Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis por Orientador "Fechine, Guilhermino José Macêdo"
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- DissertaçãoDispersão de grafeno e óxido de grafeno em matrizes poliméricasAraujo, Mayara Cardoso de (2020-03-12)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Polymer nanocomposites obtained by the insertion of two-dimensional (2D) filler via melt mixing have been the subject of study by several researchers due to the increase in the mechanical, thermal and electrical properties that these particles can provide to the polymer. This increase in the mentioned properties depends directly on the dispersion of the nanoparticles in the matrix and the interaction generated between filler and polymer. This work deals with to the preparation and characterization of nanocomposites based on linear low density polyethylene - LLDPE and Poly (butylene adipate-co-terephthalate) - PBAT as matrices and graphene (G) and graphene oxide (GO) as fillers, and thus evaluate the interaction of these charges with each type of polymer and how this is reflected in the physical properties of these materials. Graphite oxide (GrO) obtained by the Hummers method was characterized by Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). Then, ultrasound exfoliation was performed to obtain graphene oxide (GO), with later characterization by atomic force microscopy (AFM). The commercial graphene acquired was analyzed and Raman spectroscopy signaled a graphene containing few layers. The nanocomposites were obtained by melt mixing using the Solid Solid Deposition method in a twin-screw extruder, using filler concentrations between 0 - 0.3% in weight. The nanocomposites were characterized by different techniques: mechanical analysis (tension), rheological analysis, dynamic-mechanical analysis (DMA), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The LLDPE/G nanocomposites showed significant increases in mechanical properties for all compositions used, higher than the results obtained for LLDPE/GO. Likewise, graphene nanocomposites showed less damping factor (tan ) compared to graphene oxide nanocomposites. Both nanoparticles acted as nucleating agents for LLDPE and showed no evidence of re-stacking in the polymeric matrix. However, only the LLDPE/G nanocomposite (0.05%) showed the formation of a plateau in the storage modulus (G ') at low frequencies in rheological analysis. The PBAT / GO nanocomposites showed higher Young's modulus, deformation at break and toughness in mechanical tests compared to PBAT/G. Graphene oxide aided the PBAT crystallization process and increased its crystallinity at concentrations of 0.05% and 0.3%. Graphene also acted as a nucleating agent for PBAT, even with the indication of its re-stacking in the polymer. In rheological tests, only PBAT/GO nanocomposites exhibited the beginning of the formation of a plateau in the storage modulus (G ') at low frequencies. These results indicate that the LLDPE/G and PBAT/GO systems have the best distribution and dispersion of nanoparticles in the polymeric matrix, due to their greater interaction between load and polymer, which promotes a greater increase in the properties of nanocomposites. - DissertaçãoFotodegradação e fotoestabilização de filmes de nanocompósitos de PEAD/h-BNKalupgian, Cristiane Doria (2022-02-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho refere-se ao estudo de fotodegradação de nanocompósitos a base de polietileno de alta densidade - PEAD e nanofolhas de nitreto de boro hexagonal (h-BN) com e sem a presença de aditivos estabilizantes, a fim de se obter informações sobre os mecanismos de degradação quando estes são expostos a radiação ultravioleta. O h-BN foi produzido por esfoliação líquida usando uma mistura de IPA/água e equipamento de ultrassom de ponteira. O material antes e após esfoliação foi caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM), Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia Raman. A partir da esfoliação, foi obtido nanofolhas de h-BN multicamadas (6 a 15 camadas empilhadas) e tamanho lateral com uma maior frequência entre 75 e 200 nm. Foram preparados masterbatches via mistura no estado fundido dos aditivos: a) antioxidantes – AOX: mistura contendo 80% de Irgafos 168 + 20% de Irganox 1076, b) absorvedor de UV - UV: Tinuvin 326, c) Amina estericamente impedida – HALS, do inglês hindered amine light stabilizer: Tinuvin 622 SF, bem como do h-BN com concentrações em massa de 5%, usando o PEAD como veículo. Utilizando uma extrusora dupla rosca, foram preparadas