expansion values were found for CNF-E composites, and the CNF-E-1% composite had a CTE 60% lower than neat resin at 130 °C. Overall, bleached Eucalyptus sp. was found to be a more efficient source of CNFs in this study, yielding the best dynamic mechanical and thermal properties.

Cada vez mais a preocupação com o meio ambiente tem estimulado o uso de polímeros biodegradáveis em substituição aos sintéticos, esses inertes à degradação em diferentes meios. As propriedades dos polímeros biodegradáveis podem ser melhoradas com o uso de fibras como reforço, na forma de compósitos, e a interação matriz/fibra pode ser melhorada com o emprego de agentes de acoplamento. Estudos de compósitos que utilizam polímeros biodegradáveis e fibras naturais tem despertado o interesse acadêmico e tecnológico por apresentar características desejáveis para determinadas aplicações, e pós-uso, biodegradar. Como desafio, este estudo propõe o desenvolvimento e a caracterização mecânica, térmica e morfológica de compósitos utilizando o poli(ácido lático)(PLA), fibra de buriti e triacetin como agente de acoplamento. Para o desenvolvimento dos compósitos, as fibras de buriti foram utilizadas na condição moída e cortada nos tamanhos de 2,5, 5,0 e 7,5 cm, com o emprego 20% em massa de fibra, sendo posteriormente testadas nas concentrações de 10 e 30% em massa. O triacetin foi avaliado nos compósitos nas concentrações de 2,5 e 5,0% em massa. Os compósitos foram processados em duas extrusoras, monorosca e duplarosca, sendo os corpos de prova produzidos por injeção e compressão. Os resultados foram avaliados pelas propriedades mecânicas de resistência à tração, à flexão, morfológicas por microscopia electrônica de varredura (MEV) e otica (MO), térmicas por termogravimétrica (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) e, químicas por espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). O teor ótimo entre condição e concentração de fibra bem como de agente foi testado em dois ambientes distintos, solo simulado e ambiente marinho simulado, com o objetivo de avaliar a degradação biológica dos desenvolvimentos. Em relação aos diferentes comprimentos testados de fibra de buriti, não constatou-se diferenças nas propriedades mecânicas e térmicas, sendo as propriedades e dimensões finais das fibras semelhantes aos resultados da fibra moída. As propriedades mecânicas dos compósitos com 30% de fibra de buriti mostraram-se semelhantes as do PLA virgem, resultados atribuídos ao teor de fibra e a interação obtida entre a fibra/matriz usando 5% em massa de triacetin, maior percentual testado. Com relação às propriedades térmicas, observou-se que a presença da fibra de buriti diminui a estabilidade térmica dos compósitos, porém aumenta a cristalinidade. A exposição do compósito com 30% de fibra de buriti e 5% de triacetin apresesentou comportamento distinto nos dois ambientes de degradação em que foi testado. Os ambientes de degradação propostos propiciaram alterações fisicas, químicas, térmicas e morfológicas nos compósitos, possibilitando concluir que após a análise dos resultados de índice de cristalinidade, índice de carbonila, massa residual e morfologia, para 60 dias de exposição, a fibra de buriti e o triacetin favorecem a degradação biológica do PLA, promovendo a hidrólise do mesmo em tempos inferiores aos do PLA virgem, sendo a hidrólise mais acentuada no ambiente marinho simulado, nas composições, dimensões e meios específicos deste estudo. Por fim, conclui-se que o emprego de compósitos de polímeros biodegradáveis com fibras de origem natural, neste estudo PLA/buriti, em substituição a polímeros inertes a degradação é viável do ponto de vista técnico e ambiental. / Nowadays, preoccupation with the environment has stimulated the use of biodegradable polymers substituting the synthetic ones, which are harder to degrade under different conditions. However, the properties of the biodegradable polymers can be improved by using fibers as reinforcement, in the form of composites and the interaction of matrix/fiber can be improved using agents of coupling. Studies about composites that use biodegradable polymers and natural fibers has attracted the academic and technological interest showing desirable characteristics for some applications and, post use, they biodegrade. As a challenge, the present study offers the development and the mechanical, thermic and morphological characterization of composites using the poly(lactic acid) (PLA), buriti fiber and triacetin as coupling agents. For the composites development, the buriti fibers were grounded and cut in sizes of 2,5; 5,0 and 7,5 cm mass with the use of 20% fiber mass, being after tested in concentration of 10 and 30 % mass. The triacetin was valued in the composites with concentrations of 10 and 30% mass. The composites were processed in two extruders, single and double screw. The specimens were produced by injection and compression. The results of this study were valued by the mechanic properties for tensile and flexural strength, morphological by scanning electron microscopy (SEM), thermal by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), and chemical by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The fine content between condition and concentration of good fiber and the agent fiber was tested in two different environments, simulated soil and marine simulated soil, with the purpose of evaluating the biological degradation of the developments. In relation to the different lengths of buriti fiber tested, it was not observed differences in the mechanical and thermal properties, being the final fiber properties and dimensions similar to the results of the ground fiber. The mechanical properties of the composites with 30% of