Polymer Nanocomposites for Hydrogen Storage

Hydrogen is considered to be a clean, economical and safe renewable energy source that would be ideal to replace fossil fuels, because it is light, highly abundant and its oxidation product (water) is environmentally benign. However, hydrogen is easy to burn (the chemical energy per mass of hydrogen is at least three times larger than that of other chemical fuels), which has the risk of fire and explosion. The problems of transportation and storage restrict the application of hydrogen energy, which has become a key factor in the development and utilization of hydrogen energy. This gas adsorbs at solid surfaces depending on the applied pressure and temperature. For storage purposes in mobile applications, the adsorption of hydrogen has been studied mainly on carbon species, but light and reasonably cheap materials of high surface area should prove to be attractive as well. Porous material is a very promising hydrogen storage material, which stores the gas in the form of molecules at low temperatures and compresses hydrogen into the holes effectively. The purpose of this work was to develop a hybrid porous materials consisting of sulfonated polyetherimide matrix with aluminum nanoparticles and faujasite type zeolite. Dilute solutions were first prepared under stirring at room temperature and the solutions were dried under vacuum. The hybrids were analyzed by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), transmission electron microscopy (TEM) and hydrogen sorption measurements. The addition of aluminum decreased the glass transition temperature of the hybrids when compared to the sulfonated polymer and the TEM images showed that simply physically mixture occurred between polymer and metallic nanoparticles. Hydrogen sorption tests showed an increase in the amount of hydrogen in the presence of zeolite.CNPq (Brazilian Counsel of Technological and Scientific Development)FAPESP (Sao Paulo Research Foundation)Univ Fed Sao Carlos, Dept Mat Engn, Sao Carlos, SP, BrazilUniv Fed Pelotas, Ctr Technol Dev, Pelotas, RS, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Inst Sci & Technol, Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Inst Sci & Technol, Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilCNPq: 159187/2014-1FAPESP: 2013/23586-0Web of Scienc

Preparação e caracterização reológica de nanocompósitos de poli(cloreto de vinila): plastisol com nano-argila Preparation and rheological characterization of nanocomposites of poly(vinyl chloride): paste with nano-clay

Neste trabalho foi estudada a influência da adição de nano-argila nas propriedades reológicas de suspensões de plastisol de poli(cloreto de vinila). Foram utilizados dois tipos de nano-argila, montmorilonita sódica e a organicamente modificada com sal quaternário de amônio, contemplando a avaliação tanto do método de inchamento da argila, quanto da influência da concentração. A nano-argila, na concentração de 2,5, 5, e 10 pcr, foi previamente inchada em plastificante, sob ação de cisalhamento e temperatura. Três tipos de plastificantes foram utilizados, diisobutil ftalato, diisononil ftalato e éster poliglicólico. Experimentos sem o inchamento prévio da argila também foram realizados para validação de sua influência. O plastisol foi obtido com a mistura da nano-argila com o PVC, plastificante diisononil ftalato e demais aditivos, em misturador planetário. A análise dos dados com método estatístico propiciou afirmar que tanto o tipo de argila quanto sua concentração foram determinantes na elevação da viscosidade da pasta, não tendo sido comprovada eficácia do inchamento prévio da argila.<br>The influence from adding nanoclay on the properties of a poly(vinyl chloride) plastisol microsuspension was studied. Two types of nanoclay were used, namely sodium montmorillonite and organophilic modified with quaternary ammonium salt, with both the method of clay swelling and clay concentration. Nanoclays at concentrations of 2.5, 5 and 10 phr, were previously swollen in the plasticizer under shear and temperature. Three plasticizers were used, viz. diisobutyl phthalate, diisononyl phthalate and ester polyglycolic. The plastisol was obtained by mixing the nanoclay with PVC, plasticizer diisononyl phthalate and other additives in a planetary mixer. Data analysis was performed with a statistical method, which allowed us to verify that the type of clay and its concentration affect the plastisol viscosity. The clay swelling method did not show significant influence on the plastisol properties

Nanocompósitos de Poli(Cloreto de Vinila) (PVC)/argilas organofílicas Poly(Vinyl Chloride) (PVC)/organoclay nanocomposites

