http://hdl.handle.net/10183/74 Mon, 19 Oct 2026 18:44:02 GMT 2026-10-19T18:44:02Z http://hdl.handle.net/10183/302429 Efeitos da adição de nanoplaquetas de grafeno nas propriedades reológicas, mecânicas e na cristalização do PEAD preparados em misturador termocinético Nascimento, Lucas Jônatas da Silva Este trabalho avaliou nanocompósitos de polietileno de alta densidade (PEAD) com nanoplaquetas de grafeno (NPG) nos teores de 0,1 e 1 % em massa, processados em misturador termocinético por tempos de 10, 20, 40, 180 e 240 minutos. O processamento termocinético promoveu a redução do diâmetro das NPG, ampliando a área interfacial polímero–carga, sendo a melhor condição de dispersão observada para 0,1 % de NPG e 40 minutos de processamento. Nessa condição, a cristalinidade aumentou de 63 para 67 %, evidenciando o efeito nucleante das NPG, corroborado pela redução do ΔTc de 10,3 para 4,7 °C e pela menor energia de ativação em baixas conversões obtidas pelo método de Friedman. Do ponto de vista reológico, a amostra 0,1NPG/40 min apresentou aumento de aproximadamente 40 % na viscosidade em 0,1 Hz em relação ao PEAD, sem evidências de formação de rede percolada, enquanto o módulo de armazenamento (G′) foi reforçado apenas para o teor de 0,1 %, ao passo que, em 1 %, predominou um comportamento mais viscoso. No DMA, observou-se redução do tan δ para os nanocompósitos, indicando maior restrição da mobilidade segmentar. Em ensaios de tração, o módulo de elasticidade aumentou de 627 MPa para 695 MPa na condição ótima (0,1 %/40 min), mantendo resistência à tração semelhante, enquanto, para 1 % de NPG, tempos de processamento mais longos resultaram em redução do desempenho mecânico, atribuída à re-aglomeração e ao efeito lubrificante das nanoplaquetas. Conclui-se que o misturador termocinético é uma rota eficiente e com potencial de escalabilidade industrial para a produção de nanocompósitos PEAD/NPG, sendo o desempenho final fortemente dependente do equilíbrio entre teor de carga e tempo de residência. O estudo contribui para o entendimento da relação entre processamento, microestrutura e desempenho em nanocompósitos poliolefínicos reforçados com grafeno.; This work evaluated high-density polyethylene (HDPE) nanocomposites containing graphene nanoplatelets (GNP) at loadings of 0.1 and 1 wt%, processed using a thermokinetic mixer for residence times of 10, 20, 40, 180, and 240 minutes. Thermokinetic processing promoted a reduction in GNP diameter, increasing the polymer–filler interfacial area, with the best dispersion condition observed at 0.1 wt% GNP and 40 minutes of processing. Under this condition, crystallinity increased from 63% to 67%, evidencing the nucleating effect of GNPs, as corroborated by the reduction in ΔTc from 10.3 to 4.7 °C and by the lower activation energy at low conversions obtained using the Friedman method. From a rheological standpoint, the 0.1GNP/40 min nanocomposite exhibited an increase of approximately 40% in viscosity at 0.1 Hz compared to neat HDPE, with no evidence of percolated network formation, while the storage modulus (G′) was enhanced only at the 0.1 wt% loading; at 1 wt%, a more viscous-dominated behavior prevailed. In DMA analyses, a reduction in tan δ was observed for the nanocomposites, indicating greater restriction of segmental mobility. In tensile tests, the elastic modulus increased from 627 MPa to 695 MPa under the optimal condition (0.1 wt%/40 min), while maintaining similar tensile strength; in contrast, at 1 wt% GNP, longer processing times led to reduced mechanical performance, attributed to re-agglomeration and the lubricating effect of the nanoplatelets. It is concluded that thermokinetic mixing represents an efficient route with potential for industrial scalability for the production of HDPE/GNP nanocomposites, with the final performance being strongly dependent on the balance between filler content and residence time. This study contributes to the understanding of the relationship between processing, microstructure, and performance in graphene-reinforced polyolefin nanocomposites. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/302429 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10183/302427 Permeação de CO2 supercrítico em poli (fluoreto de vinilideno) para aplicação em altas temperatura e pressão Ingrassia, Antoniella Dutos flexíveis (DFs) são amplamente utilizados na indústria de petróleo e gás offshore, sendo submetidos a altas pressões, temperaturas elevadas e ambientes ricos em CO₂, como nos campos do pré-sal brasileiro. Nestas condições, o Poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) é amplamente empregado como barreira de vedação interna devido à sua elevada resistência química e estabilidade térmica. Este estudo avaliou a influência da permeação de CO2 supercrítico (sc-CO2) através do PVDF em condições representativas de operação offshore, visando analisar seu desempenho em altas temperaturas e pressões. Os ensaios de permeação foram realizados pelo método manométrico com volume constante de 63,34 cm³ a 80, 100 e 120 °C sob 200 bar, e permitiram determinar os coeficientes de permeabilidade (Pe), difusividade (D) e solubilidade (S). Os testes foram conduzidos até atingir o regime permanente, permitindo também a obtenção dos dados de fluxo de gás e de tempo time lag. As amostras foram caracterizadas antes e depois da exposição através de análises macrográficas, ensaio de dureza, avaliação de espessura, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), a fim de avaliar alterações mecânicas, térmicas e morfológicas. A influência da temperatura e o efeito da sorção sobre os coeficientes de transporte também foram correlacionados com a microestrutura do polímero e os resultados comparados com dados da literatura, quando possível. Os resultados indicaram um aumento de cerca de 302 e 422% nos coeficientes Pe e D, respectivamente, com o acréscimo de 30 °C na temperatura de ensaio e uma redução de aproximadamente 23% no coeficiente S, atribuída à menor densidade do CO2 e ao efeito da sorção. O grau de cristalinidade reduziu de 68% para um mínimo de 55% após a exposição, evidenciando, também, que o sc-CO2 promove relaxação morfológica das cadeias lamelares e parcial amorfização do polímero. Conclui-se assim que a exposição ao CO2 supercrítico compromete o desempenho de barreira do PVDF, aumentando o transporte de gás e reduzindo sua ordem estrutural.; Flexible pipes (FPs) are extensively used in the offshore oil and gas industry, where they are subjected to high pressures, elevated temperatures, and often to environments rich in CO2, such as those encountered in the Brazilian pre-salt fields. In such demanding conditions, poly (vinylidene fluoride) (PVDF) is one of the main polymeric materials employed as the internal sealing barrier, due to its excellent chemical resistance and thermal stability. This study aimed to evaluate the influence of supercritical CO2 (sc-CO2) permeation through PVDF, considering the material’s capacity to work in high temperature and high pressure under field-representative conditions. Permeation tests using time manometric constant volume (63.34 cm³) method were conducted at 80, 100, and 120 °C, under a feeding pressure of 200 bar, to determine the permeability (Pe), diffusivity (D), and solubility (S) transport coefficients. The tests were carried out until the steady state was reached to also obtain gas flow and the time lag data. The samples were characterized before and after exposure using macrographic analysis, hardness testing, thickness evaluation, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and differential scanning calorimetry (DSC) to assess mechanical, thermal, and morphological changes. The temperature influence and sorption effect on the transport coefficients were also correlated with the polymer microstructure and compared with literature data. The results showed an increase of approximately 302 and 422% in the Pe and D coefficients, respectively, with a 30 °C rise in permeation temperature, while the S coefficient decreased by about 23%, reflecting the strong influence of CO2 density on sorption behavior. Furthermore, the degree of crystallinity decreased from 68% in untested samples to a minimum of 55% after exposure, indicating that sc-CO2 promotes morphological relaxation and partial amorphization of the polymer. Overall, these findings demonstrate that exposure to supercritical CO2 adversely affects the barrier performance of PVDF by enhancing gas transport and reducing structural order. