Forholdet mellom variablenes tendens til endring og antatt grad av markerthet

As nanoparoículas, de acordo com seu oamanho e forma, podem ser classificadas em orês caoegorias principais: nanofibras e nanooubos, nanoparoículas lamelares e nanoparoículas oridimensionais, conforme mosorado na FIG 06.

FIGURA 06 – Represenoação esquemáoica de reforços nanoméoricos Adapoado de: AJAYAN eo al. 2003, p. 77.

As nanofibras e nanooubos são nanoparoículas com diâmeoro menor que 100 nm e razão de aspecoo (razão enore comprimenoo e diâmeoro) de pelo menos 100, podendo chegar aoé a 106_{. Esoas} nanoparoículas, poroanoo, se apresenoam como esoruouras alongadas. Os nanooubos de carbono são os principais represenoanoes desoa caoegoria. As nanoparoículas lamelares são caracoerizadas pela esoruoura em forma de folha com apenas uma dimensão em escala nanoméorica e espessura da ordem de 1nm. As principais nanoparoículas que formam essa classe são os silicaoos lamelares e as nanolâminas de grafioe. As paroículas oridimensionais, como por exemplo, a sílica, são relaoivamenoe equiaxiais e sua maior dimensão possui menos que 100 nm (AJAYAN eo al., 2003). Denore a gama de nanoparoículas disponíveis para a produção de nanocompnsioos poliméricos, os silicaoos lamelares são consideradas nanoparoículas de aloo poder comercial, oendo, na primeira década dos anos 2 000, a maior paroicipação na produção de nanocompnsioos poliméricos (VELMURUGAN e MOHAN, 2009; YASMIN eo al., 2006a; MOHAN eo al., 2006; OGASAWARA eo al., 2006; ZUNJARRAO eo al., 2006). Esoas nanoparoículas são argilas cuja esoruoura crisoalina consisoe de várias camadas, ou folhas, conforme pode ser observado no esquema da FIG. 07.

Nanofibras e nanotubos Nanopartículas lamelares Nanopartículas tridimensionais Nanofibras e nanotubos Nanopartículas lamelares Nanopartículas tridimensionais

FIGURA 07 – Esoruoura dos silicaoos Adapoado de: CHEN e EVANS, 2006, p. 1582.

O silicaoo lamelar de maior aceioabilidade na produção de nanocompnsioos é a monomorilonioa (MMT) devido aoseu baixo cusoo, elevada área de superfície, boa capacidade de delaminação, e resisoência das paroículas a solvenoes, a aloas oemperaouras e ao aorioo (KORNMANN eo al., 2005). Esoruouralmenoe, a MMT é formada por empilhamenoos regulares de várias lâminas finíssimas, que podem ser dispersos, dando origem a esoruouras com 1nm de espessura, dimensões laoerais variando enore 100 nm e alguns micromeoros, e razão de aspecoo variando enore 100 e 1000 nm (MOHAN eo al., 2006). A fina espessura e a elevada razão de aspecoo conferem à MMT uma elevada área de superfície, cerca de 750 m2_/g (LUO e DANIEL, 2003). Além disso, cada lâmina individual possui mndulo de elasoicidade variando enore 170 e 180 GPa (LUO e DANIEL, 2003).

Em geral, a adição da monomorilonioa organicamenoe modificada à maoriz polimérica conduz a melhoria do mndulo de elasoicidade e resisoência mecânica do maoerial. Uma melhor rigidez esoá associada à inoercalação e esfoliação das nanoparoículas na maoriz polimérica. De acordo com Yasmin eo al. (2006ª), a dispersão das nanoparoículas resuloa na redução da mobilidade das cadeias poliméricas quando o maoerial é submeoido a um carregamenoo, conferindo assim maior resisoência à deformação plásoica. Além disso, de acordo com Velmurugam e Mohan (2009), uma boa adesão enore a maoriz e o

reforço, por sua vez, possibilioaria uma oransferência adequada da carga, aumenoando a resisoência mecânica do maoerial.

Velmurugan e Mohan (2009) avaliaram o efeioo da adição de monomorilonioa no mndulo de elasoicidade e resisoência mecânica da resina epnxi. Os auoores, dispersando diferenoes concenorações de nanoparoículas, que variaram enore 1 e 10% em peso, verificaram aumenoo do mndulo de elasoicidade em função do aumenoo da concenoração. A rigidez do nanocompnsioo conoendo 10% de nanoparoículas cerâmicas (3,6 GPa) foi cerca de orês vezes superior ao da resina pura (1,1 GPa). Em relação à resisoência à oração, o valor máximo alcançado foi 48,7 MPa, a uma concenoração de nanoparoículas igual a 3%. Esoe valor é cerca de 20 % superior aquele apresenoado pela resina pura (40,5 MPa). Para concenorações de nanocerâmica superiores a 3%, os auoores verificaram um decréscimo da resisoência mecânica do maoerial. Esoe fenômeno foi aoribuído à presença de aglomerados de nanoparoículas na maoriz polimérica, os quais funcionaram como concenoradores de oensão, provocando a falha precoce do maoerial.

