Neste trabalho são apresentadas estratégias para a estimação, em processos químicos, de estados, parâmetros e covariâncias do ruído de processo e das medidas que são testadas com dados experimentais. Para a estimação de estados e parâmetros foram implementadas desde a técnica mais tradicional, o filtro estendido de Kalman (EKF) até as mais modernas da literatura, como o filtro de Kalman Unscented (UKF) e o Moving Horizon Estimator (MHE). A técnica Autocovariance Least-Squares (ALS) permite a estimação das matrizes de covariância do processo e das medidas a partir dos estados medidos dos processos analisados. Três processos foram analisados com as técnicas citadas: a reação de hidrólise de anidrido acético, o aquecimento de um reator de polimerização completamente carregado (sem iniciador) e por fim oito reações diferentes de polimerização em emulsão. Os resultados mostraram que uma sintonia por tentativa e erro para as matrizes de covariância não apresenta um desempenho adequado. Adicionalmente, o UKF mostra um melhor desempenho, quando comparado com o EKF para o monitoramento de processos de polimerização regime em batelada com covariâncias obtidas através de otimização direta. Quando a estimação da covariância com a técnica ALS é implementada e os resultados utilizados em estimadores estocásticos, o desempenho dos estimadores recursivos melhora consideravelmente. Além disso, o MHE mostrou ser uma ferramenta robusta para o monitoramento do coeficiente global de troca térmica (UA) e do calor gerado pela reação para a polimerização em emulsão em regime semi-contínuo. Finalmente, duas características vantajosas da metodologia proposta devem ser destacadas: a independência em relação ao valor inicial para o estado UA e o fato de um único conjunto de matrizes de covariância (quando obtida pela técnica ALS) poder ser utilizado em reações diferentes, sem necessidade de sintonizar novamente as matrizes para cada reação. / In this work, strategies for state, parameter and covariance estimation in chemical processes are presented and tested with experimental data. For state and parameter estimation techniques have been implemented that spread from the traditional Extended Kalman Filter (EKF) to the most modern techniques from literature, such as the Unscented Kalman Filter (UKF) and the Moving Horizon Estimator (MHE). The Autocovariance Least-Squares technique (ALS) allows the covariance matrices of the process and measurement noise to be estimated based on the measured states of the processes analyzed. Three cases were studied using these techniques: the hydrolysis of acetic anhydride, the warming-up stage of a fully charged polymerization reactor (without initiator) to the desired temperature and finally, eight different emulsion polymerization reaction runs. Results showed that determining covariance matrices by trial and error does not lead to an adequate performance. Additionally, the UKF presents a better performance than the EKF for batch polymerization processes with covariance matrices obtained by direct optimization. When the estimation of the covariance is performed by the ALS technique and they are used in a stochastic estimator, the performance of the recursive estimators is considerably improved. Furthermore, the MHE proved to be a robust tool for monitoring the overall heat transfer coefficient (UA) and the heat of reaction for fedbatch emulsion polymerization. Finally, two positive features of the proposed methodology must be highlighted, its low dependency on the initial state condition of UA and the fact that a unique set of covariance matrices (when obtained by the ALS technique) can be used for different reaction runs, without the necessity of tuning the matrices again for each reaction.

