Abstract Degradation kinetics is an important tool in order to understand and improve energy conversion and the final application of a material. Cellulose cryogels (CC) are a new class of materials that can be reinforced by several types of particle, including biochar. Apart from it, degradation kinetics and lifetime prediction of biomass cellulose cryogels reinforced by cellulose pyrolysis waste (BC) has been investigated using TG techniques and iso-conversional model free methods. Additionally, the same study was applied to cellulose cryogels reinforced by graphene nanoplatelets (NPG) to compare the behavior of a filler from waste (BC) and a noble filler (NPG). Furthermore, the influence of the addition of the fillers into the cellulose biomass were evaluated in terms of thermal stability and crystallinity. BC and GNP led to higher values of activation energies ( E a) calculated from model-free isoconversional methods and all samples degraded in two-steps. Finally, lifetime prediction was successfully applied and the CC cryogel became more stable over time, maintaining almost 80% of the mass for 1 year exposed at 180 °C. The results of this study shown that only cellulose biomass cryogels are more suitable to produce thermal insulators due to it higher thermal stability.

Composites consisting of waste cotton yarn (CF) from the textile industry and postconsumer expanded polystyrene (EPS) was followed during 90 days of exposure in simulated soil. The mechanical properties, morphologies and chemical natures of the composites were determined before and after exposure in simulated soil. The composites were made using a single-screw extrusion, a twin-screw extrusion and injection molding. The composites showed an increase of the mechanical properties nearly 50% in relation to the recycled expanded polystyrene (rEPS). After exposure in simulated soil the composites presented losses of mechanical properties. Evidence of the oxidation of the samples was demonstrated by the increase in the values of the carbonyl index after 30 days of exposure in simulated soil. Changes in the color of the surface of the sample were observed after 90 days of exposure and are due to the fungi and bacteria colonization on the surface.

O interesse do uso de fibras vegetais (ex. juta, sisal e curauá) para aplicações mais nobres, como em reforço de materiais compósitos poliméricos, vem aumentando com o passar dos anos devido a aspectos diversos e, em especial, à legislação ambiental e à conscientização sobre o ciclo de vida dos produtos. Diante deste contexto, o objetivo deste trabalho é obter materiais compósitos híbridos interlaminares curauá/vidro/poliéster insaturado por moldagem por compressão à quente e analisar a dependência das suas propriedades mecânicas com a espessura. A resistência short beam da amostra mais espessa diminuiu devido ao seu maior teor de vazios. Além disso, a amostra mais delgada apresentou menor dureza, e resistência ao impacto, à tração e ao cisalhamento Iosipescu, atribuído em parte a sua menor fração volumétrica de fibras. De modo geral, o laminado considerado mais adequado foi aquele formado por oito camadas, sendo quatro de fibra de vidro e quatro de curauá, desde que esforços fletores não sejam críticos.

The interest in the use of vegetable fibers (e.g. jute, sisal and curaua) for more noble applications, such as reinforcement in polymeric composite materials, has increased over the years due to a variety of aspects, especially those related to environmental legislation and community awareness regarding the life cycle of products. In this context, the aim of this work is to develop hybrid interlaminate curaua/glass/insaturated polyester composites by hot compression molding and to analyze their mechanical properties as a function of the thickness of the laminate. The short beam strength of the thickest sample decreased due to its higher void content. Furthermore, the thinnest sample showed lower hardness, and lower impact, tensile and Iosipescu shear strength, partly attributed to its lower fiber volumetric fraction. Thus, in general, the most adequate laminate was the one comprising eight layers, four of which were of glass fiber and four of curaua fiber, but only if flexural loading is not critical.

Neste trabalho foi avaliada a influência do tratamento alcalino na fibra de bananeira (FB) e seu uso como agente de reforço em compósitos expandidos de poli(etileno-co-acetato de vinila) - EVA. O processo de mistura dos compósitos ocorreu em um misturador de rolos aberto e após conformados e expandidos em uma prensa aquecida com moldes de volumes variáveis. Os compósitos foram avaliados por suas propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas. Os resultados indicam que o tratamento alcalino promove a extração de componentes menos estáveis na FB, tais como a lignina, hemicelulose, ceras e óleos de baixo peso molecular. O uso da FB nos compósitos proporciona um decréscimo das propriedades mecânicas de resistência à tração e rasgo em relação ao EVA puro devido a moderadas propriedades de interface polímero-fibra. Nos compósitos expandidos, as propriedades mecânicas decrescem com a diminuição da densidade em função da maior presença de espaços vazios no interior dos compósitos, porém as propriedades mecânicas específicas de resistência ao rasgo apresentaram melhores resultados com 10 pcr de FB em todos os moldes utilizados.

