Abstract This paper uses a new kinetic modeling and simulations to analyse the effect of temperature on the polystyrene properties obtained by atom-transfer radical polymerization (ATRP). Differently from what has been traditionaly published in ATRP modeling works, it was considered “break” reactions in the mechanism aiming to reproduce the process at high temperatures. Results suggest that there is an upper limit temperature (130 °C), above which the polymer architecture loses the control. In addition, for the system considered in this work, the optimum operating temperature was 100 °C, because at this temperature polymer with very low polydispersity index is obtained, at considerable fast polymerization rate. Therefore, this present paper provides not only a tool to study ATRP processes by simulations, but also a tool for analysis and optimization, being a basis for future works dealing with this monomer and process.

Abstract In this study in situ bulk polymerization of L-lactide filled with layered double hydroxides (LDH) was investigated. Four different LDHs intercalated with two different organic anions (salicylate and sebacate) were synthesized and characterized. After characterization, these synthetic layered compounds were used as fillers in poly(L-lactide) (PLLA) nanocomposites with two different fillers’s loadings (1 wt% and 2 wt%). PLLA and PLLA nanocomposites were evaluated by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet and visible spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), dynamical mechanical analysis (DMA), flexural testing and differential scanning calorimetry (DSC). The results demonstrated that, compared to PLLA, the nanocomposite containing 1 wt% of Zn/Al salicylate transmitted less UVA and UVB light, while keeping a similar transparency in the visible region. Thermogravimetric analysis revealed that the nanocomposite with 1 wt% of Zn/Al salicylate exhibited the highest thermal stability. In general the flexural and dynamical mechanical properties were reduced in compassion to neat PLLA. DSC results, demonstrated that, compared to PLLA, all the nanocomposites exhibited lower glass transition temperature and melting temperature values.

resumo Neste trabalho avaliou-se a atividade antimicrobiana das nanopartículas de prata (AgNPs) incorporadas em membranas de acetato celulose (AC) e blendas de quitosana/poli-óxido de etileno (CTS/PEO) preparadas pelo método de eletrofiação. A formação das AgNPs previamente sintetizadas foi monitorada por UV-Vis e caracterizada por microscopia eletrônica de transmissão (MET). A distribuição de tamanho das AgNPs foi mensurada por espalhamento de luz dinâmico, com tamanho médio em torno de 20 nm. A presença das NPs na superfície das nanofibras eletrofiadas foi observada por microscopia eletrônica com emissão de campo (FEG) e confirmada por MET. A atividade antimicrobiana das membranas nanoestruturadas de AC e CTS/PEO foi avaliada pelo uso de bactérias Gram-positivas, tais como Staphylococcus aureus ATCC 29213 e Propionibacterium acnes ATCC 6919, e Gram-negativas, como Escherichia coli ATCC 25992 e Pseudomonas aeruginosa ATCC 17933. Os resultados microbiológicos mostraram a presença das AgNPs nas membranas de AC e CTS/PEO com significativa atividade antimicrobiana para Escherichia coli e Propionibacterium acnes, respectivamente.

abstract This study examines the antimicrobial activity of silver nanoparticles incorporated into nanostructured membranes made of cellulose acetate (CA) and blends of chitosan/poly-(ethylene oxide, CTS/PEO) and prepared by electrospinning. The formation of chemically synthesized Ag nanoparticles (AgNPs) was monitored by UV-visible spectroscopy (UV-Vis) and characterized by transmission electron microscopy (TEM). The size distribution of the AgNPs was measured by dynamic light scattering (DLS), with an average size of approximately 20 nm. The presence of AgNPs on the surface of electrospun nanofibers was observed by field emission electron microscopy (FEG) and confirmed by TEM. The antimicrobial activity of AgNPs incorporated into nanostructured membranes made of CA and CTS/PEO electrospun nanofibers was evaluated in the presence of both Gram-positive bacteria, such as Staphylococcus aureus ATCC 29213 and Propionibacterium acnes ATCC 6919, and Gram-negative bacteria, such as Escherichia coli ATCC 25992 and Pseudomonas aeruginosa ATCC 17933. Microbiological results showed that the presence of AgNPs in CA and CTS/PEO nanostructured membranes has significant antimicrobial activity for the Gram-positive bacteria Escherichia coli and Propionibacterium acnes.

