Fotodegradação e fotoestabilização de filmes de nanocompósitos de pead/h-bn

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dc.contributor.advisorFechine, Guilhermino José Macêdo
dc.contributor.authorKalupgian, Cristiane Doria
dc.date.accessioned2022-03-10T12:50:35Z
dc.date.available2022-03-10T12:50:35Z
dc.date.issued2022-02-15
dc.description.abstractEste 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 quimiocristalização 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.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nívelpt_BR
dc.description.sponsorshipFAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulopt_BR
dc.description.sponsorshipMackPesquisa - Fundo Mackenzie de Pesquisapt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28848
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.subjectfotodegradaçãopt_BR
dc.subjectfotoestabilizaçãopt_BR
dc.subjectnanocompósitopt_BR
dc.subjectpeadpt_BR
dc.subjectnitreto de boro hexagonalpt_BR
dc.titleFotodegradação e fotoestabilização de filmes de nanocompósitos de pead/h-bnpt_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/5787475887892791pt_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.board2Rabello, Marcelo Silveira
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0384726674523131pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-0527-6658pt_BR
local.contributor.coadvisorRibeiro, Hélio
local.contributor.coadvisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0766240077339002pt_BR
local.description.abstractenThis work refers to the study of photodegradation of nanocomposites based on high density polyethylene - HDPE and hexagonal boron nitride (h-BN) nanosheets with and without the presence of stabilizing additives to obtain information about the mechanisms degradation when they are exposed to ultraviolet radiation. h-BN was produced by liquid exfoliation using an IPA/water mixture and tip ultrasound equipment. The material before and after exfoliation was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), X-Ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy. From the exfoliation, multilayer h-BN nanosheets (6 to 15 stacked layers) and lateral size with a higher frequency between 75 and 200 nm were obtained. Masterbatches were prepared by mixing in the molten state of the additives: a) antioxidants - AOX: mixture containing 80% Irgafos 168 + 20% Irganox 1076, b) UV - UV absorber: Tinuvin 326, c) Sterically hindered amine - HALS, hindered amine light stabilizer: Tinuvin 622 SF, as well as h-BN at 5% mass concentrations, using HDPE as a vehicle. Using a twin screw extruder, HDPE blends were prepared with 0.2% UV absorber, 0.4% HALS and 0.2% antioxidants (HDPE – C1; HDPE/AOX – C2; HDPE/UV/AOX – C3; HDPE/HALS/AOX - C4; HDPE/UV/HALS/AOX - C5) and nanocomposites (HDPE/h-BN - C6; h-BN/AOX - C7; h-BN UV/AOX - C8; h- BN /HALS/AOX – C9; h-BN/UV/HALS/AOX – C10). A second extrusion was carried out to produce the films in a single-thread extruder with a flat profile die. The samples were exposed to UV radiation in an accelerated aging chamber for up to 4 weeks. Subsequently, they were collected at different exposure times and characterized by Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy (FTIR-ATR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), UV-Vis Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results indicated that the reference samples and the nanocomposites containing the HALS additive (C4, C5, C9 and C10) gained prominence with the lower formation of secondary crystallinity compared to the pure one presented by the DSC, indicating that there was a smaller number of splits and generated fewer carbonyl groups as shown by the FTIRATR spectra. They also had minimal changes in morphology after 4 weeks of UV exposure. Only the compositions with UV/AOX (C3 and C8) developed an unexpected behavior and similar to HDPE after 4 weeks, proving by UV-Vis that Tinuvin 326 was consumed during the exposure. The performance of h-BN accelerated the photodegradation process, since all nanocomposites without HALS (C6, C7 and C8) had higher chemo-crystallization formations and high carbonyl indexes with a higher formation of carboxylic groups, indicating a tendency to β-split reactions and/or Norrish type I and II. This behavior only changed with the presence 11 of HALS in the compositions, which effectively photostabilized the nanocomposite. According to the literature, it is suggested that the action of h-BN as a catalyst in HDPE photodegradation can be explained by the presence of metals in h-BN and/or by the formation of boron oxide after aging. This nanocomposite has great potential for applications in plastic packaging, which would degrade faster and thus contribute to reducing the amount of persistent plastic waste in the environment. Keywords: Photodegradation. Photostabilization. Nanocomposite. HDPE. Hexagonal boron nitride.pt_BR
local.keywordsphotodegradationpt_BR
local.keywordsphotostabilizationpt_BR
local.keywordsnanocompositept_BR
local.keywordshdpept_BR
local.keywordshexagonal boron nitridept_BR
local.publisher.departmentCentro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)pt_BR
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologiapt_BR
local.subject.cnpqTecnologia e Desenvolvimento de materiaispt_BR
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