In this work the influence of alkaline treatment on banana fiber (BF) and its use as reinforcement agent in expanded composites of poly(ethylene-co-vinyl acetate) - EVA were assessed. The mixing process for the composite was performed in an open roll mill, with composites being then shaped and expanded in a thermal press using variable volume molds. The composites were evaluated as for their mechanical, thermal and morphological properties. The results indicate that the alkali treatment promotes the extraction of less stable BF components such as lignin, hemicellulose, waxes and low molecular weight oils. The use of BF in the composites imparts reduction in mechanical properties of tensile and tear strength compared to neat EVA, owing to the moderate properties of the polymer-fiber interface. In expanded composites, the mechanical properties decreased with the reduction in density due to a higher amount of void spaces within the composites. However, the specific mechanical properties of tear strength showed improved results with 10 phr BF in all molds.

This work examined the influence of different chemical blowing agents (CBA), one endothermic and one exothermic, at the same concentration (2% by mass), on poly(acid lactic), PLA foams. The CBA was incorporated into the PLA in a single-screw extruder, and the foams were expanded by heating in an electric oven under free pressure conditions. Foam degradation in a simulated soil was performed according to the ASTM G160-03 standard. Changes in the physical-chemical, morphological and mechanical properties were used to evaluate the degradation. The results indicated that the different chemical blowing agents led to different mechanical and morphological properties for the foams, which resulted from the nature and decomposition rate of the blowing agents. Cells in the foams accelerated the degradation since they facilitated the infiltration of water toward the interior of the polymer and triggered the degradation process by hydrolysis.

In this study Klason lignins from Eucalyptus grandis (LEUG) and Pinus taeda (LPIT) were characterized using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and thermogravimetry (TGA). The degradation kinetic parameters were determined by TGA using the Kissinger method. Thermogravimetric results showed that LPIT had higher thermal stability and also higher activation energy than LEUG. FTIR results showed that the average strength of intermolecular interactions and enthalpy of hydrogen bond formation among the phenolic groups are higher for LPIT than for LEUG. The results demonstrated that differences between thermal stability and degradation mechanisms might be associated with differences in hydrogen bonding in lignin.

Neste trabalho foi estudado o efeito de três agentes na recuperação de resíduos de borracha, copolímero de etileno-propylene-dieno (EPDMR) contendo negro de fumo. Os três agentes preparados foram: EPDM modificado com 1-dodecanotiol (EPDMSDD), EPDM modificado com ácido esteárico (EPDMAE) e EPDM modificado com ácido graxo linolênico (EPDMAG). Os resultados de propriedades mecânicas mostraram que o EPDMSDD fornece a melhor combinação de resistência à tração e rasgamento associado à processabilidade. A adição dos agentes EPDMAE e EPDMAG melhorou a processabilidade da mistura por extrusão, mantendo suas propriedades mecânicas. Este resultado indica que o EPDMAE e o EPDMAG atuam como auxiliares de processamento.

This work was aimed at examining the effect from three agents in the recycling of waste rubber, namely copolymer ethylene-propylene-diene (EPDMR) containing carbon black. Three agents were prepared: EPDM modified by 1-dodecanotiol (EPDMSDD), EPDM modified by stearic acid (EPDMAE) and EPDM modified by fatty linolenic acid (EPDMAG). For the mechanical properties, the better tensile and tear strength associated with manufacturing extrusion were obtained using EPDMSDD. EPDMAE and EPDMAG improved the processing by extrusion, while keeping the mechanical properties. These results indicate that EPDMAE and EPDMAG act as auxiliary agents for processability.

