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Tipo do documento: Tese
Título: Desenvolvimento de nanocompósitos de grafeno a partir de resíduos da indústria têxtil
Título(s) alternativo(s): Development of graphene nanocomposites from textile industry waste
Autor: Machado, Petterson Borges 
Primeiro orientador: Campos, José Brant de
Primeiro coorientador: Peripolli, Suzana Bottega
Primeiro membro da banca: Cesar, Deborah Vargas
Segundo membro da banca: Andrade, Mônica Calixto de
Terceiro membro da banca: Stavale Junior, Fernando Loureiro
Quarto membro da banca: Machado, Giovanna
Resumo: Esta pesquisa tem como foco o desenvolvimento de nanocompósitos à base de óxido de grafeno reduzido (rGO) incorporados à poliamida reciclada (PARec), proveniente de resíduos da indústria têxtil. O principal objetivo do estudo foi avaliar o impacto da adição de diferentes concentrações de rGO (0%, 0,1%, 0,5% e 1% em fração mássica) nas propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas da PARec. O processo de fabricação dos compósitos foi realizado por meio de extrusão por fusão, seguido pela moldagem e caracterização detalhada dos materiais. A caracterização térmica foi conduzida utilizando técnicas como a termogravimetria (TG) e a calorimetria exploratória diferencial (DSC), revelou um leve aumento na estabilidade térmica com a adição de rGO, embora as temperaturas de fusão e degradação tenham apresentado valores relativamente próximos em todas as amostras. Espectros de FTIR e Raman foram utilizados para investigar as interações químicas entre o rGO e a matriz de PARec, confirmando a integração do rGO nas ligações poliméricas. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios mecânicos a temperatura ambiente. Os resultados mostraram um aumento significativo no módulo de elasticidade e na resistência à tração, principalmente com a inclusão de 0,5% e 1% de rGO. O módulo de elasticidade aumentou em até 79% na concentração de 1% de rGO, demonstrando o potencial do compósito para aplicações que exigem maior rigidez e resistência mecânica. No entanto, a resistência ao impacto diminuiu com o aumento da concentração de rGO, comportamento associado à maior rigidez do material e à redução da capacidade de deformação plástica da matriz polimérica. A análise estatística foi realizada utilizando o método ANOVA de um fator, com nível de significância de 5%, e confirmou a influência significativa da adição de rGO nas propriedades mecânicas dos compósitos. A comparação múltipla de médias (LSD) revelou que as concentrações de 0,5% e 1% de rGO geraram diferenças estatisticamente significativas no desempenho do material em relação ao PARec sem rGO. Com base nos resultados, embora o rGO represente uma alternativa sustentável para a indústria devido ao seu potencial em reduzir o impacto ambiental, o custo relativamente elevado do grafeno e de seus derivados deve ser considerado. Este estudo reforça a viabilidade de integrar nanomateriais em polímeros reciclados, promovendo avanços na ciência dos materiais e contribuindo para aplicações em setores que demandam materiais com maior resistência mecânica e estabilidade térmica.
Abstract: This research focuses on the development of nanocomposites based on reduced graphene oxide (rGO) incorporated into recycled polyamide (PARec), derived from textile industry waste. The main objective of the study was to evaluate the impact of the addition of different concentrations of rGO (0%, 0.1%, 0.5% and 1% in mass fraction) on the mechanical, thermal and morphological properties of PARec. The composites were manufactured by melt extrusion, followed by molding and detailed characterization of the materials. Thermal characterization was conducted using techniques such as thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC), revealing a slight increase in thermal stability with the addition of rGO, although the melting and degradation temperatures presented relatively similar values in all samples. FTIR and Raman spectra were used to investigate the chemical interactions between rGO and the PARec matrix, confirming the integration of rGO into the polymeric bonds. The mechanical properties were evaluated by mechanical tests at room temperature. The results showed a significant increase in the elastic modulus and tensile strength, mainly with the inclusion of 0.5% and 1% rGO. The elastic modulus increased by up to 79% at the 1% rGO concentration, demonstrating the potential of the composite for applications requiring greater stiffness and mechanical strength. However, the impact strength decreased with the increase in the rGO concentration, a behavior associated with the greater stiffness of the material and the reduction in the plastic deformation capacity of the polymer matrix. The statistical analysis was performed using the one-way ANOVA method, with a significance level of 5%, and confirmed the significant influence of the addition of rGO on the mechanical properties of the composites. The multiple comparison of means (LSD) revealed that the concentrations of 0.5% and 1% rGO generated statistically significant differences in the performance of the material in relation to PARec without rGO. Based on the results, although rGO represents a sustainable alternative for the industry due to its potential to reduce environmental impact, the relatively high cost of graphene and its derivatives should be considered. This study reinforces the feasibility of integrating nanomaterials into recycled polymers, promoting advances in materials science and contributing to applications in sectors that require materials with greater mechanical strength and thermal stability.
Palavras-chave: Engenharia mecânica
Nanocompósitos (Materiais)
Grafeno
Indústria têxtil
Resíduos industriais
Polímeros - Reaproveitamento
Mechanical engineering
Nanocomposites (Materials)
Graphene
Textile industry
Factory and trade waste
Polymers - Recycling
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Citação: MACHADO, Petterson Borges. Desenvolvimento de nanocompósitos de grafeno a partir de resíduos da indústria têxtil. 2024. 97 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23478
Data de defesa: 10-Dez-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Mecânica



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