as misturas de PEAD aditivadas com 0,2% absorvedor UV, 0,4% HALS e 0,2% antioxidantes (PEAD – C1 ; PEAD/AOX – C2; PEAD/UV/AOX – C3; PEAD/HALS/AOX – C4; PEAD/UV/HALS/AOX – C5) e dos nanocompósitos (PEAD/h-BN – C6 ; h-BN/AOX – C7; h-BN UV/AOX – C8; h-BN /HALS/AOX – C9; h-BN/UV/HALS/AOX – C10). Uma segunda extrusão foi realizada para a produção dos filmes em extrusora monorosca com matriz de perfil plano. As amostras foram expostas à radiação UV em câmara de envelhecimento acelerado por até 4 semanas. Posteriormente, foram coletadas em diferentes tempos de exposição e caracterizadas por Espectroscopia no Infravermelho por Reflexão Total Atenuada (FTIR-ATR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia por UV-Vis e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados indicaram que as amostras referências e os nanocompósitos contendo o aditivo HALS (C4, C5, C9 e C10) ganharam destaque com a menor formação de cristalinidade secundária em comparação ao puro apresentada pelo DSC, indicando que houve um menor número de cisões e geraram menos grupos carbonila como foi mostrado pelos espectros de FTIR-ATR. Também tiveram mínimas alterações na morfologia após as 4 semanas de exposição UV. Somente as composições com UV/AOX (C3 e C8) desenvolveram um comportamento não esperado e semelhante ao PEAD após 4 semanas, comprovando pelo UV-Vis que o Tinuvin 326 foi consumido durante a exposição. O desempenho do h-BN acelerou o processo fotodegradativo, já que todos os 9 nanocompósitos sem o HALS (C6, C7 e C8) apresentaram maiores formações de quimio cristalização e elevados índices de carbonila com uma maior formação de grupos carboxílicos, indicando uma tendência a reações de cisões-β e/ou Norrish tipo I e II. Tal comportamento apenas mudou com a presença de HALS nas composições, o qual fotoestabilizou o nanocompósito de maneira eficaz. De acordo com a literatura, sugere-se que a ação do h-BN como catalisador na fotodegradação do PEAD pode ser explicada pela presença de metais no h-BN e/ou pela formação de óxido de boro após o envelhecimento. Este nanocompósito tem um grande potencial para aplicações em embalagens plásticas, as quais degradariam mais rapidamente e assim, contribuiria na diminuição da quantidade de resíduos plásticos persistentes no meio ambiente. - DissertaçãoFotoestabilização de nanocompósitos híbridos a base de borracha EPDM, negro de fumo e óxido de grafenoLima, Lucas Pacanaro de (2023-02-10)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A borracha EPDM (etileno, propileno, dieno e metileno) é um elastômero sintético presente em diversas aplicações. Uma delas é o uso desse material em guarnições automotivas. Quando usado nisso, o material é exposto a diversas fontes de energia (como a luz solar) que podem provocar sua degradação mais rapidamente, o que faz o uso de fotoestabilizantes necessário para essa aplicação. Esse trabalho teve como objetivo a produção e caracterização de nanocompósitos a base de EPDM, óxido de grafeno e negro de fumo para o uso em guarnições automotivas que sejam mais resistentes a fotodegradação. As partículas de óxido de grafeno (GO) foram introduzidas na composição da borracha de EPDM em duas composições, sendo elas 0,2 phr e 0,5 phr (part per hundred), em um misturador interno do tipo Haake e depois exposto a radiação UV incessantemente por períodos de 0 a 672 horas a 60°C. Para comparação, também foi formulado e caracterizado uma composição com 0,3 phr do fotoestabilizante Tinuvin P (indicado para o uso em EPDM). Após a exposição foram realizados ensaios de resistência à tração, dureza, inchamento, ângulo de contato, espectroscopia infravermelho e microscopia eletrônica de varredura (MEV) no EPDM base e nanocompósitos. Os ensaios de resistência à tração mostram que a carga de GO atua como agente reforçante do material uma vez que os valores de tensão a 50%, 100% e 200% de deformação aumentaram quando comparado com os materiais não expostos. A composição que teve menor alteração percentual das propriedades mecânicas foi o EPDM contendo 0,5 phr de GO, indicando que o GO pode atuar como um absorvedor ou filtro, impedindo que a radiação seja danosa as moléculas do polímero. Os valores de dureza também aumentaram ao longo do tempo de exposição do material, sendo que a composição contendo 0,2 phr de GO foi a que obteve menor alteração nessa propriedade. O ensaio de inchamento indicou que a carga de GO agiu como agente de reticulação na matriz elastomérica devido a seus grupos funcionais, tornando a borracha mais rígida. As análises superficiais de ângulo de contato (em