O objetivo deste trabalho é utilizar fibras de algodão como material de reforço em materiais compósitos poliméricos utilizando o poliestireno como matriz e o poli(estireno-co-anidrido maleico) como agente compatibilizante. Os compósitos foram desenvolvidos em uma extrusora dupla-rosca co-rotacional, precedidos de uma pré-mistura em extrusora mono-rosca e moldados por injeção. Os compósitos foram avaliados mediante ensaios mecânicos, térmicos, termo dinâmico-mecânico e de morfologia dos compósitos produzidos. Os ensaios de flexão e tração mostram que a adição de 20% de fibra de algodão faz com que essas propriedades aumentem, sendo esse efeito intensificado em presença de compatibilizante. Observou-se aumento da resistência ao impacto com adição de carga; porém, os compósitos com compatibilizante apresentaram resultados inferiores. A HDT para os compósitos com 20% de fibra de algodão foi de aproximadamente 7 ºC. Por meio do TGA, observa-se que a adição de fibras de algodão desloca o início da perda de massa para temperaturas próximas a 200 ºC. Na análise de DMTA, observa-se que, com a adição da fibra de algodão, ocorre aumento na rigidez e no módulo de armazenamento. As micrografias mostram redução no pull-out das fibras, devido a uma maior adesão fibra/matriz, com a utilização do agente compatibilizante.

The aim of this work is to use cotton fibers as reinforcement in polymeric composites materials using polystyrene as matrix and poly(styrene-co-maleic anhydride) coupling agent. The composites were developed by first mixing in a single screw extruder and a co-rotation parallel twin screw extruder and injection molded. The composites were characterized by analysis mechanical, thermal, dynamic mechanical thermal and morphology. The results from the flexural and tensile strength demonstrate that the addition of 20% cotton fibers tends to increase in these properties; however there is increase when using a coupling agent. The impact resistance increased with the increase of load; however the results of the composites with coupling agent were lower than those without. The temperature of thermal deflection increased for all composites, but the increase for the composites with 20% cotton fiber was approximately 7 ºC. The results show that the addition of cotton fibers changes the initial temperature of wheight loss for the composites to temperatures close to 200 ºC. The DMTA analysis showed increasing in stiffness and the storage modulus with cotton addition. The micrographs showed a reduction in the pull-out fibers, due to a greater adhesion fiber / matrix with the use of compatibilizer.

Elastômeros vulcanizados são materiais comumente empregados em diversas aplicações, como nas indústrias automotiva e calçadista. Neste trabalho, aparas do terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM-r) provenientes da indústria automotiva foram submetidas a micro-ondas durante diferentes tempos de exposição (2-5 min). Após a desvulcanização, as amostras foram caracterizadas por teor de gel, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e energias de ativação de degradação (Ea) determinadas por análise termogravimétrica (TGA). O comportamento de degradação apresentou composição do EPDM-r condizente com a literatura. A análise de teor de gel demonstrou que o EPDM-r foi desvulcanizado quando exposto às micro-ondas por 5 minutos. As análises de DSC não indicaram modificações significativas nas amostras estudadas, e o estudo de Ea mostrou que os aditivos encontrados na composição do EPDM-r influenciam na eficiência do método de regeneração por micro-ondas.

Vulcanized elastomers are materials commonly used in several applications, such as automotive and footwear industries. In this study, scraps of ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM-r) from the automotive industry were exposed to microwaves during different periods (2-5 min). After devulcanization, the samples were characterized by gel content, differential scanning calorimetry (DSC) and activation energy of degradation (Ea) determined by thermogravimetric analysis (TGA). The degradation behavior of EPDM-r was consistent with the literature. The gel content analysis showed that the EPDM-r was devulcanized only at 5 minutes of exposure to the microwaves. DSC analysis demonstrated no significant changes in the samples, and the Ea results confirmed that the additives found in the composition of the EPDM-r affect the efficiency of the regeneration method.

O mercado de reciclagem para os polímeros termoplásticos encontra-se atualmente em acentuada ascensão. Os materiais reciclados são vistos como materiais de propriedades inferiores em relação ao material virgem. O presente trabalho avaliou as características viscoelásticas e térmicas do polietileno de baixa densidade (PEBD) reciclado. As amostras foram reprocessadas até dez vezes em condições extremas de processamento (300 °C/80 rpm) em uma extrusora monorosca, a fim de avaliar modificações estruturais nas suas propriedades. Foram realizadas análises de reometria oscilatória de placas paralelas e calorimetria exploratória de varredura (DSC). A partir das análises de reometria oscilatória foram calculados espectros de relaxação e retardação pelo programa de regularização não-linear (NLREG) e através das análises de DSC no primeiro aquecimento foram calculados os parâmetros cinéticos pelos métodos de Avrami e Freeman-Carroll. Os resultados do estudo reológico demonstraram que as amostras reprocessadas acima de quatro vezes apresentaram aumento da viscosidade complexa e dos módulos de armazenamento e perda, além de fenômenos de relaxação e retardação mais largos. Entretanto, os termogramas de DSC e os parâmetros cinéticos de fusão demonstraram que o PEBD estudado manteve sua estabilidade térmica, independentemente da modificação de suas características viscoelásticas.

