Production and Electrical Characterization of Low Density Polyethylene-based Micro- and Nano-dielectrics containing Graphene Oxide, Functionalized Graphene and Carbon Black additives

Oggigiorno la ricerca di nuovi materiali per gradatori di campo da impiegarsi in accessori di cavi ha iniziato a studiare alcuni materiali nano dielettrici con proprietà elettriche non lineari con la tensione ed aventi proprietà migliorate rispetto al materiale base. Per questo motivo in questo elaborato si sono studiati materiali nanostrutturati a base di polietilene a bassa densità (LDPE) contenenti nano polveri di grafene funzionalizzato (G*), ossido di grafene (GO) e carbon black (CB). Il primo obiettivo è stato quello di selezionare e ottimizzare i metodi di fabbricazione dei provini. La procedura di produzione è suddivisa in due parti. Nella prima parte è stata utilizzatala tecnica del ball-milling, mentre nella seconda un pressa termica (thermal pressing). Mediante la spettroscopia dielettrica a banda larga (BDS) si sono misurate le componenti reali e immaginarie della permettività e il modulo della conducibilità del materiale, in tensione alternata. Il miglioramento delle proprietà rispetto al provino di base composto dal solo polietilene si sono ottenute quando il quantitativo delle nanopolveri era maggiore. Le misure sono state effettuate sia a 3 V che a 1 kV. Attraverso misurazioni di termogravimetria (TGA) si è osservato l’aumento della resistenza termica di tutti i provini, soprattutto nel caso quando la % di nanopolveri è maggiore. Per i provini LDPE + 0.3 wt% GO e LDPE + 0.3 wt% G* si è misurata la resistenza alle scariche parziali attraverso la valutazione dell’erosione superficiale dei provini. Per il provino contenente G* è stato registrato una diminuzione del 22% del volume eroso, rispetto al materiale base, mentre per quello contenente GO non vi sono state variazioni significative. Infine si è ricercata la resistenza al breakdown di questi ultimi tre provini sopra citati. Per la caratterizzazione si è fatto uso della distribuzione di Weibull. Lo scale parameter α risulta aumentare solo per il provino LDPE + 0.3 wt% G*.

Extraction of antioxidants from corn by-products for applications in bio-based polymer matrices

The objective of this dissertation is the evaluation of the exploitability of corn cobs as natural additives for bio-based polymer matrices, in order to hone their properties while keeping the fundamental quality of being fully bio-derived. The first part of the project has the purpose of finding the best solvent and conditions to extract antioxidants and anti-degrading molecules from corn cobs, exploiting room and high-temperature processes, traditional and advanced extraction methods, as well as polar and nonpolar solvents. The extracts in their entirety are then analysed to evaluate their antioxidant content, in order to select the conditions able to maximise their anti-degrading properties. The second part of the project, instead, focuses on assessing chemical and physical properties of the best-behaving extract when inserted in a polymeric matrix. To achieve this, low-density polyethylene (LDPE) and poly (butylene succinate – co – adipate) (PBSA) are employed. These samples are obtained through extrusion and are subsequently characterised exploiting the DSC equipment and a sinusoidally oscillating rheometer. In addition, extruded polymeric matrices are subjected to thermal and photo ageing, in order to identify their behaviour after different forms of degradation and to assess their performances with respect to synthetically produced anti-degrading additives.