O interesse pelo desenvolvimento de nanocompósitos com matrizes poliméricas aumentou significativamente nos últimos anos, levando a uma grande quantidade de trabalhos publicados e de grupos de pesquisa e desenvolvimento interessados e trabalhando nesta importante área. Em geral, os materiais inorgânicos não apresentam uma boa interação com polímeros orgânicos, o que é desejável para obter um bom estado de dispersão no sistema e otimização de desempenho. Em função desta característica dos sistemas polímeros orgânicos/materiais inorgânicos como argila, tem-se buscado uma solução para este problema através de tratamentos prévios de superfícies das argilas com modificadores orgânicos. Os nanocompósitos poliméricos utilizando argila usualmente apresentam propriedades mecânicas e térmicas bastante atrativas e superiores aos compósitos convencionais, bem como valores reduzidos de permeabilidade, melhor resistência química a solventes e maior retardância a chama. Nas últimas décadas, nanocompósitos de policloreto de vinila (PVC) também têm sido preparados através de intercalação no estado fundido e apresentam resultados interessantes mas ainda com possibilidades de melhoria em função do potencial do material e de estudos similares com outras matrizes termoplásticas. O PVC é um material muito mais versátil e devido à sua necessidade de formulação mediante a incorporação de aditivos, o PVC pode ter suas características alteradas dentro de um amplo espectro de propriedades em função da aplicação final e características finais desejadas. Entretanto, devido a suas desvantagens inerentes, tais como baixa resistência à fratura, baixa estabilidade térmica e produção de fumaça escura durante sua combustão, o PVC e seus compósitos estão sujeitos a algumas limitações em certas aplicações. Dessa forma, o desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos é uma alternativa promissora para tentar superar essas limitações e possibilitar o desenvolvimento de novos produtos com desempenho e propriedades diferenciados.In recent years, organic-inorganic nanocomposites have received great attention due to the excellent possibility of improving the mechanical, thermal and barrier properties of polymer matrix by the addition of small amounts of nanoscaled inorganic fillers to it. Nanoscale silicate layers of organically modified clay are usually dispersed in a polymer matrix to improve its properties. Because of the nanoscale effects, polymer/silicate layers of organically modified nanocomposites often exhibit significant improvement in strength, modulus, thermal resistance, and gas permeability barrier properties with far less silicate content than regular filler used those in conventionally filled polymer composites. Poly(vinyl chloride) (PVC), as an important commercial polymer, has been studied and used widely in industrial fields for many years. However, due to its inherent limitations, such as low thermal stability, brittleness and smoke evolution, PVC and its composites usually face some limitations in certain applications. Therefore, it is necessary to develop new PVC products with differentiated properties and performance in order to yield high added values and broaden PVC applications and in this regard the development of nanocomposites of PVC / silicates presents a very interesting way to prepare high performance PVC composites

Blendas PVC/NBR por processamento reativo I: desenvolvimento do processo de vulcanização Dinâmica in situ PVC/NBR blends by reactive processing I: in situ dynamic vulcanization process

Vulcanização dinâmica é o processo de vulcanização de um elastômero durante a mistura no estado fundido com um termoplástico, que resulta em uma classe de materiais denominada termoplásticos vulcanizados. Neste trabalho, um novo tipo de termoplástico vulcanizado foi obtido por vulcanização dinâmica in situ da blenda PVC/NBR, utilizando-se um sistema de cura a base de enxofre (S) e combinação dos aceleradores 2,2-ditiomercaptobenzotiazol (MBTS) e dissulfeto de tetrametiltiuram (TMTD). As blendas PVC/NBR (90/10, 80/20 e 70/30% em massa) foram processadas em um reômetro de torque Haake (Rheomix 600) a 160 °C com rotação de 60 rpm. As blendas obtidas por processamento reativo foram caracterizadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC) para determinação do grau de cura. Observou-se aumento no grau de cura das blendas com o tempo de mistura sendo o sistema de cura considerado eficiente.Dynamic vulcanization is a process of vulcanization of an elastomer during melt mixing with a thermoplastic wich results in material called thermoplastic vulcanizates or TPVs. In this study, a new kind of TPV was obtained by in situ dynamic curing of poly(vinyl chloride) (PVC)/nitrile rubber (NBR) blends. The crosslinking of PVC/NBR blends was accomplished using sulphur (S)/tetramethylthiuram disulphide (TMTD) and mercaptobenzthiazyl disulphide (MBTS) curative system during the reactive processing. The blends of PVC/NBR at the ratio of 90/10; 80/20 and 70/30 wt. (%) were melt mixed using a Haake Rheomix 600 at 160 °C and rotor speed of 60 rpm. The curing behavior of NBR was investigated by a Monsanto Rheometer and the degree of cure was calculated using differential scanning calorimetry (DSC) for different mixing times. It was observed that the degree of cure increases with the mixing time and the crosslinking system used in this work was considered efficient