Este trabalho de tese tem como objetivo a preparação de látices nanocompósitos à base da argila Laponita RD em emulsão aquosa, via polimerização radicalar controlada por transferência de cadeia via adição-fragmentação reversível (RAFT). A Laponita foi escolhida como carga inorgânica devido principalmente à forma anisotrópica de suas lamelas, o que permite a elaboração de filmes nanoestruturados, mas também por suas propriedades térmicas e mecânicas, por sua alta pureza química e pela distribuição uniforme, em termos de tamanho, de suas partículas. Inicialmente, polímeros hidrofílicos (macroRAFT) à base de poli(etileno glicol) (PEG), de ácido acrílico (AA) ou de metacrilato de N,N-dimetilaminoetila (DMAEMA) que contêm unidades hidrofóbicas de acrilato de nbutila (ABu) (em alguns casos) e um grupo tritiocarbonílico terminal foram sintetizados. Em seguida, a interação entre os macroagentes de controle (macroRAFTs) e a argila foi estudada através de isotermas de adsorção. Atuando como agentes de acoplamento e estabilizantes, esses macroRAFTs foram então utilizados na copolimerização em emulsão do (met)acrilato de metila e do ABu em processo semicontínuo na presença da argila Laponita. Partículas de látex híbrido de diferentes morfologias foram obtidas e os resultados foram correlacionados à natureza e à concentração dos macroRAFTs, ao pH da dispersão macroRAFT/Laponita, à temperatura de transição vítrea do copolímero final (função da composição da mistura de monômeros hidrofóbicos) e às condições de polimerização. As análises de cryo-TEM indicam a formação de lamelas de Laponita decoradas com partículas de polímero (várias partículas de látex localizadas na superfície das lamelas), de partículas do tipo dumbbell, janus, blindadas (partículas de látex decoradas com lamelas de argila em sua superfície) ou ainda de partículas multiencapsuladas (diversas lamelas encapsuladas dentro de uma única partícula de látex). As propriedades mecânicas dos filmes de polímero/Laponita foram estudadas por análise dinâmico-mecânica e correlacionadas à morfologia das partículas e à microestrutura dos filmes. / The aim of this work is to prepare Laponite RD-based nanocomposite latexes by aqueous emulsion polymerization, using the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Laponite platelets were selected as the inorganic filler due, especially, to their anisotropic shape, which allows the production of nanostructured films, but also for their thermal and mechanical properties, their high chemical purity and the uniform dispersity of the platelets. Hydrophilic polymers (macroRAFT) composed of poly(ethylene glycol) (PEG), acrylic acid (AA) or N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and comprising hydrophobic n-butyl acrylate (BA) units (in some cases) and trithiocarbonate terminal group were initially synthesized. Then, the interaction between the macroRAFTs and the clay was studied through the plot of adsorption isotherms. By acting as coupling agents and stabilizers, the macroRAFT agents were used in the emulsion copolymerization of methyl (meth)acrylate and BA by semi-continuous process in the presence of the clay. Hybrid latex particles with different morphologies were obtained and the results were associated to the nature and concentration of the RAFT (co)polymers, to the pH of the macroRAFT/Laponite dispersion, the glass transition temperature of the final copolymer (function of the composition of the hydrophobic monomers mixture) and to the polymerization conditions. The cryo-TEM images indicate the formation of polymerdecorated Laponite platelets (several latex particles located at the surface of the platelets), dumbbell-like, janus, Laponite-decorated (armored) latex particles, and multiple encapsulated particles (several platelets inside each latex particle). The mechanical properties of polymer/Laponite films were studied by dynamic mechanical analysis and correlated with the particles morphology and the films microstructure.

Atualmente, tem se dado grande importância à criação de novos sistemas de liberação de princípios ativos. Na área cosmética, os sistemas em destaque são nanoemulsões, emulsões múltiplas e emulsões contendo cristais líquidos/fase gel lamelar. Nas emulsões múltiplas coexistem emulsões dos tipos O/A e A/O. Elas possuem inúmeras vantagens sobre outros sistemas de liberação, como por exemplo, a possibilidade de veicular dois ativos incompatíveis em compartimentos diferentes e controlar o perfil de liberação dos mesmos. Além disso, possuem biocompatibilidade, completa biodegradabilidade e podem ser usados diferentes óleos e tensoativos. Outra tendência recente em cosmetologia é o emprego de matérias-primas vegetais associadas a sistemas de liberação de princípios ativos, para formulação de novos produtos com apelo comercial e sustentável. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo sistema de emulsão múltipla, por etapa única, que tivesse estabilidade características diferenciadas. Para tanto, elegeu-se dois óleos vegetais: girassol e gergelim, que foram usados separadamente no desenvolvimento dessas emulsões. O método de emulsificação utilizado foi o método de inversão de fases (EPI). Foi determinado o EHL crítico para cada um dos óleos, 6,5 para o óleo de girassol e 5,0 para o óleo de gergelim. Os pares de tensoativos escolhidos para o estudo foram Steareth 2 - Steareth 20 para óleo de girassol e Span® 60 - R400 para óleo de gergelim. Foram construídos dois diagramas pseudoternários, um para cada sistema, com o objetivo de definir variáveis relevantes à composição (fração aquosa, fração oleosa, porcentagem de tensoativo). Foram selecionadas as melhores emulsões para prosseguimento dos estudos de estabilidade, avaliada por meio dos seguintes testes físico-químicos: medições de pH, condutividade elétrica, granulometria e medidas reológicas. O método de emulsificação em etapa única por inversão de fases se mostrou eficiente na produção de emulsões múltiplas estáveis. Foi desenvolvida uma emulsão múltipla com características diferenciadas a partir do óleo de girassol: emulsão múltipla contendo fase gel-lamelar, um sistema ainda não descrito na literatura. As características das emulsões múltiplas descritas nesse trabalho, a saber: o uso de óleos vegetais como os óleos de girassol e gergelim; baixas concentrações de tensoativos; multiplicidade dos glóbulos e fase gel lamelar no mesmo sistema; são características desejáveis para a indústria cosmética, o que as tornam potenciais sistemas de liberação de ativos. / Currently, it has been given great importance to the creation of new delivery systems for active ingredients. In the cosmetic area, the highlighted systems are nanoemulsions, multiple emulsions and liquid crystal/lamellar gel phase emulsions. In multiple emulsions coexist O/W and W/O types of emulsions. They have several advantages over other delivery systems, such as the possibility of carry out two incompatible active ingredients in different compartments and the control of the release of the same. Moreover, they have biocompatibility, biodegradability and different oils and surfactants can be used. Another recent trend in cosmetology is the use of vegetable raw materials associated with the delivery systems for active ingredients, to formulate new products with commercial and sustainable appeal. The objective of this study was to develop a new system of multiple emulsion, in one step emulsification, which have stability and distinctive features. It was selected two vegetable oils: sunflower and sesame, which were used separately in the development of the multiple emulsions. The method of emulsification used was emulsion phase inversion (EPI). The critical HLB of oils was, 6.5 for sunflower oil and 5.0 for sesame oil, respectively. The pairs of surfactants chosen for the study were Steareth 2 - Steareth 20 for sunflower oil and Span® 60 - R400 for sesame oil. We constructed two pseudo-ternary diagrams, one for each system, in order to define variables relevant to the composition (water and oil fraction, percentage of surfactant). We selected the best emulsions for further investigation. Stability of the emulsions was evaluated by the following physico-chemical tests: measurements of pH, electrical conductivity, particle size and rheological measurements. The method of one-step emulsification was efficient in producing stable multiple emulsions. A multiple emulsion from sunflower oil was developed with distinctive features: gel-lamellar phase multiple emulsion, a system not described yet. The characteristics of multiple emulsions described in this work, to know: use of vegetable oils, as sunflower and sesame oils; low concentrations of surfactants; multiplicity of droplets and lamellar gel phase at same system; they are desirable characteristics for the cosmetic industry, and they make these multiple emulsion potential delivery systems.

Nos últimos anos, a incorporação de partículas inorgânicas em uma matriz polimérica com a finalidade de se obter sistemas híbridos orgânico/inorgânico utilizando diferentes técnicas de polimerização tem recebido grande atenção. Neste sentido, preservar e controlar as propriedades físico-químicas das partículas inorgânicas torna-se essencial para manter a integridade destas em nanoescala, bem como para obtenção de dispersões uniformes, magnificando os efeitos de reforço e demais ganhos de propriedades desejadas para a matriz polimérica. Quando se utiliza partículas inorgânicas anisotrópicas tais como a montmorilonita, silicato lamelar mais utilizado para obtenção de nanocompósitos do tipo polímero/silicato lamelar, este controle apresenta-se como um problema particularmente desafiador. Nesse contexto, a polimerização radicalar controlada (PRC) vem se destacando como uma importante via para atingir os objetivos mencionados acima, encontrando-se na literatura diversas estratégias de síntese em meio a solventes orgânicos