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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Study of the preparation of Brazilian organomontmorillonite by different organophilization processes with ionic, non-ionic and hybrid systems and its application in PLA nanocomposites = Estudo da preparação de organomontmorilonita brasileira por diferentes processos de organofilização com sistemas iônicos, não-iônicos e híbridos e sua aplicação em nanocompósitos de PLA
Title Alternative: Estudo da preparação de organomontmorilonita brasileira por diferentes processos de organofilização com sistemas iônicos, não-iônicos e híbridos e sua aplicação em nanocompósitos de PLA
Author: Alves, Jefferson Lopes, 1986-
Advisor: Morales, Ana Rita, 1958-
Abstract: Resumo: Nas últimas décadas houve um gradual crescimento nos estudos e utilização de argilas organo-modificadas no preparo de nanocompósitos polímericos. O poli (ácido láctico) (PLA), um biopolímero biodegradável com origem de fontes renováveis, é uma promissora alternativa para alguns commodities de fonte não renovável. Porém, apresenta limitações para aplicações que demandam alto desempenho e resistência térmica o que justifica estudos voltados para o uso de nanocargas para melhoria destas propriedades. Deste modo, este trabalho teve como objetivo geral a modificação de uma montmorilonita brasileira visando à sua incorporação em PLA, e foi dividido em três etapas. A primeira consistiu no estudo comparativo na preparação de organo-montmorilonitas (OMt) com diferentes tipos de modificadores orgânicos (iônicos e não iônicos) - cloreto de trihexil-tetradecil fosfônio (TDP), cloreto de di(sebo hidrogenado) dimetil amônio (HTA), di alquil-éster dimetil amônio (EA), amina de sebo etoxilada (ETA) e da avaliação de rotas de modificação da argila, dentre dispersão aquosa, semi-sólido e CO2 supercrítico. A segunda etapa visou à obtenção de OMt com sistemas híbridos a partir de misturas dos diferentes surfactantes estudados, visando à preparação de materiais com propriedades ¿ espaçamento basal (d001) e estabilidade térmica (Tonset) - combinadas e intermediárias em relação aos materiais individuais. As argilas modificadas foram caracterizadas por DRX, TGA, FTIR e ângulo de contato. As OMt¿s obtidas pela intercalação de cátion de fosfônio apresentaram maior estabilidade térmica (acima de 300°C), porém baixo d001 (abaixo de 3,0 nm), enquanto que as preparadas com os sais de amônio e amina apresentaram baixa estabilidade térmica (abaixo de 300°C) e elevado d001 (acima de 3,0 nm). O método em meio semi-sólido foi selecionando como a alternativa mais promissora devido às suas boas características ambientais e de eficiência na intercalação de todos os surfactantes. As organo-montmorilonitas híbridas (HOMt) foram preparadas por misturas do sal de fosfônio com cada um dos outros surfactantes, via semi-sólido, e apresentaram valores de d001 e Tonset intermediários quando comparados com os compostos puros. A última etapa consistiu na produção de nanocompósitos de PLA/organoargila via intercalação no estado fundido e a caracterização por DRX, TEM, TGA, GPC, FTIR, DSC, DMA, SEM, testes mecânicos de flexão e impacto, e flamabilidade. Os resultados mostraram a dependência da estrutura e morfologia dos nanocompósitos, e consequentemente suas propriedades, com a composição química das organoargilas. Os materiais híbridos contendo EA e ETA como segundo composto orgânicos, apresentaram melhor compatibilidade com PLA, resultando na melhoria das propriedades mecânicas e de resistência à queima do PLA

Abstract: In the last decades, it has been reported a gradual growth in the studies related to the use of organoclays as reinforcement for polymer nanocomposites. Poly (lactic acid) (PLA), as a biodegradable biopolymer from renewable sources, is a promising alternative for some "commodities" from non-renewable source. However, it presents limitations in applications that demand high performance and thermal resistance, which justifies studies for the use of nanofillers for the enhancement of these properties. The general objective of this work was the modification of a Brazilian montmorillonite for incorporation in PLA. It was divided into three stages. The aim of the first stage was to study the preparation of organo-montmorillonites (OMt) with different types of organic modifiers (ionic and nonionic) ¿ trihexyl tetradecyl phosphonium chloride (TDP), di (hydrogenated tallow) dimethyl ammonium chloride (HTA), dialkyl-ester dimethyl ammonium (EA), ethoxylated tallow amine (ETA). In addition, the evaluation and selection of a modification route - aqueous dispersion, semi-solid and supercritical CO2 - capable to intercalate the various types of surfactants. The second step was to obtain OMt with hybrid systems from mixtures of the different surfactants evaluated, aiming the preparation of materials with basal space (d001) and thermal stability (Tonset) - combined and intermediate in relation to the single-surfactant materials. The modified clays were characterized by XRD, TGA, FTIR and contact angle. Clays modified by phosphonium cation showed higher thermal stability (above 300°C), but low d001 (below 3.0 nm), whereas the ones prepared with ammonium and amine compounds showed low thermal stability (below 300°C) and high d001 (above 3.0 nm). Semi-solid method was selected as the most promising alternative due to its good environmental characteristics and efficiency for the intercalation of all surfactants. Therefore, hybrid organo-montmorillonites (HOMt) were prepared by mixing the phosphonium salt with each of the others surfactants by semi-solid route, and in fact they presented d001 and Tonset between the single-OMt¿s. The last step consisted in the production of PLA/organoclay nanocomposites. The nanocomposites were prepared by melt-compounding and characterized by DRX, TEM, TGA, GPC, FTIR, DSC, DMA, SEM, mechanical tests of flexion and impact, and flammability. The results showed the dependence of the structure and morphology of the nanocomposites, and consequently their properties, with the chemical composition of the organoclays. The hybrid materials containing EA and ETA as second organic compounds showed better compatibility with PLA, resulting in improved mechanical and combustion properties of PLA
Subject: Nanocompósitos poliméricos
Poli (ácido lático)
Argila organofílica
Modificação de superfície
Sistemas híbridos
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: ALVES, Jefferson Lopes. Study of the preparation of Brazilian organomontmorillonite by different organophilization processes with ionic, non-ionic and hybrid systems and its application in PLA nanocomposites = Estudo da preparação de organomontmorilonita brasileira por diferentes processos de organofilização com sistemas iônicos, não-iônicos e híbridos e sua aplicação em nanocompósitos de PLA. 2017. 1 recurso online (195 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/330865>. Acesso em: 2 set. 2018.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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