buriti fiber, appeared similar to those of the PLA virgin, these results were assigned to the fiber content and the interaction obtained between the matrix fiber using 5% in triacetin mass, the largest percentage tested. Related to the thermal properties, it was observed that the presence of buriti fiber decreases the thermal stability of the composites, but it increases the crystallinit. The exposition of the composite with 30% buriti fiber and 5% of triacetin showed different behavior in the two environment degradation it was tested. The proposed degradation environments made physical, chemical, thermal and morphological modifications in the composites, enabling to conclude that after the analysis of the results of the crystallinit , index of carbonila, residual mass and morphology, for 60 days of exposition, the buriti fiber and the triacetin improved the PLA biological degradation, making its hydrolysis in less time than the PLA virgin, being the hydrolysis more accented in the simulated marine environment, in the compositions, dimensions and specific means of this study. At last, we come to the conclusion that the use of composites of biodegradable polymers with natural fibers, in this study PLA/ buriti, substituting inert to degradation polymers is technically and environmental viable.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento, avaliação e caracterização de compósitos com matriz polimérica de polietileno de alta densidade (HDPE) e com madeira de Pinus taeda, alumina calcinada e agentes compatibilizantes. Foram desenvolvidos compósitos com um ou dois componentes incorporados à matriz polimérica e realizada a análise das propriedades mecânicas, morfológicas, dinâmico-mecânicas e térmicas destes compósitos. Preliminarmente foram desenvolvidas vinte e seis formulações com granulometrias diversas para suas cargas, percentuais de pó de madeira variados e dois tipos de agentes compatibilizantes. Após ensaios mecânicos realizados com estas vinte e seis formulações elegeram-se as que apresentaram os maiores valores para a propriedade de resistência a flexão e deu-se continuidade ao restante dos ensaios. Utilizou-se o processo de extrusão para obtenção de pellet's homogeneizados dos compósitos e moldou-se os corpos de prova em processo de injeção. Os resultados diferenciados para as propriedades mecânicas foram obtidos com as composições com o percentual maior de madeira e dois componentes simultaneamente, sendo que o compósito PE24M4A2MA (70% HDPE, 24% madeira, 4% alumina, 2% HDPE-g-MA) apresentou valores superiores ao do HDPE puro em 41% na resistência à tração e 101% na resistência à flexão, e a composição PE19M9A2MA (70% HDPE, 19% madeira, 9% alumina, 2% HDPE-g-MA) apresentou valores superiores ao do HDPE puro em 34,6% na resistência à tração e 81,30% na resistência à flexão. Nas micrografias observou-se a interação entre a carga vegetal e a matriz polimérica, e a interação parcial da carga mineral e a matriz. Para os módulos de armazenamento e de perda das propriedades dinâmico-mecânicas os resultados superiores também foram obtidos com os compósitos com maior teor de carga vegetal, sendo que o compósito PE24M4A2MA permitiu a obtenção do maior módulo de armazenamento e de perda nas regiões e em comparação com o HDPE e os outros compósitos. A viscosidade do material tendeu a aumentar com a incorporação de cargas, tanto vegetal quanto mineral durante o processo de extrusão e no ensaio de reologia, sendo que os compósitos com maior teor de madeira apresentaram maior viscosidade, provavelmente devido à interação mais efetiva do pó de Pinus taeda com a matriz polimérica. / This work aimed at the development, evaluation and characterization of polymer matrix composites with high density polyethylene (HDPE) and wood of Pinus taeda, calcined alumina and compatibilizers. Composites have been developed with one or two components incorporated into the polymer matrix and conducted the analysis of the mechanical, morphological, dynamicmechanical and thermal properties of these composites. Preliminarily been developed twenty-six formulations with different granulometry to their loads, varying percentages of wood flour and two types of coupling agents. After mechanical tests with these twenty-six formulations were elected those who had the highest values for bending resistance property and was continued with the rest of the tests. We used the extrusion process to obtain pellet homogenized's composites and molded into test specimens injection process. The different results for mechanical properties were obtained for compositions with higher percentage of wood and two components simultaneously, and that the composite PE24M4A2MA (70% HDPE, 24% wood, 4% alumina, 2% HDPE-g-MA) had values higher than the pure HDPE by 41% in tensile strength and 101% in flexural strength, and PE19M9A2MA composition (70% HDPE, 19% wood, 9% alumina, 2% HDPE-g-MA) was higher for the HDPE pure at 34.6% in tensile strength and 81.30% in flexural strength. All micrographs observed interaction between natural charge and the polymer matrix, and partial interaction of filler and matrix. For the storage modulus and loss of dynamic mechanical properties superior results were also obtained with the composites with higher vegetable filler content, wherein the composite PE24M4A2MA afforded the highest storage modulus and the loss in the regions and compared with HDPE and other composites. The viscosity of the material tended to increase with the incorporation of fillers, both natural and mineral during the extrusion process and the rheology test, and wood composites with higher content showed higher viscosity, probably due to more effective interaction of powder Pinus taeda with the polymeric matrix.