Influência da incorporação de negro de fumo e carbonato de cálcio micro e nanoparticulado nas propriedades reológicas, colorimétricas e mecânicas de filmes de polietileno de baixa densidade
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Data de Publicação: | 2021 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16924 |
Resumo: | In this work, the influence of incorporation of Carbon Black (CB) and CaCO3, both with different particle sizes, on the rheological, colorimetric and mechanical properties of LDPE films were studied. Three different types of CB were selected, with particle sizes of 15, 38 and 75 nm and combined together, generating a DOE with 19 combinations dispersed in LDPE by twin screw extrusion. Such formulations were evaluated in function of performance and processability properties, such as Tint Strength, Filter Pressure Value (FPV) , Melt Flow Index (MFI) and Viscosity. It was determined that the best formulation was a combination between small (P) and medium (M) particles, obtaining the highest tinting and lowest viscosity. Thus, it was studied by varying the process, depending on the speed of the screw (N) and feed rate (Q), to modulate the Specific Mechanical Energy (SME) which, can contribute to better dispersion of pigments. Finally, once formulation and process had been defined (600 rpm and 10 kg/h), CaCO3 was added, micro (D50 = 2.5 μm) and nanoparticulate (D50 = 40 nm) sizes at 10% and 20%, aiming to improve the economic aspect and gain in mechanical properties, maintaining the tinting strength, total transmittance, FPV and viscosity already obtained, however CaCO3 has a high refractive index and acted as low-performance white pigment, decreasing the tinting and increasing the FPV, in addition to interfering in the viscosity. Changes in these properties were observed, however, to a lesser extent with nanoparticulate filled at 10% (F18-P03-N10). The best balance of properties is directly associated with the final application of the formulation such as extrusion or injection molding that require specific characteristics of the concentrate. |
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Barbosa, Juliano MartinsPessan, Luiz Antoniohttp://lattes.cnpq.br/8276650236213537https://lattes.cnpq.br/382432308140842296ae0725-ace7-4b8f-b853-467af1f4acba2022-10-24T16:14:01Z2022-10-24T16:14:01Z2021-06-30BARBOSA, Juliano Martins. Influência da incorporação de negro de fumo e carbonato de cálcio micro e nanoparticulado nas propriedades reológicas, colorimétricas e mecânicas de filmes de polietileno de baixa densidade. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16924.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16924In this work, the influence of incorporation of Carbon Black (CB) and CaCO3, both with different particle sizes, on the rheological, colorimetric and mechanical properties of LDPE films were studied. Three different types of CB were selected, with particle sizes of 15, 38 and 75 nm and combined together, generating a DOE with 19 combinations dispersed in LDPE by twin screw extrusion. Such formulations were evaluated in function of performance and processability properties, such as Tint Strength, Filter Pressure Value (FPV) , Melt Flow Index (MFI) and Viscosity. It was determined that the best formulation was a combination between small (P) and medium (M) particles, obtaining the highest tinting and lowest viscosity. Thus, it was studied by varying the process, depending on the speed of the screw (N) and feed rate (Q), to modulate the Specific Mechanical Energy (SME) which, can contribute to better dispersion of pigments. Finally, once formulation and process had been defined (600 rpm and 10 kg/h), CaCO3 was added, micro (D50 = 2.5 μm) and nanoparticulate (D50 = 40 nm) sizes at 10% and 20%, aiming to improve the economic aspect and gain in mechanical properties, maintaining the tinting strength, total transmittance, FPV and viscosity already obtained, however CaCO3 has a high refractive index and acted as low-performance white pigment, decreasing the tinting and increasing the FPV, in addition to interfering in the viscosity. Changes in these properties were observed, however, to a lesser extent with nanoparticulate filled at 10% (F18-P03-N10). The best balance of properties is directly associated with the final application of the formulation such as extrusion or injection molding that require specific characteristics of the concentrate.Neste trabalho, em função da motivação tecnológica, estudou-se a influência da incorporação de negro de fumo (NF) e carbonato de cálcio (CaCO3), ambos com diferentes tamanhos de partícula, nas propriedades reológicas, colorimétricas e mecânicas de filmes de polietileno de baixa densidade. Selecionou-se três diferentes tipos de NF, com tamanhos de partícula de 15, 38 e 75nm e combinados, gerando um delineamento de experimentos (DOE) com 19 fórmulas dispersar em PEBD, via extrusão em rosca dupla. Tais formulações foram avaliadas em função de propriedades de desempenho e processabilidade, como Poder Tintorial, Filter Test, Índice de Fluidez (MFI) e Viscosidade vs Taxa de Cisalhamento (baixas e altas taxas). Determinou-se que a melhor formulação foi a combinação entre partículas pequenas (P) e médias (M), obtendo-se maior poder tintorial e menor viscosidade. Assim, esta foi estudada variando-se o processamento, em função da velocidade da rotação (N) e vazão de alimentação (Q), para modulação da Energia Especifica (EE) que, contribuiu na melhor dispersão dos pigmentos e da carga. Por fim, uma vez definido a formulação e processo (600 rpm e 10 kg/h), adicionou-se o CaCO3, tanto micro (D50 = 2,5 μm) quanto nanoparticulado (D50 = 40 nm) nas concentrações de 10% e 20% em massa, com o objetivo de melhoria do aspecto econômico e ganho em propriedades mecânicas, mantendo o poder tintorial, transmitância total, filter test e viscosidade já obtida, contudo o CaCO3 possui alto índice de refração e atuou como pigmento branco de baixo desempenho, o que fez o poder tintorial diminuir, o filter test aumentar e interferiu na viscosidade da matriz. Observou-se alteração nestas propriedades, contudo, em menor intensidade com a nanopartícula a 10% (F18-P03-N10). O melhor balanço de propriedades deve estar associado à aplicação da formulação como extrusão ou injeção que requerem características especificas do concentrado (masterbatch).Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessNegro de fumoCarbonato de cálcioPEBDPoder tintorialViscosidadeEnergia específicaCarbon blackCalcium carbonateLDPETinting strengthViscositySpecific energyENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAENGENHARIASENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOESInfluência da incorporação de negro de fumo e carbonato de cálcio micro e nanoparticulado nas propriedades reológicas, colorimétricas e mecânicas de filmes de polietileno de baixa densidadeInfluence of incorporation of carbon black and micro and nanoparticulate calcium carbonate on the rheological, colorimetric and mechanical properties of low density polyethylene filmsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis60060027e170ed-63e5-4ae6-96cf-f7ccb26a3076reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALJuliano Martins Barbosa - Tese.pdfJuliano Martins Barbosa - Tese.pdfArquivo Teseapplication/pdf5346423https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/2/Juliano%20Martins%20Barbosa%20-%20Tese.pdf48d570de42eed0fcb0c34efb4bbd17e6MD52BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdfCarta BCOapplication/pdf459524https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/1/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf3ef4ce530507cff0c94d14381df2935cMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTJuliano Martins Barbosa - Tese.pdf.txtJuliano Martins Barbosa - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain233266https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/4/Juliano%20Martins%20Barbosa%20-%20Tese.pdf.txt935cd49eb6172a49abcff66f4034f683MD54BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILJuliano Martins Barbosa - Tese.pdf.jpgJuliano Martins Barbosa - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7227https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/5/Juliano%20Martins%20Barbosa%20-%20Tese.pdf.jpg14cb25370d1cae9bb597d7d6afc6a7afMD55BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg13291https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16924/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf.jpg8cf776c4d03342db77888d0168b223ecMD57ufscar/169242023-09-18 18:32:34.423oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16924Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:34Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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