Influence of graphene content on the properties of isotactic polypropylene.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaResumoEste trabalho de investigação tem como principal objetivo contribuir para a produção e caracterização de nanocompósitos constituídos por polipropileno isotático e grafeno multicamada (iPP/MLG). O grafeno e seus derivados apresentam inúmeras aplicações nas mais variadas áreas, em particular na engenharia. Grande parte dos resíduos provenientes da indústria dos moldes são elétrodos de grafite, e é a partir deles que se pretende futuramente obter derivados de carbono, com caraterísticas próximas das do grafeno, de modo a obter um compósito económico com propriedades desejáveis para um melhor desempenho, contribuindo para uma economia circular. Após este estudo base o objetivo é dar uma nova vida à grafite disponível nos elétrodos usados na maquinagem por eletroerosão (EDM), que geralmente são depositados em aterro.A obtenção dos nanocompósitos iPP/MLG passou por três etapas (P1, P2, P3) onde se variaram os teores de reforço usado, as condições de processamento e o tipo de caracterização. A mistura foi realizada no estado líquido, o teor de MLG variou entre 0 e 4,6%(m/m) e sujeita a moldação por injeção.A viscosidade aparente diminui até um valor em função do teor de MLG (1,2% (m/m)). Quanto ás propriedades mecânicas do conjunto P3, que apresenta condições de injeção melhoradas, o módulo de elasticidade (à flexão e à tração) dos provetes sem reforço apresentou valores esperados mas a adição de MLG não contribuiu positivamente para esta propriedade. Com apenas 0,5% (m/m) de reforço o módulo de elasticidade diminui para 54% isto pode ser justificado pelo facto de a adição de MLG alterar as propriedades reológicas do material. A resistência à tração apresentou valores baixos contrariamente ao que era esperado, a tensão de rutura revelou valores ligeiramente superiores para os compósitos e desvios padrão significativos evidenciando uma baixa homogeneidade e finalmente o alongamento à rutura, como era de esperar, diminuiu significativamente com a adição de MLG passando de um alongamento de ~200% para 10%. A avaliação da porosidade veio sustentar a razão do comportamento dos materiais quanto as suas propriedades mecânicas.AbstractThe main objective of this research is the production and characterization of nanocomposites composed by isotactic polypropylene and multilayer graphene (iPP/MLG). Graphene and its derivatives have countless applications in various areas, particularly engineering. Much of the graphite residues come from mold industry, and it is intended to get, in the near future, carbon-based nanoparticles out of these residues, with characteristics close to graphene, in order to get an economic composite with desirable properties for better performance, contributing to circular economy. The goal, after this base study is to give new life to the graphite electrodes that would be deposited in landfills.The final iPP/MLG nanocomposites were produced in three stages (P1, P2, P3), where it was varied the content of reinforcement material, processing parameters and characterization conditions. The composites were produced from melt blending, the MLG content ranged from 0 wt% to 4,6 wt% and directed to injection molding.The apparent viscosity decreases in function of the MLG content (1.2 wt%). As to mechanical properties of the set P3, which has the injection conditions improved, the modulus of elasticity (in flexion and traction) of de PP without reinforcement presents values considered appropriate, and the addition of MLG did not contribute positively to this property. With only 0,5 wt% of reinforcement decreases the modulus of elasticity to 54% this can be justified by the fact that the addition of MLG changes the rheological properties of the material. The tensile strength presented low values contrary to what was expected, the rupture tension presented values slightly higher for the composites and significant standard deviations evidencing a low homogeneity and finally the elongation to rupture, as expected, decreased significantly with the addition of MLG from an elongation of ~ 200% to 10%. The porosity evaluation came to support the behavior of the materials as to their mechanical properties