The recycling market of thermoplastic polymers is currently in a sharp increase. Recycled materials are regarded as having inferior properties compared to the virgin material. Here we investigated the viscoelastic and thermal properties of the recycled low density polyethylene (LDPE). The samples were reprocessed up to ten times under extreme processing conditions (300 °C/80 rpm) in a single screw extruder in order to evaluate structural changes in their properties. Analyses were performed in an oscillatory rheometer with parallel plates and in a differential scanning calorimeter (DSC). From the analysis of the oscillatory rheometry, relaxation and retardation spectra were obtained upon applying a non-linear adjustment using a computational program (NLREG), while the kinetics parameters were estimated from the results of the first DSC heating using the Avrami and Freeman-Carroll methods. From the rheological study we inferred that the samples reprocessed more than four times had an increase in complex viscosity, storage and loss moduli, also displaying wider relaxation and retardation phenomena. However, the DSC thermograms and the melt kinetic parameters showed that the LDPE studied maintained their thermal stability, regardless of the modification in their viscoelastic properties.

Neste trabalho, foram preparados três diferentes elastômeros microcelulares de poliuretano (EMPU) baseados em 4,4'- diisocianato de difenilmetano (MDI), com diferentes concentrações de fase rígida (Formulações 1, 2 e 3, com 32, 35 e 42% de fase rígida, respectivamente). As amostras foram preparadas através do método de duas etapas, pelo sistema de pré-polímero. As amostras dos EMPU foram caracterizadas através de ensaios físico-mecânicos, químicos e morfológicos. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que o aumento no percentual da fase rígida levou a um aumento na resistência à tração e na resistência ao rasgo. O alongamento na ruptura não apresentou variação significativa com a modificação do percentual da fase rígida. O ensaio de resistência química demonstrou que os EMPU formulados apresentaram baixos índices de inchamento para solventes industriais comumente utilizados. Entretanto, em acetona, um elevado índice de inchamento foi observado. As análises morfológicas indicaram que o aumento no percentual da fase rígida promoveu a formação de células menores distribuídas de forma mais homogênea no EMPU.

In this study, three different microcellular polyurethane elastomers (MPUE) based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) with different rigid segment contents were prepared (Formulations 1, 2 and 3 with 32, 35 and 42% of rigid segment content, respectively). The MPUE were obtained through a two-step method using the prepolymer system. The samples were analyzed to determine their physical, mechanical, morphological and chemical properties. The results showed that a greater rigid segment content gave higher tensile, compressive and tear strength values. The deformation at break did not show significant changes with a variation in the rigid segment content. The MPUE had a low swelling index in common industrial solvents. However, in acetone a high swelling index was observed. The SEM micrographs indicated a large number of closed cells, and that a higher rigid segment content gave a better cell homogeneity of the samples.

Neste trabalho são apresentados e discutidos os resultados das propriedades mecânicas de novos materiais compósitos preparados com resíduos de fibras têxteis poliméricas e de polímeros commodities. As fibras naturais oferecem vantagens sobre as sintéticas, em termos de propriedades mecânicas e térmicas. Os compósitos foram preparados a partir da mistura de polietileno de alta densidade (HDPE) e resíduos de fibras têxteis (50% algodão /50% acrílico) em teores crescentes de 10 a 40%, em um misturador de alta velocidade, utilizando Surlyn 2601, Polybond 3009 e Polybond 1009 como agentes compatibilizantes. Corpos-de-prova para ensaios de tração, flexão e impacto foram produzidos a partir de chapas obtidas em uma prensa hidráulica. Os compósitos que utilizaram agentes compatibilizantes apresentaram os melhores resultados de resistência à tração e à flexão, principalmente com 5% do agente Polybond 3009 e 20 a 40% de resíduos de fibras têxteis.