Blendas PVC/NBR por processamento reativo II: caracterização físico-mecânica e morfológica PVC/NBR blends by reactive processing II: physical-mechanical and morphological characterization

Vulcanização dinâmica é o processo de vulcanização de um elastômero durante a mistura no estado fundido com um termoplástico. Por este processo, o elastômero adquire resistência mecânica através do aumento do módulo de elasticidade, dureza, resistência à fadiga e abrasão. Neste trabalho, buscou-se avaliar as propriedades físico-mecânicas e as características morfológicas de blendas poliméricas constituídas de Poli(cloreto de Vinila) e borracha nitrílica, PVC/NBR, obtidas por processamento reativo. A vulcanização dinâmica melhorou o desempenho mecânico destas blendas, notadamente pelo aumento da rigidez desses sistemas, sendo obtido um aumento de 205% no módulo elástico de blendas vulcanizadas com 10% em massa de NBR em comparação com blendas convencionais. Através de análises de MEV, revelou-se uma morfologia bifásica, sendo que a formação de ligações cruzadas deve ocorrer preferencialmente no interior das partículas do elastômero, contribuindo para o aumento na resistência mecânica final das blendas obtidas por processamento reativo.Dynamic vulcanization is a process of vulcanization of an elastomer during melt mixing with a thermoplastic. This process increases the mechanical resistance of elastomers through the increase of elastic modulus, hardness and abrasion/fatigue resistance. In this study, it was evaluated the physical-mechanical and morphological behaviors of the PVC/NBR blends obtained by reactive processing. The dynamic vulcanized blends have a better performance compared to the similar conventional ones. It was observed an increase of 205% in the elastic modulus to the dynamic vulcanized blend PVC/NBR (90/10) compared with the conventional blends. The morphology of the blends examined by scanning electron microscopy evidenced the crosslinking formation only in the elastomeric phase. The vulcanized rubber particles are responsible by the increase of stiffness and consequently displayed better mechanical properties

Efeito da sequência de mistura nas propriedades de blendas PA6/ABS compatibilizadas com o copolímero SMA Effect from the blending sequence on the properties of PA6/ABS blends compatibilized with SMA copolymer

Blendas de poliamida 6 (PA6) com acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) foram preparadas em uma extrusora de rosca dupla, utilizando-se o copolímero estireno-anidrido maleico (SMA), com 7% de anidrido maleico, como compatibilizante. O efeito de três sequências de mistura na microestrutura e propriedades das blendas foi estudado. A morfologia e as propriedades mecânicas dos materiais foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e testes de resistência ao impacto e módulo de elasticidade, respectivamente. Os resultados mostraram que a morfologia e propriedades mecânicas das blendas ternárias foram bastante diferentes e dependem da sequência de mistura. A blenda preparada pela mistura simultânea de todos os componentes, em uma única extrusão, apresentou melhor tenacidade. Por outro lado, quando o ABS e o SMA foram misturados juntos em uma primeira extrusão, antes da incorporação da PA6 em uma segunda extrusão, o valor da resistência ao impacto encontrado foi menor que o da matriz PA6 e da blenda sem compatibilizante PA6/ABS. Evidências de reações químicas entre o compatibilizante SMA e a matriz PA6 também foram investigadas através de reometria de torque.Blends of polyamide 6 (PA6) with acrylonitrile-butadiene-estyrene (ABS) were prepared in a twin-screw extruder, using the styrene-maleic anhydride (SMA) copolymer containing 7% of maleic anhydride as compatibilizer. The effects from three blending sequences on the microstructure and properties of the blends were investigated. The morphology and mechanical properties of the materials were characterized by transmission electron microscopy and tensile and impact tests. The results showed that the morphology and mechanical properties of ternary blends depend on the sequence of blend preparation. The blend prepared using the mixture of all components in a single-pass extrusion showed the more significant improvement in the material toughness. However, when the ABS and SMA were melt mixed together in a first extrusion step prior to incorporating PA6 in a second extrusion, the impact strength is lower than that of the blend without compatibilizer PA6/ABS and PA6 matrix. Evidence of chemical reactions between the compatibilizer SMA and PA6 was also obtained using a torque rheometer

Caracterização estrutural de nanocompósitos de blendas HDPE/LLDPE e OMMT obtidos por diferentes sequências de mistura Structural characterization of HDPE/LLDPE and OMMT blend-based nanocomposites obtained by different blending sequences

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.<br>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