Compósitos e nanocompósitos - seminário - completo
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Compósitos e nanocompósitos
Grupo: Mario Kawano, Orley,Priscila Martins e Thais Alves
Seminário para a disciplina de Tecnologia de Plástico, ministrada pelo Profº Dr. Hélio Wiebeck.Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – POLI - USP
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Introdução
•
Polímeros;
• Argila;
• Compósitos;
• Nanocompósitos.
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Polímeros• A palavra polímero vem do grego poli (muitos)
+ meros (partes), e é exatamente isto, a
repetição de muitas unidades (poli) de um tipo decomposto químico (mero).
• Polimerização é o nome dado ao processo no qualas várias unidades de repetição (monômeros)reagem para gerar uma cadeia de polímero.
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A cerâmica é o material artificial mais antigoproduzido pelo homem, existindo a cerca de dez aquinze mil anos.
Do grego "kéramos”, "terra queimada" ou “argilaqueimada” é um material de imensa resistência,sendo freqüentemente encontrado em escavaçõesarqueológicas.
Iniciou-se com a construção de vasilhas paraalimentos e sementes.
Argila
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• A cerâmica é uma atividade de produção de artefatos a partir
da argila, que umedecida é muito plástica e fácil de moldar.• Após uma secagem à temperatura ambiente é queimada em
uma temperatura de 1000 ºC.
• Pode-se pintar a cerâmica com uma pasta de pó de vidro e
voltar ao forno para fundir o vidro ( 900 ºC).• Há uma contração da peça em aproximadamente 15%.
APLICAÇÃO DA CERÂMICA:
Construção de casas, vasilhames para uso doméstico earmazenamento de alimentos, vinhos, óleos, perfumes, naconstrução de urnas funerárias e até como "papel" para escrita.
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Compósitos
•
“Qualquer material multifásico que exibe umaproporção significativa das propriedades deambas as fases que o consistuem, de tal modo queé obtida uma melhor combinação de suas
propriedades”
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Nanocompósitos• São uma nova classe de materiais poliméricos que
contém quantidades relativamente pequenas de
nanopartículas (tipicamente < 5%), ou seja, umamatriz amorfa preenchida com nanocargas.
• As nanopartículas são em geral compostosinorgânicos: argila, nanotubos de carbono ouaditivos químicos como a sílica, carbonato decálcio, alumina, óxido de zinco, etc., todas essas
caracterizadas por possuir ao menos uma das
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Tipos de nanocarga
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Morfologia entre os compósitos
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Possibilidades de aplicações1. Caracterização de argila e uso com polímeros -
Orley
1. Micro-hidrogerador com turbina Pelton decerâmica - Kawano
1. Éteres policarboxilatos para concreto - Thais
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Caracterização de argila
•
Os métodos de caracterização utilizados são: oDSC (Calorimetria Exploratória Diferencial), aTGA (Análise Termo Gravimétrica), a absorção deágua, a Tensão de Ruptura a Flexão em 3 pontos,
a Espectrofotometria de absorção atômica, aDifração de raios X e o método de análise deRietveld.
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Uso da argila com polímeros
•
São vários os usos de argilas com polímeros,resultando assim em compósitos de uso, como: oCBUQ (Concreto betuminoso usinado a quente,que incorpora materiais argilosos como as areias
e britas e materiais poliméricos como osasfaltos).
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Aplicação de argila na Geração de
Energia
Conchas de Turbinas Pelton.
Propriedades:• Não desgasta com jato d’água;
• Não enferruja;
• Não sofre erosão com jato de areia.
Micro-hidrogerador com turbina Pelton de cerâmica
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Moldagem das Conchas
Como asconchasPelton tem oformato deduas metadesde ovos, foramescolhidos
dois ovos decodorna quepossuíam asdimensões deum padrão de
conchas
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Molde e modelo para conchas
O modelo feito degesso abaixo serviupara construir omolde para darforma a argila.As conchas de argila
após moldadas sãopostas a secar poruma semana antes deir ao forno pelaprimeira vez.
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Turbina e geradorEssa turbina tem um
rendimento elétrico de 50%,que é razoável para sistemadeste tamanho.Com uma queda útil de 23,5
metros e uma vazão de 0,4litros por segundo essegerador fornece 27KWh/mêsConsegue-se alimentar umacasa com a maioria dos eletro-
eletrônicos , inclusive umageladeira de 15,8KWh/mês . Ochuveiro não deve ser usado,pois consumiria toda energiagerada com apenas um banho
por dia. Esse sistema todo é
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Éteres policarboxilatos para
concretoCONCRETO:
Antiga definição: Material composto por partículasde areia e pedras ligadas umas às outras através deCimento Portland.
Nova definição: Material composto por partículas deareia e pedras ligadas umas às outras através de
Cimento Portland e aditivos químicos.
