As últimas estimativas da Organização Mundial da Saúde mostram a ocorrência de 14,1 milhões de novos casos de câncer em 2012. Sendo que desses casos, 8,2 milhões virão a óbito. Os tumores paravertebrais e intracraniais, também chamados de cânceres do Sistema Nervoso Central, tem origem no cérebro, nervos cranianos e meninges. Uma nova modalidade de braquiterapia começou a ser usada nesta última década. Neste procedimento, placas poliméricas flexíveis, carregando fósforo-32, são colocadas próximas ou em contato ao tumor para o tratamento. Este tratamento apresenta vantagens em relação aos demais porque aplica uma alta taxa de dose no tumor poupando tecidos sadios. A produção destas placas ainda é pouco estudada, embora já existam resultados satisfatórios no seu uso para o tratamento dos cânceres do sistema nervoso central. Neste trabalho foram realizados estudos iniciais para a produção deste tipo de placas poliméricas para braquiterapia. Foram avaliadas as propriedades mecânicas e a capacidade de imobilização de material radioativo de duas resinas comercias, uma poliuretânica e outra epoxídica, com e sem presença de substrato de policarbonato. Os testes iniciais apontaram o uso da resina epoxídica como melhor alternativa e com o uso dela foram feitos os primeiros protótipos e testes. O uso do policarbonato como substrato não foi necessário em uma das metodologias, facilitando o procedimento, mas oferecendo uma barreira menor de segurança. Os ensaios de tração mostraram que a adição de solução ácida à resina epóxi alterou suas características mecânicas, mas houve uma pequena melhora em sua flexibilidade. Os testes de adesão evidenciaram uma melhor adesão da resina à face texturizada do policarbonato. A termogravimetria mostrou que a solução ácida adicionada a resina fica presa à estrutura mesmo com elevações de temperatura acima de 100°C. A resina epoxídica utilizada teve a capacidade de incorporar o material radioativo em forma de solução ácida e manter-se estanque após testes de esfregaço e imersão em líquido quente. De acordo com os resultados obtidos, a produção destas placas com resina epoxídica é possível e atende às normas internacionais de segurança contra vazamento de material radioativo para fontes utilizadas em braquiterapia. / The latest estimates of the World Health Organization show the occurrence of 14.1 million new cases of cancer in 2012. From these cases, 8.2 million will come to death. The paraspinal and intracranial tumors, also called central nervous system cancers, are originated in the brain, cranial nerves and meninges. A new brachytherapy modality began to be used in the last decade. In this procedure, flexible, polymeric plaques carrying phosphorus-32 are placed in contact or close to the tumor for treatment. This treatment has advantages over others because it applies a high dose rate in the tumor sparing healthy tissues. The production of these plaques is not well known, although there are satisfactory results in its use for the treatment of central nervous system cancers. This work carried out initial studies for the production of this type of polymer plaques for brachytherapy. The mechanical properties and immobilization capacity of radioactive material, from two commercial resins, epoxy and polyurethane, with or without the presence of polycarbonate as substrate were evaluated. Initial tests showed the use epoxy resin as the best alternative and the first prototypes and tests with use of it were made. The use of polycarbonate as a substrate was not required on one of the methodologies, facilitating the procedure but offering a lower security barrier. The tensile tests showed that addition of acid to the epoxy resin solution changed its mechanical properties, but there was a small improvement in flexibility. Adhesion tests showed better adhesion of the resin to the textured surface of the polycarbonate. The thermogravimetric analysis showed that the acid solution added to the resin structure is sealed even with temperature rises above 100°C. The epoxy resin used has the ability to incorporate the radioactive material in the form of acid solution and remain tight after wiping and immersion in hot liquid tests. According to the results, the production of these plaques with epoxy resin is possible and meets international safety standards for leakage of radioactive material in radioactive sources used in brachytherapy.

