Abstract Fuel Cells based in polymers are an alternative for the conventional energetic matrices. However, materials currently available still present disadvantages to overcome. Membranes of polycarbonate (PC)/sulfonated polycarbonate (PCs) blend/sepiolite nanocomposites have previously been studied by the authors, resulting in good mechanical properties and promising properties of vapor transmission and ionic migration resistance. However, their production in large scale is still a challenge. The aim of this work was the development further the formulation and processing of the previously studied material. Films of PC/PCs blends (50/50 wt%) with different content of sepiolite clay, with and without chemical modification, have been prepared in an extruder and evaluated by FTIR, XRD, DSC, TGA, DMA, tension strength and water vapor transmission (WVT). Even after two processing steps, the blend-based nanocomposites keep good thermal and mechanical properties. However, changes in WVT were observed with respect to data obtained in previous studies.

Células a combustível usando membranas poliméricas condutoras de íons representam uma alternativa interessante para substituição de matrizes energéticas convencionais baseadas em combustíveis fósseis e para a geração de energia com mínimo impacto ambiental. Entretanto, as membranas poliméricas atualmente disponíveis apresentam certas propriedades intrínsecas que diminuem a eficiência e a durabilidade sob uso das células construídas, sendo as principais desvantagens o limite de temperatura de uso (devido a necessidade de presença de água para a condução iônica) e suscetibilidade a degradação mecânica, térmica e química. O presente trabalho tem como objetivo a obtenção, caracterização e avaliação do desempenho de membranas poliméricas híbridas baseadas em poli(éter imida) (PEI), um polímero com excelente resistência mecânica e química, e cuja condutividade protônica independe da presença de água, possibilitando o uso a temperaturas mais elevadas. As membranas poliméricas baseadas em poli(éter imida) foram modificadas quimicamente visando o aumento em seu caráter de condutor iônico. A incorporação de um argilomineral com escala nanométrica visou um aumento na resistência mecânica e térmica das membranas obtidas, condições fundamentais para a durabilidade sob uso de células a combustível, além de aumento de propriedades de barreira em relação aos gases de processo. As membranas foram avaliadas por FTIR, DSC, TGA, DMA, densidade, inchamento em água, transmissão de vapor de água e resistência à migração iônica. Os resultados obtidos são promissores, visto que foi possível alterar a propriedade condutora da membrana, sem perdas excessivas na resistência térmica e mecânica.

Fuel Cells based in polymeric membranes are an alternative for the conventional energetic matrices based on fossil fuel and generation of energy with minimum environmental impact. However, polymeric membranes available nowadays for this specific use have some disadvantages, like low efficiency and cell durability. The aim of this work was to prepare and to characterize hybrid polymeric membranes for application as hydrogen fuel cell electrolytes. Membranes based in poly(ether imide) were chemically modified with sulfur groups to increase their ionic conductivity. The incorporation of mineral clay in nanometric scale aims to increase their mechanical and thermal properties. The membranes were evaluated by FTIR, DSC, TGA, DMA, density, hot water uptake, water vapor transmission and ionic migration resistance. The results leaded to a better structure versus properties balance, aiming the high performance of the obtained membranes.

Membranas poliméricas condutoras de íons têm sido cada vez mais estudadas para o uso em células a combustível. Entretanto, as membranas poliméricas disponíveis no mercado para este fim apresentam algumas limitações de condições de trabalho. Neste estudo o poli(carbonato) modificado quimicamente para uso como membrana condutora de íons foi caracterizado e teve seu desempenho avaliado. A formação de um nanocompósito baseado em sepiolita visou ao aumento na resistência mecânica e térmica das membranas, propriedades, a princípio, prejudicadas pela sulfonação do material. As membranas foram avaliadas por FTIR, DSC, TGA, DMA, inchamento em água, transmissão de vapor de água e resistência à migração iônica. Os resultados mostraram ser possível atingir um balanço estrutura versus propriedades visando a um elevado desempenho das membranas.

Ion-conducting polymeric membranes have been studied for use in fuel cells. However, polymeric membranes available in the market show some disadvantages. Here we modified polycarbonate chemically for use as ion-conducting membranes, and investigated its performance. The use of the nanoclay sepiolite aimed at improving the mechanical and thermal resistance, which are negatively affected by polymer sulphonation. The membranes were evaluated using FTIR, DSC, TGA, DMA, water swelling, water vapor uptake and ionic migration resistance. The results indicated it to be possible to reach a tradeoff between structure and properties for obtaining high-performance membranes.

