PPG Ciência & Tecnologia em QuímicaProfessores: Alvaro Takeo e Fernando H. BartoloniDisciplina: CT0003 Seminários Gerais II
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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
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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
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Propriedades Aplicações
Nanocompósitos
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Matrizes apolares: não possui sítios ativos !
Nanocompósitos: limitações
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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
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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.
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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.
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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
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Celulose - Estrutura
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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.
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Celulose Nanoestruturada
Siro, I., Plackett, D., Cellulose 2010, 17, 459
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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.
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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
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Obtenção - Processo mecânico
Adaptado de Wang, S.; Cheng. Q. Journal of Applied Polymer Science, vol. 113, 2009, 1270-1275.
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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
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+
Celulose nanoestruturada
OHOHOH
Celulose nanoestruturada funcionalizada
Agente de acoplamento
Estratégias: Funcionalização da celulose nanoestruturada
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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
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Caracterização CN
Caracterização Nanocompósitos
Ensaios mecânicos
Processamento
InjeçãoExtrusão
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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?
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UFABC Profs.Drs. Alvaro Takeo e Fernando H. Bartoloni Profª Drª Márcia A. Silva Spinacé A todos os colegas pela atenção!
Agradecimentos
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