na qual a efetiva nanoencapsulação de partículas inorgânicas dá-se por meio do crescimento de cadeias poliméricas na superfície destas estruturas inorgânicas. Entretanto, poucos trabalhos são encontrados envolvendo rota de obtenção semelhante em meio aquoso, tais como suspensão, emulsão e miniemulsão, processos estes que possuem grande interesse industrial, ambiental e viabilidade real de ampliação de escala quanto à produção.Desta forma, o objetivo deste projeto de pesquisa concentra-se na síntese e na caracterização de nanocompósitos do tipo polímero/silicato lamelar via polimerização radicalar controlada em emulsão. As polimerizações radicalares controladas de estireno em emulsão, via mecanismo de transferência reversível de cadeia por adição-fragmentação (RAFT), foram conduzidas na presença de argila montmorilonita (MMT) e mediadas por dois macroagentes de transferência de cadeia com grupo funcional tri-tioéster, sendo o primeiro constituído de cadeia polimérica não iônica de monoetil éter de poli(etilenoglicol) (MPEG-CPP) e outro derivado do MPEG-CPP contendo adicionalmente um bloco ionizável de poli(ácido metacrílico) incorporado à cadeia polimérica (MPEG-b-PMAA-CPP). Foram avaliados inicialmente os parâmetros de adsorção dos macroagentes MPEG-CPP e MPEG-b-PMAA-CPP na superfície da MMT bem como a influência das variáveis do processo de polimerização na adsorção dos macroagentes na MMT e na estabilidade coloidal dos complexos macroagente RAFT / MMT formados. Posteriormente foram avaliados os efeitos do pH, das concentrações dos macroagente RAFT e de MMT, bem como do tipo de iniciador na cinética de polimerização em emulsão \"ab-initio\" de estireno, conduzidas na ausência de surfatantes. As técnicas utilizadas nos estudos de adsorção e para a caracterização das argilas, dos látices híbridos e dos materiais nanocompósitos incluem: espectroscopia de UV-vis, espalhamento dinâmico de luz (DLS), espalhamento eletroforético de luz (ELS), cromatografia de permeação em gel (GPC), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). / In recent years, the incorporation of inorganic particles in a polymer matrix in order to obtain hybrid organic/inorganic systems using different polymerization techniques have received great attention. In this sense, preserve and manage the physical and chemical properties of inorganic particles is essential to maintain its integrity at the nanoscale, as well as to obtain uniform dispersions of them, magnifying the effects of reinforcement and other desired properties into the polymer matrix. When using anisotropic inorganic nanoobjects such as montmorillonite, the most used layered silicate to obtain polymer / layered silicate nanocomposites, this control is presented as a particularly challenging problem. In this context, the controlled radical polymerization (CRP) has been highlighted as an important way to achieve the goals mentioned above, several strategies of organic solvent-borne synthesis can be found in literature in which the effective nanoencapsulation of inorganic particles is given by through the growth of polymer chains on the surface of these inorganic structures. However, few works are found involving obtaining similar route in water-borne, such as suspension, emulsion, miniemulsion, these procedures have great interest in industrial, environmental and actual feasibility of expanding scale in manufacture. Thus, the objective of this research project focuses on the synthesis and characterization of nanocomposite-type polymer / layered silicate via controlled radical polymerization in emulsion media. The controlled radical polymerizations in emulsion, via transfer mechanism for the reversible addition-fragmentation chain (RAFT) have been conducted in the presence of montmorillonite clay (MMT) and mediated by two macroRAFT agents with functional tri-thioesters groups, being the first one constituted by a nonionic poly(ethylene glycol) methyl ether polymeric chain (MPEG-CPP) and the second on being MPEG-CPP derived but containing additionally an ionizable block of poly(methacrylic acid) inserted to its polymeric chain. The parameters of adsorption of MPEG-CPP and MPEG-b-PMAA-CPP agent on the surface of MMT as well as the influence of the polymerization process variables on the adsorption of PEO-RAFT in MMT and colloidal stability of the complex formed macroRAFT agents / MMT were firstly evaluated. Subsequently, the influence of pH, macroRAFT agents and MMT concentrations as well as the type of initiator on the kinetics of RAFT emulsion polymerization were equally evaluated. The techniques used the for adsorption studies and characterization of clays, latexes of hybrid materials and nanocomposites include: UV-vis spectroscopy, dynamic light scattering (DLS), electrophoretic light scattering (ELS), gel permeation chromatography (GPC), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic scanning calorimetry (DSC) and transmission electron microscopy (TEM).