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de nanocompósitos de poliestireno (PS) e hidróxido duplo lamelar (HDL) formado pelos cátions de ZnAl via polimerização in situ. O HDL utilizado neste trabalho foi modificado com uma mistura de dois ânions, laurato e palmitato. Para caracterização da estrutura e morfologia dos nanocompósitos sintetizados, foram realizadas análises por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). As caracterizações térmicas, mecânicas e de flamabilidade foram realizadas via análise termogravimétrica (TGA), ensaio de flexão e ensaio de flamabilidade, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que os nanocompósitos sintetizados possuem, de uma forma geral, uma morfologia intercalada/esfoliada com melhoras em suas propriedades térmicas e mecânicas, quando comparados com o PS puro. Entretanto, não foi observado melhora na propriedade de flamabilidade.

This work describes the synthesis and characterization of polystyrene (PS) and layered double hydroxide (LDH) nanocomposites formed by ZnAl cations via in situ polymerization. The LDH used in this study was modified with a mixture of two anions: laurate and palmitate. The characterization of structure and morphology for the synthesized nanocomposites was developed by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The thermal, mechanical and flammability characterizations properties were carried out via thermogravimetric analysis (TGA), bending test and flammability test, respectively. The results suggest that the nanocomposites have in general intercalated/exfoliated morphology with improvements in thermal and mechanical properties compared to the neat PS. However no significant improvement was observed on the flammability property.

Polystyrene/layered hydroxide salt (LHS) modified with sodium dodecyl sulfate was synthesized by in situ polymerization. The materials synthesized were characterized by gravimetry, X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry analyses (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and the flammability test (FT). XRD demonstrated that synthesized nanocomposites in all compositions studied showed poor global dispersion of LHS in polystyrene. TGA showed a slight decrease in thermal stability. DSC curves showed that the glass transition temperature of polystyrene and nanocomposites were similar. The FT showed that the nanocomposite with low load of LHS exhibited good results.

Este artigo utiliza simulações para estudar o processo de polimerização radicalar via transferência de átomo por meio da análise do comportamento das espécies químicas (polímeros "vivos", "dormentes" e "mortos"). Para isso, um modelo matemático foi desenvolvido usando o método dos momentos, e os dados experimentais da polimerização de estireno, obtidos da literatura, foram utilizados para validá-lo. A partir disto, foram obtidos perfis de concentração destas espécies, que foram posteriormente usados para obter as propriedades médias dos polímeros (Mn e IPD). As propriedades foram avaliadas em diferentes valores da costante deequilíbrio (Keq) e verificou-se que os valores na ordem de 10-7 e 10-9 proporcionam o melhor controle na estrutura dos polímeros. Esta pesquisa é, por isto, um ponto de partida para a escolha ideal do sistema catalítico, ligantes e iniciadores. Além disso, a técnica de modelagem apresentou-se como uma ferramenta de fácil implementação e bastante eficiente na análise do processo ATRP.

This article uses simulations to study the atom transfer radical polymerization by analyzing the behavior of the chemical species ("living", "dormant" and "dead" polymers). For this, a mathematical model has been developed using the method of moments, and experimental data from styrene polymerization, obtained from literature, were used to validate the model. From this point, the concentration profiles of all species were obtained, and later on, they were used to obtain the average properties of polymers (Mn and PDI). The properties were evaluated at different values of equilibrium constant (Keq) and it was found that values around 10-7 and 10-9 provide a better control in the structure of polymers. Therefore, this study is a starting point for selecting the optimal catalytic system, binders and initiators. In addition, the modeling technique presented as a useful tool, being very effective on the analysis of ATRP processes.

Nanocompósitos Esfoliados de Poliestireno (PS) e Hidróxido Duplo Lamelar (HDL) composto por zinco, alumínio e dodecil sulfato de sódio, como ânion interlamelar, foram sintetizados via polimerização in situ. O efeito de diferentes composições de HDL (0,5, 1, 3 e 5% em massa) foi avaliado. Os nanocompósitos obtidos foram caracterizados através de ensaios de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Análise Termogravimétrica (TGA). Os resultados obtidos através das análises de DRX e MET mostraram que todos os nanocompósitos produzidos apresentaram morfologia esfoliada. Os resultados das TGA, quando se utilizam 50% de perda de peso como ponto para comparação, apresentaram ganhos significativos de estabilidade térmica para todas as composições dos nanocompósitos em comparação ao poliestireno puro. Este comportamento possibilita uma vasta gama de aplicação destes novos materiais em diversos campos da indústria e pesquisa.

