[en] BIO-BASED FLAME RETARDATION OF ACRYLONITRILE-BUTADIENE-STYRENE

[pt] RETARDAMENTO DE CHAMA EM ACRILONITRILA-BUTADIENO-ESTIRENO UTILIZANDO ADITIVOS NATURAIS

[pt] GUSTAVO SCHINAZI

[pt] ACRILONITRILA-BUTADIENO-ESTIRENO

[pt] CALORIMETRIA POR COMBUSTAO

[pt] MATERIAIS NATURAIS

[pt] RETARDANTES DE CHAMA NAO HALOGENADOS

[pt] RETARDAMENTO DE CHAMA

[en] ACRYLONITRILE-BUTADIENE-STYRENE

[en] COMBUSTION CALORIMETRY

[en] BIO-BASED MATERIALS

[en] NON HALOGENATED FLAME RETARDANTS

[en] FLAME RETARDATION

[pt] Polímeros estão entre os materiais mais utilizados no mundo, sendo empregados em inúmeras aplicações e estando amplamente presentes na vida cotidiana das pessoas; no entanto, são, em geral, altamente inflamáveis. Muitos retardantes de chama (flame retardants, FR) foram desenvolvidos para reduzir a flamabilidade de polímeros; porém, a maioria dos aditivos FR usados comercialmente, principalmente os halogenados, são tóxicos para o meio-ambiente e para a humanidade e estão sendo cada vez mais banidos ao redor do mundo. Acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) é um dos polímeros mais utilizados no mundo mas também um dos mais inflamáveis e mais difíceis de solucionar, e ABS é usado comercialmente com retardantes de chama halogenados, que são tóxicos. A pesquisa sobre a utilização de materiais renováveis como retardantes de chama para polímeros vem crescendo exponencialmente, mas poucos trabalhos foram realizadas no âmbito de reduzir a flamabilidade de ABS utilizando FRs renováveis ou de baixa toxicidade. Há, portanto, uma necessidade urgente de se desenvolver sistemas FR de baixa toxicidade e baseados em materiais naturais para substituir os aditivos halogenados para uso comercial em ABS. O presente trabalho pretende contribuir para o desenvolvimento de uma solução FR baseada em materiais naturais para uso em ABS. O primeiro objetivo é uma meta prática: desenvolver ABS de baixa flamabilidade utilizando principalmente aditivos naturais, mantendo propriedades mecânicas aceitáveis. O segundo objetivo é científico: compreender os mecânismos de retardamento de chama dos FRs naturais. O projeto é desenvolvido em duas etapas: (1) a Fase de Triagem, na qual os efeitos de 8 retardantes de chama e de suas combinações na flamabilidade de ABS são availados, utilizando-se técnicas de Planejamento de Experimentos, através de microcalorimetria por combustão (MCC); e (2) a Fase de Análise Detalhada e Estudo de Mecanismos, na qual os candidatos mais promissores da primeira fase são analisados mais detalhadamente para se compreender melhor suas propriedades de flamabilidade e mecânicas e para se entender seus mecanismos de retardamento de chama. O Capítulo 1 contém uma breve introdução seguida de uma revisão bibliográfica. O Capítulo 2 apresenta a metodologia experimental utilizada durante a pesquisa. O Capítulo 3 discute a Fase de Triagem, detalhando o planejamento experimental, apresentando os resultados dos experimentos de triagem e identificando as amostras mais promissoras e as sinergias mais cientificamente motivadoras. O Capítulo 4 apresenta os resultados da segunda fase, com discussões aprofundadas e hipóteses acerca dos mecanismos de retardamento de chama dos FRs naturais em ABS. O Capítulo 5 contém as principais conclusões da pesquisa e recomendações para trabalhos futuros.

[en] Polymers are used in a wide variety of applications and are present in all aspects of people s daily lives; however, they are generally very flammable. Major advances have been made in developing flame retardants (FRs) to be used in polymers, but most commercial FR additives used today, mainly halogenated substances, are toxic to humans and the environment and are being increasingly banned throughout the world. Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) is one of the most widely used polymers in the world but also one of the most flammable and most challenging to flame retard, and ABS is used commercially with toxic halogenated FRs. Research into the use of renewable products as FRs for polymers has grown exponentially, but very little work has been performed on reducing ABS s flammability using nature-derived or low-toxicity FRs. There is therefore an urgent need for the development of low-toxicity, bio-based FR systems to substitute halogenated FRs for commercial use in ABS. The present work aims to contribute to the development of a bio-based flameretardant solution for ABS, by (1) developing a flame-retardant grade of ABS using mainly nature-derived additives while maintaining acceptable mechanical properties and (2) comprehending the flame-retardation mechanisms of the biobased FRs. The project consists of two phases: (1) a Screening Phase, during which the effects of 8 different FRs and combinations thereof on ABS s flammability are evaluated, using Design of Experiments techniques, through microscale combustion calorimetry; and (2) a Detailed Analysis and Mechanistic Study Phase, in which the most promising candidates from Phase 1 are further analyzed through a variety of techniques with the objectives of better understanding their flammability and mechanical performances and comprehending their flameretardation mechanisms. Chapter 1 presents a brief introduction and a literature review. Chapter 2 contains the experimental methodology. Chapter 3 discusses the Screening Phase, providing details about experimental planning and presenting screening results; the most promising samples and scientifically motivating synergies are identified. Chapter 4 contains Phase 2 results, presenting in-depth discussions and hypotheses to explain the flame-retardation mechanisms of the biobased FRs in ABS. Chapter 5 provides the main conclusions of the research and recommendations for future work.

JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA

JONATHAN POKORSKI

DAVID ANTHONY SCHIRALDI

MONICA FEIJO NACCACHE

JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA

AMANDA LEMETTE TEIXEIRA BRANDAO

GARY WNEK

JONATHAN POKORSKI

DAVID ANTHONY SCHIRALDI

HATSUO ISHIDA

YA TING LIAO

2021-10-08

2020-10-21

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=55266@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=55266@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.55266