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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Multifuncionalidade em compósitos poliméricos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas em matriz epóxi
Authors: Juliana Cardoso Neves
First Advisor: Glaura Goulart Silva
First Referee: Marcelo Machado Viana
Second Referee: Alexandre Rangel de Sousa
Abstract: Uma estratégia para a obtenção de materiais multifuncionais de alto desempenho é o uso de nanotubos de carbono (NTC) como aditivo em compósitos poliméricos, visando melhorar propriedades térmicas, mecânicas e elétricas desses materiais. Diversos parâmetros influenciam essas propriedades, porém é a efetiva interação entre o aditivo e a matriz, bem como uma uniforme dispersão, que definem como serão as propriedades finai s de um compósito polimérico. Uma prática comumente empregada na busca por interação e dispersão adequadas é a modificação química da superfície desses nanomateriais. Entretanto, a caracterização direta dessas interações i nterfaciais ainda tem sido pouco explorada, não se chegando, até o momento, a um consenso sobre qual seria a natureza química das interações entre as cadeias poliméricas e os grupos funcionais anexados à superfície de nanomateriais de carbono. Buscando avaliar como se dá essa interação entre aditivo e matriz, medidas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) foram realizadas, por meio da preparação rápida de uma mistura contendo apenas resina epóxi (DGEBA), e 10% em massa de NTC funcionalizados ou não, sem a adição de agente de cura. Nas curvas DSC obtidas, picos exotérmicos bem definidos foram observados apenas para as amostras que continham NTC modificados . Esse é um forte indício de que os grupos funcionais adicionados à superfície dos NTC interagem com os anéis epóxi com a formação de ligações covalentes. Para complementar o estudo, análises de termogravimetria, espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raios -X e microscopia eletrônica de transmissão foram realizadas, sustentando essa interpretação. Diferentes compósitos poliméricos envolvendo DGEBA/NTC oxidados ou amino- funcionalizados foram preparados, com concentrações de 0,1; 0,25 e 0,5% em massa de NTC, e caracterizados quanto a seus comportamentos térmico e mecânico. Aumentos em propriedades como módulo de elasticidade, resistência ao impacto, tração e flexão, indicando que uma boa dispersão, bem como boa interação aditivo - matriz foram alcançadas em alguns casos. Por exemplo, a amostra contendo 0,25% m/m de NTCs oxidados, e cujo endurecedor era baseado em trietilenotetramina, apresentou aumentos de 56% na resistência ao impacto, 27% no módulo de elasticidade, além de 5% na resistência a flexão, se comparados ao epóxi puro. 
Abstract: A strategy to obtain multifunctional materials of high performance is the use of carbon nanotubes (CNT) as a filler in polymeric composites , to improve thermal and mechanical properties of these materials. Several parameters influence these properties, but it is the effective interaction between filler and matrix, as well as a uniform dispersion, which define the final properties of a polymeri c composite. A common practice employed in the search for an appropriate interaction and dispersion is the chemical modification of these nanomaterials. However, the direct characterization of these interfacial interactions has not yet been explored, and no consensus has been reached on what would be the chemical nature of the interactions between the polymeric chains and the functional groups attached on the surface of carbon nanomaterials. In order to evaluate how this interaction between filler and matrix occurs, Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurements were performed by on a mixture containing only epoxy resin (DGEBA) and 10% w/w of CNT prepared rapidly, functionalized or not, without the addition of curing agent. Well-defined exothermic peaks were observed in the DSC curves only for samples containing modified CNT. This is a strong indication that the functional groups , added to the surface of the CNT, interact with the epoxy rings with the formation of covalent bonds. Thermogravimetric analysis, X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy were performed, to support this interpretation. Different polymeric composites involving DGEBA/oxidized or amino- functionalized CNT were prepared, with concentrations of 0.1; 0.25 a nd 0.5% w/w of CNT, and characterized as to their thermal and mechanical behavior. Increases in properties such as elastic modulus and impact, tensile and flexural strength, indicating that a good dispersion as well as good filler-matrix interaction were achieved in some cases . For instance, the sample containing 0.25% w/w of oxidized NTCs, and whose hardener was based on triethylenetetramine, showed increases of 56% in impact strength, 27% in elastic modulus, and 5% in flexural strength, when compared to pure epoxy.
Subject: Resinas epoxi
Físico-química
Compósitos poliméricos
Entalpia
Nanotubos de carbono
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-AL5V9S
Issue Date: 22-Feb-2017
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