Nanocompósitos de LLDPE/argila montmorilonita e LLDPE/niobato organofilizado foram obtidos através da diluição de um concentrado da respectiva carga em uma extrusora dupla rosca obtendo-se concentrações finais de 1,5 a 10,0% em carga. No presente estudo utilizou-se o ensaio mecânico de tração e o de permeação ao vapor de água e ao oxigênio para caracterizar estes nanocompósitos. No ensaio mecânico de tração observou-se aumento no valor do módulo elástico e diminuição no valor da tenacidade com o aumento da concentração da argila montmorilonita, o que era esperado devido à rigidez da carga. Comportamento semelhante também foi observado no caso dos nanocompósitos de niobato organofilizado, porém de maneira menos acentuada devido à estrutura química do niobato de potássio. Com auxílio do MEV/FEG observou-se que a distribuição da argila é superior a do niobato organofilizado para concentrações inferiores a 10,0% de carga. No ensaio de permeação ocorre diminuição no valor de permeabilidade com o aumento da concentração da argila montmorilonita para ambos os gases utilizados. Na presença do niobato organofilizado observa-se diminuição, seguido de aumento no valor da permeação com o aumento da concentração da carga para ambos os gases utilizados. Além disso, observou-se que a polaridade do gás utilizado é um fator importante no processo de difusão através do nanocompósito.

Linear low density polyethylene-montmorillonite clay and linear low density polyethylene-organophilic niobate nanocomposites were obtained from dilution of masterbatch with 20% w/w of fillers in the LLDPE matrix by melt intercalation using a twin-screw extruder, obtaining nanocomposites with 1.5% up to 10.0% w/w of filler. In this study mechanical and water vapor and oxygen permeation tests were used to characterize the nanocomposites. In mechanical tests an increase of modulus values and decrease of toughness value by increasing concentration of montmorillonite clay were observed. The behavior of LLDPE-organophilic niobate nanocomposites was similar to LLDPE-montmorillonite clay nanocomposites but softer due to hexaniobate structure. The distribution of the organoclay is more homogeneous than organophilic niobate to concentrations below 10.0% filler using the SEM/FEG. It is possible to see a decrease in the permeability value with increasing concentration of montmorillonite clay for both gases used. In the LLDPE-organophilic niobate nanocomposites a decrease of permeability value occurs followed by an increase of permeability value for both gases used, with increasing concentration of organophilic niobate. Furthermore, it was observed that the polarity of the gas used is an important factor in the diffusion process through the nanocomposite.

Nanocompósitos de blendas de polietileno de alta densidade (HDPE) com polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e OMMT (montmorilonita organofílica) foram preparados sob fusão em extrusora de dupla-rosca, utilizando HDPE-g-MA como agente compatibilizante. A caracterização estrutural foi realizada por análises de difração de raios X em alto ângulo (WAXD), microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os resultados indicam que a adição do agente compatibilizante favoreceu a formação da microestrutura predominantemente intercalada. Estudos dinâmico-mecânicos mostraram que a adição do agente compatibilizante aumentou as interações entre a carga e a matriz poliolefínica. As diferentes condições de intemperismo as quais os materiais foram submetidos influenciaram no comportamento mecânico dos nanocompósitos de blenda HDPE/LLDPE. Os tratamentos realizados em estufa com circulação forçada de ar e em água proporcionaram o alívio de tensões residuais presentes no sistema, enquanto que o tratamento realizado em câmara de envelhecimento acelerado levou à formação de grupos carbonílicos, de pequena massa molar, que diminuíram o grau de cristalinidade e o módulo elástico dos nanocompósitos.