água e etilenoglicol) e espectroscopia infravermelho corroboram essa hipótese, pois os valores de ângulos de contato para o composto com GO são altos (θ > 90°) sendo considerada uma superfície hidrofóbica, indicando que o GO estaria diminuindo sua polaridade pela interação com o EPDM. Os dados de espectroscopia Raman e FTIR (Fourrier transformed infra-red) dos nanocompósitos e do GO separadamente após exposição à radiação indicam que o GO perde grande quantidade de seus grupos funcionais; isso indica que tanto a nanocarga como a cadeia de EPDM geram radicais livres e interagem entre si, formando reticulações por meio do composto ENB. O FTIR mostrou alta formação de grupos hidroxila e carbonila, o que foi confirmado pelos índices carbonila e hidroxila posteriormente. As fotomicrografias da superfície irradiada mostram que houve elevada formação de densidade de trinca para os materiais degradados para todas as composições, sendo que o EPDM com 0,5 phr de GO mostrou a menor formação de trincas dentre as composições, indicando que essa composição atuou positivamente para a fotoproteção da superfície do material. Com os resultados das caracterizações tanto do nanomaterial quando do nanocompósito, conclui-se que a nanocarga de GO atua positivamente na fotoestabilização da matriz EPDM, mesmo estando em baixas concentrações. - DissertaçãoFotoestabilização de nanocompósitos híbridos a base de borracha EPDM, negro de fumo e óxido de grafenoLima, Lucas Pacanaro de (2023-02-10)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A borracha EPDM (etileno, propileno, dieno e metileno) é um elastômero sintético presente em diversas aplicações. Uma delas é o uso desse material em guarnições automotivas. Quando usado nisso, o material é exposto a diversas fontes de energia (como a luz solar) que podem provocar sua degradação mais rapidamente, o que faz o uso de fotoestabilizantes necessário para essa aplicação. Esse trabalho teve como objetivo a produção e caracterização de nanocompósitos a base de EPDM, óxido de grafeno e negro de fumo para o uso em guarnições automotivas que sejam mais resistentes a fotodegradação. As partículas de óxido de grafeno (GO) foram introduzidas na composição da borracha de EPDM em duas composições, sendo elas 0,2 phr e 0,5 phr (part per hundred), em um misturador interno do tipo Haake e depois exposto a radiação UV incessantemente por períodos de 0 a 672 horas a 60°C. Para comparação, também foi formulado e caracterizado uma composição com 0,3 phr do fotoestabilizante Tinuvin P (indicado para o uso em EPDM). Após a exposição foram realizados ensaios de resistência à tração, dureza, inchamento, ângulo de contato, espectroscopia infravermelho e microscopia eletrônica de varredura (MEV) no EPDM base e nanocompósitos. Os ensaios de resistência à tração mostram que a carga de GO atua como agente reforçante do material uma vez que os valores de tensão a 50%, 100% e 200% de deformação aumentaram quando comparado com os materiais não expostos. A composição que teve menor alteração percentual das propriedades mecânicas foi o EPDM contendo 0,5 phr de GO, indicando que o GO pode atuar como um absorvedor ou filtro, impedindo que a radiação seja danosa as moléculas do polímero. Os valores de dureza também aumentaram ao longo do tempo de exposição do material, sendo que a composição contendo 0,2 phr de GO foi a que obteve menor alteração nessa propriedade. O ensaio de inchamento indicou que a carga de GO agiu como agente de reticulação na matriz elastomérica devido a seus grupos funcionais, tornando a borracha mais rígida. As análises superficiais de ângulo de contato (em água e etilenoglicol) e espectroscopia infravermelho corroboram essa hipótese, pois os valores de ângulos de contato para o composto com GO são altos (θ > 90°) sendo considerada uma superfície hidrofóbica, indicando que o GO estaria diminuindo sua polaridade pela interação com o EPDM. Os dados de espectroscopia Raman e FTIR (Fourrier transformed infra-red) dos nanocompósitos e do GO separadamente após exposição à radiação indicam que o GO perde grande quantidade de seus grupos funcionais; isso indica que tanto a nanocarga como a cadeia de EPDM geram radicais livres e interagem entre si, formando reticulações por meio do composto ENB. O FTIR mostrou alta formação de grupos hidroxila e carbonila, o que foi confirmado pelos índices carbonila e hidroxila posteriormente. As fotomicrografias da superfície irradiada mostram que houve elevada formação de densidade de trinca para os materiais degradados para todas as composições, sendo que o EPDM com 0,5 phr de