Physical-chemical properties of nanocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) and titanium dioxide nanoparticles

Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) was reinforced with titanium dioxide (TiO2) in concentrations of 1.0%, 2.5% and 5.0% (m/m) to produce nanocomposites by the solvent casting technique. TiO2 was synthesized by a hydrothermal treatment to produce nanoparticles. The nanostructure of the nanoparticles was studied by x-ray diffraction analysis (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The XRD confirmed TiO2 crystalline nanoparticles, with a mixture of anatase and rutile phases. Through TEM analysis, the formation of TiO2 nanorod agglomerates with an average diameter and length of 40 and 12 nm, respectively, was observed. The thermal and mechanical properties of the pure PHBV and nanocomposite films were characterized by differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis. The DSC analysis showed that the glass transition temperature decreased with the inclusion of TiO2 in the PHBV matrix in relation to pure PHBV. The results of biodegradation assays for the PHBV and nanocomposites in an aqueous medium and in soil showed morphological and structural changes for all samples, indicating a high biodegradation rate for this material. The most important conclusion is that the biodegradation of the PHBV was not affected by the addition of nanoparticles, thus enabling the use of nanocomposites in applications requiring biodegradable materials.CNPqFAPESP [2013/14954-6]Fed Univ Sao Paulo Unifesp, Dept Sci & Technol, BR-12231280 Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilFed Univ Goias UFG, Dept Chem, BR-75801615 Jatai, Go, BrazilFed Univ Sao Paulo Unifesp, Dept Sci & Technol, BR-12231280 Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilFAPESP [2013/14954-6]Web of Scienc

Synthesis, characterization and photophysical study of sulfonated polystyrene films doped with Nd3 +

The new materials sciences are academic important due to their rich physic-chemistry phenomena to the development of new technological equipments. In the case of Rare-Earths (TR), these applications include the production of optical components, glasses, fluorescents lights, nuclear energy equipment’s and others. The lanthanides are of high interest, once their optical properties is not affected by the host material, and by this way the investigation of the TR ions consent a study of the electronic properties of this materials, even on solid state. In the present work, was prepared sulfonated polystyrene (PSS) films doped with Neodymium ions (Ndªª), using a easy and economic synthesis route. Was made too a chemistry characterization and the photo-physics study of the films. With the aim of improve the process, was made an optimization using chemometrics methods. These methods indicates the best experimental condition to the films acquisition and the maximum percentage of incorporation of Nd3+, about 13.52%. The spectroscopic data presents similar results to the literature. The UV-Vis-IR spectrum presents characteristic electronic transition of the Nd3+, and the 4I9/2 —> 4F5/2 + 2H9/2 transition at 800nm was the more intense. The IR spectrum presents an enlargement as a possible result of Nd3+ coordination with the polymer. The IR emission of the Nd-PSS films presents similar to the Neodymium emission in others glasses hosts, where was observed the emission on 1061 nm (4F3/2 —> 4I11/2).Dissertação (Mestrado)A área de novos materiais revela sua importância científica, quanto à riqueza dos fenômenos físico-químicos envolvidos, quando relacionados ao desenvolvimento de novos produtos tecnológicos. No caso dos elementos terras-raras (TR), suas aplicações abrangem desde a produção de componentes ópticos, vidros, lâmpadas fluorescentes até equipamentos de energia nuclear. Os lantanídeos são de grande interesse, uma vez que suas propriedades ópticas não dependem muito do material hospedeiro, deste modo a investigação dos íons de TR permite um estudo das propriedades eletrônicas destes materiais, mesmo em estado sólido, sendo que estes sofrem pouca influência do meio em que estão inseridos. No presente trabalho, foram preparados filmes de poliestireno sulfonado dopados com Nd3+, utilizando-se uma rota sintética simples e economicamente viável. Realizou-se, também, a caracterização química e o estudo fotofísico dos filmes obtidos. Com o intuito de aprimorar o processo realizou-se a otimização do mesmo aplicando métodos quimiométricos. Estes indicaram as melhores condições experimentais a serem utilizadas no preparo dos filmes e obteve-se, também, o percentual máximo de incorporação de Nd3+ de aproximadamente 13,52 %. Os dados espectroscópicos apresentaram resultados semelhantes aos da literatura. Os espectros de UV-Vis-IR dos filmes mostraram as transições eletrônicas características do Nd3+, sendo que a transição 4I9/2 —> 4F5/2 + 2H9/2 em 800nm mostrou-se ser a mais intensa. Os espectros de infravermelho apresentaram um ligeiro alargamento provocado possivelmente pela coordenação do Nd3+ com o polímero. A emissão no infravermelho dos filmes de Nd-PSS mostrou-se semelhante ao do neodímio em outras matrizes vítreas, onde foi evidenciada a emissão do neodímio em 1061nm (4F3/2—>4I11/2)