Nanocomposites from high density polyethylene/ linear low density polyethylene (HDPE/LLDPE) blends were prepared at the melt state in an extruder, using HDPE-g-MA as compatibilizer agent. The structural characterization was performed through wide angle X-ray diffraction (WAXD) and transmission electron microscopy (TEM). The results showed that adding the compatibilizer induced formation of a predominant intercalated microstructure. Dynamic-mechanical studies showed that the addition of the compatibilizer increases the interactions between the nanoclay surface and the polyolefin matrix. The weathering conditions affected the mechanical behavior of HDPE/LLDPE blend-based nanocomposites. Both treatments performed in hot water and in a forced convection air oven provided the relief of residual stresses in the polymer matrix, while the treatment in an accelerated aging chamber provided the formation of carbonyl groups that lead to a decreased degree of crystallinity and elastic modulus of the nanocomposites.

Nanocompósitos de blendas de polietileno de alta densidade (HDPE) com polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e OMMT (montmorilonita organofílica) foram preparados sob fusão em extrusora de dupla-rosca, utilizando HDPE-g-MA como agente compatibilizante. Os nanocompósitos foram caracterizados através das propriedades térmicas, óticas e de transporte de gases. A blenda HDPE/LLDPE e os nanocompósitos das blendas HDPE/LLDPE como esperado comportam-se como barreira ao vapor de água e são permeáveis ao CO2 e O2. A adição de nanoargila modificou o grau de cristalinidade da matriz polimérica dos nanocompósitos e a diminuição do coeficiente de permeabilidade foi atribuída ao aumento do grau de cristalinidade e do aumento ao caminho difusional para as moléculas do gás passarem pelo filme polimérico. O caminho difusional mais longo devido ao aumento da tortuosidade está relacionado a uma boa dispersão da carga inorgânica, boa molhabilidade desta pela matriz e forte interações na interface. Modelos teóricos de permeabilidade propostos por Nielsen e Bharadwaj foram utilizados para estimar a razão de aspecto da nanoargila nos nanocompósitos e forneceram resultados que se correlacionam bem com as morfologias observadas por microscopia eletrônica de transmissão.

High density polyethylene/ linear low density polyethylene (HDPE/LLDPE) blend-based nanocomposites were prepared in a twin-screw, using HDPE-g-MA as compatibilizer agent. The nanocomposites were characterized through thermal, optical and transport properties. The HDPE/LLDPE blend and the nanocomposites behave as a barrier to water vapor but are permeable to CO2 e O2. The addition of organoclay modified the crystallinity degree of the polymer matrix of the nanocomposites. The reduction of the permeability coefficient of the nanocomposites was correlated to the increase in the crystallinity of the polymer matrix and to the increase in diffusional path of the gas due to the increase in the tortuosity related to a good dispersion of the clay platelets in the matrix. These effects are related also to a good wettability of the filler by the polymeric matrix and strong interactions at the interface. Theorical permeability models proposed by Nielsen and Bharadwaj were used to estimate the aspect ratio of the organoclay in the nanocomposites with correlate well with the images observed through transmission electron microscopy.

Neste trabalho, foram utilizadas fibras de curauá como reforço de matriz termoplástica de biopolietileno de alta densidade. O polietileno foi obtido por polimerização de eteno, gerado do etanol de cana de açúcar. Este polímero é também chamado de biopolietileno (BPEAD), por ser preparado a partir de material oriundo de fonte natural. Desta forma, pretendeu-se contribuir para desenvolver materiais que, dentre outras propriedades, causem menor emissão de CO2 para a atmosfera na sua produção, utilização e substituição, comparativamente a outros materiais. Adicionalmente, polibutadieno líquido hidroxilado (PBHL) foi acrescentado à formulação do compósito, visando a um aumento na resistência à propagação da trinca durante impacto. Os compósitos e as fibras foram caracterizados por várias técnicas, tais como microscopia eletrônica de varredura (MEV), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG), além da caracterização dos compósitos quanto à Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA), propriedades mecânicas (impacto e flexão) e absorção de água. A presença das fibras de curauá diminuiu algumas propriedades do BPEAD, como resistência ao impacto. A análise de DMTA mostrou que as fibras geram material mais rígido. Pode-se considerar que a introdução de PBHL na formulação do material foi eficiente, levando a uma resistência ao impacto do compósito BPEAD/PBHL/Fibra maior do que a do compósito BPEAD/Fibra.