GO mostrou a menor formação de trincas dentre as composições, indicando que essa composição atuou positivamente para a fotoproteção da superfície do material. Com os resultados das caracterizações tanto do nanomaterial quando do nanocompósito, conclui-se que a nanocarga de GO atua positivamente na fotoestabilização da matriz EPDM, mesmo estando em baixas concentrações. - DissertaçãoGrafeno e seus derivados: estudo das propriedades de superfície e processos de transferência para substratos poliméricosCosta, Mariana Caldeira Ferraz da (2017-12-13)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Esta dissertação relata um estudo das propriedades de superfície do grafeno obtido via deposição química na fase vapor (CVD) para avaliação da sua hidrofobicidade e transparência da molhabilidade, quando esse material se encontra depositado em diferentes substratos rígidos, tais como wafer de silício, vidro, entre outros. Para isso, medidas de ângulo de contato e cálculos das componentes polares e dispersivas foram realizados em amostras submetidas ou não a tratamento térmico em atmosfera inerte. Além disso, foi executado um estudo sobre a influência dos fatores que regem processos de transferência fundamentados na técnica Direct Dry Transfer (DDT), envolvendo materiais bidimensionais (grafeno CVD e óxido de grafeno – GO) para superfícies poliméricas, sejam elas de duas ou três dimensões, tais como as propriedades de superfície e estrutura química de ambos os materiais (bidimensionais e polímeros) e as propriedades reológicas dos polímeros. Os resultados indicaram que o grafeno é hidrofóbico e parcialmente transparente ao molhamento devido a influências da natureza do substrato no qual se encontra depositado. O tratamento térmico em atmosfera inerte altera significativamente as propriedades de superfície desse material, indicando que, para o grafeno, tais propriedades são fortemente influenciadas por moléculas adsorvidas na superfície, obtendo resultados muito próximos daqueles previstos teoricamente. Com relação aos processos de transferência de materiais 2D para polímeros, a avaliação das propriedades de superfície dos materiais se demonstrou eficiente na previsão da qualidade e quantidade do grafeno CVD transferido usando a técnica DDT. Contudo, fatores como propriedades reológicas e estrutura química devem ser avaliados concomitantemente. Por último, foi demonstrada a eficiência de uma técnica desenvolvida para recobrimento de superfícies poliméricas de substratos tridimensionais com óxido de grafeno utilizando processamento de moldagem por injeção. - DissertaçãoInvestigação da morfologia e de propriedades mecânicas, térmicas e reológicas de nanocompósitos de Poli(tereftalato de etileno)/óxido de grafenoPinto , Gabriel Matheus (2020-07-10)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho está no campo do desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos, sendo estudado o sistema entre politereftalato de etileno (PET) e óxido de grafeno (GO). O principal objetivo deste trabalho foi a obtenção e caracterização de nanocompósitos de PET/GO para o setor de embalagens. Inicialmente foi obtido o óxido de grafite (GrO) usando a metodologia de oxidação do grafite desenvolvida por Hummers, seguido de caracterização por termogravimetria analítica (TGA), difratometria de raios-X (DRX) e espectroscopia Raman, observando-se um grau moderado de oxidação, o que permitiu manter uma alta integridade de folha. Em seguida, o GrO foi esfoliado em dois meios de esfoliação (água e etanol) e notou-se por microscopia de força atômica (AFM) que a esfoliação em água permite que o GO mantenha maior tamanho lateral de folha. Foram produzidos nanocompósitos PET/GO com três teores de carga (0,05, 0,1 e 0,3% em massa), utilizando uma extrusora dupla rosca como meio de mistura. Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos de tração indicaram que o compósito com 0,1% em massa de GO esfoliado em água apresentou aumentos expressivos tanto em resistência à tração (19%), quanto em alongamento (238%) e tenacidade (590%) quando comparado ao polímero puro. Embora técnicas de espectroscopia no infravermelho (FTIR) e Raman não tenham sido sensíveis a interações carga/polímero, foi observado por análises dinâmico-mecânicas que há uma redução de tan em função da concentração. Isto indica uma redução da mobilidade molecular das cadeias poliméricas, i.e., a presença de GO aumenta o componente elástico do material, gerando um comportamento mais pseudo-sólido. Com relação à cristalização do polímero, foi observado por DSC que o GO atua como