As últimas estimativas da Organização Mundial da Saúde mostram a ocorrência de 14,1 milhões de novos casos de câncer em 2012. Sendo que desses casos, 8,2 milhões virão a óbito. Os tumores paravertebrais e intracraniais, também chamados de cânceres do Sistema Nervoso Central, tem origem no cérebro, nervos cranianos e meninges. Uma nova modalidade de braquiterapia começou a ser usada nesta última década. Neste procedimento, placas poliméricas flexíveis, carregando fósforo-32, são colocadas próximas ou em contato ao tumor para o tratamento. Este tratamento apresenta vantagens em relação aos demais porque aplica uma alta taxa de dose no tumor poupando tecidos sadios. A produção destas placas ainda é pouco estudada, embora já existam resultados satisfatórios no seu uso para o tratamento dos cânceres do sistema nervoso central. Neste trabalho foram realizados estudos iniciais para a produção deste tipo de placas poliméricas para braquiterapia. Foram avaliadas as propriedades mecânicas e a capacidade de imobilização de material radioativo de duas resinas comercias, uma poliuretânica e outra epoxídica, com e sem presença de substrato de policarbonato. Os testes iniciais apontaram o uso da resina epoxídica como melhor alternativa e com o uso dela foram feitos os primeiros protótipos e testes. O uso do policarbonato como substrato não foi necessário em uma das metodologias, facilitando o procedimento, mas oferecendo uma barreira menor de segurança. Os ensaios de tração mostraram que a adição de solução ácida à resina epóxi alterou suas características mecânicas, mas houve uma pequena melhora em sua flexibilidade. Os testes de adesão evidenciaram uma melhor adesão da resina à face texturizada do policarbonato. A termogravimetria mostrou que a solução ácida adicionada a resina fica presa à estrutura mesmo com elevações de temperatura acima de 100°C. A resina epoxídica utilizada teve a capacidade de incorporar o material radioativo em forma de solução ácida e manter-se estanque após testes de esfregaço e imersão em líquido quente. De acordo com os resultados obtidos, a produção destas placas com resina epoxídica é possível e atende às normas internacionais de segurança contra vazamento de material radioativo para fontes utilizadas em braquiterapia. / The latest estimates of the World Health Organization show the occurrence of 14.1 million new cases of cancer in 2012. From these cases, 8.2 million will come to death. The paraspinal and intracranial tumors, also called central nervous system cancers, are originated in the brain, cranial nerves and meninges. A new brachytherapy modality began to be used in the last decade. In this procedure, flexible, polymeric plaques carrying phosphorus-32 are placed in contact or close to the tumor for treatment. This treatment has advantages over others because it applies a high dose rate in the tumor sparing healthy tissues. The production of these plaques is not well known, although there are satisfactory results in its use for the treatment of central nervous system cancers. This work carried out initial studies for the production of this type of polymer plaques for brachytherapy. The mechanical properties and immobilization capacity of radioactive material, from two commercial resins, epoxy and polyurethane, with or without the presence of polycarbonate as substrate were evaluated. Initial tests showed the use epoxy resin as the best alternative and the first prototypes and tests with use of it were made. The use of polycarbonate as a substrate was not required on one of the methodologies, facilitating the procedure but offering a lower security barrier. The tensile tests showed that addition of acid to the epoxy resin solution changed its mechanical properties, but there was a small improvement in flexibility. Adhesion tests showed better adhesion of the resin to the textured surface of the polycarbonate. The thermogravimetric analysis showed that the acid solution added to the resin structure is sealed even with temperature rises above 100°C. The epoxy resin used has the ability to incorporate the radioactive material in the form of acid solution and remain tight after wiping and immersion in hot liquid tests. According to the results, the production of these plaques with epoxy resin is possible and meets international safety standards for leakage of radioactive material in radioactive sources used in brachytherapy.

