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 Clique para editar o estilo do subtítulo mestre  4/14/12  Compósitos e nanocompósitos Grupo: Mario Kawano, Orley, Priscila Martins e Thais Alves Seminário para a disciplina de Tecnologia de Plástico, ministrada pelo Profº Dr. Hélio Wiebeck. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – POLI - USP

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Compósitos e nanocompósitos

Grupo: Mario Kawano, Orley,Priscila Martins e Thais Alves

Seminário para a disciplina de Tecnologia de Plástico, ministrada pelo Profº Dr. Hélio Wiebeck.Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – POLI - USP

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Introdução

Polímeros;

•  Argila;

• Compósitos;

• Nanocompósitos.

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Polímeros•  A palavra polímero vem do grego poli (muitos)

+ meros  (partes), e é exatamente isto, a

repetição de muitas unidades (poli) de um tipo decomposto químico (mero).

• Polimerização é o nome dado ao processo no qualas várias unidades de repetição (monômeros)reagem para gerar uma cadeia de polímero.

 

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 A cerâmica é o material artificial mais antigoproduzido pelo homem, existindo a cerca de dez aquinze mil anos.

Do grego "kéramos”, "terra queimada" ou “argilaqueimada” é um material de imensa resistência,sendo freqüentemente encontrado em escavaçõesarqueológicas.

Iniciou-se com a construção de vasilhas paraalimentos e sementes.

Argila

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 • A cerâmica é uma atividade de produção de artefatos a partir

da argila, que umedecida é muito plástica e fácil de moldar.• Após uma secagem à temperatura ambiente é queimada em

uma temperatura de 1000 ºC.

• Pode-se pintar a cerâmica com uma pasta de pó de vidro e

 voltar ao forno para fundir o vidro ( 900 ºC).• Há uma contração da peça em aproximadamente 15%.

 

 APLICAÇÃO DA CERÂMICA:

Construção de casas, vasilhames para uso doméstico earmazenamento de alimentos, vinhos, óleos, perfumes, naconstrução de urnas funerárias e até como "papel" para escrita.

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Compósitos

“Qualquer material multifásico que exibe umaproporção significativa das propriedades deambas as fases que o consistuem, de tal modo queé obtida uma melhor combinação de suas

propriedades”

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Nanocompósitos• São uma nova classe de materiais poliméricos que

contém quantidades relativamente pequenas de

nanopartículas (tipicamente < 5%), ou seja, umamatriz amorfa preenchida com nanocargas.

•  As nanopartículas são em geral compostosinorgânicos: argila, nanotubos de carbono ouaditivos químicos como a sílica, carbonato decálcio, alumina, óxido de zinco, etc., todas essas

caracterizadas por possuir ao menos uma das 

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Tipos de nanocarga

 

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Morfologia entre os compósitos

 

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Possibilidades de aplicações1. Caracterização de argila e uso com polímeros -

Orley 

1. Micro-hidrogerador com turbina Pelton decerâmica - Kawano

1. Éteres policarboxilatos para concreto - Thais

 

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Caracterização de argila

Os métodos de caracterização utilizados são: oDSC (Calorimetria Exploratória Diferencial), aTGA (Análise Termo Gravimétrica), a absorção deágua, a Tensão de Ruptura a Flexão em 3 pontos,

a Espectrofotometria de absorção atômica, aDifração de raios X e o método de análise deRietveld.

 

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Uso da argila com polímeros

São vários os usos de argilas com polímeros,resultando assim em compósitos de uso, como: oCBUQ (Concreto betuminoso usinado a quente,que incorpora materiais argilosos como as areias

e britas e materiais poliméricos como osasfaltos).

 

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 Aplicação de argila na Geração de

Energia

Conchas de Turbinas Pelton.

Propriedades:• Não desgasta com jato d’água;

• Não enferruja;

• Não sofre erosão com jato de areia.

Micro-hidrogerador com turbina Pelton de cerâmica

 

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 Moldagem das Conchas

Como asconchasPelton tem oformato deduas metadesde ovos, foramescolhidos

dois ovos decodorna quepossuíam asdimensões deum padrão de

conchas 

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 Molde e modelo para conchas

O modelo feito degesso abaixo serviupara construir omolde para darforma a argila.As conchas de argila

após moldadas sãopostas a secar poruma semana antes deir ao forno pelaprimeira vez.

 

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 Turbina e geradorEssa turbina tem um

rendimento elétrico de 50%,que é razoável para sistemadeste tamanho.Com uma queda útil de 23,5

metros e uma vazão de 0,4litros por segundo essegerador fornece 27KWh/mêsConsegue-se alimentar umacasa com a maioria dos eletro-

eletrônicos , inclusive umageladeira de 15,8KWh/mês . Ochuveiro não deve ser usado,pois consumiria toda energiagerada com apenas um banho

por dia. Esse sistema todo é 

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 Éteres policarboxilatos para

concretoCONCRETO:

 Antiga definição: Material composto por partículasde areia e pedras ligadas umas às outras através deCimento Portland.

Nova definição: Material composto por partículas deareia e pedras ligadas umas às outras através de

Cimento Portland e aditivos químicos. 