Neste trabalho, estudos da copolimerização em emulsão de estireno e butadieno foram realizados em duas etapas. A primeira etapa consistiu na obtenção de um modelo matemático que representasse os processos em batelada e em semicontínuo através das principais variáveis do processo. Na segunda etapa, o efeito de diversas variáveis importantes ao processo foi avaliado, dentre elas: o tempo de adição dos reagentes, o tipo de alimentação empregado e a temperatura da reação. O modelo matemático se baseia em um trabalho previamente publicado que foi adaptado para simular o processo de copolimerização de estireno e butadieno em emulsão. Foram simulados processos em batelada e em semicontínuo. Em conjunto com os resultados experimentais, foi realizada a estimação de parâmetros não obtidos na literatura utilizando o método de Marquardt. As características do processo e as propriedades do polímero, tais como, conversão, diâmetro de partícula, taxa de polimerização e pressão interna do reator também foram obtidas, fornecendo condições para otimização e avaliação do processo de polimerização em batelada e em semicontínuo. Adicionalmente, também foi proposto um modelo de equilíbrio líquido-vapor dos monômeros. Os ensaios experimentais foram realizados em reator encamisado semicontínuo de mistura com 3 litros, nos quais foram utilizados persulfato de sódio como iniciador, lauril sulfato de sódio como emulsificante e tercdodecil mercaptana como agente de transferência de cadeia. Foram estudados os efeitos da temperatura, do tipo e do tempo de alimentação utilizada. A velocidade de polimerização, os diâmetros médios de partículas, o teor de monômero residual, o teor de insolúveis e o teor de resíduos foram avaliados. A cromatografia gasosa foi aplicada com sucesso em análises de látex e monômeros com finalidades diversas, destacando-se a obtenção de coeficientes de atividade necessários ao modelo de equilíbrio líquido-vapor, análise da concentração de monômeros ao longo da reação e análise da concentração de monômero residual. / In this work, studies of the styrene butadiene emulsion copolymerization had been performed in two stages. The first stage composed of a mathematical model that represented the batch and semi continuous process. In the second stage, the effects of diverse process variables were evaluated, among them: the time of addition of the reagents, feeding type and temperature reaction. The mathematical model was based on previously published work that it was adapted to simulate the styrene butadiene emulsion copolymerization process. Batch and semi continuous processes were simulated. In assembly with the experimental results, Marquardt method was applied to estimate some parameters that wasn’t found in literature. The variable process and the properties of polymer, such as, conversion, particle diameter, rate of polymerization and pressure of the reactor had been also simulated to batch and semicontinous process. A liquid-vapor balance of monomers model was proposed. The experimental stage had been carried through in a semi continuous stirring jacket tank reactor with 3 liters. Sodium persulfate as initiating, sodium lauryl sulfate as surfactant and Tert dodecyl mercaptan as chain transference agent had been used. The effect of temperature, type and time feeding had been studied. Polymerization rate, particles diameter, residual monomer had been evaluated. The gaseous chromatography was successfully applied in analyses of latex with diverse purposes: activity coefficient estimation, adjustment of liquid-vapor model, analysis of residual monomer of the reaction and volatiles organic components concentration in final latex.

Neste trabalho estudou-se a copolimerização em emulsão de estireno e acrilato de butila em processo semicontínuo onde o produto final é um látex com alto teor de sólidos. Foi dado enfoque à distribuição de tamanhos de partículas do látex e seus efeitos no produto. Foi realizada uma série de experimentos de copolimerização em emulsão em um reator de vidro, empregando receitas com teores de sólidos de até 64% em massa. Durante os experimentos, amostras eram retiradas periodicamente do reator visando analisar o teor de polímeros (conversão dos monômeros) por gravimetria, a concentração de monômero residual por cromatografia gasosa headspace, o diâmetro médio das partículas por espectroscopia de espalhamento dinâmico de luz e a distribuição de tamanhos de partículas por microscopia eletrônica de transmissão. A viscosidade do látex final era obtida em viscosímetro Brookfield. Aplicando estratégias para renucleação de novas partículas no decorrer do processo, foram obtidos látices com distribuição bimodal de tamanhos de partículas e com viscosidades reduzidas. Aplicou-se um modelo matemático para descrever o processo, incluindo a evolução no tempo da distribuição de tamanhos de partículas, calculada a partir de equações de balanço populacional para as partículas e para os radicais dentro das partículas. Para a solução das equações empregou-se discretização por método de classes e a técnica de pivô fixo. O modelo tem apenas dois parâmetros ajustáveis, referentes às eficiências de captura de radicais por micelas e por partículas. Estes parâmetros foram ajustados para os dados experimentais de um ensaio, e usados, sem reajuste, para outros ensaios em condições diferentes. Os resultados do modelo mostraram boa adequação aos resultados experimentais. / The aim of this work was the study of the high solid contents emulsion copolymerization of styrene and butyl acrylate in semi-batch process. In this context the particle size distribution and its effects on the product viscosity was studied. Copolymerization reactions were carried out in a glass reactor, and recipes with solid contents up to 64 wt.% were used. During each run, samples are periodically taken from the reactor, and analysis are performed to measure the polymer content (monomer conversion) by gravimetry, the concentrations of the residual monomers by head-space gas chromatography, the average particle size by dynamic light scattering, and the particle size distribution by transmission electronic microscopy. The viscosity of the final emulsion is also measured using a Brookfield viscosimeter. By applying operating strategies to nucleate new particles along the process, latexes with bimodal particle size distributions and low viscosities were obtained. A mathematical model was employed for simulating the polymerization process, including the evolution of the particle size distribution along the process, calculated from population balance equations for the particles and the radicals inside the particles. The numerical solution was obtained using the discretized population balance equations by the method of classes and the fixed pivot technique. The model has only two adjustable parameters, the efficiencies for radical capture by micelles and by particles. These two parameters were fitted to the experimental data of one run and used, without further readjustment, for other runs under different conditions. The model results presented satisfactory agreement with the experimental data.

