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http://repositorio.ifba.edu.br/jspui/handle/123456789/883
metadata.dc.type: | Dissertação |
Título: | Estudo dos efeitos da inserção de óxido de grafeno nas propriedades térmicas, mecânicas e reológicas de nanocompósitos de poli(etileno tereftalato) |
metadata.dc.creator: | Diniz, Brenno Lavigne |
metadata.dc.contributor.advisor1: | Cavalcanti, Luiz Antonio Pimentel |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Coelho, Rodrigo Santiago |
metadata.dc.contributor.referee1: | Cavalcanti, Luiz Antonio Pimentel |
metadata.dc.contributor.referee2: | Coelho, Rodrigo Santiago |
metadata.dc.contributor.referee3: | Almeida, Yêda Medeiros Bastos de |
metadata.dc.contributor.referee4: | Fialho, Rosana Lopes Lima |
metadata.dc.contributor.referee5: | Macedo, Thatiana Cristina Pereira de |
metadata.dc.description.resumo: | Nas últimas décadas, nanocompósitos poliméricos têm despertado grande interesse científico e industrial devido às suas notáveis características em termos de combinação de propriedades e/ou melhoria na processabilidade com a adição de quantidades mínimas de nanocargas. Entre os termoplásticos, o poli(etileno tereftalato) – PET – destaca-se por seu amplo uso em embalagens e aplicações industriais como plástico de engenharia devido às suas excelentes propriedades físicas, como resistência mecânica, rigidez e barreira contra gases, que podem ser otimizadas através da incorporação de nanomateriais, a exemplo do óxido de grafeno (OG), como aditivos funcionais. Nesse contexto, o presente estudo buscou mensurar as alterações no comportamento térmico e nas propriedades mecânicas e reológicas em nanocompósitos de PET após inserção de OG. Para tanto, foram produzidos nanocompósitos de PET com OG em diferentes teores mássicos via mistura por fusão em extrusora dupla-rosca corrotante, incorporando à matriz polimérica OG sintetizado pelo método de Hummers modificado com esfoliação ultrassônica, e posteriormente transferido para uma solução orgânica apropriada à base de óleo de colza. A caracterização do OG foi realizada através de espectroscopia no infravermelho (FTIR), difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), revelando a presença de grupos funcionais oxigenados, bem como uma estrutura esfoliada com uma morfologia corrugada típica desse nanomaterial. A morfologia dos nanocompósitos sugere boa dispersão do OG na matriz polimérica e aumento da rugosidade superficial. Análises térmicas por calorimetria diferencial exploratória (DSC) evidenciaram que o OG atua como um agente nucleante, promovendo a antecipação da cristalização do PET no resfriamento e redução da temperatura de cristalização a frio, sem alterar significativamente a temperatura de fusão nos teores estudados. Também foi observada uma redução na temperatura de transição vítrea com o aumento do teor de OG, associada a uma possível interferência na fração amorfa rígida da matriz, além de redução no grau de cristalinidade, fenômeno de grande interesse industrial para o processo de produção de garrafas plásticas. Medições de nanoindentação evidenciaram um aumento no módulo de elasticidade, na dureza e no comportamento elástico dos nanocompósitos com o aumento do teor de OG, indicando reforço estrutural efetivo em baixas concentrações de nanocarga. Ensaios reológicos no estado fundido indicaram uma redução na viscosidade complexa com o aumento do teor de OG, sugerindo melhor processabilidade do fundido e efeito lubrificante do nanomaterial quando incorporado nas cadeias poliméricas. Tais resultados destacam o papel multifuncional do OG em matrizes de PET, atuando simultaneamente como reforço mecânico, modificador térmico e auxiliar de processamento e viabilizando a produção de nanocompósitos com desempenho otimizado por meio de uma rota escalável e de baixo custo baseada no uso de óleo vegetal como veículo para transferência do nanomaterial no processamento por extrusão. |
Resumo: | In recent decades, polymer nanocomposites have attracted great scientific and industrial interest due to their remarkable characteristics in terms of combination of properties and/or improvement in processability with the addition of minimal amounts of nanofillers. Among thermoplastics, poly(ethylene terephthalate) – PET – stands out for its widespread usage in packaging, as well as industrial applications as an engineering plastic due to its excellent physical properties, such as mechanical strength, stiffness and gas barrier ability, which can be optimized through the incorporation of nanomaterials, such as graphene oxide (GO), as functional additives. In this context, the present study sought to measure the changes in thermal behavior, as well as in the mechanical and rheological properties of PET nanocomposites after incorporation of GO. For this purpose, PET nanocomposites with GO in different mass contents were produced by melt mixing in a co-rotating twin-screw extruder, incorporating into the polymer matrix GO synthesized by the Hummers method modified with ultrasonic exfoliation, and subsequently transferred to an appropriate organic solution based on rapeseed oil. GO was characterized by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). These characterizations revealed the presence of oxygenated functional groups, as well as an exfoliated structure with a corrugated morphology typical of this nanomaterial. The morphology of the nanocomposite suggests good dispersion of GO in the polymer matrix, as well as provide evidence of increased surface roughness with increasing GO content. Thermal analyses by differential scanning calorimetry (DSC) showed that GO acts as a nucleating agent, promoting the anticipation of PET crystallization upon cooling and reducing the cold crystallization temperature, without significantly altering the melting temperature at the studied nanofiller loads. A reduction in the glass transition temperature was also observed with increasing GO content, associated with a possible interference in the rigid amorphous fraction of the matrix, in addition to a reduction in the degree of crystallinity, a phenomenon of great industrial interest for the production process of plastic bottles. Nanoindentation measurements showed an increase in the elastic modulus, hardness and elastic behavior of the nanocomposites with increasing GO content, indicating effective structural reinforcement at low nanofiller concentrations. Rheological tests in the molten state indicated a reduction in complex viscosity with increasing GO content, suggesting better melt processability and a lubricating effect of the nanomaterial when incorporated into the polymer chains. These results highlight the multifunctional role of GO in PET matrices, acting simultaneously as a mechanical xvi reinforcement, thermal modifier and processing aid, and enabling the production of nanocomposites with optimized performance through a scalable and low-cost route based on the use of vegetable oil as a vehicle for transferring the nanomaterial to the polymer matrix in melt mixing processing. |
Palavras-chave: | Óxido de grafeno Propriedades térmicas Propriedades mecânicas Poli(etileno tereftalato) Nanocompósitos poliméricos Graphene oxide Mechanical properties Thermal properties Poly(ethylene terephthalate) Polymer nanocomposites |
metadata.dc.subject.cnpq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
metadata.dc.language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Editor: | Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia |
metadata.dc.publisher.initials: | IFBA |
metadata.dc.publisher.department: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais(PPGEM) |
metadata.dc.publisher.program: | Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais (PPGEM) |
Citação: | DINIZ, B.L. Estudo dos efeitos da inserção de óxido de grafeno nas propriedades térmicas, mecânicas e reológicas de nanocompósitos de poli(etileno tereftalato). 2025. 120 f. Dissertação (Mestrado) Instituto Federal da Bahia, Salvador, 2025. |
metadata.dc.rights: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ |
URI: | http://repositorio.ifba.edu.br/jspui/handle/123456789/883 |
Data do documento: | 31-Jul-2025 |
Aparece nas coleções: | Dissertações - Salvador |
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