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/302427 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10183/302423 Concreto aerado autoclavado reforçado com pinos poliméricos e compósito com fibras de vidro Aramburu, Arthur Behenck O Concreto Celular Autoclavado (AAC) é um material leve amplamente utilizado devido às suas propriedades térmicas e acústicas, porém sua baixa resistência mecânica limita aplicações estruturais. Esta tese investiga estratégias de reforço baseadas no uso de pinos poliméricos de resina poliéster insaturada (UPR) e compósitos de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP), avaliando o desempenho do AAC desde a escala do material até elementos estruturais. No primeiro artigo, blocos de AAC reforçados com pinos de UPR, com diferentes diâmetros e orientações de 90° e 45°, foram analisados sob compressão e flexão, evidenciando, por meio de microscopia eletrônica de varredura, que a penetração da resina na matriz porosa do AAC promoveu ancoragem mecânica eficiente e expressivos ganhos de resistência, alcançando aumentos de até 183% em compressão e 298% em flexão. No segundo artigo, o conceito foi ampliado para painéis sanduíche com núcleo de AAC, faces de GFRP e pinos poliméricos como conectores transversais, nos quais a combinação dos materiais resultou em incrementos significativos de capacidade resistente, com aumentos de até 138% em flexão flatwise e até 62% em compressão edgewise em comparação aos painéis não reforçados. Por fim, no terceiro artigo, vigas de AAC em escala real reforçadas com laminas externas de GFRP, com e sem pinos poliméricos, foram ensaiadas sob diferentes razões vão de cisalhamento-altura útil, demonstrando que as laminas elevaram substancialmente a capacidade resistente, enquanto os pinos contribuíram para a transferência de cisalhamento, o controle de fissuração e a modificação dos mecanismos de falha, embora a resposta permanecesse governada por fenômenos interfaciais e pela interação flexão–cisalhamento. A comparação com modelos normativos revelou limitações na previsão da resistência ao cisalhamento de elementos de AAC reforçados com FRP, reforçando a necessidade de abordagens de projeto que incorporem explicitamente os mecanismos de fratura, ancoragem e transferência de esforços em concretos celulares leves.; Autoclaved Aerated Concrete (AAC) is a lightweight material widely used due to its thermal and acoustic properties; however, its low mechanical strength limits its application in structural elements. This thesis investigates reinforcement strategies based on the use of unsaturated polyester resin (UPR) polymeric pins and glass fiber–reinforced polymer (GFRP) composites, evaluating the performance of AAC from the material scale to structural elements. In the first article, AAC blocks reinforced with UPR pins of different diameters and orientations of 90° and 45° were analyzed under compression and flexural loading. Scanning electron microscopy revealed that resin penetration into the porous AAC matrix promoted effective mechanical anchorage and significant strength gains, reaching increases of up to 183% in compression and 298% in flexure. In the second article, this concept was extended to sandwich panels with AAC cores, GFRP face sheets, and polymeric pins acting as through-thickness connectors, in which the material combination resulted in substantial improvements in load-carrying capacity, with increases of up to 138% in flatwise flexural performance and up to 62% in edgewise compression compared to unreinforced panels. Finally, in the third article, full-scale AAC beams externally reinforced with GFRP laminates, with and without polymeric pins, were tested under different shear span-to-effective depth ratios, demonstrating that the laminates significantly increased load capacity, while the pins contributed to shear transfer, crack control, and modification of failure mechanisms, although the response remained governed by interfacial phenomena and shear–flexure interaction. Comparison with code-based models revealed limitations in predicting the shear strength of FRP-reinforced AAC elements, highlighting the need for design approaches that explicitly account for fracture mechanisms, anchorage behavior, and force transfer in lightweight cellular concretes. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/302423 2026-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10183/302421 Desenvolvimento de compósitos sustentáveis a partir de resíduos pós-consumo de embalagens flexíveis metalizadas e resíduo industrial de EPM Oliveira, Tiago Ocanha de O presente trabalho de dissertação descreve o desenvolvimento e a caracterização de compósitos poliméricos sustentáveis, utilizando resíduos pós-consumo de embalagens flexíveis metalizadas com predominância de polipropileno biorentado (BOPPr) em conjunto com resíduo industrial de monômero de etileno propileno (EPMr), visando uma possível aplicação industrial, contribuindo assim para o propósito