Blendas e nanocompósitos poliméricos de alto desempenho mecânico formados por polietilenos de alta massa molar e óxido de grafeno

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dc.contributor.advisorFechine, Guilhermino José Macêdo
dc.contributor.authorFerreira, Eder Henrique Coelho
dc.date.accessioned2022-02-05T16:40:53Z
dc.date.available2022-02-05T16:40:53Z
dc.date.issued2021-08-16
dc.description.abstractO presente trabalho trata-se do desenvolvimento de novos materiais, blendas de polietileno de alta massa molar (PEAMM) contendo polietileno de ultra alta massa molar (PEUAMM) e nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo óxido de grafeno multicamadas (mGO), com melhores propriedades tribológicas do que o PEUAMM. O PEUAMM é um polímero de engenharia de alto desempenho tribológico, apresentando desempenho superior aos outros polímeros. No entanto, mesmo o PEUAMM possuindo essa característica, durante o uso ele pode sofrer facilmente degaste abrasivo, devido às condições severas que ele é submetido. Logo, o desenvolvimento de novos materiais com melhor desempenho é desejável para muitas aplicações tribológicas. Três etapas de estudos foram realizadas para se obter novos materais com melhor desempenho do que o PEUAMM. Na I Etapa, blendas de PEAMM e de PEAD contendo PEUAMM foram obtidas via extrusão dupla rosca. Nesse estudo um novo conceito, baseado no fenômeno de healing, é sugerido para a obtenção de blendas de polietileno. As blendas de polietileno apresentaram altíssimo desempenho mecânico e tribológico, quando moldados em uma prensa a quente em tempo suficiente para que o fenômeno de healing (máximo grau de mistura) fosse completado na interfase polietileno-polietileno. Nesse primeiro estudo é mostrado pela primeira vez que é possiviel obter blendas de polietileno, PEAMM-PEUAMM (< 40 % em massa), com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. A II Etapa desse trabalho foi dedicada ao estudo dos nanocompósitos e compósitos de PEAMM contendo cargas carbonáceas, mGO, óxido de grafite e grafite. O foco desse estudo foi sobre a influência dos aglomerados dessas cargas nas propriedades reológicas e mecânicas dos polímeros. Outros compósitos de poliestireno e de PEAD contendo essas cargas foram produzidos para complementar o estudo. A principal conclusão obtida nessa etapa foi que os aglomerados, através do fenômeno de superlubrificação, podem agir tenacificando e reduzindo a viscosidade dos polímeros, desde que estejam presentes em baixas concentrações. Essa observação é uma mudança de paradigma, uma vez que os aglomerados sempre foram vistos como prejudiciais às propriedades dos polímeros, mas o oposto é sugerido nesse trabalho. Após o desenvolvimento de blendas de polietileno de alto desempenho tribológico (I Etapa) e com a compreensão da influência dos aglomerados das cargas carbonáceas nas propriedades dos polímeros (II Etapa), a III Etapa do trabalho estudou os nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo diferentes concentrações de mGO (0,01, 0,05 e 0,1 % em massa). Todos os nanocompósitos produzidos apresentaram desempenho tribológico (alta resistência ao degaste e baixo coeficiente de fricção) superior ao PEUAMM. O PEAMM-PEUAMM-mGO (0,1 % em massa) foi o nanocompósito com melhor desempenho dentre os materiais estudados. Esse resultado pode ser atribuído a três fatores que foram anteriormente elucidados na I e na II Etapa. O primeiro fator está associado ao alto grau de mistura na interfase polietileno-polietileno, que é uma decorrência da obtenção desse nanocompósito baseado no fenômeno de healing (I Etapa). O segundo e o terceiro fatores estão associados à influência do mGO bem esfoliado e do mGO aglomerado contido no nanocompósito, que agem através do mecanismo de reforço e do fenômeno de superlubrificação, respectivamente (II Etapa). Como resultado final desse trabalho, três novos materiais, a blenda PEAMM PEUAMM (<40 % em massa), o nanocompósito PEAMM-mGO e o nanocompósito PEAMM PEUAMM-mGO, foram desenvolvidos com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. Portanto, esse trabalho apresenta três materiais com potencial de substituir o PEUAMM nas aplicações onde seu desempenho é insatisfatório.pt_BR
dc.description.sponsorshipFAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulopt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28795
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectgrafenopt_BR
dc.titleBlendas e nanocompósitos poliméricos de alto desempenho mecânico formados por polietilenos de alta massa molar e óxido de grafenopt_BR
