Estudo de compósitos de poliestireno de alto impacto (HIPS) reforçado com sulfato de bário

Abstract

Esta dissertação examinou os benefícios da utilização do sulfato de bário em poliestireno de alto impacto. O estudo investigou os efeitos da incorporação de nano (nBaSO4) e sulfato de bário em escala micro (BaSO4) nas propriedades mecânicas, térmicas, estéticas e morfológicas das matrizes poliméricas de poliestireno de alto impacto. O objetivo da pesquisa foi determinar se a inclusão de nano BaSO4 na matriz polimérica poderia melhorar as propriedades do polímero, visando o ganho de propriedades térmicas, mecânicas e estéticas. Os materiais compósitos e nanocompósitos foram caracterizados usando várias técnicas, como ensaio de resistência à tração, microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), avaliação de cor, avaliação de brilho, resistência ao risco e emissividade. Os resultados demonstraram que a incorporação de micro e nano sulfato de bário (BaSO4) no poliestireno de alto impacto (PSAI) melhorou significativamente suas propriedades mecânicas e estéticas. A adição de 1% de BaSO4 aumentou a resistência à tração e a dureza Shore D, com o nano BaSO4 mostrando-se mais eficaz devido ao seu tamanho menor e maior área superficial. Esteticamente, o BaSO4 melhorou o brilho e luminosidade, tornando o material mais branco e alterando os eixos colorimétricos, com o nano BaSO4 tendo um efeito mais pronunciado para a cor branca, verde e equilibrando o eixo amarelo azul. Os ganhos na emissividade térmica foram marginais, não sendo significativos. A caracterização térmica por DSC e TG não indicou mudanças na estrutura polimérica. Financeiramente, a formulação com 1% de micro BaSO4 proporcionou grandes benefícios econômicos, enquanto o nano BaSO4, apesar das melhorias adicionais, pode ter uso limitado devido ao custo mais elevado.

Abstract: This dissertation examined the benefits of using barium sulfate in high-impact polystyrene. The study investigated the effects of incorporating nano (nBaSO4) and micro-scale barium sulfate (BaSO4) on the mechanical, thermal, aesthetic, and morphological properties of high-impact polystyrene polymer matrices. The research aimed to determine whether the inclusion of nano BaSO4 in the polymer matrix could enhance the polymer's properties, with a focus on thermal, mechanical, and aesthetic improvements. The composite and nanocomposite materials were characterized using various techniques, such as tensile strength testing, scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), color evaluation, gloss assessment, scratch resistance, and emissivity testing. The results demonstrated that the incorporation of micro and nano barium sulfate (BaSO4) into high-impact polystyrene (HIPS) significantly improved its mechanical and aesthetic properties. The addition of 1% BaSO4 increased tensile strength and Shore D hardness, with nano BaSO4 proving more effective due to its smaller size and greater surface area. Aesthetically, BaSO4 improved gloss and brightness, making the material whiter and altering the colorimetric axes, with nano BaSO4 having a more pronounced effect on the white, green, and balancing the yellow-blue axis. The thermal emissivity gains were marginal and not significant. Thermal characterization by DSC and TG did not indicate changes in the polymer structure. Financially, the formulation with 1% micro BaSO4 provided substantial economic benefits, while nano BaSO4, despite offering additional improvements, may have limited use due to its higher cost.