Este trabalho teve por objetivo a construção de um equipamento capaz de realizar medidas de espalhamento de luz estático de amostras submetidas a processos dinâmicos induzidos por varredura de temperatura. Para a construção foram utilizados: fonte de raios laser tipo íon argônio, sistema de amostragem por nós construído, sistema de detecção e controle envolvendo computador tipo PC-AT e interface, a qual viabilizou o controle de varredura de temperatura, medidas absolutas de temperatura, medidas relativas da intensidade de luz espalhada e medidas relativas da intensidade de luz incidente. O equipamento mostrou-se adequado à realização de medidas de luz espalhada, caracterizado por uma alta eficiência de ampliação e reprodutibilidade de dados com uma incerteza máxima de 4% nos experimentos envolvendo controle de tempo, temperatura, ângulo de espalhamento e intensidade de luz detectada. O equipamento foi aplicado ao acompanhamento do processo de cura de 1,4-butanodiol diglicidil éter (DGEB) com anidrido cis-l,2-ciclohexanodicarboxílico (CH), usando trietilamina (TEA) como iniciador. A mostras com as mesmas composições que aquelas analisadas por espalhamento de luz haviam sido previamente analisadas por análise térmica (DSC). O tratamento aplicado aos resultados de espalhamento de luz, para a obtenção dos fatores de conversão relativa, é similar ao tratamento usual aplicado para os dados obtidos por DSC, tendo sido comparados os resultados obtidos por ambas as técnicas. F oi apresentada a possibilidade de determinação, por medidas de espalhamento de luz, do momento em que o sistema reativo atinge o ponto gel. / An equipment capable of static light scattering measurements with temperature scanning has been built. The apparatus consists of an argon ion laser source; a sampling system, a data acquisition and controlling system using a PC-AT compatible computer and an interface which allows: scanning temperature control; absolute temperature measurements; relative intensity of light scattering measurements and relative intensity of the incident light measurements. The equipment proved to be adequate for the acquisition of light scattering data, and is characterized by a high amplification efficiency and data reprodutibility with a maximum uncertainty of 4% in the experiments involving time control, temperature, scattering angle and detected light intensity.

As aplicações comerciais e científicas das resinas epoxídicas dependem diretamente da combinação entre resina/endurecedor/acelerador, tornando-o um sistema reativo bastante complexo, cuja determinação dos seus parâmetros de cura é um problema multivariável de tempo, temperatura e concentração de reagentes. É necessário o conhecimento de suas etapas de cura e de seu mecanismo cinético para obtenção das melhores propriedades mecânicas, elétricas e térmicas, com a finalidade de conseguir uma resina epoxídica de alto desempenho. As técnicas analíticas comumente empregadas na determinação da cura de resinas epoxídicas como também de diversas outras resinas poliméricas são: a calorimetria exploratória diferencial (DSC) e a análise dinâmico-mecânica (DMA). Neste trabalho, dois sistemas reativos foram analisados: o primeiro, resultante da combinação de resina DGEBA com endurecedor à base de amina alifática; o segundo composto pela resina DGEBA reagida com endurecedor à base de anidrido e catalisado por amina terciária. É apresentada a metodologia empregada na determinação dos parâmetros cinéticos para os dois sistemas epóxi utilizando a análise por DSC isotérmica e não isotérmica, a técnica DMA isotérmica, e como complementos análises isotérmicas por análise reológica e análise dielétrica (DEA) para determinação dos tempos de gelificação e vitrificação que caracterizam cada um dos distintos estágios de cura. Enquanto o sistema epóxi-amina se caracteriza por uma cinética de reação rápida, o sistema epóxi-anidrido apresenta cinética de reação lenta, sendo necessária a adição do acelerador para acelerar a reação, que é otimizada em altas temperaturas. O modelo cinético de Sourour-Kamal e o método Isoconversional foram aplicados respectivamente aos dados experimentais isotérmicos e não-isotérmicos de DSC para obtenção de constantes de reação do sistema. Os resultados encontrados apresentaram excelente concordância com o descrito na teoria de que é possível detectar estágios de cura pelas técnicas de análise dielétrica e dinâmico-mecânica. Também é possível comprovar a eficácia do modelo de Sourour-Kamal, pois apresenta um excelente ajuste com os dados experimentais, enquanto o método Isoconversional, é eficiente na previsão do tempo de cura isotérmico de resinas epoxídicas a partir de dados experimentais não-isotérmicos. As energias de ativação encontradas para as resinas epóxi-amina e epóxi-anidrido tem correspondência com o descrito na literatura. Conclui-se que as técnicas analíticas utilizadas neste trabalho são complementares entre si. / The commercial and scientific applications of epoxy resins depend upon the combination between resin/curing agents/catalyst, turning it a reactive system relatively complex, whose cure parameters determination is a multivariable problem of time, temperature and reagents concentration. It is necessary the knowledge of its curing kinetics mechanism to obtain the best mechanical, electrical and thermal properties, aiming at get high performance epoxy resins. The analytical techniques mostly used in cure determination of epoxy resins as well as in other polymeric thermoset resins are the Differential Scanning Calorimetry (DSC) and the Dynamic Mechanical Analysis (DMA). In this work, two reactive systems were analyzed: the first, based on DGEBA resin with aliphatic amine hardener; the second, composed by DGEBA resin cured by anhydride hardener and tertiary amine catalyst. It is presented the methodology used to determinate the kinetics parameters for the two epoxy systems utilizing isothermal and non-isothermal analysis by Differential Scanning Calorimetry; isothermal analysis by Dynamic Mechanical Analysis, and complementarly Rheological analysis and Dielectric Analysis for determining gelation and vitrification times which describe each one of distinct cure steps. The epoxy-amine system is characterized by a fast reaction kinetic, while the epoxy-anhydride system presents low reaction kinetic, being necessary the addiction of a catalyst for accelerating the reaction, which is improved at high temperatures. The kinetic model of Sourour-Kamal and the Isoconversional method were applied to obtain the kinetics parameters to the isothermal and non-isothermal DSC data, respectively. The experimental results presented good agreement with the theory, making possible to detect the cure stages by dielectric and dynamic mechanical analyses. It is also observed the efficiency of Sourour- Kamal model, because it presented an excellent fitting with the experimental data, while the Isoconversional method is efficient to predict the isothermal cure time by the non-isothermal experimental data. The calculated activation energies for both epoxy-amine and epoxyanhydride resins have agreed with the literature values. The DMA and DEA analytical techniques are complementary between themselves.