agente nucleante e aumenta a perfeição dos cristais, uma vez que a temperatura de cristalização e fusão aumentam com a inserção de GO. Também foi observado que o GO pode aumentar a cinética de nucleação, gerando cristais mais finos, conforme observado por espalhamento de raios-x de baixo ângulo (SAXS) e DRX. Com relação à morfologia e distribuição do GO na matriz, foi observado em imagens obtidas por microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia de raios-X (XR-MT) que o compósito que apresentou as melhores propriedades mecânicas também apresentou elevado molhamento da carga pela matriz, assim como a melhor distribuição de partículas e menor tamanho de aglomerados. Por fim, o comportamento reológico dos compósitos também foi avaliado sob diferentes tensões de cisalhamento. Quando submetido a tensões elevadas, e.g., em reometria capilar, a viscosidade dos compósitos é inferior à do polímero puro, o que sugere um efeito de lubrificação por parte da carga. Isto pode ser industrialmente interessante, pois pode atuar como um “auxiliar de processamento” durante a compostagem e moldagem dos compósitos, permitindo o uso de parâmetros menos severos. Porém quando submetido a tensões mais baixas, e.g., em reometria de placas paralelas, a viscosidade dos compósitos é superior à do PET puro. Esta característica, associada ao aumento do módulo de armazenamento e menor inclinação deste em baixas frequências (), indica que o efeito de lubrificação não é alcançado, permitindo que os compósitos apresentem um comportamento mais elástico devido à menor mobilidade molecular de longo alcance. Portanto, foi produzido neste trabalho um nanocompósito de PET/GO com baixíssima concentração (0,1% em massa), sendo apresentadas melhorias não convencionais em propriedades do polímero original pela inserção de derivados de grafeno. Este resultado é ainda mais significativo ao considerar a técnica utilizada para sua produção, mistura no estado fundido, a qual apresenta maiores desafios para dispersão e distribuição do nanomaterial do que técnicas como mistura de soluções ou polimerização in-situ. - DissertaçãoNanocompósito de poliuretano termoplástico/grafeno para obtenção de sensores mioelétricos via impressão 3dMaldonado, Mário Pereira (2022-02-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho teve como objetivo desenvolver nanocompósitos poliméricos eletricamente condutivos para fabricação de filamentos de impressão 3D, compatíveis com a construção de sensores flexíveis, para captação de sinais mioelétricos de superfície. O nanocompósito foi fabricado a partir TPU e grafeno comerciais. A matriz polimérica e a carga foram misturadas a seco em proporções entre 0% em peso e 2% em peso de grafeno, extrudadas em extrusora dupla rosca e posteriormente granuladas. Corpos de prova e filmes finos foram fabricados à partir dos pellets para caracterização em Microscopia Ótica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia no Infravermelho por Reflexão Total Atenuada (FTIR-ATR), Comportamento reológico sob rampa de temperatura e de cisalhamento, Extensão até ruptura e Condutividade térmica. Pode se observar alteração da organização microestrutural do segmento rígido do TPU nas entalpias do DSC, e o impacto dessa alteração no nível de organização nas propriedades mecânicas e térmicas dos nanocompósitos. Nas concentrações de 1,0% em peso e 2,0% em peso pode se observar a formação de aglomerados de grafeno, o que gerou impacto negativo nas propriedades mecânicas a 2,0% em peso. Na segunda fase do trabalho os nanocopósitos foram extrudados na forma de filamento em extrusora monorosca montada com puxador para controle de diâmetro compatível com impressão 3D e testes de impressão de dispositivos flexíveis sob plataforma têxtil foram realizados com sucesso. - DissertaçãoNanocompósitos a base de polietileno de baixa densidade utilizando óxido de grafeno e grafeno como cargasMedeiros, Gabriela Santos (2019-08-08)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O objetivo principal deste projeto científico foi obter e caracterizar nanocompósitos poliméricos a base de polietileno de baixa de densidade-PEBD e cargas bidimensionais (óxido de grafeno e grafeno), de modo a melhorar as propriedades de barreira em que haja perdas significativas em propriedades mecânicas e transparência. Inicialmente, sintetizado pelo método de Hummers, o óxido de grafite (Gr-O) foi caracterizado por espectroscopia Raman, difração de raios-X (DRX) e, análise termogravimétrica (TGA). O óxido de grafeno (GO) obtido após esfoliação líquida em água do Gr-O foi