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Diese Arbeit untersucht die Möglichkeiten, ortsaufgelöste (2D-) Lumineszenz als eine nicht-invasive Methode zur Charakterisierung des Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) Einkapselungsmaterials in Photovoltaik (PV) Modulen einzusetzen. Im Einzelnen wird gezeigt, dass aus nichtinvasiven Lumineszenzmessungen Aussagen erhalten werden können zu: (i) Auswirkungen der Alterungsbedingungen, Klima und Material, (ii) Nachweis bestimmter Fehlerarten, (iii) Überwachung des Produktionsprozess, (iv) Verbesserung von Lebensdauervorhersagen durch miniaturisierte Multi-Faktor-Alterung und (v) Aussagen über die Materialalterung. (i) Temperatur, UV-Strahlung und Sauerstoff werden als Hauptfaktoren identifiziert, die die Lumineszenz beeinflussen. Beschleunigte Alterung unter UV und Freibewitterung resultieren in ähnlichen Lumineszenzmustern und -Spektren, die sich von denen nach exklusiver thermischer Alterung unterscheiden. (ii) Insbesondere können Risse in Zellen nachgewiesen werden, darüber hinaus gibt es Anhaltspunkte, dass auch Korrosion und Delamination durch Lumineszenz nachweisbar sein könnten. (iii) Lumineszenz ist eine vielversprechende Methode, zerstörungsfrei den Vernetzungsgrad und die Homogenität zu bewerten. (iv) Für wirtschaftliche und effiziente Alterungstests wurde eine Multi-Faktor-Alterungs-Kammer entwickelt und getestet, die die Prüfung der gleichzeitigen Wirkung mehrerer Alterungsfaktoren ermöglicht. (v) Erstmals wird eine Korrelation der EVA-Lumineszenz zu anderen, insbesondere viskoelastischen Materialeigenschaften gezeigt. Es wird geschlossen, dass diffusionsbegrenzte Oxidation (DLO) im EVA zwischen Zelle und Glas eine inhomogene Materialdegradation verursacht. Perspektivisch werden Studien des komplexen Einflusses von Temperatur, UV-und Sauerstoff auf Materialalterung durch 2D-Lumineszenz in Kombination mit Multi-Faktor-Alterung aufgezeigt, ebenso wie die Möglichkeit einer Anwendung zur Bestimmung von apparenten Reaktionsraten aus Lumineszenzintensitätsprofilen. / This work examines the prospects of employing spatially resolved (2D-) luminescence as a non-invasive method for the characterization of the ethylene-vinyl-acetate (EVA) encapsulation material in photovoltaic (PV) modules. It is shown that information can be obtained related to the topics: (i) impact of aging conditions, climate and material, (ii) detection of specific types of failure modes, (iii) use to monitor the production process, (iv) improving service life prediction by miniaturized multi-factor aging and (v) statements about the material aging. (i) Temperature, UV radiation and oxygen are identified as main factors, which influence the luminescence. Accelerated aging under UV and outdoor weathering result in similar luminescence patterns and spectra, different from those after exclusive thermal aging. (ii) Specific failure modes, in particular cracks of the cells, can be detected. In addition, indications exist that corrosion and delamination might be detectable by luminescence. (iii) Luminescence is a promising method that allows non-destructive examination of the degree of crosslinking and the homogeneity in the PV module. (iv) For more economic and efficient aging tests a multi-factor-aging chamber was designed and tested which allows testing the simultaneous action of several aging factors. (v) For the first time, a correlation of EVA-luminescence to others, in particular viscoelastic, material properties, is demonstrated. From the inhomogeneous degradation patterns, it is concluded that diffusion limited oxidation (DLO) in the EVA between glass cell and causes an inhomogeneous material degradation. Interesting prospects emerge, e.g. studies of the complex influence of temperature, UV and oxygen on material aging by 2D-Luminescence using multi-factor-aging. In addition, the evaluation of intensity profiles, for example, regarding apparent reaction rates, is one of many promising applications.