In this work, results of mechanical properties of new composites based on textile fiber residues from clothing industry and commodity polymers are discussed. Natural fibers offer some advantages over synthetic ones, regarding mechanical and thermal properties. The composites were produced by mixing high density polyethylene with the textile fibers (50% cotton /50% acrylic) in increasing contents, from 10 to 40% in a thermokinetic mixer, using Surlyn 2601, Polybond 3009 and Polybond 1009 as coupling agents. The tensile, flexural and impact samples were produced by cutting sheets obtained in a hydraulic press. The composites with coupling agents showed good results of tensile and flexural strength, mainly with 5% of Polybond 3009 and 20-40% of textile fiber residues.

O poli[(etileno)-co-(acetato de vinila)] (EVA) possui grande aplicação na indústria calçadista, sendo utilizado na confecção de placas expandidas para posterior corte de palmilhas e entressolas. Estudos realizados na região sul do Brasil mostraram que os resíduos gerados pela indústria calçadista foram superiores a 200 toneladas/mês em 2001, sendo o maior volume oriundo de recortes de placas expandidas. Por isso, o objetivo deste trabalho foi o de caracterizar resíduos de EVA de chapas expandidas, visando à reciclagem mecânica desse material. Análises em MEV demonstraram que o resíduo de EVA apresenta uma morfologia microcelular que é destruída após o processo de moagem. O resíduo de EVA moído apresenta duas fases, uma reticulada (matriz) e uma não-reticulada (dispersa). O resíduo de EVA apresentou teor de gel de aproximadamente 75% em massa, cerca de 20% em massa de acetato de vinila (VAc), fora processado a partir de EVA com aproximadamente 28% de VAc e possui teor de carga inorgânica de 20% em massa, segundo análises em TGA. O EVA resíduo apresentou maiores valores de módulo elástico e de dureza, e menores valores de elongação na ruptura e de resistência ao impacto Izod. O custo energético da moagem do resíduo de EVA foi calculado como sendo inferior a 5% do valor do EVA virgem.

Poly[(ethylene)-co-(vinyl acetate)] (EVA) has large application in the shoes industries, especially as expanded sheets, in order to produce insoles and innersoles. Studies carried out in the south region of Brazil in 2001 have demonstrated that the residues generated by shoes industries were higher than 200 ton/month, the major part of which is composed by EVA expanded sheets. With this in mind, the objective of this work was to characterize the residues of expanded EVA and also to analyze the milling cost in order to make the recycling possible. The EVA residues presented originally a microcellular structure, which was destroyed after milling, according to SEM analysis. The EVA powder was found to be composed by two phases: a crosslinked phase (75wt%) and a soluble one (25wt%). The VAc content in EVA residues was found to be around 20wt% and it is believed that the EVA had originally ca. 28wt% of VAc before the crosslinking process, according to the TG analysis. Besides, it was found that the crosslinked structure of EVA residues make them stiffer than virgin EVA used for comparison, according to mechanical tests. The milling cost was estimated to be less than 5% compared to the virgin EVA.

Visando o aproveitamento de resíduos de laminados de poliéster insaturado com fibra de vidro, foi realizado o estudo da incorporação do resíduo moído em placas confeccionadas à base de resina poliéster insaturado pelo processo de moldagem por compressão de preformas (BMC). Foram testadas cinco formulações com diferentes quantidades de resina poliéster, resíduo moído, aditivos e cargas. As placas foram confeccionadas em prensa hidráulica com molde plano e pressões da ordem de 18,1 MPa à temperatura de 115 ºC. Os corpos de prova, preparados segundo normas ASTM, foram submetidos a ensaios de tração, impacto Charpy e dureza do material. Os resultados dos ensaios mecânicos indicam que a substituição de fibra de vidro pelo resíduo moído no compósito polimérico promove perda de resistência à flexão, ao impacto Charpy e a dureza do compósito; a resistência à tração mostra que a incorporação do resíduo pode ter um aumento de 23% quando a quantidade de resíduo adicionada é de 20% p/p.

In this work we studied the incorporation of fiberglass residues in plates made of insatured polyester resin by bulk molding compound process (BMC). Five different mixtures were made and their mechanical properties were determined. The results showed that using residues instead of fiberglas produces a decrease of the flexural strength, Charpy impact strength and hardness; however depending on the percentage of residue, the tensile strength may have a significant increase.