Neste trabalho foi realizado o estudo térmico, cinético e dielétrico durante a cura de um compósito constituído de uma matriz de resina epóxi-anidrido e de talco como carga modificadora das características dielétricas e mecânicas da matriz polimérica. Foram analisadas também as propriedades dinâmicas mecânicas e morfológicas dos compósitos completamente curados. O interesse na investigação das características térmicas, cinéticas e dielétricas visou encontrar correlação entre essas características e as propriedades dinâmicas mecânicas finais dos compósitos. Foram estudados os compósitos com diferentes concentrações de carga, variando de 0 a 10% m/m, utilizando as técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), de análise dielétrica (DEA), análise termomecânica dinâmica (DMTA) e análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados da análise DSC foram analisados por método isotérmico (modelo de Sourour-Kamal modificado) e por método dinâmico (modelo isoconversional). Os resultados da análise da cura dos compósitos mostraram que a concentração da carga retarda o processo de cura, conforme observado pela análise dielétrica; a temperatura de transição vítrea do compósito curado apresentou valores mínimos nas concentrações de 7 e 10%, enquanto que a análise térmica dinâmica previu que a energia de ativação aumenta com o grau de conversão. Os resultados da análise termomecânica dinâmica mostraram o aumento no módulo de armazenamento a 25ºC de 2,1 GPa (0% talco) a 3,3 GPa (10% talco), indicando haver o efeito reforçador do talco sobre a matriz polimérica. As micrografias dos compósitos foram um excelente recurso para estudar suas morfologias e se correlacionam com os resultados cinéticos e mecânicos. / In this work we performed the thermal, kinetics, dielectrical and morphological studies on the curing of a hybrid composite material composed of epoxy-anhydride matrix and talc as modifier agent of the dielectrical and mechanical properties of the polymer matrix. It also was studied the dynamic mechanical properties of the full-cured composite materials. This investigation aimed to correlate the thermal, kinetics, and dielectrical characteristics of the curing material with their final mechanical properties. Composite materials with different talc concentrations were studied in the range from 0% up to 10% w/w, employing the Differential Scanning Calorimetry (DSC), the Dielectric Analysis (DEA), Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) and Microscopy Electron Scanning (SEM) techniques. The DSC experimental results were analyzed through the isothermal method (Modified Sourour-Kamal model) and the dynamic method (Isoconversional model). The cure analysis results of the composite specimens showed the talc acting as a cure retardant as observed from DEA results; the glass transition temperature of the full-cured composite materials showed minimum values at talc concentrations of 7 and 10%, while the dynamic thermal analysis predicted the activation energy is increasing with the conversion degree. The DMTA results exhibited the storage modulus at 25ºC increases from 2.1 GPa for the matrix without talc up to 3.3 GPa at 10% talc concentration composite, thus indicating the reinforcement role of the talc on the polymer matrix. The composites micrographs were an excellent resource for study their morphologies and for correlation of kinetics and mechanical results.

