Materiais de mudança de fase à base de compósitos poliméricos para armazenamento de energia térmica
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Data de Publicação: | 2021 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/43588 |
Resumo: | Os materiais que absorvem ou liberam calor latente são denominados Materiais de Mudança de Fase (MMF), que armazenam ou liberam a energia térmica quando sofrem uma transição de fase. Para evitar o escoamento dos MMFs, quando se encontram no estado líquido, faz-se necessário a utilização de outros materiais que apresentam estrutura mecanicamente estável para atuar como suportes, concentrando o MMF nos espaços vazios; sendo essa configuração denominada MMF de forma fixada. Nesta pesquisa, foram propostos novos MMFs de forma fixada baseados em compósitos poliméricos ambientalmente amigáveis, onde o poli(3-hidroxibutirato) (PHB) e o poli(ácido l-lático) foram incorporados mecanicamente, através da impregnação a vácuo, aos materiais de Grafite Expandido (GE) e ao Caulim (em concentrações de 10, 15 e 20 % em massa). Para alcançar maior estabilidade térmica, o PHB foi aditivado com Irgafos 168 e Cyanox XS4 (concentração de 1% em massa). Adicionalmente, foram sintetizadas fibras de Nylon para enxertá-las no poli(ε-caprolactona) (PCL) e poli(óxido de etileno) (PEO) através da irradiação gama (15, 25, 50 e 100 kGy) para aplicações em tecidos inteligentes. Finalmente, as amostras foram caracterizadas através de análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Espectrometria na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), ensaios Termogravimétricos (TGA) e Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). Ao analisar as amostras de MMFs de forma fixada, foi observado que a presença do GE não alterou as propriedades térmicas das matrizes poliméricas. No entanto, o Caulim favoreceu o surgimento do efeito barreira na matriz do PHB, retardando a termodegradação do compósito. Através dos cálculos de calor de fusão, foi determinado o limite dos ciclos fusão/recristalização para as amostras, onde a quantidade de ciclos alcançada pelo compósito PHB/GE foi de 30 ciclos, mesma quantidade de ciclos do PHB aditivado com o Cyanox. As amostras de poli(ácido L-lático) (PLLA), por sua vez, não recristalizaram pelo método utilizado nos ciclos, necessitando um estudo mais aprofundado sobre a cristalização deste polímero. Ao irradiar o Nylon em doses de radiação gama abaixo de 100 kGy foi observado que este polímero não sofreu alterações significativas no seu comportamento térmico. Entretanto, sua enxertia com o PCL e o PEO não foi identificada nas faixas de fusão referentes a essa matriz polimérica. |
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Para evitar o escoamento dos MMFs, quando se encontram no estado líquido, faz-se necessário a utilização de outros materiais que apresentam estrutura mecanicamente estável para atuar como suportes, concentrando o MMF nos espaços vazios; sendo essa configuração denominada MMF de forma fixada. Nesta pesquisa, foram propostos novos MMFs de forma fixada baseados em compósitos poliméricos ambientalmente amigáveis, onde o poli(3-hidroxibutirato) (PHB) e o poli(ácido l-lático) foram incorporados mecanicamente, através da impregnação a vácuo, aos materiais de Grafite Expandido (GE) e ao Caulim (em concentrações de 10, 15 e 20 % em massa). Para alcançar maior estabilidade térmica, o PHB foi aditivado com Irgafos 168 e Cyanox XS4 (concentração de 1% em massa). Adicionalmente, foram sintetizadas fibras de Nylon para enxertá-las no poli(ε-caprolactona) (PCL) e poli(óxido de etileno) (PEO) através da irradiação gama (15, 25, 50 e 100 kGy) para aplicações em tecidos inteligentes. Finalmente, as amostras foram caracterizadas através de análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Espectrometria na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), ensaios Termogravimétricos (TGA) e Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). Ao analisar as amostras de MMFs de forma fixada, foi observado que a presença do GE não alterou as propriedades térmicas das matrizes poliméricas. No entanto, o Caulim favoreceu o surgimento do efeito barreira na matriz do PHB, retardando a termodegradação do