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Título: Influência dos parâmetros de síntese nas características morfológicas de microcápsulas de poli(ureia-formaldeído) para uso em sistemas de autorreparo
Título(s) alternativo(s): Influence of synthesis parameters in the morphological characteristics of poly(urea formaldehyde) microcapsules for use in self-healing systems
Autor(es): Carvalho, Ana Cláudia Medeiros de
Palavras-chave: Autorreparo;Síntese de microcápsulas;Planejamento fatorial;Poli(ureia-formaldeído)
Data do documento: 13-Dez-2017
Referência: CARVALHO, Ana Cláudia Medeiros de. Influência dos parâmetros de síntese nas características morfológicas de microcápsulas de poli(ureia-formaldeído) para uso em sistemas de autorreparo. 2017. 129f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: Self-healing materials are a class of smart materials with an inherent ability to repair damage, thus recovering their functionality. Urea-formaldehyde microcapsules have been studied to provide self-healing functionality to polymers and polymeric matrix composites. These microcapsules, within a healing agent, must be strong enough to remain intact during processing of the host polymer, and yet break, and release healing agent, when the polymer is damaged. From synthesis parameters used in microcapsules production is possible to modify their proprieties, such as: size, wall thickness, rugosity, increase wall resistance among other factors. In addition, to investigate influence of synthesis parameters can aid the production of microcapsules with uniform morphological characteristics and size, which is highly attractive to large scale production. In this work, synthesis parameters of poly(urea-formaldehyde) microcapsules were evaluated and an experimental design 2 2 with three central points was assembled with the objective of analyze the influence of agitation rate and pH in the size of microcapsules and thickness of capsules shell. The influence of agitation rate on microcapsules size and pH on shell thickness could be proven. From the experimental design results, microcapsules with different core materials such as, vegetable oil (soybean, olive, linseed and coconut), endo-dicyclopentadie and 5-etilidene 2-norbonene (ENB) were synthesized presenting same morphological characteristics and size. Capsules were characterized by Fourier infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). Microcapsules filled with soybean, linseed oil and endo-DCPD were used in epoxy system with self-healing ability aiming delay corrosion in metallic substrate. The oils were chosen to replace endo-DCPD due to its high toxicity and strong smell. Samples with capsules filled with soybean and linseed oils presented excellent anticorrosive results, with emphasis on the system containing capsules filled with soybean oil, which is no toxic and an economical alternative to the other tested materials. Microcapsules filled with endo-DCPD were used in indentation tests to verify the self-healing effect, however, it was not possible to attest it, since the indentation did not generate a crack in the samples. Therewith, the behavior of the microcapsules obtained under the adjusted conditions of the experimental design was analyzed in epoxy samples by means of tests where cracks were produced using a blade, capsule rupture was verified as consequence of crack propagation. Capsules which presented adequate diameter and shell thicknesses for their use in the proposed self-healing system, were produced, and there are indications of self-healing in some parts of the crack. However, a study of deagglomeration and dispersion of the microcapsules in the epoxy matrix to increase healing efficiency is necessary, in addition to an increase in the amount of catalyst presented, in order to better observe the self-healing effect on polymeric or polymeric composites samples.
Resumo: Materiais autorreparáveis apresentam a habilidade de restaurar possíveis danos produzidos durante sua aplicação, retomando suas propriedades iniciais após o reparo. A utilização de microcápsulas de ureia-formaldeído vem sendo estudada para promover essa funcionalidade em polímeros e compósitos de matriz polimérica. Essas microcápsulas, preenchidas com um líquido de reparo, devem ser fortes o suficiente para permanecerem intactas durante o processamento do material (polímero ou matriz polimérica de um material compósito) onde elas serão introduzidas, e devem romper facilmente liberando o líquido, quando houver dano. A partir dos parâmetros de sínteses utilizados na produção das microcápsulas é possível modificar suas propriedades, tais como: tamanho, espessura da parede, modificar rugosidade, aumentar resistência das paredes entre outros fatores. Além disso, investigar a influência dos parâmetros de síntese pode ajudar na produção de microcápsulas com características e tamanhos uniformizado, sendo um atrativo para sua produção em larga escala. Neste trabalho, parâmetros de síntese de microcápsulas de poli(ureia-formaldeído) foram avaliados, e um planejamento fatorial 22 com três pontos centrais foi montado com o objetivo de analisar a influência do pH e da taxa de agitação no tamanho médio e na espessura média das paredes das microcápsulas. Foi possível constatar que o tamanho das microcápsulas é influenciado pela agitação e que o pH exerce influência na espessura das paredes da casca. A partir dos resultados do planejamento experimental realizado, microcápsulas com diversos materiais de preenchimento tais como, óleos vegetais (óleo de soja, linhaça, coco e azeite de oliva), endodiciclopentadieno (DCPD) e 5-etilideno 2-norboneno (ENB) foram sintetizadas, apresentando as mesmas características morfológicas e de tamanho, apesar dos diferentes materiais de preenchimento. As microcápsulas sintetizadas foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Microcápsulas preenchidas com óleo de soja, óleo de linhaça e endo-DCPD, foram usadas em sistemas epóxi de revestimento ativado com habilidade de autorreparo, visando retardar a corrosão de placas metálicas, os óleos foram escolhidos em substituição ao endoDCPD devido à sua alta toxidade e forte odor. Placas com cápsulas preenchidas com óleos apresentaram excelentes resultados anticorrosivos, tendo como destaque o sistema contendo cápsulas preenchidas com óleo de soja, por ser, além de não tóxica, uma alternativa econômica aos outros materiais testados. Microcápsulas preenchidas com endo-DCPD foram utilizadas em testes de indentação para avaliação da eficiência de autorreparo, porém este teste não gerou trincas nos corpos de prova. Assim, o comportamento das microcápsulas obtidas nas condições ajustadas do planejamento fatorial, foi analisado em amostras de epóxi, por meio de testes onde as trincas foram produzidas utilizando uma lâmina, tendo sido comprovada a ruptura das microcápsulas como consequência da propagação da trinca. Microcápsulas com espessura de parede e tamanho adequados para sua utilização no sistema de autorreparo proposto foram obtidas, além disso, há indícios de autorreparo em algumas regiões da trinca, no entanto, é necessário um estudo de desaglomeração e dispersão das microcápsulas para aumentar a eficiência de reparo, além de um acréscimo na quantidade de catalisador à matriz de epóxi, para que o efeito de autorreparo em corpos de prova de polímeros ou materiais compósitos poliméricos seja melhor observado.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25441
Aparece nas coleções:PPGCEM - Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais

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