Compósitos desenvolvidos a partir da incorporação de rejeitos industriais além de serem mais uma opção disponível às mais diversas aplicações, podem promover a redução de passivos ambientais gerados durante anos. Visando atender à essas questões, foram desenvolvidos compósitos com matriz de resina epóxi carregados com rejeito de scheelita nas proporções de 1%, 5%, 10%, 20 % e 30%. Para tanto, o rejeito de scheelita foi, inicialmente, caracterizado por meio de FRX, DRX e MEV. Já a resina epóxi foi analisada por meio de FTIR antes e após a cura. Duas condições de cura foram adotadas para a confecção dos corpos de prova, uma realizada somente a temperatura ambiente e outra executada à temperatura ambiente com uma etapa de pós cura térmica realizada a 80°C por 5 horas. Os corpos de prova foram moldados por casting em molde de silicone e as proporções foram calculadas em volume. A massa específica dos compósitos foi determinada. Para caracterizar o desempenho mecânico das composições foram realizados ensaios de tração e ensaios de dureza os quais evidenciaram que as frações de carga mineral influenciam positivamente o módulo de elasticidade e a dureza e afetam negativamente a resistência à tração. Os parâmetros Ra, Rq e Rz foram medidos e considerados na caracterização do acabamento superficial. Ensaios de deslizamento com a configuração pino contra disco foram realizados para caracterizar o desempenho tribológico dos compósitos que geraram respostas de coeficiente de atrito e profundidade da trilha do desgaste. Os corpos de prova em forma de disco foram confeccionados com os diferentes compósitos e como pinos foram utilizadas esferas de aço AISI 52100. O compósito com 10% de carga apresentou o melhor desempenho tribológico com coeficiente de atrito variando entre 0,1 e 0,4 e profundidade da trilha do desgaste entre 25 e 50 µm. As imagens de MEV realizadas nas superfícies de ruptura dos corpos de prova de tração e nas superfícies desgastas dos discos utilizados nos ensaios pino contra disco revelaram desprendimento de material e partículas soltas sugerindo baixa adesão interfacial carga/matriz. De modo geral, as respostas obtidas estão de acordo com o que expressa a literatura. / Composites that incorporate industrial waste are an option for a wide range of applications and can also reduce the environmental passive generated over years. To address these issues, composites of epoxy resin loaded Scheelite Tailings in proportions of 1%, 5%, 10%, 20% and 30% were developed. For this, the Scheelite Tailings was characterized by XRF, XRD and SEM. The epoxy resin was analyzed by FTIR before and after curing. Two curing conditions were used for the preparation of the test specimens, at ambient temperature and the other at room temperature with a post-curing step at 80 ° C for 5 hours. The specimens were molded by casting in silicone mold and the proportions were calculated by volume. The specific mass was determined. The mechanical performance of the compositions was characterized by tensile and hardness tests which, the results showed that the mineral filler fractions generate positive effect on the Young\'s modulus and hardness and negative effect on the tensile strength. The parameters Ra, Rq and Rz were measured and considered as characterization of the surface finishing. Sliding tests with the pin on disk configuration were performed to characterize the tribological performance of the composites that generated friction coefficient responses and depth of the wear track. The disk specimens were made with the different compositions and the pins were AISI 52100 steel balls. The composite with 10% of scheelite tailings presented the best tribological performance with coefficient of friction varying between 0.1 and 0.4 and depth of the wear track between 25 and 50 50 µm. The SEM images performed on the tensile test specimen rupture surfaces and on the wear surfaces of the disks used in the pin to disk tests indicate release of material and loose particles suggesting low interfacial adhesion of mineral filler/matrix. In general, the answers obtained are in agreement with what is expressed in the literature.