caracterizado por microscopia de força atômica (AFM). Os resultados confirmaram o processo de oxidação do grafite para obtenção do Gr-O, bem como um GO com até 10 camadas empilhadas. Do mesmo modo, o grafeno adquirido da empresa 2DM foi analisado, e por meio a espectroscopia Raman sinalizou um grafeno com poucas camadas (maior concentração em 5 camadas). Os nanocompósitos foram obtidos via mistura no estado fundido utilizando uma extrusora dupla rosca com teores de cargas iguais a 0,05, 0,1 e 0,3% em massa. Esses materiais foram injetados e corpos-de-prova foram obtidos para realização de ensaios térmicos (DSC), reológicos e mecânicos. Para as duas primeiras caracterizações não é notado alteração dos materiais devido à baixa quantidade de carga empregada, entretanto é notado melhor desempenho mecânico para as composições PEBD/GO (0,05%) e PEBD/G (0,05%). Após a primeira extrusão, o material foi novamente processado em uma extrusora mono-rosca para produção dos filmes, sendo estes analisados por diferentes técnicas. Os resultados indicaram que as cargas permitiram um aumento da cristalinidade, assim como concentrações menores apresentaram melhor distribuição de partículas. Simultaneamente com a influência da orientação das partículas, melhores desempenhos para os filmes analisados mecanicamente no sentido longitudinal foram observados. As propriedades de superfície (ângulo de contato) dos filmes corroboram com a performance dos materiais para propriedades de barreira ao vapor d’água e ao gás oxigênio, sendo a intervenção dos grupos funcionais (GO), cristalinidade e distribuição de partículas os fatores mais importantes para aumento dessas propriedades. Um novo nanocompósito foi preparado, 1,0% de grafeno em PEBD, e os resultados indicam poucas modificações observadas para as propriedades de superfície, morfológicas, térmicas e mecânicas. - DissertaçãoNanocompósitos de polietileno de alta densidade : nitreto de boro hexagonal para aplicações em embalagensSantos, Michelle Cristina Corrêa dos (2019-08-27)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho refere-se à preparação e caracterização de nanocompósitos a base de polietileno de alta densidade - PEAD com incorporação de nanopartículas de nitreto de boro hexagonal (hBN), a fim de se obter materiais com melhorias em desempenho mecânico e propriedade de barreira a gases quando comparados ao PEAD puro. O hBN foi obtido por meio de esfoliação líquida em água e caracterizado por espectroscopia UV-Vis, espectroscopia Raman, Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia de Força Atômica. Os resultados indicaram que o processo de esfoliação usado apresenta forte dependência com o tempo de esfoliação, porém mostrou-se eficiente gerando um material com baixo número de camadas empilhadas. Os nanocompósitos foram obtidos por mistura no estado fundido utilizando o método Solid Solid Deposition – SSD em extrusora dupla rosca obtendo-se concentrações finais de carga variando entre 0,05% e 1,0% em massa. Uma segunda extrusão foi realizada para produção dos filmes (extrusora mono-rosca). Os nanocompósitos (após primeira extrusão) foram analisados por Análise Térmica Diferencial Exploratória (DSC), Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho (FTIR) e Ensaios Mecânicos. O nanocompósito PEAD/hBN (0,10%) apresentou resultados destacados em todas as análises utilizadas ao se comparar com os demais, indicando a existência de uma melhor distribuição e dispersão da carga na matriz polimérica. Os filmes produzidos pela segunda extrusão foram avaliados por Ângulo de Contato, Ensaio de Tração, Transmissão de Vapor D’água e Permeabilidade ao Oxigênio. O filme do nanocompósito PEAD/ hBN (0,10%) atingiu melhores propriedades mecânicas ao alongar no sentido da extrusão, além de baixa permeação ao vapor d’água. - DissertaçãoNanocompósitos poliméricos biodegradáveis a base de poli(3-hidroxibutirato-CO-3-hidroxivalerato) – PHBV e óxido de grafeno (GO)Silva, Giovanna da Cruz (2024-02-09)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O consumo desenfreado de materiais plásticos de base petroquímica e a quantidade de resíduos plásticos produzidos chamaram a atenção para os polímeros biodegradáveis. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da adição de óxido de grafeno (GO) nas propriedades térmicas, mecânicas e de biodegradabilidade em solo de nanocompósitos poliméricos biodegradáveis à base de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV). O óxido de grafite (GrO) foi sintetizado pela metodologia de oxidação do grafite desenvolvida por Hummers, com o auxílio de um reator de bancada. Para verificar a efetividade da síntese, o GrO foi caracterizado por análise termogravimétrica (TGA), difração de Raios-X (DRX), espectroscopia infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, espectroscopia na região ultravioleta e visível (UV-Vis) e microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-FEG). Os resultados confirmaram a oxidação do grafite, sendo possível ainda identificar os grupos oxigenados presentes e o tamanho lateral das camadas de GO. Os nanocompósitos PHBV/GO foram produzidos com três teores de carga (0,1, 0,3 e 0,5% em massa), pela mistura no estado fundido, utilizando uma extrusora dupla rosca. As caracterizações de TGA e FTIR não apresentaram alterações entre os materiais (polímero puro e nanocompósitos), porém foi observado diminuição na massa molar dos nanocompósitos por viscosimetria de queda de bolas. Na espectroscopia Raman se identificou uma melhor interação carga-matriz para o nanocompósito com 0,1% em massa de GO (PHBV-01). Os resultados de DRX indicaram que a incorporação de GO não modificou o grau de cristalinidade do PHBV, porém permitiu a formação de lamelas cristalinas mais finas. Foi observado por calorimetria exploratória diferencial (DSC) que o GO atuou como um agente nucleante, uma vez que as temperaturas de cristalização dos nanocompósitos aumentaram com a incorporação de GO. Com relação a temperatura de fusão, uma tendência à diminuição dos picos duplos de fusão foi identificada conforme o teor de GO aumentava, sugerindo uma estrutura cristalina mais homogênea. Pelas análises dinâmico mecânicas (DMA) foi observado um aumento no módulo de armazenamento e redução de tan δ para todos os nanocompósitos, o que indica uma redução da mobilidade molecular das cadeias poliméricas. Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos de resistência ao impacto e resistência à tração indicaram, quando comparado ao PHBV, um aumento na performance mecânica para o PHBV-01. Esse comportamento foi associado, através de MEV-FEG, à um aspecto levemente mais rugoso de sua superfície de fratura quando comparado às demais composições. Quanto aos ensaios de biodegradação em solo, a adição do GO não levou de forma significativa à redução da velocidade de biodegradação, especialmente para o PHBV-01. Portanto, foi produzido neste trabalho um nanocompósito com baixíssima concentração de GO (0,1% em massa), apresentando melhorias nas propriedades térmicas e mecânicas do PHBV. Estes são resultados significativos ao considerar que a técnica utilizada para a obtenção dos nanocompósitos foi a mistura no estado fundido, uma das técnicas mais promissoras para uma aplicação industrial. - DissertaçãoObtenção de scaffolds poliméricos baseados em poli(ácido lático), hidroxiapatita e óxido de grafeno utilizando o método de manufatura aditiva por “fused deposition modeling”Siqueira, André da Silva (2018-02-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O presente trabalho visa obter e caracterizar um filamento compósito baseado em poli(ácido lático) (PLA), hidroxiapatita (HA) e óxido de grafeno, processá-lo por Fused deposition modeling (FDM), fabricar scaffolds para crescimento de tecido ósseo. Para alcançar esses objetivos fcompósitos de PLA/HA, PLA/GO e PLA/HA/GO com concentrações de 0,05%, 0,1% e 0,3% de GO e 30% de HA (em massa) foram preparados por meio de mistura no estado fundido e posteriormente processados por FDM. Comprovou-se a obtenção do óxido de grafite por técnicas de difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica e espectroscopia Raman. O PLA e os compósitos foram caracterizados por medidas de massa molar da matriz polimérica, espectroscopia no infravermelho e Raman, ensaios mecânicos de tração, medidas de ângulos de contato (energia de superfície), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e ensaios reológicos. A inserção do GO no PLA e no compósito PLA/HA conduziu a melhorias das propriedades mecânicas (tração) dos materiais e também modificou significativamente as propriedades de superfície dos materiais estudados, sendo a concentração de 0,05% em massa a que apresentou melhor desempenho em ambas as características. Essas melhorias aconteceram devido à forte interação das folhas de GO com a matriz de PLA, o que indica que o processo de obtenção dos compósitos via estado fundido foi corretamente conduzido. Todas as composições PLA/HA/GO apresentaram características reológicas compatíveis com o processo de produção dos scaffolds via FDM. A inserção do GO na matriz de PLA e no compósito PLA/HA demonstrou-se ser extremamente