dc.creator | Bosenbecker, Mariane Weirich | |
dc.date.accessioned | 2024-04-24T22:27:53Z | |
dc.date.available | 2024-04-23 | |
dc.date.available | 2024-04-24T22:27:53Z | |
dc.date.issued | 2023-08-02 | |
dc.identifier.citation | BOSENBECKER, Mariane Weirich. Compósitos de polietileno verde de baixa densidade com reforços celulósicos isolados a partir do bambu. 2023. 144 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2023. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/12838 | |
dc.description.abstract | The study explored the use of bamboo, cellulose, and cellulose nanocrystals (CNCs) as reinforcements in nanocomposites with low-density green polyethylene (LDPE). Chemical treatments were performed to obtain cellulose and CNCs. Cellulose was characterized according to TAPPI standards, and its structural, thermal, and morphological properties were investigated using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). XRD results revealed a crystallinity value of 72.24% after the removal of amorphous components. FTIR results confirmed the preservation of cellulose structure, as well as the presence of hydroxyl groups in CNCs. TGA and DSC analyses demonstrated the thermal stability of CNCs, which can be attributed to their high surface area, making them promising reinforcements in polymeric nanocomposites. SEM images showed changes in the fiber surface after chemical treatments. TEM analysis revealed that CNCs have nanometric dimensions with diameters of 10-20 nm. After obtaining the fillers, composites reinforced with bamboo and cellulose fibers and also nanocomposites reinforced with CNCs were prepared using extrusion and injection molding processes. The samples were characterized for their mechanical, thermal, structural, morphological, and accelerated aging properties. The reinforcement concentrations used were 5% and 10% for bamboo and cellulose fibers and 1% and 1.5% for CNCs. In addition to these blends, systems using maleic anhydride-grafted polyethylene with the compatibilizing agent were also prepared, using mass ratios of 1% and 3%. Tensile tests showed that the addition of reinforcements, such as cellulose and CNCs, increased the materials' elasticity modulus, with a more pronounced increase for compatibilized samples. However, particle agglomerates affected the tensile strength in some cases. CNC containing nanocomposites exhibited higher strain at break. All compositions studied did not undergo fracture in impact resistance tests, characterizing them as non-break materials. TGA and DSC analyses demonstrated that the incorporation of CNCs improved the thermal stability of the nanocomposites, while bamboo and cellulose fibers had minimal influence on crystallinity. The presence of PE-g-MA strengthened the interface without affecting the crystalline structure. SEM analysis revealed ductile fractures in LDPE with inadequate adhesion but improved adhesion in uniformly dispersed nanocomposites. However, in uniformly dispersed nanocomposites, the results pointed to a significant improvement in adhesion quality. XRD analysis showed an increase in crystallinity mainly for the nanocomposites. CNC-containing nanocomposites exhibited high resistance to aging, attributed to their interaction with the matrix and thermal stability, amplified by the PE-g-MA agent. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Nanocompósitos | pt_BR |
dc.subject | Nanocristais de celulose | pt_BR |
dc.subject | Fibra de bambu | pt_BR |
dc.subject | Nanocomposites | pt_BR |
dc.subject | Cellulose nanocrystals | pt_BR |
dc.subject | Bamboo fiber | pt_BR |
dc.title | Compósitos de polietileno verde de baixa densidade com reforços celulósicos isolados a partir do bambu | pt_BR |
dc.title.alternative | Low-density green polyethylene composites with cellulose reinforcements isolated from bamboo | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Marini, Juliano | |
dc.description.resumo | 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. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Oliveira, Amanda Dantas de | |
dc.subject.cnpq1 | ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA | pt_BR |