Preparação e caracterização de blendas de PANI/ABS

Polyaniline (PANI) chemical synthesis was monitored in situ by means of electrochemical impedance, open circuit potential (Voc) and mass variation. We verify that the final properties of the polymer could be practically defined after inflection point in the potential profile. The impedance data were decisive to understand this behavior, showing only a small change after inflection point. Impedance results and mass variations during the synthesis contributed to understand the induction mechanisms that occur in the initial stages of the polymerization process. Also, it was performed an investigation on the influence of different variables (temperature, monomer:oxidant molar ratio, oxidant, pH value, use of inert salts at high concentrations) in the PANI chemical synthesis process as well as in its physicochemical properties. In this work, it was estimated the characteristic points of PANI through the Voc measurements during the chemical synthesis, based on an experimental design methodology. This methodology allowed an efficient mapping of PANI synthesis process as well as its interactions with each variable previously described. The results indicated that the oxidant employed in the synthesis influences in the final chemical and physical properties of this polymer. The studies performed on the final properties of PANI were the degree of oxidation and electric resistivity. Moreover, the yield the degree of polymerization was also evaluated. The experimental design methodology was also used in order to understand the influence of the preparation conditions on the final properties of the blends in poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) and polyaniline obtained by the co-dissolving components in a common organic solvent. The variables evaluated were the PANI content in the blend, m-cresol:chloroform rate (solvent ratio), dopant (DBSA or CSA) and acrylonitrile content in the ABS. The results showed that these variables are able to change significantly the flexibility and electric conductivity of the blends. On the other hand, the dopant used mainly influences in the conductivity, suggesting that the DBSA is the better for the development of PANI/ABS blends more conductive. After better prepare conditions of the blends, the percolation threshold was established at around 3 wt% of PANI, forming a flexible blend with conductivity of approximately 3 S.cm-1. The optical properties of the blend films were characterized by UV Vis-NIR. The conduction mechanisms of the blends were investigated using a dc electric conductivity in the range from 80 to 320 K. Using the Mott s theory, it was found that the conductivity in the blends is a threedimensional variable range hopping mechanism. The Mott s temperature values, density of states at the Fermi energy, average hopping distance and barrier height for the blends were calculated and discussed in this work. Also, two possible technological applications were proposed to the PANI/ABS system, including: composite varistors and antistatic or electromagnetic protection of electronic devices. The varistors were prepared with 30% of PANI, which showed a low rupture voltage at around 10 V and a non linearity coefficient of approximately 9,2. On the paint shape and when deposited on cardboard, this material can be employed as protector system of electronic devices. Another important characteristic is the conductivity of this material, which is controlled by the number of paint layers deposited on the cardboard.Financiadora de Estudos e ProjetosA síntese química da polianilina (PANI) foi monitorada in situ por meio das técnicas de impedância eletroquímica, potencial de circuito aberto (Voc) e variação de massa. Foi detectado que as propriedades finais do polímero são definidas logo após o do máximo da curva de Voc e antes do platô final. Os dados de impedância foram decisivos para o entendimento desta característica, apresentando somente uma pequena variação depois do máximo de Voc. Os dados de impedância e variação de massa durante a síntese também contribuíram para a compreensão dos processos que ocorrem durante o período de indução da síntese da PANI. Em seguida, foi feita uma investigação da influência das variáveis de síntese tais como: temperatura, razão monômero:oxidante, tipo de agente oxidante, pH e o uso de LiCl na síntese química da PANI, bem como nas propriedades físico-químicas do polímero obtido. Para avaliar as influências destas variáveis na síntese da PANI foi utilizada a técnica de Voc e para avaliar pontos característicos foi empregada a metodologia de planejamento fatorial. Esta técnica permitiu estabelecer um rápido e compreensivo mapeamento do processo de síntese da PANI, e a importância de cada variável bem como suas interações. A variável que mais influenciou em todos os estágios do processo foi tipo de agente oxidante. Depois, foram estudas as propriedades finais do polímero tais como grau de oxidação e resistividade elétricas. O rendimento de polimerização também foi avaliado, todas estas respostas também foram avaliadas utilizando um planejamento fatorial que, por sua vez, mostrou que a variável que mais influencia nas propriedades finais do polímero é o tipo de agente oxidante. Em um segundo momento, foram estudadas as influências das condições de preparo das blendas de PANI com o poli(acrilonitrila-butadieno-estireno) (ABS) preparadas pelo método de codissolução de ambos os componentes em um solvente comum através de um planejamento fatorial. As variáveis estudadas foram: quantidade de PANI nas blendas, razão m-cresol;clorofórmio, tipo de dopante (DBSA ou CSA), concentração de dopante e teor de acrilonitrila no ABS. As respostas monitoradas foram a flexibilidade e a condutividade elétrica das blendas obtidas. Os resultados mostraram que a quantidade de PANI nas blendas e o teor de acrilonitrila no ABS foram as variáveis que mais influenciaram em ambas as respostas. O tipo de dopante mostrou somente influência na resposta condutividade, onde o DBSA se mostrou o melhor dopante para se obter blendas de PANI/ABS mais condutoras. Depois das melhores condições de preparo estabelecidas, o limite de percolação do sistema foi determinado, onde o valor estimado foi de 3% em massa de PANI na blenda, apresentando uma condutividade de 3 S.cm-1. Para se compreender o mecanismo de condutividade das amostras, foi feito um estudo da condutividade DC das blendas no intervalo de temperatura de 80-320 K. Os dados foram tratados aplicando a teoria de Mott, onde o mecanismo de condutividade obedece ao modelo de Saltos de Tamanhos Variáveis em três dimensões, e os parâmetros de Mott foram estimados. Duas aplicações para o sistema PANI/ABS foram propostas. Onde preparados compósitos varistores de PANI/ABS, sendo que o material preparado com 30% de PANI apresentou uma tensão de ruptura de aproximadamente 10 V e um coeficiente de não linearidade de 9,2, com estes valores o compósito pode ser utilizado na proteção de equipamentos eletrônicos. Na outra aplicação proposta neste trabalho, foi preparada uma tinta de PANI-DBSA/ABS, que foi depositada sobre papelão, a resistência elétrica do material pode ser controlada pelo número de camadas de tinta. Deste modo o material pode ser utilizado na proteção antiestática e eletromagnética também de componentes eletrônico

