Compósitos de polietileno verde de baixa densidade com reforços celulósicos isolados a partir do bambu

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Bosenbecker, Mariane Weirich
• Orientador(a): Oliveira, Amanda Dantas de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Nanocompósitos; Nanocristais de celulose; Fibra de bambu; Nanocomposites; Cellulose nanocrystals; Bamboo fiber
• Área do conhecimento CNPq: ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/12838

O estudo explorou o uso de bambu, celulose e nanocristais de celulose (CNCs) como reforço em nanocompósitos com polietileno verde de baixa densidade (PEVBD). Para obter a celulose e os CNCs, foram realizados tratamentos químicos. A celulose foi caracterizada de acordo com normas TAPPI, e suas propriedades estruturais, térmicas e morfológicas foram investigadas usando espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET). Através dos resultados de DRX observou-se um valor de cristalinidade de 72,24%, após a remoção de componentes amorfos. Os resultados de FTIR confirmaram a preservação da estrutura da celulose, bem como a presença de grupos hidroxilas nos CNCs. As análises de TGA e DSC revelaram a estabilidade térmica dos CNCs, a qual pode ser associada à sua elevada área de superfície, tornando-os promissores como reforço em nanocompósitos poliméricos. As imagens obtidas por MEV mostraram alterações na superfície das fibras após os tratamentos químicos. Através das análises de MET foi constatado que os CNCs apresentam dimensões nanométricas com diâmetro de 10-20 nm. Após a obtenção das cargas, foram preparados compósitos reforçados com fibra de bambu e celulose e também nanocompósitos reforçados com CNCs, através dos processos de extrusão e moldagem por injeção. As amostras foram caracterizadas quanto as suas propriedades mecânicas, térmicas, estruturais, morfológicas e de envelhecimento acelerado. As concentrações de reforço utilizadas foram de 5% e 10% para fibra de bambu e celulose, e 1% e 1,5% para CNCs. Além destas misturas, também foram preparados sistemas utilizando o polietileno graftizado com anidrido maleico com o agente compatibilizante, utilizando as proporções de 1% e 3% em massa. Os ensaios de tração mostraram que a adição de reforços, como celulose e CNCs, aumentou o módulo de elasticidade dos materiais, sendo este aumento mais pronunciado para as amostras compatibilizadas. No entanto, aglomerados de partículas afetaram a tensão de ruptura em alguns casos. Os nanocompósitos com CNCs apresentaram maior deformação na ruptura. Todas as composições estudadas não sofrearam fratura nos ensaios de resistência ao impacto, caracterizando-se como non-break. As análises TGA e DSC evidenciaram que a incorporação de CNCs melhorou a estabilidade térmica dos nanocompósitos, enquanto as fibras de bambu e celulose tiveram uma influência mínima na cristalinidade. A presença do PE-g-MA fortaleceu a interface sem afetar a estrutura cristalina. A análise por MEV revelou fraturas dúcteis em PEVBD com adesão inadequada, mas melhoria na adesão em nanocompósitos uniformemente dispersos. No entanto, nos nanocompósitos com dispersão uniforme, os resultados apontam para uma melhoria significativa na qualidade da adesão. A análise de DRX demonstrou um aumento da cristalinidade principalmente para os nanocompósitos. Os nanocompósitos com CNCs exibiram alta resistência ao envelhecimento, devido à interação com a matriz e estabilidade térmica, amplificada pelo agente PE-g-MA.