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Éteres policarboxilatos paraconcreto

•  Aditivos para concreto:

 → Plastificantes / Superplastificantes,

 →

Aceleradores → Retardadores

 → Incorporadores de ar

 

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Éteres policarboxilatos paraconcretoO uso de aditivos superplastificantes proporciona aoconcreto:

• Melhoria no tempo de trabalho,

Diminuição da quantidade de água utilizada→

melhoria das propriedades,

• Possibilidade da redução na quantidade decimento utilizado redução de custo.→

 

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Éteres policarboxilatos paraconcreto

Bases químicas para superplastificante:

• Condensados de sais de melamina,

Condensados de naftaleno sulfonado,• Éter policarboxilato

 

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Éteres policarboxilatos paraconcreto• Representação da molécula de naftaleno sulfonado

 

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Éteres policarboxilatos paraconcreto• Representação da molécula de éter policarboxilato

 

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 Éteres policarboxilatos paraconcreto- Exemplos de utilização –Obra de Jirau

 

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 Éteres policarboxilatos para concreto-Exemplos de utilização – Torres Eólicas

 

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 Éteres policarboxilatos paraconcreto- Exemplos de utilização –Rodoanel

 

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 Nanoargila para melhorar

retardância a chama em eletro-eletrônicos• Equipamentos eletro-eletrônicos normalmente

possuem bromados como retardante a chama, no

entanto, eles liberam elementos tóxicos durante oprocesso de degradação, causando riscos a saúdepública. Surge o RoHS!

Uma alternativa é utilizar a nanoargila emcompósitos poliméricos para melhora apropriedade de retardância a chama, uma vez quea argila é material inorgânico.

 

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 Reciclando plásticos retardantes a

chama contendo bromadosSchlummer, Martin et al. (2006):

• Resíduos de eletro-eletrônico foram excluídos dosmateriais reciclados, devido a presença de bromados retardantes a chama.

• Processo CreavSolv® que através da densidadereduz a parte tóxica em 70 ou 80% tornado viávela sua reciclagem, cumprindo o valor limite dasdiretivas européias (RoHS e a alemã).

 

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Nanocompósito PC/ABS/MMT• Shaofeng Wang et al. (2002):

• Síntese e caracterização da blenda.

• É preparado por intercalação, blenda PC/ABS enanoargila montmorilonita.

• Caracterizadas por: DR-X, MET, HERM, TGA.

• Confirma a estrutura intercalada.

•  A nanoargila melhora a estabilidade térmica da 

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Figura 1: Resultado da difração de Raio-X.

Figura 2: TEM e HERM do nanocompósitoPC/ABS (3/2) - OMT.

Figura 3: DTG curva da blenda PC/ABS (4/1) ePC/ABS (4/1) – OMT.

 

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Blenda PC/ABS contendo trifenolfosfato e nanoargila• E. Feyz et al. (2010):

• Estudo das propriedades viscoelástica da blenda.

• Estudo do efeito de trifenol fosfato, comumente

usado como retardante a chama, juntamente coma nanoargila MMT.

• Características morfologicas e reologica da

 blenda, através do DR-X, MEV e MET. 

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 •  A viscosidade aumenta com a inclusão da

nanoargila e TPP, mais evidente para ananoargila, que também melhorasignificativamente o comportamento newtonianoda blenda, particularmente para baixasfrequências.

Figura 4: SEM blenda PC/ABS mostrando a disperssão do ABS esférica na matriz PC.

 

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Figura 5: TEM PC/ABS com 2% de nano.

Figura 6: Variação da viscosidade complexa (a) contendo TPP e (b) contendo nanoargila em três diferentes

frequências para blenda.

 

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Conclusão• O que é compósito e nanocompósito?

Mistura de componente e nanocomponentes.

•  Algumas possibilidades de aplicações – Pesquisae desenvolvimento:

1. Caracterização de argila e uso com polímeros -Orley.

2. Micro-hidrogerador com turbina Pelton decerâmica - Kawano.

 

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Obrigado!

• Grupo: Mario Kawano, Orley, Priscila Martinse Thais Alves

Seminário para a disciplina de Tecnologia de Plástico, ministrada pelo Profº Dr. Hélio Wiebeck.Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – POLI - USP

 

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Referências:• Kawano, Mario: Micro-hidrogerador com turbina pelton de

cerâmica: Agrener 2006.

Santos, P. de S., 1992, Ciência e Tecnologia de Argilas, Vol 1, Ed.Edgard Blucher, 1992.

•  Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenhariade Materiais, Ed. G. C. Isaia. – São Paulo: IBRACON, 2007. 2v.

• Shaofeng Wanga,b, Yuan Hua,*, Zhengzhou Wanga, Tang Yongb,Zuyao Chenb, Weicheng Fana, 2002, Synthesis and characterizationof polycarbonate/ABS/montmorillonite nanocomposites, 2002.Polymer Degradation and Stability 80 (2003) 157–161.

 

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• E. Feyz, Y. Jahani, M. Esfandeh, M. Ghafelehbashi, S.H. Jafari,2010,  Study of the Viscoelastic Properties of PC/ABS Blend Containing Triphenyl Phosphate and Nanoclay and Its Correlationwith Morphology, 2010 in Wiley InterScience(www.interscience.wiley.com).

• Martin Schlummer, Andreas Mäurer, Thomas Leitner and WalterSpruzina, 2002,  Report: Recycling of flame-retarded plastics fromwaste electric and electronic equipment (WEEE), Waste Management Research 2006; 24; 573.

• http://www.demar.eel.usp.br/compositos/Notas_aula/nanocompositos.

• http://www.braskem.com.br

• http://www.anfacer.org.br/principal.aspx