Efeito barocalórico em compósitos de poli(cloreto de vinila) flexível reciclado com grafite natural

Abstract

RESUMO: A demanda por sistemas de refrigeração mais eficientes em termos energéticos e menos nocivos ao meio ambiente tem promovido o surgimento de novas tecnologias. Uma alternativa promissora para o desenvolvimento de novos trocadores de calor é a utilização de refrigerantes sólidos baseados no efeito i-calórico, que envolve as mudanças reversíveis de temperatura e entropia observadas em materiais submetidos a uma ou mais variações de grandezas intensivas. Dentre os efeitos i-calórico, o efeito barocalórico (EBC) tem se mostrado mais promissor em termos de eficiência energética e custo de material. Apesar desse potencial poucos materiais foram investigados, diante disso, no intuito de buscar um material para aplicação em dispositivos de refrigeração de estado sólido, o objetivo deste trabalho foi investigar o EBC em materiais compósitos com matriz de poli(cloreto de vinila) flexível reciclado (PVCf) com cargas de grafite em flocos em concentrações de 5, 10, 20, 30 e 40%. Para tal, foram executadas medições diretas da variação adiabática de temperatura, determinação indireta da variação isotérmica de entropia e avaliação da condutividade relativa (k). A caracterização do PVCf e compósitos foi realizada através das técnicas de Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier por Reflexão Total Atenuada (FTIR-ATR); análises térmicas por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Termogravimetria (TG); densidade e propriedades mecânicas como dureza e módulo de elasticidade. Para o EBC, o polímero sem carga apresentou em uma temperatura de 333 K sob compressão de 218 Mpa um (fórmula) = 14,15 , um (fórmula) = 73,33 (fórmula) se caracterizando como um material de EBC gigante. A adição de cargas de grafite gerou um aumento na densidade, dureza, modulo elástico e condutividade térmica nos compósitos. Esse aumento da rigidez do material em função do reforço de grafite provocou uma redução no EBC. O compósito com concentração de 30% de grafite foi o mais efetivo, considerando um aumento de mais de 3 vezes na condutividade térmica em relação ao polímero e um EBC normalizado em relação à pressão, (fórmula) = 52,89 (fórmula) e (fórmula) = 0,24 (fórmula) kg K GPa em uma temperatura ambiente de 303 K.

ABSTRACT: The demand for more energy-efficient and less environmentally harmful cooling system has promoted the rise of new technologies. A promising alternative for the development of new heat exchangers is the use of solid refrigerants based on the i-caloric effect, which involves the reversible changes in temperature and entropy observed in materials subjected to one or more variations of intensive quantities. Among the i-caloric effects, the barocaloric effect (BCE) has shown the most promise in terms of energy efficiency and material cost. Despite this potential few materials have been investigated, therefore, in order to search for a material with suitability for solid-state cooling devices, the aim of this work was to investigate the BCE in composite materials with recycled flexible Poly(Vinyl chloride) (PVCf) enhanced with flake graphite in concentrations of 5, 10, 20, 30 and 40%. Thus, direct measurements of the adiabatic temperature change (Delta Ts), indirect determination of the isothermal entropy change (Delta St) and evaluation of the relative conductivity (k) were performed. The characterization of PVCf and composites were carried out using the techniques of Fourier Transform Infrared Spectroscopy by Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR); thermal analysis by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry (TG); density and mechanical properties such as hardness and modulus of elasticity. For the BCE the unfilled polymer presented at a temperature of 333 K under a compression of 218 MPa a (fórmula) = 14,15 ?? and (fórmula) = 73,33 (fórmula), characterized as a giant BCE. The addition of graphite fillers generated an increase in density, hardness, elastic modulus and k in the composites. The increment in material stiffness as a function of graphite fillers caused a reduction in BCE. The composite with 30% of graphite concentration were more effective, considering the 3x increase in the thermal conductivity of the polymer and a pressure normalized BCE of (fórmula) = 52,89 (fórmula) e (fórmula)|= 0,24 (fórmula) kg K GPa at room temperature of 303 K.