dc.typeTesept_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8109533360196619pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9186244114264497pt_BR
local.contributor.board1Rabello, Marcelo Silveira
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0384726674523131pt_BR
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-0527-6658pt_BR
local.contributor.board2Demarquette, Nicole Raymonde
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5646835909398399pt_BR
local.contributor.board3Domingues, Sergio Humberto
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3585264786800637pt_BR
local.contributor.board3Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-7190-3803pt_BR
local.description.abstractenThe present work is about the development of new materials based on blends of high molar mass polyethylene (HMWPE) containing ultra high molar mass polyethylene (UHMWPE) and on HMWPE and HMWPE-UHWMPE nanocomposites containing multilayer graphene oxide (mGO) with better tribological properties than UHMWPE. UHMWPE is an engineering polymer of high tribological performance, showing superior performance to other polymers. However, even with UHMWPE having this characteristic, during use it can easily undergo abrasive wear due to the severe conditions it is subjected to. Therefore, the development of new materials with better performance is desirable for many tribological applications. Three stages of studies were carried out to obtain new materials with better performance than UHMWPE. In Part I, blends of HMWPE and HDPE containing UHMWPE were obtained via twin screw extruder. In this study, a new concept, based on the healing phenomenon, is suggested to obtain polyethylene blends. The polyethylene blends showed very high mechanical and tribological performance, when molded in a hot press in sufficient time for the healing phenomenon (maximum degree of mixing) to be completed in the polyethylene-polyethylene interphase. In this first study, it is shown for the first time that it is possible to obtain polyethylene blends (HMWPE-UHMWPE (<40 wt.% s)) with better tribological performance than UHMWPE. Part II of this work was dedicated to the study of nanocomposites and composites from HMWPE containing carbonaceous fillers, mGO, graphite oxide and graphite. The focus of this study was on the influence of agglomarete of these fillers on the rheological and mechanical properties of polymers. Other polystyrene and HDPE composites containing these fillers were produced to complement the study. The main conclusion obtained at this stage was that the agglomerates, through of the superlubricity phenomenon, can act to toughen the polymers, as long as they are present in low concentrations. This observation is a paradigm shift, since the agglomerates have always been seen as damaging the properties of polymers, but the opposite is proven in this work. After the development of polyethylene blends of high tribological performance (Part I) and with the understanding of the influence of carbonaceous agglomerates on the properties of polymers (Part II), Part III of the work studied the nanocomposites of HMWPE and HMWPE-UHMWPE containing different concentrations of mGO (0.01, 0.05 and 0.1 wt. %). All nanocomposites produced showed a better tribological performance than UHMWPE. HMWPE-UHMWPE-mGO (0.1 wt.%) was the nanocomposite with the best performance among the studied materials. This result can be attributed to three factors that were previously elucidated in Part I and Part II. The first factor is associated with the high mixing degree in the polyethylene-polyethylene interphase, which is a result of obtaining this nanocomposite based on the healing phenomenon (Part I). The second and third factors are associated with the influence of the well-exfoliated mGO and the agglomerated mGO contained in the nanocomposite, which act through the reinforcement mechanism and the superlubricity phenomenon, respectively (Part II). As a final result of this work, three new materials, the HMWPE-UHMWPE (<40 wt.%) blend, the HMWPE-mGO nanocomposite and the HMWPE UHMWPE-mGO nanocomposite, were developed with better tribological performance than UHMWPE. Therefore, this work presents three materials with the potential to replace UHMWPE in applications where its performance is unsatisfactory.pt_BR
local.keywordsgrafenopt_BR
local.publisher.departmentCentro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)pt_BR
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologiapt_BR
local.subject.cnpqEngenharias de materiais e nanotecnologiapt_BR
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