Blendas e nanocompósitos poliméricos de alto desempenho mecânico formados por polietilenos de alta massa molar e óxido de grafeno

• Autor(a) principal: Ferreira, Eder Henrique Coelho
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por; eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do Mackenzie
• Texto Completo: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28795
• topic: grafeno

O presente trabalho trata-se do desenvolvimento de novos materiais, blendas de polietileno de alta massa molar (PEAMM) contendo polietileno de ultra alta massa molar (PEUAMM) e nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo óxido de grafeno multicamadas (mGO), com melhores propriedades tribológicas do que o PEUAMM. O PEUAMM é um polímero de engenharia de alto desempenho tribológico, apresentando desempenho superior aos outros polímeros. No entanto, mesmo o PEUAMM possuindo essa característica, durante o uso ele pode sofrer facilmente degaste abrasivo, devido às condições severas que ele é submetido. Logo, o desenvolvimento de novos materiais com melhor desempenho é desejável para muitas aplicações tribológicas. Três etapas de estudos foram realizadas para se obter novos materais com melhor desempenho do que o PEUAMM. Na I Etapa, blendas de PEAMM e de PEAD contendo PEUAMM foram obtidas via extrusão dupla rosca. Nesse estudo um novo conceito, baseado no fenômeno de healing, é sugerido para a obtenção de blendas de polietileno. As blendas de polietileno apresentaram altíssimo desempenho mecânico e tribológico, quando moldados em uma prensa a quente em tempo suficiente para que o fenômeno de healing (máximo grau de mistura) fosse completado na interfase polietileno-polietileno. Nesse primeiro estudo é mostrado pela primeira vez que é possiviel obter blendas de polietileno, PEAMM-PEUAMM (< 40 % em massa), com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. A II Etapa desse trabalho foi dedicada ao estudo dos nanocompósitos e compósitos de PEAMM contendo cargas carbonáceas, mGO, óxido de grafite e grafite. O foco desse estudo foi sobre a influência dos aglomerados dessas cargas nas propriedades reológicas e mecânicas dos polímeros. Outros compósitos de poliestireno e de PEAD contendo essas cargas foram produzidos para complementar o estudo. A principal conclusão obtida nessa etapa foi que os aglomerados, através do fenômeno de superlubrificação, podem agir tenacificando e reduzindo a viscosidade dos polímeros, desde que estejam presentes em baixas concentrações. Essa observação é uma mudança de paradigma, uma vez que os aglomerados sempre foram vistos como prejudiciais às propriedades dos polímeros, mas o oposto é sugerido nesse trabalho. Após o desenvolvimento de blendas de polietileno de alto desempenho tribológico (I Etapa) e com a compreensão da influência dos aglomerados das cargas carbonáceas nas propriedades dos polímeros (II Etapa), a III Etapa do trabalho estudou os nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo diferentes concentrações de mGO (0,01, 0,05 e 0,1 % em massa). Todos os nanocompósitos produzidos apresentaram desempenho tribológico (alta resistência ao degaste e baixo coeficiente de fricção) superior ao PEUAMM. O PEAMM-PEUAMM-mGO (0,1 % em massa) foi o nanocompósito com melhor desempenho dentre os materiais estudados. Esse resultado pode ser atribuído a três fatores que foram anteriormente elucidados na I e na II Etapa. O primeiro fator está associado ao alto grau de mistura na interfase polietileno-polietileno, que é uma decorrência da obtenção desse nanocompósito baseado no fenômeno de healing (I Etapa). O segundo e o terceiro fatores estão associados à influência do mGO bem esfoliado e do mGO aglomerado contido no nanocompósito, que agem através do mecanismo de reforço e do fenômeno de superlubrificação, respectivamente (II Etapa). Como resultado final desse trabalho, três novos materiais, a blenda PEAMM PEUAMM (<40 % em massa), o nanocompósito PEAMM-mGO e o nanocompósito PEAMM PEUAMM-mGO, foram desenvolvidos com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. Portanto, esse trabalho apresenta três materiais com potencial de substituir o PEUAMM nas aplicações onde seu desempenho é insatisfatório.