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O controle desses parasitos baseia-se, principalmente, no uso de substâncias químicas sintéticas, que frequentemente trazem conseqüências como contaminação ambiental, intoxicação dos animais e seus tratadores, e seleção de linhagens de carrapatos resistentes. O timol, um monoterpeno aromático isolado inicialmente de plantas da família Lamiaceae, vem apresentando bons resultados no controle de R. sanguineus s.l. em testes in vitro. Para que seja utilizado como um carrapaticida, o timol necessita ser veiculado em uma formulação farmacêutica adequada, que apresente facilidade de aplicação, custo acessível e segurança para uso tópico. O objetivo deste trabalho foi avaliar, pela primeira vez, a atividade carrapaticida in vitro de duas formulações de uso tópico contendo diferentes concentrações de timol, sobre larvas e ninfas, ingurgitadas e não ingurgitadas, de Rhipicephalus sanguineus s.l.. Para tal, foram desenvolvidas duas formulações-base: uma emulsão óleo em água (O/A) e uma solução hidroalcoólica, contendo diferentes concentrações de timol (0,5 mg/mL a 20 mg/mL). Para os bioensaios foi adotado o teste de pacote de larvas modificado, no caso de larvas e ninfas não ingurgitadas, com avaliação da mortalidade após 24 horas; e o teste de imersão, para larvas e ninfas ingurgitadas, com avaliação da mortalidade após 15 dias. O grupo controle constituiu-se das formulações-base, sem timol. Foram feitas 10 repetições para cada tratamento. Nos testes com emulsão, foi alcançada taxa de mortalidade média de 94,2% com a concentração de 0,75 mg/mL em larvas não ingurgitadas. No caso de larvas ingurgitadas, houve mortalidade média de 95,0% na concentração de 5,0 mg/mL. Ninfas não ingurgitadas tratadas com a emulsão a 2,5 mg/mL atingiram taxa de mortalidade média de 83,3% e no teste com ninfas ingurgitadas, foi verificada média de 86,0% de mortalidade para a concentração de 5,0 mg/mL. Nos testes com a solução hidroalcoólica, a mortalidade média encontrada para larvas não ingurgitadas foi de 88,1% para a concentração de 2,5 mg/mL. Para larvas ingurgitadas, a maior taxa de mortalidade verificada foi de 25,0%, na concentração de 20 mg/mL; o teste com ninfas não ingurgitadas apresentou taxas de mortalidade de 91,0% na concentração de 1,0 mg/mL e no teste com ninfas ingurgitadas verificaram-se baixas taxas de mortalidade, com o valor máximo de 18,3% para 20 mg/mL. Além dos testes em carrapatos, foram realizados testes de estabilidade preliminar com o objetivo de verificar eventuais problemas nas formulações. A solução hidroalcoólica mostrou-se estável em todas as condições testadas, nas concentrações de 2,5 e 5,0 mg/ml; a emulsão O/A mostrou sinais de instabilidade precoce na concentração de 5,0 mg/ml, porém, na concentração de 2,5 mg/ml apresentou-se estável. Os resultados obtidos indicaram que o timol, quando incorporado às formulações propostas, apresentou aumento de sua atividade acaricida sobre larvas não ingurgitadas de R. sanguineus s.l. tratadas topicamente, quando comparado aos dados da literatura; e embora tenha havido variações na toxicidade entre diferentes estágios e formas (ingurgitadas/não ingurgitadas), estas formulações parecem ser promissoras para um futuro uso terapêutico. / Rhipicephalus sanguineus sensu lato (s.l.) is a tick with known medical and veterinary importance, due to its potential for transmission of pathogens as well as the direct damage caused to hosts, such as blood spoliation, stress, allergies and dermatitis. Control of these parasites is mainly based on the use of synthetic chemical substances, but these often have negative consequences, including environmental contamination, intoxication of animals and handlers/owners, and selection of resistant strains. Thymol, an aromatic monoterpene initially isolated from plants of the family Lamiaceae, has presented good results in controlling R. sanguineus s.l. in in vitro tests. For use as an acaricide, thymol needs to be carried in a suitable pharmaceutical formulation, allowing easy application, reasonable cost and safety for topical use. The objective of this work was to assess, for the first time, the in vitro acaricidal activity of two topical formulations, each with different concentrations of thymol, on larvae and nymphs, both engorged and non-engorged, of R. sanguineus sensu lato. For this purpose, two base formulations were prepared: an oil-in-water (O/W) emulsion and a hydroalcoholic solution, containing different thymol concentrations (0.5 mg/mL to 20 mg/mL). The formulations were analyzed by the larval packet test (modified) in the case of larvae and