promissora, e possivelmente aumentarão a variedade de aplicações dos biomateriais baseados em PLA/HA. - DissertaçãoObtenção de scaffolds poliméricos baseados em poli(ácido lático), hidroxiapatita e óxido de grafeno utilizando o método de manufatura aditiva por “fused deposition modeling”Siqueira, André da Silva (2018-02-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The present work aims to obtain and characterize a composite filament based on poly (lactic acid) (PLA), hydroxyapatite (HA) and graphene oxide, to process it by fused deposition modeling (FDM), and then make scaffolds for bone tissue growth and order to evaluate the properties of the obtained structure. To achieve these goals composite of PLA/HA, PLA/GO and PLA / HA / GO with concentrations of 0.05 wt %, 0.1 wt % and 0.3 wt % GO and 30 wt % HA were obtained by melt state blending and subsequently processed by FDM. The graphite oxide was obtained by modified Hummers method and characterized by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis and Raman spectroscopy. The PLA and composites were characterized by molar mass measurements, infrared and Raman spectroscopy, tensile strength tests, contact angle measurements (surface energy), differential scanning calorimetry (DSC) and rheological tests. The insertion of GO into PLA and PLA/HA composites led to improvements in the mechanical properties (tensile) and also modified significantly the surface properties of the materials and the composition with 0.05 wt % of GO has shown the better results in both characteristics. These improvements occurred due to the strong interaction of the GO sheets with the PLA matrix that indicates the process of obtaining the composites via the melting state was correctly conducted. All PLA / HA / GO compositions presented rheological characteristics compatible with of scaffolds production process via FDM. The insertion of the GO into the PLA matrix and the PLA / HA composite has been shown to be extremely promising, and possibly to increase the variety of PLA / HA based biomaterials application. - DissertaçãoObtenção e caracterização de filmes monocamadas para embalagens flexíveis: nanocompósitos à base de poli(adipato-co-tereftalato de butileno) e óxido de grafenoCardoso, Karina Laura Fernandes (2025-02-07)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O uso de materiais plásticos contribuiu significativamente para o desenvolvimento econômico global. No entanto, seu consumo excessivo e descarte inadequado têm causado sérios problemas ambientais. Em resposta a essa questão, este trabalho propõe o estudo de nanocompósitos com uma matriz polimérica biodegradável, o PBAT, e nanocarga de óxido de grafeno (GO), para uso em embalagens flexíveis com teores de 0,05, 0,1 e 0,25% em massa de GO. O óxido de grafeno foi sintetizado através do método de Hummers modificado e caracterizado por meio de difração de Raio-X, análise termogravimétrica, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura. Verificou-se que o GO não modificou a hidrofobicidade e o grau de cristalinidade do PBAT. Os filmes nanocompósitos foram produzidos por mistura no fundido, mediante extrusão, e caracterizados quanto às propriedades morfológicas, de barreira a gases, mecânicas, transmissão de luz e biodegradabilidade. A redução da massa molar devido à incorporação de GO foi verificada, e pode ser a principal razão para a diminuição observada na resistência à tração e aumento no alongamento. A nanocarga permitiu bloqueio ultravioleta, estabilidade térmica e certas melhorias na barreira de oxigênio sem comprometer a transparência do filme. Comparado ao filme PBAT puro, a maior concentração, contendo 0,25% de GO apresentou uma redução do coeficiente de permeabilidade ao oxigênio em 13,6% e o alongamento e a tenacidade também foram melhorados em 90% e 33%, respectivamente. Além disso, essa composição também foi capaz de acelerar a taxa de mineralização de PBAT no solo, provavelmente devido a menor massa molar dos nanocompósitos em relação ao polímero puro. As informações preliminares obtidas neste trabalho indicam que o nível de degradação hidrolítica de PBAT durante o processo de extrusão não foi alto o suficiente para evitar sua aplicação em embalagens de alimentos, uma vez que a barreira térmica, barreira a gases, propriedades mecânicas e UV obtidas ainda demonstram uma combinação de desempenho adequada para esta finalidade. Esse equilíbrio de propriedades sugere que os nanocompósitos desenvolvidos podem ser aplicados em embalagens flexíveis, com potencial de otimização em pesquisas futuras.