Dissertação de Mestrado

Os plásticos desempenham um papel fundamental na melhoria da qualidade de vida, sendo amplamente empregados na fabricação de diversos produtos. Por essa razão, a busca por maior produtividade e a necessidade de racionalização de custos têm motivado a indústria a explorar novas alternativas para aprimorar as propriedades desses materiais. Uma dessas alternativas é a modificação das propriedades dos plásticos por meio da radiação ionizante, uma técnica que visa otimizar suas características e desempenho. A radiação ionizante, ao interagir com os polímeros, transfere energia aos átomos da cadeia polimérica, resultando em alterações permanentes em sua estrutura físico-química. Essas alterações podem levar à reticulação ou à cisão das cadeias poliméricas, processos que ocorrem simultaneamente e competem entre si. A predominância de um ou outro processo é determinada, principalmente, pela dose de radiação aplicada ao material. Neste estudo, os polímeros de poliamida 6 (PA 6), poliamida 6.6 (PA 6.6) e polipropileno (PP) foram irradiados com feixe de elétrons em doses de 100 kGy e 200 kGy, com o objetivo de avaliar se o processo de irradiação confere melhorias às propriedades mecânicas e térmicas dos materiais em questão. Os polímeros foram caracterizados por análises mecânicas (tensão de tração na ruptura, resistência à flexão e ensaio de tribologia), térmicas (termogravimetria, calorimetria exploratória diferencial e resistência ao fio incandescente) e espectroscopia vibracional por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados obtidos foram comparados com as propriedades das amostras não irradiadas. Os resultados de tensão de tração na ruptura revelaram que a PA 6 apresentou uma redução dessa propriedade quando irradiada, enquanto a PA 6.6 irradiada com dose de 200 kGy apresentou um aumento de 6,8%. Houve aumento na tensão no ponto de escoamento (yield) apenas para as amostras irradiadas de PA 6.6. O alongamento, no entanto, sofreu redução em todas as amostras estudadas após a irradiação. No ensaio de resistência à flexão, observou-se um aumento na propriedade para as amostras de PA 6 e PA 6.6 irradiadas. Nos ensaios de tribologia, a PA 6 demonstrou redução na média do coeficiente de atrito quando irradiada com ambas as doses estudadas. A PA 6.6 apresentou redução no coeficiente de atrito apenas quando irradiada com dose de 100 kGy, enquanto o PP apresentou aumento nessa propriedade com ambas as doses. Na análise de termogravimetria (TGA), foi possível observar aumento na temperatura de início de degradação (Tonset) apenas nas amostras de PA 6.6 irradiadas, sendo esse aumento mais significativo com a dose de 200 kGy. As análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostraram redução da temperatura de fusão (T_m) de todos os polímeros estudados após a irradiação. Com relação ao percentual de cristalinidade, houve aumento para as amostras de PA 6.6 e PP irradiadas com ambas as doses. No ensaio de fio incandescente, foi possível observar que a PA 6.6 irradiada com a dose de 200 kGy foi o único material aprovado nas três temperaturas testadas. Concluiu-se que a PA 6.6 apresentou o melhor desempenho quando submetida à radiação ionizante, com aumento de propriedades mais frequente em comparação à PA 6 e ao PP.

Plastics play a fundamental role in improving quality of life and are widely used in the production of various products. For this reason, the pursuit of greater productivity and the need for cost rationalization have motivated the industry to explore new alternatives to enhance the properties of these materials. One such alternative is the modification of plastic properties through ionizing radiation, a technique aimed at optimizing their characteristics and performance. When interacting with polymers, ionizing radiation transfers energy to the atoms of the polymer chain, resulting in permanent changes to their physicochemical structure. These changes may lead to crosslinking or chain scission, processes that occur simultaneously and compete with each other. The predominance of one process over the other is primarily determined by the radiation dose applied to the material. In this study, polyamide 6 (PA 6), polyamide 6.6 (PA 6.6), and polypropylene (PP) polymers were irradiated with electron beams at doses of 100 kGy and 200 kGy to evaluate whether the irradiation process improves the mechanical and thermal properties of these materials. The polymers were characterized through mechanical analyses (tensile strength at break, flexural strength, and tribology testing), thermal analyses (thermogravimetry, differential scanning calorimetry, and glow-wire resistance), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The results were compared with the properties of non-irradiated samples. Tensile strength results revealed that PA 6 exhibited a reduction in this property when irradiated, while PA 6.6 irradiated at 200 kGy showed an increase of 6.8%. An increase in yield stress was observed only for irradiated PA 6.6 samples. However, elongation decreased in all studied samples after irradiation. In the flexural strength test, an improvement was observed for irradiated PA 6 and PA 6.6 samples. In tribology tests, PA 6 showed a reduction in the average coefficient of friction when irradiated at both studied doses. PA 6.6 showed a reduction in the coefficient of friction only when irradiated at 100 kGy, while PP exhibited an increase in this property at both doses. In thermogravimetric analysis (TGA), an increase in the onset degradation temperature (Tonset) was observed only for irradiated PA 6.6 samples, with a more significant increase at 200 kGy. Differential scanning calorimetry (DSC) analyses revealed a reduction in the melting temperature (T_m) of all studied polymers after irradiation. Regarding the crystallinity percentage, there was an increase in irradiated PA 6.6 and PP samples at both doses. In the glow-wire test, only PA 6.6 irradiated at 200 kGy passed all three tested temperatures. It was concluded that PA 6.6 demonstrated the best performance when subjected to ionizing radiation, with more frequent property improvements compared to PA 6 and PP.