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Éteres policarboxilatos paraconcreto
• Aditivos para concreto:
→ Plastificantes / Superplastificantes,
→
Aceleradores → Retardadores
→ Incorporadores de ar
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Éteres policarboxilatos paraconcretoO uso de aditivos superplastificantes proporciona aoconcreto:
• Melhoria no tempo de trabalho,
•
Diminuição da quantidade de água utilizada→
melhoria das propriedades,
• Possibilidade da redução na quantidade decimento utilizado redução de custo.→
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Éteres policarboxilatos paraconcreto
Bases químicas para superplastificante:
• Condensados de sais de melamina,
•
Condensados de naftaleno sulfonado,• Éter policarboxilato
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Éteres policarboxilatos paraconcreto• Representação da molécula de naftaleno sulfonado
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Éteres policarboxilatos paraconcreto• Representação da molécula de éter policarboxilato
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Éteres policarboxilatos paraconcreto- Exemplos de utilização –Obra de Jirau
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Éteres policarboxilatos para concreto-Exemplos de utilização – Torres Eólicas
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Éteres policarboxilatos paraconcreto- Exemplos de utilização –Rodoanel
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Nanoargila para melhorar
retardância a chama em eletro-eletrônicos• Equipamentos eletro-eletrônicos normalmente
possuem bromados como retardante a chama, no
entanto, eles liberam elementos tóxicos durante oprocesso de degradação, causando riscos a saúdepública. Surge o RoHS!
•
Uma alternativa é utilizar a nanoargila emcompósitos poliméricos para melhora apropriedade de retardância a chama, uma vez quea argila é material inorgânico.
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Reciclando plásticos retardantes a
chama contendo bromadosSchlummer, Martin et al. (2006):
• Resíduos de eletro-eletrônico foram excluídos dosmateriais reciclados, devido a presença de bromados retardantes a chama.
• Processo CreavSolv® que através da densidadereduz a parte tóxica em 70 ou 80% tornado viávela sua reciclagem, cumprindo o valor limite dasdiretivas européias (RoHS e a alemã).
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Nanocompósito PC/ABS/MMT• Shaofeng Wang et al. (2002):
• Síntese e caracterização da blenda.
• É preparado por intercalação, blenda PC/ABS enanoargila montmorilonita.
• Caracterizadas por: DR-X, MET, HERM, TGA.
• Confirma a estrutura intercalada.
• A nanoargila melhora a estabilidade térmica da
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Figura 1: Resultado da difração de Raio-X.
Figura 2: TEM e HERM do nanocompósitoPC/ABS (3/2) - OMT.
Figura 3: DTG curva da blenda PC/ABS (4/1) ePC/ABS (4/1) – OMT.
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Blenda PC/ABS contendo trifenolfosfato e nanoargila• E. Feyz et al. (2010):
• Estudo das propriedades viscoelástica da blenda.
• Estudo do efeito de trifenol fosfato, comumente
usado como retardante a chama, juntamente coma nanoargila MMT.
• Características morfologicas e reologica da
blenda, através do DR-X, MEV e MET.
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• A viscosidade aumenta com a inclusão da
nanoargila e TPP, mais evidente para ananoargila, que também melhorasignificativamente o comportamento newtonianoda blenda, particularmente para baixasfrequências.
Figura 4: SEM blenda PC/ABS mostrando a disperssão do ABS esférica na matriz PC.
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Figura 5: TEM PC/ABS com 2% de nano.
Figura 6: Variação da viscosidade complexa (a) contendo TPP e (b) contendo nanoargila em três diferentes
frequências para blenda.
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Conclusão• O que é compósito e nanocompósito?
Mistura de componente e nanocomponentes.
• Algumas possibilidades de aplicações – Pesquisae desenvolvimento:
1. Caracterização de argila e uso com polímeros -Orley.
2. Micro-hidrogerador com turbina Pelton decerâmica - Kawano.
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Obrigado!
• Grupo: Mario Kawano, Orley, Priscila Martinse Thais Alves
Seminário para a disciplina de Tecnologia de Plástico, ministrada pelo Profº Dr. Hélio Wiebeck.Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – POLI - USP
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Referências:• Kawano, Mario: Micro-hidrogerador com turbina pelton de
cerâmica: Agrener 2006.
•
Santos, P. de S., 1992, Ciência e Tecnologia de Argilas, Vol 1, Ed.Edgard Blucher, 1992.
• Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenhariade Materiais, Ed. G. C. Isaia. – São Paulo: IBRACON, 2007. 2v.
• Shaofeng Wanga,b, Yuan Hua,*, Zhengzhou Wanga, Tang Yongb,Zuyao Chenb, Weicheng Fana, 2002, Synthesis and characterizationof polycarbonate/ABS/montmorillonite nanocomposites, 2002.Polymer Degradation and Stability 80 (2003) 157–161.
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• E. Feyz, Y. Jahani, M. Esfandeh, M. Ghafelehbashi, S.H. Jafari,2010, Study of the Viscoelastic Properties of PC/ABS Blend Containing Triphenyl Phosphate and Nanoclay and Its Correlationwith Morphology, 2010 in Wiley InterScience(www.interscience.wiley.com).
• Martin Schlummer, Andreas Mäurer, Thomas Leitner and WalterSpruzina, 2002, Report: Recycling of flame-retarded plastics fromwaste electric and electronic equipment (WEEE), Waste Management Research 2006; 24; 573.
• http://www.demar.eel.usp.br/compositos/Notas_aula/nanocompositos.
• http://www.braskem.com.br
• http://www.anfacer.org.br/principal.aspx