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T13:43:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Romao_Wanderson_M.pdf: 3473303 bytes, checksum: 3ef4c09640bf5042dfcbfd4c110e4244 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Atualmente, o Brasil apresenta um dos maiores índices mundiais de reciclagem mecânica do poli (tereftalato de etileno), PET. O sucesso desse termoplástico na indústria de reciclagem deve-se à sua ampla diversidade de aplicações. As embalagens recicladas grau alimentício podem ser misturadas com a resina virgem e reprocessadas. Três metodologias foram estudadas para detectar a presença do PET pós-consumo graugarrafa (PETpc-btg) em PET virgem grau-garrafa (PETv-btg): calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectrometria de massas (MALDI-TOF MS) e Fluorescência de raios-X (XRF). Amostras de PETv-btg de três fabricantes foram analisadas: Braskem, Rhodia e Eastman. Amostras de PETpc-btg submetidas ao processo super-clean® também foram analisadas. Elas apresentam a mesma [h] do PETv-btg e foram fornecidas pela empresa Bahia PET. Amostras de PETv-btg Braskem e PETpc-btg foram misturadas e processadas em nosso laboratório em diversas proporções através de um misturador interno acoplado ao reômetro de torque. Os resultados de DSC mostram que a Tm, Tc, DCp e a cinética de cristalização são as principais propriedades térmicas que servem para diferenciar entre PETv-btg e PETpc-btg. Utilizando a técnica de MALDI-TOF MS aliado ao PCA (Análise Componentes Principais), foi possível distinguir as amostras em vários grupos. Esses grupos eram separados em função de alterações químicas como: variações na viscosidade intrínseca ([h] 0,80 e [h] = 0,65-60); submetidas e não submetidas a algum processo industrial; wt % de PETpc-btg em PETv-btg Braskem; e variação no processo de síntese do polímero (fabricante). A partir desses resultados foi possível construir um modelo de calibração, onde ele consegue distinguir entre uma amostra de PETv-btg e uma amostra de PETpc-btg. As medidas de XRF mostraram que alguns fabricantes utilizam mais de um catalisador para o processo de síntese do PETv-btg. A Braskem utiliza manganês e antimônio. Portanto, o modelo de previsão funciona para prever a wt % PETpc nas misturas que foram utilizadas na construção dele, como é o caso das resinas de PETv-btg Braskem e PETpc-btg. Observamos também, através das medidas de XRF, que o teor de Ferro presente no PET aumenta em função do processo de reciclagem. Esta variável poderá ser utilizada para a construção de um modelo quimiométrico abrangendo uma maior quantidade de variáveis / Abstract: Recently, Brazil recorded mechanical recycling of the poly (ethylene terepththalate), PET, the highest in the world, corresponding to about 53 wt %. This success in the recycling industry is due to the wide range of its applications, from textiles to packaging for the food industry. The recycled food-grade packaging could be mixed with virgin resin and reprocessing. Three methodologies were used to detect the presence of the bottle-grade post-consumption PET (PETpc-btg) in the bottle-grade virgin PET (PETv-btg): differential scanning calorimetry (DSC), x-ray fluorescence and matrix assisted laser desorption ionisation time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). PETv-btg samples were supplied by the manufacturers (Braskem, Rhodia and Eastman). Samples from a superclean ® process (Bahia PET Reciclagem) were also analysed. All samples had the same intrinsic viscosity values, [h]. Braskem PETv-btg and PETpc-btg samples were blended and processed in different proportions in our laboratory using a HAAKE mixer system. DSC results show that cristallization kinetics, heat capacity (DCp), melting and crystallization temperature are the principal thermal properties that can be used to distinguish between PETv-btg and PETpc-btg. MALDI-TOF MS results together with PCA (principal component analysis) was used to classify the samples into several groups: intrinsic viscosity changes ([h] 0,80 e [h] = 0,65-60); processed and not submitted to some industrial process; wt % PETpc-btg in the PETv-btg Braskem; synthesis process change (manufacturer). From these results, it was possible to creat a calibration model, that differentiated between PETv-btg and PETpc-btg resins. However, we were not able to forecast the percentage of PETpc-btg in the PETv-btg. A model can be made from processed samples where its Mw could be corrected for solid state polymerization or the super-clean® process. XRF results show that some manufacturers use one or more catalysts for PETv-btg synthesis. The Braskem resin is made using manganese and antimony catalysts. Therefore, the prediction model is valid only when the origin of the studied mixture is known, such as PETv-btg/PETpc-btg processed blends. For other resins, the prediction model does not work. The Braskem resin had characteristics distintct from the others. We observed also that the Fe concentration in PET increase in as a function of the recycling process. Therefore, this variable could be used, in the future work, to create chemometric models incluing a higher number of variables / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