Electrospinning TPU/poly o-phenetidine (POEA) fibers: influence of POEA on fiber morphology

The synthesis of poly (o-phenetidine) (POEA) was performed via chemical oxidative method and doped with dodecylbenzenesulfonic acid. Electrospun fibers of thermoplastic polyurethane (TPU)/poly o-phenetidine (POEA) blends were produced. Parameters such as the distance between collector and needle, as well as the applied voltage and the ratio of POEA content were evaluated. The fiber morphology, chemical structure and thermal analysis of the mats were analyzed. TPU nanofibers showed cylindrical morphology with many beads and the fiber diameter was around 330 nm. With the addition of POEA at a percentage of 30 wt% it was possible to produce uniform fibers without beads with diameters around 400 nm.CNPqFAPESPUniv Fed Sao Paulo, Inst Ciencia & Tecnol, Talim 330, BR-12232280 Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilUniv Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho UN, Av Ariberto Pereira da Cunha 333, BR-12516410 Guaratingueta, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Inst Ciencia & Tecnol, Talim 330, BR-12232280 Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilCNPq: 2011/21694-5FAPESP: 2011/21694-5Web of Scienc

Evaluation of the use of carbon nanotubes recovered from a biodegradation process in the production of new biodegradable polymer nanocomposites

The present study carried out the characterization of carbon nanotubes (CNT) recovered from the biodegradation process of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV)/CNT nanocomposites and the use of this recovered CNT (CNT-rec) in the production of new PHBV nanocomposites. The results obtained by characterization of CNT-rec were very similar to the CNT. Therefore, it was possible to state that CNT properties were preserved during the biodegradation process; however, CNT-rec contained impurities such as proteins and residual PHBV. Regarding the performance as nanofillers, although both CNT and CNT-rec decreased the thermal stability of nanocomposites compared to neat PHBV, this effect was less intense in the CNT-rec nanocomposites. It is expected that both nanofillers acted as nucleating agents in the PHBV matrix crystallization process but with different effectiveness. There was no significant difference between the electrical conductivity comparing PHBV/CNT 2% and PHBV/CNT-rec 2% nanocomposites. Therefore, the recovery and use of CNT-rec is a feasible process