Orientador: Julio Roberto Bartoli

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Um grande esforço é realizado no desenvolvimento de novas soluções que atendam às necessidades de aplicações cada vez mais desafiadoras na área de engenharia de materiais. Nanocompósitos poliméricos tiveram sua origem neste desenvolvimento, onde materiais poliméricos, com suas propriedades...

Resumo: Um grande esforço é realizado no desenvolvimento de novas soluções que atendam às necessidades de aplicações cada vez mais desafiadoras na área de engenharia de materiais. Nanocompósitos poliméricos tiveram sua origem neste desenvolvimento, onde materiais poliméricos, com suas propriedades particulares, recebem cargas na forma de partículas em escala nanométrica, que promovem melhorias nas propriedades deste material. A proposta deste trabalho foi produzir nanocompósitos poliméricos de poli(metacrilato de metila) (PMMA) reforçados com dois tipos diferentes de nanosílica pirogênica, uma funcionalizada com poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e outra sem funcionalização. Os nanocompósitos foram sintetizados via polimerização "in situ" do mero metacrilato de metila (MMA) em solução de clorofórmio sob agitação por sonda de ultrassom, em escala de bancada laboratorial. Os efeitos das variáveis de formulação, teor de carga (2% a 6% em massa), e de processamento, amplitude relativa do ultrassom (26% a 50%) nas propriedades físicas dos nanocompósitos foram estudados seguindo dois planejamentos fatoriais, um para cada tipo de nanosílica. Amostras dos nanocompósitos obtidos foram produzidas nas formas de filmes por casting e de discos por moldagem por compressão. Os nanocompósitos foram caracterizados em função de suas propriedades: reológicas, por reometria de placas paralelas a baixas amplitudes de oscilação; ópticas, por transmitância no UV-Visível e índice de refração; morfológicas e estruturais, por microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-x e espectroscopia na região do infravermelho; térmicas, por termogravimetria, e tribológicas, avaliando a resistência ao risco. Os resultados indicam que houveram melhorias nas propriedades térmicas, mecânicas e reológicas dos nanocompósitos, em especial a baixos níveis de nanosílica e amplitude de sonicação, sem alterações expressivas nas propriedades ópticas quando comparadas as do PMMA sem cargas. Entre os dois tipos de nanosílica, o melhor comportamento nas propriedades reológicas foi verificado com os nanocompósitos contendo a nanosílica não funcionalizada, provavelmente devido a uma dispersão mais adequada dessa carga na matriz de PMMA. Os ensaios tribológicos mostraram aumento na resistência ao risco e diminuição dos coeficientes de atrito para os nanocompósitos. As análises morfológicas e estruturais dos nanocompósitos com nanosílica funcionalizada indicaram possíveis aglomerados de partículas de sílica, plausível causa dos menores módulos elásticos destes nanocompósitos

Abstract: A large effort is being put in the development of new solutions that answer to the ever-growing challenging needs in materials engineering. Polymer nanocomposites had their origin in this development, where polymers, with their well-known properties, receive nanometric sized particles of a...

Abstract: A large effort is being put in the development of new solutions that answer to the ever-growing challenging needs in materials engineering. Polymer nanocomposites had their origin in this development, where polymers, with their well-known properties, receive nanometric sized particles of a material as a filler that act as a properties enhancer for its matrix. This work¿s goal was to obtain nanocomposites of poly(methyl methacrylate) (PMMA) reinforced with two types of nanometric fumed silica, one of them functionalized with polydimethylsiloxane (PDMS) and a not functionalized one. The nanocomposites were synthesized via in situ polymerization of the methylmethacrylate (MMA) monomer in chloroform solution, under ultrasonic probe, on a laboratory bench scale. Two variables of synthesis were studied: a composition variable, filler content (2% to 6% by mass) and a process variable, relative amplitude of ultrasound probe (26% to 50%). The effects of the synthesis variable on the nanocomposites properties were studied through two designs of experiments, one for each kind of nanosilica. Nanocomposites sampling consisted of films produced by casting process and discs produced by compression molding. Nanocomposites properties characterization included: rheological, by small amplitude oscillatory shear parallel plates rheometry; optical, by UV-visible transmittance and refractive index; morphological and structural analysis, by scanning electron microcopy, x-ray diffraction, infrared spectroscopy; thermal, by thermogravimetry and tribological, by esclerometry. Obtained results shows enhancements on the nanocomposites thermal, mechanical and rheological properties when compared to the unfilled PMMA, especially at low levels of nanosílica and sonication amplitude, while almost no changes were noticed on the nanocomposites optical properties. The best behavior in rheological properties has been found with the nanocomposites containing the non-functionalized nanosilica, likely due to a better dispersion of this filler in PMMA matrix. Tribological analysis indicated scratch resistance enhancements and lower friction coefficients for the nanocomposites. On the other hand, morphological and structural analysis of nanocomposites with the functionalized nanosilica indicated possible clusters of silica particles, plausible cause of the lower elastic modulus of these nanocomposites

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