non-engorged nymphs, with evaluation of mortality after 24 hours; and by the immersion test for larvae and engorged nymphs, with evaluation of mortality after 15 days. The control group was exposed to the base formulations without thymol. There were ten repetitions of each treatment. In the tests with the emulsion, the best average mortality rate was 94.2%, with the concentration of 0.75 mg/mL for non-engorged larvae. In the case of the engorged larvae, the best average mortality was 95.0% at the concentration of 5.0 mg/mL. The average mortality of the non-engorged nymphs treated with the emulsion containing 2.5 mg/mL was 83.3% and in the test with engorged nymphs, the mean mortality was 86.0% for the concentration of 5.0 mg/mL. In the tests with the hydroalcoholic solution, the highest average mortality among the non-engorged larvae was 88.1% for the concentration of 2.5 mg/mL. In turn, for the engorged larvae, the highest mortality was 25.0%, at the concentration of 20 mg/mL, while the test with non-engorged nymphs produced a mortality rate of 91.0% at the concentration of 1.0 mg/mL and in the test with engorged nymphs the maximum mortality was 18.3% with a concentration of 20 mg/mL. Besides the tests with the ticks, preliminary stability tests were carried out to verify possible problems with the formulations. The hydroalcoholic solution remained stable under all the conditions analyzed, at concentrations of 2.5 and 5.0 mg/ml, while the O/W emulsion showed signs of early instability at the concentration of 5.0 mg/ml but not at the concentration of 2.5 mg/ml. The results obtained indicate that the acaricidal activity of thymol, when included in the proposed formulations, was enhanced against non-engorged larvae with topical treatment in comparison with data in the literature. Although there were variations in toxicity between the different stages and forms (engorged and non-engorged), these formulations are promising for future therapeutic use.

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Oscar Mauricio Hernandez Rodriguez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-28T09:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BonillaRiano_Adriana_D.pdf: 7155927 bytes, checksum: 63be57b0a5136f5e783cfb4f870b0189 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho, é apresentado o desenvolvimento de uma nova técnica para a medição da espessura do filme de água com alta resolução espacial e temporal em escoamento óleo-água. É proposto o uso de um sistema de medição de capacitância elétrica para medir filmes finos de água na proximidade da parede do tubo. O sistema conta com um sensor planar e foi necessário determinar a melhor geometria via simulações baseadas no Método de Elementos Finitos (FEM) para o caso de escoamento óleo-água. As características comparadas foram a profundidade de penetração do campo elétrico no filme de água, a sensibilidade, a resolução espacial mínima e a resposta quase-linear. Padrões de escoamento óleo-água disperso e anular instável foram estudados numa tubulação vertical de 12 m de comprimento, feita de vidro, com 50,8 milímetros de diâmetro interno. Os fluidos usados foram óleo mineral (com densidade 828 kg/m3 e viscosidade 220 mPas) e água da torneira. O trabalho experimental foi realizado nas instalações de escoamento multifásico do Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos (NETeF) da EESC-USP. Foi medida a espessura média do filme de água usando o sistema capacitivo e uma câmera de vídeo de alta velocidade. Para obter a espessura do filme de água a partir das imagens, foi proposto um algoritmo de pré-processamento e um algoritmo de segmentação que combina vários métodos disponíveis na literatura. Os resultados experimentais do sensor capacitivo mostraram que o sistema pode medir espessuras entre 400 µm e 2200 µm. O escoamento anular instável é caracterizado por grandes flutuações na no sentido do escoamento e na direção do perímetro, e estruturas interfaciais grandes (gotas). Por sua vez, o escoamento disperso tem flutuações menores no sentido do escoamento e na direção do perímetro, e estruturas interfaciais menores (gotículas). Uma estrutura interfacial média no espaço e no tempo é proposta para modelar a interface entre a região próxima à parede do tubo e a região do núcleo, e sua análise foi feita no domínio do tempo e da frequência. Foram estudadas a amplitude, velocidade e o comprimento da estrutura interfacial em cada par transmissor-receptor do sensor. Foi possível estabelecer correlações para a velocidade das estruturas em escoamento de óleo em água / Abstract: The development of a new technique for