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Previous issue date: 2017-03-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The application of cellulose nanofibrils to the production of composites has been studied and presents promising results, mainly due to the abundance of the material, which is of a renewable source, and to its low cost. However, the presence of the hydroxyl groups in their chain and their storage in aqueous solutions limits their application as reinforcement in nonpolar matrix composites. In this context, this work aimed to modify the wettability and adhesion properties of films of cellulose nanofibrils to apolar matrices, through plasma treatment. For this, nanocellulose films with thickness of 38 ? 8 ?m were produced by the casting method, from a suspension of nanofibrils in water. The atomic force microscopy characterization (AFM) of the suspended nanofibrils indicated that most of them have an average diameter of less than 75 nm. Each film obtained, after drying the suspension, was then cut into 13 samples with 2 x 1 cm, 12 of which were exposed to plasma and one stored as untreated. Three films were treated with oxygen plasma, with excitation power of 150 W, for 30 minutes and pressure of 0.1, 0.3 and 0.5 Torr. Another three films were treated with sulfur hexafluoride plasma at pressures of 0.1, 0.2 and 0.3 Torr, with a power of 150 W for 15 minutes. It was observed that weight loss was greater than 40% for the films treated with the most extreme conditions oxygen and sulfur hexafluoride. The results also showed that the treatments with sulfur hexafluoride promoted the reduction of the receptivity of the samples to the liquids, with contact angles of approximately 60º for water and 50º for diiodomethane. The profilometry technique revealed that the roughness of the films varied after the treatment with oxygen and sulfur hexafluoride, but the high error bars impede a definitive conclusion on the tendency of these variations. The X-ray diffraction analysis (XRD) indicated no significant change in the crystallinity of the samples with the treatments. In the Fourier Transform Infrared absorption spectra (FTIR), a C-F bonding related peak appeared for the 0.3 Torr sulfur hexafluoride treated sample, indicating the presence of fluorine in that sample. The scanning electron microscopy (SEM) allowed the visualization of the changes in the topography of the films, due to the etching processes resulting from the action of the plasma and the films ruptures caused by the high removal of surface material. In order to test the incorporation of treated films into composites using polyolefins as the matrix, polyethylene pellets were solubilized in xylene for the production of composite films. The treated and untreated nanocellulose films were placed in Petri dish jointly to the polyethylene films still dissolved and left at room temperature. After drying, adhesion between the films was tested through the adhesive tape test, resulting in class-zero adherence, according to the technical standard. It is believed that the lack of adhesion is a result of the composite production method that should be optimized for future work, in order to provide a better investigation of the effects of plasma on the surface properties of the film of cellulose nanofibrils. / A aplicação de nanofibrilas de celulose à produção de compósitos vem sendo estudada e apresenta resultados promissores, principalmente devido à abundância do material, que é de fonte renovável, e ao seu baixo custo. Contudo, a presença dos grupos hidroxila em sua cadeia e o seu armazenamento em soluções aquosas impede sua aplicação como reforço em compósitos de matrizes apolares. Nesse contexto, esse trabalho buscou modificar as propriedades de molhabilidade e aderência de filmes de nanofibrilas de celulose a matrizes apolares, através de tratamento a plasma. Para isso, filmes de nanocelulose com espessura de 38 ? 8 ?m foram produzidos pelo método de casting, a partir de uma suspensão de nanofibrilas em água. A caracterização por microscopia de força atômica (AFM) das nanofibrilas em suspensão indicou que a maior parte destas apresenta diâmetro médio inferior a 75 nm. Cada filme obtido, após a secagem da suspensão, foi então cortado em 13 amostras de 2 x 1 cm, sendo 12 destas expostas ao plasma e uma armazenada como não tratada. Três filmes foram tratados com plasma de oxigênio, com potência de excitação de 150 W, por 30 minutos e pressão de 0,1, 0,3 e 0,5 Torr. Outros três filmes foram tratados com plasma de hexafluoreto de enxofre, nas pressões 0,1, 0,2 e 0,3 Torr, com potência de 150 W por 15 minutos. Observou-se que houve perda de massa superior a 40% para os filmes tratados com as condições mais extremas de oxigênio e hexafluoreto de enxofre. Os resultados demonstraram também que os tratamentos com hexafluoreto de enxofre promoveram a diminuição da receptividade a líquidos das amostras, com ângulos de contato de aproximadamente 60º para água e 50º para o diiodometano. A técnica de perfilometria revelou que a rugosidade dos filmes variou após o tratamento com oxigênio e hexafluoreto de enxofre, porém as elevadas barras de erro impediram uma conclusão definitiva sobre a tendência dessas variações. As análises de difração de raios X (DRX) indicaram não haver alteração significativa na cristalinidade das amostras com os tratamentos. Nos espectros de absorção no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), foi observado o surgimento de um pico relacionado à ligação C-F para a amostra tratada com 0,3 Torr de hexafluoreto de enxofre, que indica a presença de flúor nessa amostra. As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiram visualizar as alterações na topografia dos filmes, devido aos processos de ecthing decorrentes da ação do plasma e os rompimentos ocasionados pela elevada remoção de material da superfície. A fim de testar a incorporação dos filmes tratados em compósitos que utilizam poliolefinas como matriz, pellets de polietileno foram solubilizados em xileno para produção de filmes compósitos. Os filmes de nanocelulose tratados e não tratados foram dispostos em placa de Petri junto aos filmes de polietileno ainda dissolvidos e deixados em temperatura ambiente. Depois de secos, a adesão entre os filmes foi testada através do teste de fita-cola, resultado em adesão classe zero, conforme a norma técnica. Acredita-se que a falta de adesão é resultado do método de produção do compósito que deve ser otimizado para trabalhos futuros, com o objetivo de proporcionar uma melhor investigação dos efeitos do plasma sobre as propriedades da superfície do filme de nanofibrilas de celulose.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/9160 |
| Date | 15 March 2017 |
| Creators | Silva, Bárbara Estefânia de Almeida |
| Contributors | Silva, Adriana de Oliveira Delgado |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus Sorocaba, Programa de Pós-graduação em Ciências dos Materiais (campus SOROCABA), UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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