In this work, curaua fibers were used in the reinforcement of a high-density (HDPE) thermoplastic matrix. The polyethylene used was obtained by polymerization of ethene produced from sugarcane ethanol. This polymer, also called high-density biopolyethylene (HDBPE), was prepared from a natural source material. The aim was to contribute to developing materials which could lead to smaller release of CO2 into the atmosphere in comparison to other materials. Additionally, liquid hydroxylatedpolybutadiene (LHPB) was added to the composite formulation, aiming at improving resistance to crack spreading during impact. The fibers and their composites were characterized by several techniques, such as scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), and thermal gravimetry (TG). The composites were also characterized by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), mechanical properties (flexural and impact strength), and water absorption. The presence of curaua fibers reduced some of the properties of HDBPE, such as flexural and impact strength. DMTA indicated a more rigid material with the fibers incorporated. The addition of LHPB to the formulation was efficient, leading to greater impact strength for the HDBPE/LHPB/Fiber composite, as compared to the HDBPE/Fiber composite.

In this work a new method was developed for monitoring the oxidative stability of restabilized and non-restabilized low-density polyethylene (LDPE) during multiple extrusion cycles. The method is based on correlations between Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) and Onset Oxidation Temperature (OOT). Non-linear calibration curves correlating the concentration of primary or secondary antioxidants and the OOT values were obtained.

Nanocompósitos de blendas de polietileno de alta densidade (HDPE) com polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e OMMT (montmorilonita organofílica) foram preparados em um reômetro de torque, utilizando-se como sistema compatibilizante uma mistura de HDPE-g-MA e LLDPE-g-MA, ambos com 1% de anidrido maleico. O efeito de cinco sequências de mistura na formação da microestrutura dos nanocompósitos foi estudado. A caracterização estrutural foi realizada por análises de difração de raio X de alto ângulo (WAXD), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e comportamento reológico em regime permanente de deformação. Os resultados mostraram que a formação da microestrutura depende da ordem de mistura dos componentes e a utilização de mistura de dois agentes compatibilizantes miscíveis com os constituintes da matriz auxiliou na distribuição da polaridade, facilitando a dispersão das nanoargilas por toda a matriz. Dentre as sequências estudadas, as que a nanoargila foi primeiramente misturada com componentes de menor viscosidade e cristalinidade (LLDPE e/ou LLDPE-g-MA) apresentaram melhor dispersão e distribuição da nanoargila na blenda polimérica.

High density polyethylene/linear low density polyethylene (HDPE/LLDPE) blend-based nanocomposites were prepared in a torque rheometer, using a mixture of HDPE-g-MA and LLDPE-g-MA both containing 1% of maleic anhydride as compatibilizer system. The effect from five blending sequences on the microstructure of the nanocomposites was investigated. The structural characterization was performed through wide angle X-ray diffraction (WAXD), transmission electron microscopy (TEM) and rheological properties. The results showed that the formation of morphology is dependent on the sequence of nanocomposite preparation and that the use of a mixture of two compatibilizer agents, miscible with both components of the blend matrix, facilitated the dispersion of the nanoclay throughout the matrix. The blending sequence where the nanoclay was first mixed with components of lower viscosity and crystallinity (LLDPE and/or LLDPE-g-MA) yielded better distribution and dispersion of nanoclay in the polymer blend.

Polymethyl methacrylate (PMMA) resins have commonly been used as a denture base material. However, denture bases may act as a reservoir for microorganisms and contribute to oral diseases in denture wearers. It is hypothesized that the 2-tert-butylaminoethyl methacrylate (TBAEMA) incorporated to acrylic resins should have antimicrobial activity related to the presence of amino groups on acrylic resin surface. OBJECTIVES: The objectives of this study were to evaluate the presence of amino groups on acrylic resin surface and the influence on flexural strength after incorporation of TBAEMA. MATERIAL AND METHODS: Six groups were divided according to the concentration of TBAEMA incorporated to acrylic resin (Lucitone 550): 0, 0.5, 1.0, 1.5, 1.75 and 2%. Specimens surface were evaluated by Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) to detect the presence of amino groups, represented by nitrogen ratios. Flexural strength of the specimens was tested and results were analyzed by ANOVA and Tukey's test (α=0.05). RESULTS: Different nitrogen ratios were observed on specimen surfaces: 0, 0.13, 0.74, 0.66, 0.92 and 0.33% for groups 0, 0.5, 1.0, 1.5, 1.75, and 2%, respectively. Significant differences were found for flexural strength (p<0.001). The mean flexural strength values were 98.3±3.9, 93.3±3.2, 83.9±2.1, 82.8±5.2, 71.2±5.1 and 17.3±3.2 MPa for groups 0, 0.5, 1.0, 1.5, 1.75, and 2%, respectively. CONCLUSION: Within the limitations of this study, the incorporation of TBAEMA results in the presence of the potentially antimicrobial amino groups on specimen surfaces, but affect the flexural strength, depending on the concentration of TBAEMA.

