doctoralThesis
Modification of kapok fibers by cold plasma surface treatment for the production of composites of recycled polyethylene
Registro en:
MACEDO, Murilo José Pereira de. Modification of kapok fibers by cold plasma surface treatment for the production of composites of recycled polyethylene. 2018. 128f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Autor
Macedo, Murilo José Pereira de
Resumen
The worldwide production of plastic products has increased significantly over the last decades
and their disposal has become an important environmental concern. Recycling provides great
opportunities for waste reduction and lower environmental impact. As a recycling alternative,
there has been growing interest on addition of biomass residues to polymers to produce
composite materials for technological applications. In this study, composites from recycled
polyethylene waste and kapok fibers were prepared. Cold plasma treatment was used to improve
fiber/matrix adhesion. The effects of plasma treatment on fiber morphology were evaluated
using Field-emission gun scanning electron microscopy (FEGSEM) and on chemical structure
of the fibers were evaluated by Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. Changes in
water uptake (WU), mechanical properties and thermal decomposition kinetics behavior of
kapok fibers were studied. Results suggest an increase in water absorption after plasma
treatment. Composites using untreated and treated fibers were manufactured and characterized.
Dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) of composites made using plasma treated fibers
indicated an increase in storage moduli as well as an increase in glass transition as compared to
the pure polymer. Thermogravimetric Analysis (TGA) indicated that the addition of plasma
treated fiber produced changes in thermal degradation as compared to the pure polymer due to
matrix/fiber interaction. Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis suggested that
plasma treatment also produced changes in degree of crystallinity of the fibers. The thermal
parameters results also indicated an improvement in thermal insulating characteristic of the
composites with the increase in fiber content. Field-emission gun scanning electron microscopy
(FEG-SEM) images of composites fracture surface suggest that fiber/matrix adhesion was
improved for composites made using plasma treated fibers. Thus, cold plasma is demonstrated
as a viable alternative to treat cellulosic fibers and improve fiber/matrix interface of polymerbased composites. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A produção mundial de plásticos aumentou significativamente ao longo das últimas décadas e
o descarte destes materiais tornou-se uma preocupação ambiental. A reciclagem é uma das
ferramentas para a redução do lixo, assim como para a redução dos impactos ambientais. Uma
das maneiras de reciclar e obter materiais para aplicações tecnológicas é o uso de recursos da
biomassa para obtenção de compósitos. Nesta pesquisa foram preparados compósitos de
polietileno reciclado com fibras de kapok (Ceiba pentandra L.). Tratamento de plasma a frio
foi usado como agente de compatibilização da fibra para a matriz polimérica. Os efeitos do
tratamento de plasma na morfologia das fibras foram avaliados por microscopia eletrônica de
varredura com emissão de campo (FEGSEM); na estrutura química das fibras foi avaliado por
meio de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).
Mudanças na propriedade de absorção de líquidos (água e óleo), propriedades mecânicas e o
comportamento da cinética de decomposição térmica foram estudados. Os resultados indicam
um aumento no padrão de absorção de líquidos após tratamento por plasma. Compósitos usando
fibras não-tratadas e tratadas foram produzidos e caracterizados. As propriedades dinâmicomecânicas indicaram um aumento no módulo de armazenamento assim como um aumento na
transição vítrea em relação ao polímero puro. A análise termogravimétrica (TG) apontou que a
adição de fibras tratadas resultou em mudanças na degradação térmica quando comparada ao
polímero puro. Além disso, a análise por calorimetria exploratória diferencial (DSC) sugeriu
que o tratamento por plasma também promoveu mudanças no grau de cristalinidade das fibras.
Além disso, parâmetros térmicos também mostraram aumento na característica de isolamento
térmico à medida que o teor de fibras aumentou. Imagens de microscopia eletrônica de
varredura com emissão de campo da superfície de fratura dos compósitos sugeriu que a adesão
matriz/fibra foi melhorada para os compósitos compatibilizados. Assim, plasma a frio é
mostrado como uma alternativa viável ao tratamento de fibras celulósicas a para o
melhoramento da adesão interfacial entre matriz e reforço de compósitos poliméricos. 2019-11-14