Orientador: Ruis Camargo Tokimatsu / Resumo: Ao longo das duas últimas décadas, a contribuição da manufatura aditiva passou da confecção de um mero protótipo de um produto, no início de seu desenvolvimento, para a confecção de qualquer produto direto, presente em todos os setores industriais. Com este avanço, diferentes tecnologias da manufatura aditiva surgiram com o intuito de melhorar alguns parâmetros de produção. Neste meio, a tecnologia de impressão tridimensional 3DP, por consequência de suas várias características intrínsecas, se destaca para atender o setor biomédico, através da técnica de biomodelagem, que contribuem imensamente de forma didática e prática para a performance de cirurgias. Porém, há algumas limitações finais nas peças obtidas por esta tecnologia que devem ser contornadas, focando-se no tratamento adicional necessário destas peças, o pós-processamento, de modo a aprimorá-las, conferindo então sucesso ao destino destas. Neste trabalho, adotou-se a tecnologia de manufatura aditiva 3DP para estudar como a adição de diferentes agentes infiltrantes influenciam no acréscimo de densidade aparente e resistência mecânica de amostras feitas de componentes de gesso, constituídas por corpos de prova cilíndricos e prismáticos, de modo a simular a melhor composição para biomodelos. Para isto, o pós-processamento foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foram aplicados separadamente nas amostras, quatro tipos de adesivos à base de etilcianocrilato, por gotejamento, e um à base de epóxi, por moldagem com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-08T20:13:29Z No. of bitstreams: 1 ARTUR SOARES CAVALCANTI LEAL – TESE (PPGEP) 2015.pdf: 3350275 bytes, checksum: 82c914b993b5ca424066ec905959c6f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T20:13:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARTUR SOARES CAVALCANTI LEAL – TESE (PPGEP) 2015.pdf: 3350275 bytes, checksum: 82c914b993b5ca424066ec905959c6f6 (MD5) Previous issue date: 2015-07-29 / CNPq / O uso de sistemas epoxídicos no campo da moderna tecnologia industrial, aliado aos materiais nanocompósitos tem sido extensivamente estudado nos últimos anos. As ligas com efeito de memória de forma (LMF) inseridos em matriz poliméricas a base de resina epóxi e argila organofílica podem formar estruturas exageradamente denominadas “compósitos inteligentes”. Esse desenvolvimento tecnológico vem ocorrendo devido à necessidade de utilização de materiais com propriedades especiais, não encontradas em um único material, mas que podem ser obtidos pela combinação de diversos outros, originando propriedades singulares. O estudo do comportamento térmico de fios de Ni-Ti incorporados em nanocompósitos aquecidos por efeito Joule utilizando a técnica de termografia de infravermelho, assim como a modelagem e simulação, visando desenvolver e otimizar compósitos ativos para controle de vibração mecânica é de grande interesse e originalidade. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivos avaliar o efeito térmico teórico-experimental em fios de Ni-Ti embebidos em nanocompósitos poliméricos a base de resina epóxi e argilas organofílicas comercial, aquecidos por efeito Joule. O foco principal está na caracterização térmica dos compósitos híbridos através da simulação numérica com auxílio do software ANSYS CFX. Para tanto, nanocompósitos poliméricos foram obtidos para receber fios de Ni-Ti. O modelo matemático utilizado reproduziu o fenômeno de transferência de calor no interior da resina, obtendo resultados coerentes e aproximados aos resultados obtidos experimentalmente. A adição de argila na composição química da amostra apresentou influência proporcional ao aquecimento por efeito Joule. A localização dos fios na matriz, o teor de argila e o coeficiente de transferência de calor assim como a fração volumétrica de fios afetam a distribuição da temperatura no interior do compósito. / Use of the epoxy systems in the area and performance of modern industry technology, combined with the nanocomposite materials has been extensively studied in recent years. The Shape Memory Alloy (SMA) wire embedded in polymer matrix with epoxy resin and organoclay may form an exaggeratedly named structure “smart composites”. This technological development occurred due necessary use of materials with special properties not found in a single material, but can be obtained by combining others material, craving unique properties. The study the thermal behavior of wires of the wire Ni-Ti incorporated in to nanocomposites heated by Joule effect using infrared thermography technique, modeling and simulation, in order to develop and optimize composites for mechanical active vibration control is of great interest and originality. In this context the present study evaluate the theoretical and experimental thermal effect in Ni-Ti wires embedded in polymer nanocomposites epoxy/organoclay commercial organoclays, heated by Joule effect. For both, polymer nanocomposites were obtained for receiving the Ni-Ti wire, the temperature distribution of wires embedded in polymer nanocomposites, using infrared thermography technique and simulation using ANSYS CFX commercial software were evaluated. The mathematical model used reproduced the phenomenon of heat transfer in the resin, aproximate efficiency consistent results and the results obtained experimentally. The addition of clay in the chemical composition of the sample had proportional influence to heating by Joule effect. The locations of the wires in the matrix, the clay and the heat transfer coefficient as well as the volume fraction affect the temperature distribution with in the composite.