compósito. Através dos cálculos de calor de fusão, foi determinado o limite dos ciclos fusão/recristalização para as amostras, onde a quantidade de ciclos alcançada pelo compósito PHB/GE foi de 30 ciclos, mesma quantidade de ciclos do PHB aditivado com o Cyanox. As amostras de poli(ácido L-lático) (PLLA), por sua vez, não recristalizaram pelo método utilizado nos ciclos, necessitando um estudo mais aprofundado sobre a cristalização deste polímero. Ao irradiar o Nylon em doses de radiação gama abaixo de 100 kGy foi observado que este polímero não sofreu alterações significativas no seu comportamento térmico. Entretanto, sua enxertia com o PCL e o PEO não foi identificada nas faixas de fusão referentes a essa matriz polimérica.CNPqMaterials that absorb or release latent heat are called Phase Change Materials (PCM), which store or release thermal energy when they undergo a phase transition. To prevent the flow of PCMs, when they are in the liquid state, it is necessary to use other materials that have a mechanically stable structure to act as supports, concentrating the PCM in empty spaces; this setting being setting being called fixed-form PCM. In this research, new fixed-form PCMs based on environmentally friendly polymeric composites were proposed, where poly(3- hydroxybutyrate) (PHB) and poly(l-lactic acid) were mechanically incorporated, through vacuum impregnation, to the materials of Expanded Graphite (EG) and Kaolin (in concentrations of 10, 15, and 20% by mass). To achieve greater thermal stability, PHB was added to Irgafos 168 and Cyanox XS4 (concentration of 1 wt%). In parallel to this research, Nylon fibers were synthesized to graft them into poly(ε-caprolactone) (PCL) and poly(ethylene oxide) (PEO) through gamma irradiation (15, 25, 50, and 100 kGy) for applications in smart fabrics. Finally, the samples were characterized through Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Fourier Transform Infrared Spectrometry (FT-IR), Thermogravimetric (TGA), and Differential Calorimetry Scan (DSC). Analysis of the samples of fixed-form MMFs showed that the presence of GE did not change the thermal properties of the polymeric matrices. However, Kaolin favored the appearance of the barrier effect in the PHB matrix, delaying the thermodegradation of the composite. The limit of the fusion/recrystallization cycles for the samples was determined by calculating the heat of fusion, where the number of cycles achieved by the PHB/EG composite was 30 cycles, the same number of cycles of PHB added with Cyanox. PLLA samples, in turn, did not recrystallize through the method used in the cycles, requiring a more in-depth study on the crystallization of this polymer. Gamma-irradiated Nylon, at doses below 100 kGy, did undergoes significantly change in its thermal behavior. However, induced-radiation grafting of Nylon with PCL, and PEO was not identified in the fusion ranges this of polymer matrix.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Tecnologias Energeticas e NuclearUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia nuclearMateriais de mudança de faseArmazenamento de calor latenteCompósitos poliméricosPoli(3-hidroxibutirato)Poli(ácido l-lático)Materiais de mudança de fase à base de compósitos poliméricos para armazenamento de energia térmicainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Valdilene Oliveira da Silva.pdfTESE Valdilene Oliveira da Silva.pdfapplication/pdf4846694https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/43588/1/TESE%20Valdilene%20Oliveira%20da%20Silva.pdf63fc769558e286991e12bd35d13b78d3MD51TEXTTESE Valdilene Oliveira da Silva.pdf.txtTESE Valdilene Oliveira da Silva.pdf.txtExtracted texttext/plain205715https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/43588/4/TESE%20Valdilene%20Oliveira%20da%20Silva.pdf.txt95e3c981810b84721f46b62a8706613fMD54THUMBNAILTESE Valdilene Oliveira da Silva.pdf.jpgTESE Valdilene Oliveira da Silva.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1242https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/43588/5/TESE%20Valdilene%20Oliveira%20da%20Silva.pdf.jpg2bddae1a197ddc0119cd31ae2b8aca69MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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