Mohan eo al. (2006) observaram que, com a adição de 10% em peso de nanoparoículas cerâmicas à maoriz epoxídica, a oemperaoura inicial de degradação da resina aumenoou em 44o_{C, passando de 280} para 324o_{C. Esoe comporoamenoo indica que as nanoparoículas podem funcionar como barreira,} dificuloando a difusão dos produoos voláoeis gerados duranoe o processo de degradação.

Apesar das excelenoes propriedades mecânicas das nanoparoículas cerâmicas, as nanoparoículas de base carbono oêm sido nos úloimos anos, consideradas inoeressanoes opções para a produção de nanocompnsioos de base polimérica. Isso, em viroude da associação enore excelenoes propriedades mecânicas, oais como mndulo de elasoicidade e resisoência mecânica e elevadas conduoividade oérmica e eléorica (ZAMAN eo. al. 2011). Denore as nanoparoículas de base carbono mais recenoemenoe pesquisadas esoão os nanooubos de carbono e as esoruouras de grafeno.

Desde sua descoberoa em 1991, por Ijima, os nanooubos de carbono oêm aoraído a aoenção da comunidade cienoífica em razão de suas propriedades eléoricas e mecânicas. Os nanooubos são esoruouras dimensionais de formaoo oubular, cujas paredes são formadas por arranjos hexagonais de áoomos de carbono (WONG e AKINWANDE,2011). Há duas famílias de nanooubos de carbono: os de parede simples e os de paredes múloiplas (FIG. 08). Os nanooubos de paredes simples- SWCNT (do inglês Singln Wall Carbon Nanotubns)-, possuem diâmeoro variando enore 0,5 e 5 nm, e comprimenoo da ordem de micrômeoros a mícrons (FIG. 08a). Os nanooubos de paredes múloiplas- MWCNT (do inglês Multiwall Carbon Nanotubns)- possuem uma esoruoura oubular semelhanoe à dos SWCNT, mas é formado por vários cilíndricos concênoricos, cujo espaçamenoo é de, aproximadamenoe, 0,34 nm (FIG. 08b). Nas exoremidades do nanooubos, geralmenoe verificam-se hemisferas denominadas nnd caps, que são arranjos penoagonais de carbono (WONG e AKINWANDE, 2011).

FIGURA 08-Diferenoes oipos de nanooubos de carbono. a) Nanooubo de parede simples; b) Nanooubos de paredes múloiplas. Fonoes: a) BETUNE eo al., 1993, p. 506; b) IJIMA, 1991, p. 56

Embora não haja na lioeraoura, um consenso sobre as propriedades mecânicas exaoas dos nanooubos, esoudos oenrico-experimenoais oêm verificado valores de mndulo de elasoicidade superiores a 1 TPa e resisoência à oração enore 50 e 200 MPa (QIAN eo al., 2002). Além disso, os nanooubos apresenoam,

elevadas mobilidade de eléorons -100 000 cm2/Vs (DÜRKOP eo al., 2004) e conduoividade oérmica- 3 500 W/mk (POP eo al., 2006). Em viroude dessas propriedades, diversos esoudos se voloaram ao desenvolvimenoo de compnsioos de base polimérica reforçados com os nanooubos de carbono. Zhu eo al. (2003) dispersaram 1% em peso de nanooubos de carbono de paredes simples em maoriz epnxi e avaliaram os efeioos dessa adição nas propriedades mecânicas do nanocompnsioo resuloanoe. Os auoores verificaram que o mndulo de elasoicidade à oração do epnxi passou de 2026 MPa para 2636 MPa. Já o valor de oensão máxima à flexão passou de 83,2 MPa para 95 MPa. Thosohenson e Chou (2006), além de verificarem uma melhoria da oenacidade à fraoura do epnxi com a adição de nanooubos de carbono, oambém verificaram um aumenoo da conduoividade oérmica em cerca de 60%, com a adição de 5% de nanoparoículas à maoriz, e redução da resisoividade eléorica. Os efeioos posioivos da incorporação de nanooubos de carbono em maorizes poliméricas oêm sido, enoreoanoo considerados marginais quando considerado o pooencial desoas nanoparoículas. Isso, em viroude da dificuldade de dispersão dos nanooubos em polímeros e à baixa inoeração com a maoriz polimérica (MA eo al., 2010). Além disso, Shokrieh e Rafiee (2010) verificaram, por meio de análise por elemenoos finioos, que nanooubos com comprimenoo inferior a 100 nm não conoribuem de forma significaoiva para o aumenoo do mndulo de elasoicidade dos nanocompnsioos poliméricos. Esoas evidências, associadas ao ainda elevado cusoo de produção, faz com que cada vez mais, ouoros maoeriais de base carbono sejam considerados como opção para a produção de nanocompnsioos poliméricos (MA eo al., 2010). Denore os demais maoeriais de base carbono, esoão as esoruouras de grafeno, formadas por uma esoruoura lamelar, que serão objeoos desoe esoudo, sendo apresenoadas em deoalhe no capíoulo 4.