No fim do século XX cresceu o interesse por materiais com potencial para aplicação na área da nanotecnologia. Um destes materiais é o grafeno (alótropo do carbono da espessura de um átomo), indicado para aplicações que exploram desde propriedades ópticas até mecânicas. Todavia, os métodos de produção estabelecidos até o momento geram normalmente um produto com alto grau de defeitos estruturais. Por isso, o objetivo deste estudo foi desenvolver um método mais brando para obtenção de grafeno, por meio do desenrolamento de nanotubos de carbono (NTC) de parede múltipla na presença de líquidos iônicos (LI) (que possuem caráter lubrificante e estabilizador) e adicioná-lo à resina epoxídica para avaliar seu efeito nas propriedades do nanocompósito. A metodologia consistiu em definir a rota a que a mistura NTC:LI (bis(trifluorometanosulfonil)imidato de 1-n-butil-3-metilimidazólio – BMImNTf2), na proporção 1:10, deveria ser submetida e depois avaliar variações para validação do método (alteração de temperatura, solventes – LI BMImCl e tolueno e nanocarga – grafite). As misturas de grafeno-NTC/LI produzidas foram adicionadas na proporção de 0,1% em massa de grafeno-NTC à resina epoxídica. A caracterização das misturas se deu pelas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia Raman e microscopia de força atômica (AFM), e dos nanocompósitos, também por microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC), infravermelho (IV) análise dinâmico-mecânica (DMA) e ensaios mecânicos. A morfologia observada em MET e AFM evidenciou que a rota em que a mistura permaneceu 3 h em aquecimento e agitação magnética sob vácuo e 3 h sob sonificação resultou em grafeno de algumas camadas. Os resultados de Raman mostraram que foi produzido grafeno de boa qualidade, baseando-se na razão ID/IG. Nos nanocompósitos, confirmou-se que BMImNTf2 mantém as folhas de grafeno abertas. Já com BMImCl a morfologia dos NTC permanece inalterada, mas seu grau de emaranhamento é diminuído pela ação lubrificante deste LI, o que reflete em melhoria na resistência ao impacto. Os NTC sem a presença de um LI de forma geral não conferiram melhoria à matriz polimérica (ex: queda de 35% na dureza). / In the late twentieth century, the interest in materials with potential application in the nanotechnology´s field has increased. One of these materials is graphene (carbon allotrope of a single atom thickness), suitable for applications, which exploit properties such as optical or mechanical. However, the methods developed up to now to obtain graphene usually generate a product with high degree of structural defects. Therefore, the aim of this study was to produce graphene sheets through a milder route of unrolling multi-walled carbon nanotubes (CNT) in ionic liquids (IL; which have a lubricating and stabilizing character) and to add it to an epoxy resin to evaluate its effect on the nanocomposite properties. The methodology consisted of defining the route through which the 1:10 mixture of CNT:IL (1-n-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imidate - BMImNTf2) should be submitted, and then evaluate possible variations for validating the method (change in temperature, solvents - toluene and IL BMImCl and nanofiller - graphite). The produced graphene-CNT/IL mixtures were added at 0.1% by weight of graphene-CNT to epoxy resin. Characterization of the graphene/IL mixtures was done by transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), and the nanocomposites also by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamical mechanical analysis (DMA) and mechanical tests. The morphology observed using TEM and AFM showed that the route based on 3 h under heating, stirring and vacuum, followed by 3 h of sonication leads to CNT unrolling. Raman spectra showed that the produced graphene was of good quality, based on the low ID/IG ratio. In the nanocomposites, CNT unrolling was confirmed when IL BMImNTf2 was used, yielding reasonable property improvements. In the case of IL BMImCl, the unrolling of the CNT did not occur, but the lubricant effect of the IL decreased the degree of entanglement, which increased its impact strength. Differently, the non-treated CNT generally reduced the properties of the polymer matrix, e.g. a 35% drop in hardness.