de uma economia sustentável e circular. A problemática se justifica pelo desafio global da destinação de resíduos, como os elastômeros industriais de alto valor e as embalagens flexíveis metalizadas, cuja baixa reciclabilidade agrava o problema do alto volume de resíduos pós-consumo, alinhando-se as metas de sustentabilidade como as ODS 9, 12 e 15. A metodologia foi dividida em duas etapas. A primeira contemplou a preparação dos compósitos de BOPPr/EPMr nas proporções mássicas de 70:30, 50:50 e 30:70, para determinar a proporção ótima em relação as propriedades reológicas, térmicas, mecânicas e morfológicas. Na segunda etapa, o processo foi refinado para as proporções mássicas de 90:10, 80:20 e 70:30, utilizando uma câmara de mistura interna para otimizar a homogenização final. Em ambas as etapas, os materiais foram processados por moldagem por injeção para obtenção dos corpos de prova, sendo caracterizados pelos ensaios físicos, químicos, reológicos, mecânicos e morfológicos. Ainda na segunda etapa, foi processado o polietileno de alta densidade (PEAD), proveniente de capacetes de proteção industrial, onde os corpos de prova foram desenvolvidos visando comparar suas propriedades, principalmente as de tenacidade com os compósitos. A otimização do processo, que incluiu o uso de uma câmara de mistura interna, consolidou a formulação BOPPr80/EPMr20 (20% em massa de EPMr) como a mais promissora, atingindo uma tenacidade de 58,00 kJ/m², indicando o equilíbrio ideal entre flexibilidade e resistência estrutural. As análises térmicas e a microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmaram que a etapa II promoveu uma dispersão fina e homogênea da fase elastomérica (EPMr) no compósito BOPPr80/EPMr20. Essa morfologia é o fator chave para o seu excelente desempenho mecânico, especialmente sob impacto. Concluiu-se que, embora o compósito não substitua o PEAD em aplicações de segurança crítica, ele representa uma alternativa técnica e ecologicamente viável para nichos de risco moderado, como a construção civil, oferecendo uma solução sustentável para a valorização de resíduos poliméricos reciclados.; This dissertation describes the development and characterization of sustainable polymer composites produced from post-consumer metallized flexible packaging waste, predominantly biaxially oriented polypropylene (BOPPr), combined with industrial residue of ethylene-propylene monomer (EPMr). The study aims at potential industrial applications, contributing to the advancement of a sustainable and circular economy. The research problem arises from the global challenge of waste management, particularly high-value industrial elastomers and metallized flexible packaging, whose low recyclability exacerbates the accumulation of post-consumer waste. This aligns with sustainability goals such as SDGs 9, 12, and 15. The methodology was divided into two stages. In the first, BOPPr/EPMr composites were prepared in mass ratios of 70:30, 50:50, and 30:70 to determine the optimal balance of rheological, thermal, mechanical, and morphological properties. In the second stage, the process was refined with ratios of 90:10, 80:20, and 70:30 using an internal mixing chamber to optimize homogenization. In both stages, the materials were processed by injection molding to obtain test specimens, which were characterized through physical, chemical, rheological, mechanical, and morphological analyses. Additionally, high-density polyethylene (HDPE) from industrial safety helmets was processed for comparative evaluation, particularly regarding toughness. Process optimization, including the use of the internal mixing chamber, consolidated the BOPPr80/EPMr20 formulation (20% EPMr by mass) as the most promising, achieving toughness of 58.00 kJ/m², indicating an ideal balance between flexibility and structural strength. Thermal analyses and scanning electron microscopy (SEM) confirmed that stage II promoted fine and homogeneous dispersion of the elastomeric phase (EPMr) within the BOPPr80/EPMr20 composite. This morphology proved to be the key factor for its excellent mechanical performance, especially under impact. It is concluded that, although the composite cannot replace HDPE in critical safety applications, it represents a technically and ecologically viable alternative for moderate-risk sectors such as civil construction, offering a sustainable solution for the valorization of recycled polymeric waste. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/302421 2025-01-01T00:00:00Z