Exfoliated nanocomposites of polystyrene (PS) and layered double hydroxide (LDH) compound of zinc, aluminium and sodium dodecyl sulfate, as interlayer anion, have been synthesized via in situ polymerization. The effect from the LDH compositions (0.5, 1, 3, 5% weight) was studied. The nanocomposites were characterized by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Thermogravimetric Analysis (TGA). The XRD and TEM results showed an exfoliated morphology for the nanocomposites in all compositions. With the 50% weight loss taken as a reference, the TGA results indicated significant improvement in thermal stability for all compositions of the nanocomposites, in comparison to pure polystyrene. This is promising for the application of these new materials in many fields of industry and research.

O presente estudo utiliza um modelo matemático fenomenológico para simular um sistema de polimerização contínuo em dois estágios. Este sistema é composto por um reator contínuo tipo tanque agitado (CSTR), para pré-polimerização do monômero (primeiro estágio), associado em série a um reator tubular para conduzir a reação até elevados valores de conversão (segundo estágio). Um modelo detalhado, considerando variações axiais e radiais, assim como operação não-isotérmica, foi utilizado para simular o comportamento do reator tubular em diferentes situações. Um modelo de caracterização também foi desenvolvido para fornecer estimativas do peso molecular médio e do índice de polidispersão do polímero. Os resultados mostram que reações de polimerização conduzidas em sistemas contínuos de dois estágios fornecem um polímero com propriedades menos heterogêneas do que um polímero obtido em um sistema reacional composto por apenas um reator tubular. Além disso, quanto maior a viscosidade da mistura reacional alimentada ao reator tubular, mais homogêneo é o polímero obtido.

The present study uses a phenomenological model to simulate a continuous, two-stage polymerization process. This system is composed by a continuous stirred tank reactor (CSTR) for monomer pre-polymerization (first stage), connected to a tubular reactor (second stage) to carry out the reaction up to high conversion values. A comprehensive non-isothermal 2-D model (axial and radial variations) was used to predict the tubular reactor behavior. A polymer characterization model was also developed to provide estimates of the polymer average molecular weight and polydispersity. According to the results, polymerization reactions carried out in a continuous two-stage system provide a polymer with less heterogeneous properties than the one obtained in a single tubular reactor. Besides, it is possible to produce a more homogeneous polymer increasing the viscosity of the mixture fed in the tubular reactor.

Compósitos poliméricos (plásticos reforçados) são materiais formados a partir de um reforço (fase descontínua, normalmente uma fibra) e uma matriz polimérica. Esse tipo de material apresenta várias vantagens em relação aos materiais convencionais de engenharia. Entre os métodos de fabricação de compósitos poliméricos está o filament winding (filamento contínuo ou enrolamento filamentar), um processo empregado na fabricação de sólidos de revolução, como tubos e tanques. Neste trabalho, redes neurais artificiais, uma ferramenta computacional inspirada no funcionamento do cérebro humano, foram aplicadas ao processo de filament winding para predição do comportamento térmico de tubos compósitos durante a etapa de cura. Informações sobre o comportamento térmico das peças compósitas podem auxiliar na seleção do ciclo de cura, que é um dos desafios na obtenção de peças de qualidade e a um baixo custo. As redes neurais foram treinadas com dados obtidos através do modelo Lee-Springer. A metodologia foi validada com resultados experimentais da literatura.

Polymeric composites or reinforced plastics are materials made with a polymer matrix and a reinforcement. These materials have many advantages when compared to conventional engineering materials. Among the manufacturing methods for composite parts from continuous fiber reinforcement is the filament winding, often used to fabricate closed-surface structures such as tubes and tanks. In this work artificial neural networks, a computational tool inspired in the human brain, were applied in the filament winding process to predict the thermal behavior of composite tubes during the curing step. Information about the thermal behavior of composite parts may help in the selection of the appropriate cure cycle, which is one of the challenges in obtaining quality parts at low cost. Networks were trained with data obtained with the Lee-Springer model. The methodology was validated with experimental results from the literature.

The development of polymer resins can benefit from the application of neural networks, using its great ability to correlate inputs and outputs. In this work we have developed a procedure that uses neural networks to correlate the end-user properties of a polymer with the polymerization reactor's operational condition that will produce that desired polymer. This procedure is aimed at speeding up the development of new resins and help finding the appropriate operational conditions to produce a given polymer resin; reducing experimentation, pilot plant tests and therefore time and money spent on development. The procedure shown in this paper can predict the reactor's operational condition with an error lower than 5%.