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Orientadores: Ana Rita Morales. Maria Aparecida Marin-Morales / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T19:07:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Palsikowski_PaulaAlessandra_M.pdf: 11105258 bytes, checksum: 8fba42f89a892e4e1fd4741c459f3b74 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os polímeros biodegradáveis, como o PLA e o PBAT, são considerados uma opção viável para minimizar os efeitos do grande descarte de resíduos sólidos. Este trabalho apresenta o estudo da biodegradação em solo do poli (adipato-co tereftalato de butileno) (PBAT) e poli (ácido lático) (PLA) e de suas blendas compatibilizadas por um extensor de cadeia. As amostras foram caracterizadas mediante Difração de Raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), Calorimetria Diferencial Exploratória e Espectroscopia de Infravermelho (FTIR). Para avaliar a degradação, as amostras foram enterradas em solo em condições controladas em laboratório. As amostras degradadas foram regularmente retiradas de solo e analisadas por inspeção visual e pela alteração na massa molar por Cromatografia de Permeação em Gel (GPC). A biodegradabilidade destes materiais também foi avaliada pela quantificação da taxa de mineralização. Visualmente foram observadas mudanças na coloração, trincas e fragmentação. Após 360 dias de degradação foram observados apenas pequenos fragmentos de PBAT com manchas pretas, as blendas 25/75 e 75/25 estavam fragmentadas, enquanto que o PLA apresentou apenas trincas. A massa molar ponderal média do PLA foi a que mais diminuiu em 360 dias de degradação. Os resultados evidenciaram uma forte influência da presença do extensor de cadeia na massa molar do PBAT e das blendas. O PBAT apresentou a maior taxa de mineralização, seguido pela blenda 25/75, enquanto que a blenda 75/25 e o PLA apresentaram uma taxa de mineralização menor. As curvas do DSC e DRX revelaram um aumento na cristalinidade durante o processo de degradação. O FTIR mostrou pequenas variações nas bandas antes e depois da degradação. O estudo da ecotoxicidade dos resíduos resultantes da degradação dos polímeros no solo permitiu avaliar os efeitos citotóxicos, genotóxicos e mutagênicos por meio de bioensaios com o organismo teste Allium cepa germinado nos solos onde ocorreu a degradação dos materiais. Com base nos resultados obtidos, os materiais estudados não se mostraram fitotóxicos, genotóxicos e tampouco mutagênicos para as células meristemáticas. As blendas compatibilizadas do PLA com o PBAT não apresentaram vantagens no processo de biodegradação em relação ao polímeros originais / Abstract: Biodegradable polymers, as PLA and PBAT, are considered a feasible option to minimize the effects of high disposal of solid waste. This work presents the study of biodegradation in soil of poly (adipate co-terephthalate of butylene) (PBAT) and poly (lactic acid) (PLA) and their blends compatibilized with a chain extender. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). To evaluate the degradation, the samples were buried in soil in controlled laboratory conditions. Degraded samples were regularly taken from soil and analyzed by visual inspection and by the changes in molecular weight by Gel Permeation Chromatography (GPC). The biodegradability of these materials was assessed by quantifying the rate of mineralization. Visually it was observed changes in color, cracks and fragmentation. After 360 days of degradation it was observed only small fragments of PBAT stained in black, and the 25/75 and 75/25 blends were broken, while the PLA showed only cracks. The ponderal average molecular weight of PLA was the must decreased in 360 days of degradation. The results showed a strong influence of the chain extender presence in changing the molecular weight of PBAT and the blends. The PBAT shows the higher mineralization