Fotoestabilização de nanocompósitos híbridos a base de borracha EPDM, negro de fumo e óxido de grafeno

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dc.contributor.advisorFechine, Guilhermino José Macêdo
dc.contributor.authorLima, Lucas Pacanaro de
dc.date.accessioned2023-03-10T14:22:39Z
dc.date.available2023-03-10T14:22:39Z
dc.date.issued2023-02-10
dc.description.abstractA 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.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipOutrospt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/31617
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectetileno, propileno, dieno e metileno (EPDM)pt_BR
dc.subjectóxido de grafenopt_BR
dc.subjectnanocompósiospt_BR
dc.subjectfotodegradaçãopt_BR
dc.subjectfotoestabilizaçãopt_BR
dc.titleFotoestabilização de nanocompósitos híbridos a base de borracha EPDM, negro de fumo e óxido de grafenopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8109533360196619pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-5520-8488pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4895788156331527pt_BR
local.contributor.board1Andrade, Ricardo Jorge Espanhol
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2704277390841473pt_BR
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6902-8269pt_BR
local.contributor.board2De Paoli, Marco Aurélio
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9115204277528111pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-3813-3293pt_BR
local.description.abstractenEPDM rubber is a synthetic elastomer present in several applications. One of them is the use of this material in automotive trims. When used in this way, the material is exposed to several energy sources that cause its degradation more quickly, such as sunlight, which makes the use of photostabilizers necessary for this application. Studies have shown that some of the most used photostabilizers in EPDM are ineffective due to possible chemical reactions with the elastomeric matrix. Therefore, there is a need to find other more efficient photostabilizing fillers that can be used in EPDM, such as graphene oxide. This work aims at the production and characterization of nanocomposites based on EPDM, graphene oxide and carbon black for the use of automotive trims that are more resistant to photodegradation. The GO filler was introduced into the EPDM rubber in two compositions (0.2 phr and 0.5 phr) in an internal Haake-type mixer and then exposed to UV radiation incessantly for periods of 0 to 672 hours at 60 °C. For comparison, a composition with 0.3 phr of Tinuvin P photostabilizer (indicated for use in EPDM) was also formulated and characterized. After exposure, tensile strength, hardness, swelling, contact angle, scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectroscopy tests were performed on the base EPDM and nanocomposites. The tensile strength tests show that the load of GO and Tinuvin P acted as reinforcing agents of the material since the stress values at 50%, 100% and 200% of strain increased and the strain at break decreased along the exposure time when compared to unexposed materials. The composition that had the smallest change in tension at the strains of 50%, 100% and 200% when exposed to radiation was EPDM containing 0.5 phr of GO, indicating that GO can act as a UV filter, preventing radiation from penetrating the body of test. The hardness values also increased with the exposure time of the material, and the composition containing 0.2 phr of GO was the one that showed the smallest change in this property. The swelling test showed that the GO filler can act as a crosslinking agent in the elastomeric matrix due to its functional groups, making the rubber more rigid. A crosslink formation mechanism has been proposed to explain this hypothesis. Surface contact angle analyzes (in water and ethylene glycol) and infrared spectroscopy support this hypothesis, as the contact angle values for the compound with GO are high (θ > 90°) and it is considered a hydrophobic surface, indicating that GO would be decreasing its polarity by the interaction with the EPDM. By Raman spectroscopy and FTIR made on both the nanocomposites and nanofiller after ageing, it was possible to verify that due to the incidence of UV radiation, both the GO and the EPDM chain are generating free radicals and interacting with each other, forming crosslinks through the dienic compound ENB. The infrared spectrum showed high formation of hydroxyl in relation to carbonyl, which was confirmed by carbonyl and hydroxyl index. The images of SEM of the exposed surface showed that there are high crack density after ageing. The composition containing 0,5 phr of GO is the one showed lowest crack formation on its surface, indicating that this composition act as a good photoprotector for EPDM. With the results of the characterizations of both the nanomaterial and the nanocomposites, it is concluded that the GO nanofiller acts positively in the photostabilization of the EPDM matrix, even in low concentrations.pt_BR
local.description.sponsorshipOtherEmpresa/Indústria: Ford Brasilpt_BR
local.keywordsethylene, propylene, diene and methylene (EPDM)pt_BR
local.keywordsgraphene oxidept_BR
local.keywordsnanocompositespt_BR
local.keywordsphotodegradationpt_BR
local.keywordsphotostabilizationpt_BR
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologiapt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOESpt_BR
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