Preparação de suspensões aquosas de nanopartículas de carbono para deposição em superfícies

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fernandes, Bruna Marisa Raimundo
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/40215
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais
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spelling Preparação de suspensões aquosas de nanopartículas de carbono para deposição em superfíciesEngenharia e Tecnologia::Engenharia dos MateriaisDissertação de mestrado integrado em Engenharia de MateriaisO recente interesse em polímeros condutores criou novos incentivos para encontrar sistemas de materiais exclusivos, como compósitos condutores que oferecem aplicações funcionais, além de melhoria do desempenho mecânico. Os nanocompósitos são uma nova classe de materiais compósitos reforçados com cargas dispersas, estas são caraterizadas por terem pelo menos uma dimensão na gama dos nanómetros. Nos diferentes sistemas compostos espera-se que os nanocompósitos originem excelentes propriedades físicas, dependentes das propriedades das nanopartículas, no presente trabalho, tendo como objetivo as propriedades elétricas e mecânicas. A produção de nanocompósitos poliméricos não é simples, uma vez que as nanopartículas de carbono, que são incorporadas no polímero, apresentam elevadas interações de Van der Waals, formando aglomerados estáveis e, para além disso, apresentam propriedades hidrofóbicas que dificultam a dispersão em solução aquosa de polímero. Por esse motivo recorre à funcionalização covalente ou não covalente das nanopartículas de carbono, utilizando, no último caso agentes tensioativos, ou substâncias anfifílicas, com o objetivo de aumentar a dispersão das nanopartículas na solução aquosa de polímero. Este trabalho teve como objetivo estudar as propriedades mecânicas, térmicas e elétricas de poliuretano reforçado com grafite exfoliada, sendo que foram utilizados três tipos de grafites, que se diferenciavam pelo tamanho das partículas, e o óxido de uma das grafites. Para além disso, foram alterados vários parâmetros de mistura, como o tempo de ultrassons, a quantidade e tipo de tensioativo e quantidade de grafite, com o objetivo de se verificar quais as melhores condições para dispersar as diferentes grafites. Após verificação das melhores condições, as suspensões aquosas foram submetidas à centrifugação e, posteriormente, foram caracterizadas por espectroscopia de UV-visível, microscopia ótica e espectroscopia de Raman. Para a produção dos filmes com estas suspensões, utilizaram-se duas técnicas que foram comparadas, tendo-se caracterizado os filmes quanto às propriedades mecânicas e elétricas, por microscopia eletrónica de varrimento e por termogravimetria. Este estudo demonstrou que o composto anfifílico utilizado, pireno funcionalizado, influenciou de forma positiva a dispersão de grafite em meio aquoso e concluiu-se que o tempo de ultrassons é importante na dispersão, influenciando a dispersão das diferentes grafites. Verificou-se que as grafites com maior tamanho de partícula necessitaram de tempos de aplicação de ultrassons mais longos para atingir suspensões aquosas estáveis e sem grandes aglomerados de nanopartículas, prejudiciais às propriedades mecânicas dos filmes.The recent interest in conductive polymer systems has created new incentives to find exclusive materials such as conductive composites that offer functional applications, and mechanical improvements. The nanocomposites are a new class of materials where the filler is characterized by at least one dimension in the nanometer range. The nanocomposite systems are expected to lead to excellent properties, depending on the nanoparticle type, in the present work aiming at electrical and mechanical performance. However, the production of polymer nanocomposites is not simple, since the carbon nano fillers tend to form stable agglomerates that are difficult to disperse in the polymer. Carbon nanoparticles present Van der Waals interactions, and furthermore they have hydrophobic properties that hinder their dispersion in polymer aqueous dispersions. Hence, recourse to the covalent or non-covalent functionalization of the graphite. In the latter case surfactants and amphiphilic substances are typically used to increase the dispersion in water, and thus improve the dispersion in the polymer aqueous suspensions. The present work aimed to study the mechanical, thermal and electrical properties of polyurethane reinforced with exfoliated graphite, using three types of nano graphite with different particle sizes, and the oxide of one of the graphites. In addition, the influence of various dispersion parameters was studied, such as time of ultrasound application, the amount and type of surfactant and the amount of graphite, in order to find the best conditions to disperse the graphite. After optimizing the dispersion conditions, the suspensions were subjected to centrifugation and then were characterized by UV-visible spectroscopy, light microscopy and Raman spectroscopy. For the production of films with these suspensions, two techniques were compared through mechanical and electrical characterization, electron microscopy and thermogravimetry. Thus, this study showed that the amphiphilic compound used, functionalized pyrene, positively influenced graphite dispersion in an aqueous medium. It was found that sonication time is important for the dispersion, and that the larger nanoparticles required longer dispersion times, in order to disperse the agglomerates that have a negative influence on the final mechanical properties of the composites.Duarte, F. M.Paiva, M. C.Universidade do MinhoFernandes, Bruna Marisa Raimundo20152015-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/40215porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T11:59:33Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/40215Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:49:21.052471Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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