Neste trabalho foram preparados nanocompósitos de polipropileno, polipropileno graftizado com anidrido maleico como agente compatibilizante e argila organofílica comercial (montmorilonita) de codinome Cloisite 20A em concentrações de 1,5, 2,5, 5,0 e 7,5% por meio da técnica de intercalação no estado fundido utilizando extrusora de dupla rosca. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raio X, espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier e análise da permeação ao vapor d'água. Os resultados de difração de raio X e da espectroscopia de absorção na região do infravermelho indicaram a formação de nanocompósitos com estruturas provavelmente esfoliadas e/ou intercaladas para as concentrações de 1,5 e 2,5% de argila organofílica, e proporcionaram uma acentuada diminuição da permeabilidade, corroborando com as demais análises.

In this work nanocomposites were prepared from polypropylene, graft polypropylene with maleic anhydride as compatibilizer and organophilic montmorillonite Cloisite 20A with concentrations of 1.5, 2.5, 5.0 and 7.5% clay. The mixture was made in the melt state using a twin screw extruder. The materials were characterized by X ray diffraction, infrared spectroscopy with Fourier transform and analysis of water vapor permeation. The results of X ray diffraction and absorption infrared spectroscopy indicates the formation of nanocomposites with structures probably exfoliate and / or intercalated for concentrations of 1.5 and 2.5% clay, and provided a marked decrease in the water permeability, corroborating with other analyses.

As propriedades mecânicas de materiais poliméricos apresentam forte correlação com o processamento do material. Neste trabalho foram estudadas blendas de poli(óxido de fenileno)/poliestireno (PPO/PS) e policarbonatos utilizados na confecção de caixas, comparando-se as propriedades mecânicas de amostras injetadas nos formatos de corpo de prova, segundo a norma ASTM D638, e de amostras retiradas diretamente das caixas. A partir dos resultados de ensaio de impacto Izod verificou-se uma grande variabilidade nos valores antes e após envelhecimento em água, de todas as caixas. Isto se deve, principalmente, às diferentes tensões internas em cada região da caixa provenientes do processamento. Também foi observada uma grande diferença entre os valores encontrados para resistência ao impacto Izod dos corpos de prova retirados da parte inferior das caixas comparados com os valores encontrados para os respectivos materiais injetados, indicando também uma significativa influência dos parâmetros de processamento de injeção, tanto nas caixas como nos corpos de prova injetados. De modo geral, os valores de resistência à tração no ponto de máxima deformação elástica não diferem significativamente entre os corpos de prova injetados e os corpos de prova retirados das caixas do mesmo material; contudo, observou-se que esta variação é significativa nos valores de alongamento à ruptura, demonstrando que esta propriedade deve ser considerada nas avaliações do comportamento mecânico dos materiais poliméricos.

The mechanical properties of polymeric materials depend strongly on the processing. In this work, blends of Poly(phenylene oxide)/polystyrene (PPO/PS) and polycarbonates used in electrical cabinet boxes have been studied. A comparison was made of the mechanical properties of samples injected in the form of test specimens, according to the standard practice ASTM D638, with test specimens removed from the boxes. From the results of impact Izod test, a great variability in the values was verified before and after ageing in water, for all the boxes. This is due to the different internal tensions in each region of the box arising from the processing. A large difference was observed among the values found for resistance to the impact Izod test of the removed test specimens of the lower part of the boxes compared with the values found for the respective injected materials. This indicates a significant influence from the parameters of injection processing, in the boxes as well as in the injected test specimens. Overall, the values of tensile strength in the point of maximum elastic deformation do not differ significantly among the test specimens injected and the removed from the boxes of the same material; however, it was observed that this variation is significant in the values of elongation at break, demonstrating that this property must be considered in the evaluations of the mechanical behavior of the polymeric materials.