Produção e caracterização de nanocompósitos expandidos de poliestireno, reforçados com nanofibras e nanowhiskers de celulose obtidas a partir de fibra de curauá

• Main Author: Neves, Roberta Motta
• Other Authors: Menezes, Aparecido Junior de
• Language: Portuguese
• Published: 2018
• Subjects: Nanocompósitos (Materiais); Poliestireno; Nanofibras; Nanocomposites (Materials); Polystyrene; Nanofibers
• Online Access: https://repositorio.ucs.br/handle/11338/3474

A busca por materiais de origem natural, com menos impacto ambiental e com as mesmas propriedades de materis sintéticos está cada vez mais em foco nas pesquisas na área de engenharia. Um modo de fazer isto é o desenvolvimento de nancompósitos reforçados por materiais oriundos de fibras naturais visto que estas possuem em sua estrutura celulose e a celulose é o composto presente em maior quantidade no planeta. Dentro dos nanocompósitos existe a classe dos nanocompósitos expandidos que combinam boas propriedades mecânicas com densidade reduzida e capacidade superior de isolamento térmico e acústico, quando comparados aos nanocompósitos convencionais não expandidos. Nanocompósitos expandidos são materiais que possuem pelo menos três fases: uma contínua (matriz polimérica), a fase dispersa (elementos de reforço) e a presença de espaços vazios no interior da estrutura, denominadas células. O poliestireno (PS) é um polímero muito utilizado na produção de materiais expandidos. Nesse sentido, o presente estudo tem por objetivo, primeiramente a obtenção das nanofibras (NFC) e nanowhiskers (NWC) de celulose ambas extraídas de fibras de curauá (FC). As NFC foram obtidas pelo processo de desfibrilação e os NWC a partir do método de oxidação. Estas foram caracterizadas quanto sua morfologia por microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG), grau de polimerização (GP), quanto sua estrutura cristalina (DRX), quanto suas propriedades térmicas (TG) e quanto a estrutura química (FTIR). Após, ocorreu o desenvolvimento de nanocompósitos de poliestireno (PS) reforçado com NFC e NWC, nas seguintes concentrações de reforço: 0,25%, 0,50% e 1,00% (m/m). Avaliou-se a influência da incorporação dos reforços na matriz por DMA onde observou-se um aumento no módulo de armazenamento e de perda para todos os nanocompósitos, em relação ao PS sem reforço. Após os nanocompósitos foram expandidos utilizando dióxido de carbono em estado supercrítico como agente expansor e os nanocompósitos expandidos foram avaliados por propriedades mecânicas (resistência à compressão), na morfologia final do nanocompósito expandido por MEV-FEG e por distribuição de tamanho de células. Nos nanocompósitos expandidos, a incorporação das NFC promoveu um aumento na resistência a compressão e uma diminuição no tamanho de células, quando comparado as amostras reforçadas com NWC e PS puro. De modo geral, a incorporação dos NWC nos nanocompósitos antes da expansão proporcionaram melhores resultados quando comprados ao reforçados com NFC. Por poutro lado a incorporação de NFC nos nanocompósitos expandidos proporcionaram melhores resultados quando comparados aos reforçados com NWC. === Submitted by [e-mail] ([e-mail]) on 2018-02-20T11:45:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Roberta Motta Neves.pdf: 2419021 bytes, checksum: 98834ba297d6c3752a7400aba41b8968 (MD5) === Made available in DSpace on 2018-02-20T11:45:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Roberta Motta Neves.pdf: 2419021 bytes, checksum: 98834ba297d6c3752a7400aba41b8968 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 === The search for materials of natural origin, with less environmental impact and with the same properties of synthetic materials is increasingly focused on research in the field of engineering. One way to doing this is a development of nanocomposites reinforced with materials obtained from natural fibers, because that have on your biologic structure cellulose and the cellulose is present in greater quantity in the planet. Within the nanocomposites there is a class of expanded nanocomposites that combine good mechanical properties with reduced density and superior capacity of thermal and acoustic insulation when compared to conventional non-expanded nanocomposites. Expanded nanocomposites are materials that have at least three phases: a continuous (polymer matrix), the dispersed phase (reinforcing elements) and the presence of voids inside the structure, called cells. Polystyrene (PS) is a polymer widely used in the production of expanded materials. In this sense, the aim of the present study were firstly to obtain nanofibers (NFC) and nanowhiskers (NWC) of cellulose both extracted from curauá fibers (CF). The NFCs were obtained by the defibrillation process and the NWC from the oxidation method. These were characterized by their transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy with field emission (SEM), degree of polymerization (GP), their crystalline structure (XRD), and their thermal properties (TG) and the chemical structure by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). After that, the next step was the development of PS/NFC and PS/NWC nanocomposites in the following reinforcement concentrations: 0.25%, 0.50% and 1.00% (w/w). The influence of the incorporation of the reinforcements in the matrix by DMA was evaluated, where an increase in the storage and loss modulus was observed for all the nanocomposites, in relation to the PS without reinforcement. After the nanocomposites were expanded using carbon dioxide in the supercritical state as an expander and the expanded nanocomposites were evaluated by mechanical properties (compressive strength), in the final morphology of the expanded nanocomposite by SEM and by cell size distribution. In the expanded nanocomposites, the incorporation of the NFC promoted an increase in the compressive strength and a decrease in the cell size when compared to the samples reinforced with NWC and pure PS. In general, the incorporation of NWC in nanocomposites prior to expansion provided better results when purchased from NFC-reinforced ones. On the other hand, the incorporation of NFC in the expanded nanocomposites provided better results when compared to those reinforced with NWC.