Os revestimentos poliméricos podem atuar como uma barreira física entre os íons agressivos e o substrato metálico. Porém, uma exposição prolongada pode causar danos ao revestimento polimérico, conduzir a uma redução contínua do efeito barreira e por consequência a perda da proteção contra a corrosão. A utilização de nano materiais pode atuar aumentando o efeito barreira, proporcionando um aumento no caminho de difusão dos íons agressivos e água até o substrato metálico. Nanopartículas de celulose apresentam elevada cristalinidade e razão de aspecto, excelentes propriedades mecânicas e são proveniente de fonte renovável. Por outro lado, a polianilina (PAni) vem sendo utilizada em revestimentos devido a elevação do potencial de corrosão dos aços devido o seu comportamento redox que proporciona a formação de uma camada de óxidos estável no substrato metálico. A aderência do revestimento polimérico é fundamental para que este possa atuar como revestimento protetor contra a corrosão. Com isso, um pré-tratamento superficial a base de ácido hexafluorzircônico e a utilização de organosilanos na resina epóxi, podem ser utilizados melhorando as propriedades de proteção contra a corrosão e de aderência. O objetivo deste estudo consistiu na obtenção de nanowhiskers de celulose (CNW) por moagem ultrafina através da celulose microcristalina (MCC) para posterior utilização em revestimento polimérico a base de resina epóxi. A CNW foi utilizada funcionalizada ou não com PAni SE (polianilina na forma condutora – sal de esmeraldina) em comparação a MCC nas mesmas condições. Foi avaliada a incorporação de silano aminopropiltrietoxisilano (APS) na resina epóxi e a utilização de uma camada de conversão de zircônia (Zr) aplicada ao substrato metálico. Os revestimentos poliméricos foram avaliados quanto a propriedades mecânicas e à proteção contra a corrosão. As imagens da microscopia de transmissão (TEM) mostram que é possível a obtenção da CNW por meio do processo de moagem, apresentando melhor estabilidade térmica em comparação a MCC. Os revestimentos poliméricos utilizando o silano APS e a camada de conversão de Zr apresentaram as melhores propriedades físicas e mecânicas. A interação entre a carga de reforço, a resina epóxi e a superfície metálica é um fator determinante na eficiência do revestimento polimérico, pois de acordo com a análise de migração subcutânea, a superfície do aço carbono, após 1000 h de exposição, não apresentou corrosão superficial. Com relação à proteção contra a corrosão, quando incorporado a CNW funcionalizada com PAni SE ao revestimento epóxi com APS e a camada de Zr, este apresentou os melhores resultados como constatado nas análises de névoa salina e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). / Polymeric coatings can act as a physical barrier between the aggressive ions and the metal substrate. However, prolonged exposure can cause damage to the polymer coating and conduct to a continuous reduction in the barrier effect and result in the loss of protection against corrosion. The use of nanomaterials may act by increasing the barrier effect and providing an increased diffusion path of aggressive ions and water to the metal substrate. Cellulose nanoparticles have high crystallinity and aspect ratio, excellent mechanical properties and are derived from renewable sources. On the other hand polyaniline (PAni) has been used in coatings due to the increase of the corrosion potential of the steel due to redox behavior that results in the formation of a stable oxide layer on the metallic substrate. The adhesion of the polymeric coating is essential so that it can act as a protective coating against corrosion. With this, a superficial pre-treatment based on hexafluorzircônico acid and the use of organosilanes in the epoxy resin, can be used to improve the protection against corrosion properties and adhesion. The objective of this study was to obtain cellulose nanowhiskers (CNW) for ultrafine grinding through microcrystalline cellulose (MCC) for subsequent use in the polymer coating based on epoxy resin. The CNW was used functionalized or not with PAni SE (polyaniline in the conductive form - emeraldine salt) compared with MCC under the same conditions. The incorporation of silane aminopropyltriethoxysilane (APS) was evaluated in the epoxy resin and the use of a zirconia conversion layer (Zr) applied to the metal substrate. The polymeric coatings were evaluated for mechanical properties and corrosion protection. Transmission microscopy (TEM) show that obtaining the CNW through the ultrafine grinding process is possible, resulting in better thermal stability compared with MCC. Polymeric coatings using APS silane and Zr conversion coating had the best physical and mechanical properties. The interaction between the reinforcing filler, the epoxy resin and the metal surface is a determining factor in the efficiency of the polymeric coating, because according to the subcutaneous migration analysis, carbon steel surface after 1000 h of exposure, showed no corrosion superficial. With regard to protection against corrosion, when incorporated CNW functionalized with PAni SE to epoxy coating with APS and the Zr layer, showed the best results as found in salt spray tests and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).