PPG Ciência & Tecnologia em QuímicaProfessores: Alvaro Takeo e Fernando H. BartoloniDisciplina: CT0003 Seminários Gerais II

___________________________

Aluno: João Paulo dos SantosOrientadora: Márcia A. Silva Spinacé

Nanocompósitos poliméricos com fibras de celulose nanoestruturada

Introdução - Compósito

COMPÓSITO POLIMÉRICO: Material multifásico, obtido artificialmente e cujas fases constituintes podem ser quimicamente diferentes e separadas por uma interface distinta.

Matriz: poliolefinas (HDPE, PP etc)Fase dispersa: Celulose Nanoestruturada

Fase dispersa: (granular, fibroso ou lamelar), pode atuar como reforço, condutor elétrico, retardante de chama, etc.

Fase contínua (Matriz): polímero, metal ou cerâmica

2

Compósito x Nanocompósito

• Compósito de 10 cm3

60 % v de fibras ( = 7,5 mm)

Área interfacial reforço/matriz:

3,2 m2

Compósito de 10 cm3 1% v de fibras ( = 1nm) Área interfacial reforço/matriz:

399 m2 !

vidro E/poliolefina

montmorilonita/epóxi

3

4

Partículas esféricas: TiO2, SiO2, CaCO3

Partículas fibrosas: celulose nanoestruturada, nanotubo de carbono

Estrutura em camadas: Compostos lamelaresArgilas, zeólito

Tipos de compostos nanoestruturados

5

Propriedade dos materiais

6

Propriedades Aplicações

Nanocompósitos

7

Matrizes apolares: não possui sítios ativos !

Nanocompósitos: limitações

8

Impacto ambiental:

Caux, L.S.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Ouro Preto, Brasil, 2009.

Celulose Nanoestruturada

www.tappi.org/hide/draft/3.pdf , Acesso jun 2013

9

De onde extrairemos a Celulose nanoestruturada?

Processos agroindustriais geram resíduos: casca de arroz, palha

de cana, sabugo de milho, algodão na fiação de fibras têxteis,

celulose bacteriana.

<http://sn.uagro.com.br/static//img/editor/340339890af15917cd979e0bd24afb95.jpg>. Acesso em 09 de fev 2013.

<http://img0.etsystatic.com/000/0/5643422/il_fullxfull.94556696.jpg>. Acesso em 09 fev 2013.

<http://revistapesquisa2.fapesp.br/arq/r/pt/915/art3717img1.jpg> Acesso em: 11 fev 2013.

10

Celulose

Polímero renovável mais abundante, tendo como

principais propriedades: força e rigidez. Obtida através da

esterificação de “n” monômeros de glicose:

Estrutura molecular da glicose e estrutura molecular da celulose. Disponível em: <http://papelespecial.blogspot.com/2008/04/celulose.html>.Acesso em junho 2013.

11

Celulose - Fibras Naturais

Composição :

Celulose (40-60%);

Hemicelulose (20-40%);

Lignina (10-15%);

Demais componentes .

Silva, R.; Haraguchi, S. K.; Muniz, E. C.; Rubira, A. F.; Quím. Nova, 2009, 32

12

Celulose - Estrutura

3

Spinacé, M. A. S.; Lambert, C. S.; Fermoselli, K. K. G.; De Paoli, M.; Carbhydrate Polymers, 2009, 47-53) Bledzki, A.K.; Gassan J.; Prog. Polym. Sci., 1999, 24, 221–274.

13

Celulose Nanoestruturada

Siro, I., Plackett, D., Cellulose 2010, 17, 459

14

www.2013feb12-marketprospectsfornanocellulose-brucelyne.pdf ,Acesso em mai 2013.

Celulose NanoestruturadaDirecionadores de mercado

Agregar valor real aos produtos à base de celulose nanoestruturada e compósitos;

Parcerias com empresas proativas -intenção de utilizar bio-materiais derivados;

Trabalhar com as indústrias que vendem para o consumidor a ideia de sustentabilidade;

Embalagens e automóveis; Biodegradabilidade = grande vantagem.

15

Obtenção – Via Química e Processos Mecânicos

Via química – mais utilizado, contudo gera resíduo químico.

Processos mecânicos – forças de cisalhamento Técnica Homogeneização Alta Pressão; Método Criogênico – fibrilação; Ultrasonificação.

Wang, S.; Cheng. Q. Journal of Applied Polymer Science, vol. 113, 2009, 1270-1275, Siró, I.; Plackett, D. Cellulose, 17, 2010, 459-494

16

Obtenção - Processo mecânico

Adaptado de Wang, S.; Cheng. Q. Journal of Applied Polymer Science, vol. 113, 2009, 1270-1275.

17

Funcionalização

Matriz – Hidrofóbica = caráter apolar

Fibra – Hidrofílica

Necessidade de um agente de acoplamento

Organossilano – maior interação entre as fases, aumento

de propriedades mecanicas e facilitar o processamento.

Xie, Y.; Hill, C. A S.; Xiao, Z.; Militz, H.; Mai, C. Composites:Part A, 41, 2010, 806-819

18

+

Celulose nanoestruturada

OHOHOH

Celulose nanoestruturada funcionalizada

Agente de acoplamento

Estratégias: Funcionalização da celulose nanoestruturada

19

Polipropileno (PP)

Peróxido

Macroradical PP

PP-AM

Anidrido Maleico (AM)

Estratégias: Funcionalização da matriz

O

C

O

C

C

CH2

CH3O

O

H H

O C

O

O

O

C C

CH2

CH3

O

OH

OHO

O

O

C

CH2

CH3

Fibra natural

- H2O

Nanocelulose

Funcionalizada

PPAM

PolímeroFuncionalizado

(5 % massa)Interações de Van der Waals

NH

O

C

O

C

C

CH2

CH3O

O

H H

O C

O

O

O

C C

CH2

CH3

O

OH

OHO

O

O

C

CH2

CH3

Fibra natural

- H2ONH

+

PP

Estratégias: Processamento reativo

20

21

Caracterização CN

Caracterização Nanocompósitos

Ensaios mecânicos

Processamento

InjeçãoExtrusão

22

Uso do processamento por extrusão seguido da injeção.

EXTRUSÃO: processo contínuo e de baixo custo de operação,

Os nanocompósitos podem ser produzidos em equipamentos convencionais da indústria de transformação.

INJEÇÃO: Obtenção de produtos acabados com formas complexas.

Nanocompósitos: mistura dos compontentes por fusão?

23

UFABC Profs.Drs. Alvaro Takeo e Fernando H. Bartoloni Profª Drª Márcia A. Silva Spinacé A todos os colegas pela atenção!

Agradecimentos