rate, followed by the 25/75 blend, while the 75/25 blend and the PLA had a lower mineralization rate. The DSC and DRX curves revealed an increase of crystallinity during the degradation process. The FTIR showed slight changes at bands before and after degradation. The study of ecotoxicity of residues resulting from polymers degradation in soil allowed evaluate the citotoxy, genotoxy and mutagenic effects by the bioassays using the test organism Allium cepa germinated in soils where degradation of the materials took place. Based on the obtained results, the studied materials were not fitotoxic, genotoxic nor mutagenic for meristematic cells. The compatibilized blends of PLA with PBAT showed no advantage in the biodegradation process in relation to the original polymers / Mestrado / Mestra em Engenharia Química

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[pt] Os copolímeros de poliacrilamida desempenham um papel importante na recuperação avançada de petróleo, cuja utilização visa o aumento da produção de óleo. A avaliação do polímero na água produzida é, portanto, necessária para monitorar a operação do campo petrolífero e para questões ambientais. Entretanto, tal avaliação é desafiadora devido à complexidade da matriz e à possível degradação da macromolécula durante o processo. Entre os diferentes métodos para determinação de polímero, o carbono orgânico total (TOC, do inglês total organic carbon) é vantajoso em comparação com outros métodos reportados na literatura devido ao seu baixo custo, fácil operação e curto tempo de análise. Devido a isso, um método de análise por TOC foi desenvolvido para a determinação do teor de poliacrilamida, e a influência da salinidade, massa molar e dois tipos de degradação química (hidrólise e por Fe2+/O2) na quantificação do polímero por este método foram exploradas neste trabalho. Medidas reológicas, análises de ressonância magnética nuclear (RMN) e de espectroscopia de infravermelho (ATR-FTIR, do inglês Fourier-transform infrared with attenuated total reflectance) também foram realizadas com o intuito de avaliar a degradação. A quantificação do polímero na presença de diferentes teores de sal não foi afetada. De modo similar, as diferentes massas molares dos polímeros não afetaram os resultados das análises por TOC. O grau de hidrólise dos polímeros foi confirmado por 13C RMN e ATR-FTIR, enquanto medidas reológicas confirmaram a degradação por Fe2+/O2. Notavelmente, ambos os mecanismos de degradação investigados não impactaram a determinação de poliacrilamida. Para todos os fatores avaliados, os erros não ultrapassaram 8 por cento. Assim, os resultados obtidos destacam o método TOC como adequado e confiável para a determinação de poliacrilamida com boa exatidão, conferindo-lhe um potencial de aplicação para análises de amostras reais. / [en] Polyacrylamide copolymers play an important role in enhanced oil recovery (EOR), whose widespread use aims to improve oil production. Assessment of polymer in the produced water is thus required for monitoring the oilfield operation and for environmental concerns. However, this task is challenging due to the matrix complexity and the possible degradation of the macromolecule during the process. Among the different methods for polymer determination, total organic carbon (TOC) is advantageous in comparison to others reported in the literature because of its low cost, easy operation and short analysis time. Due to this, a TOC method was developed for the determination of polyacrylamide content, and the influence of salinity, molar mass, and two types of chemical degradation (by hydrolysis and Fe2+/O2) on the polymer quantification through this method were explored in this work. Rheological measurements, NMR and ATR-FTIR analyses were also carried out to evaluate the extent of degradation. The polymer quantification was not affected in the presence of different salt contents. Similarly, analyses of samples with different molar masses did not affect TOC results. The hydrolysis degree of the polymers was confirmed by 13C NMR and ATR-FTIR, while rheological measurements confirmed degradation by Fe2+/O2. Noticeably, both degradation mechanisms investigated did not impair polyacrylamide determination. For all factors evaluated, the errors were never greater than 8 percent. The results obtained highlight the TOC as a suitable and reliable method for the determination of polyacrylamide with good accuracy, showing its potential application in the analysis of real samples.

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