high spatial and temporal resolution film thickness measurement in oil-water flow is presented. A capacitance measurement system is proposed to measure thin water films near to the wall pipe. A planar sensor was chosen for sensing and some geometries were compared using finite elements method (FEM). The penetration depth, the sensitivity, the minimum spatial resolution (high spatial resolution) and the quasi-linear curve were the analyzed characteristics. Dispersed and unstable-annular oil-water flows patterns were studied in a 12-m long vertical glass pipe, with 50.8 mm of internal diameter, using mineral oil (828 kg/m3 of density and 220 mPa s of viscosity) and tap water. The experimental work was carried out in the multiphase-flow facilities of The Thermal-Fluids Engineering Laboratory (NETeF) of EESC-USP. Experiments with a high-speed video camera and the proposed capacitance system were performed to obtain images of the oil-water flow near the pipe wall. A pre-processing enhancement algorithm and a combined segmentation algorithm are proposed and allowed the measurement of characteristic space and time averaged water film thickness. Experimental results of the capacitive technique showed that the system could measure thickness between 400 µm and 2200 µm. It was possible to recognize and characterize typical behaviors of the two different flow patterns studied. Unstable-annular flow can be described by huge fluctuations on the flow direction and perimeter direction, and big interfacial structures (drops). On the other hand, dispersed flow has tiny fluctuations on the flow direction and perimeter direction, and smaller interfacial structures (droplets). An interfacial structure is suggested in order to model the interface between wall and core regions and it was analyzed in time and frequency domains; amplitude, velocity and wavelength at each pair transmitter-receiver of the sensor were studied. Correlations for the interfacial structure velocity were found for dispersed oil-in-water flow and unstable-annular flow / Doutorado / Explotação / Doutora em Ciências e Engenharia de Petróleo / CAPES

As emulsões múltiplas mostram-se como veículos promissores em várias áreas das ciências cosmética e farmacêutica. O estudo do método de obtenção de emulsões múltiplas em etapa única é ferramenta útil para elucidação de seus aspectos físico-químicos e para viabilizar sua aplicação tecnológica. O objetivo da pesquisa foi desenvolver e caracterizar os aspectos físico-químicos do processo de emulsificação em etapa única, das emulsões múltiplas A/O/A obtidas e dos tensoativos empregados. Testes preliminares de estabilidade e avaliação do seu perfil de liberação (cafeína) foram realizados. Nanoemulsões foram inicialmente obtidas pela metodologia proposta, resultado de processo de emulsificação por inversão de fases. Suas características físico-químicas foram determinadas (valores de pH, potencial zeta e granulometria) e a influência de aditivos avaliada. Para o desenvolvimento da emulsão múltipla foram realizadas análises qualitativas e quantitativas das variáveis relevantes à composição (tipo de fase oleosa, de tensoativo hidrofílico, valor de EHL, emprego de diagrama ternário) e ao método de emulsificação (temperatura de aquecimento das fases e de emulsificação, ordem de adição e velocidade de agitação). Os estudos das propriedades físico-químicas dos tensoativos e do filme interfacial formado (cloud point, tensão superficial, CMC, reologia interfacial, reologia de fluxo e isotermas de Langmuir) foram primordiais para compreensão dos fenômenos envolvidos e relevantes ao processo de emulsificação proposto. As emulsões múltiplas foram caracterizadas quanto aos aspectos macro e microscópico, granulometria, valores de pH, potencial zeta, viscosidade relativa, perfil reológico e influência da adição de macromoléculas. A temperatura de manipulação e de emulsificação (78±2grausC) foram parâmetros fundamentais para obtenção destes sistemas em etapa única. Seus aspectos macro e microscópico foram extremamente dependentes da temperatura de emulsificação. Os resultados indicam glóbulos múltiplos consideravelmente menores do que os relatados pela literatura. Foi possível observar, no intervalo de temperatura considerado crítico para o processo, valores de tensão superficial/interfacial mínimos. Os resultados de elasticidade superficial sugerem que o comportamento das moléculas de tensoativos, em associação ou não, foi marcadamente influenciado pela temperatura e que o aumento do número de moléculas do tensoativo hidrofólico na superfície foi desfavorável as interações intramoleculares. A isoterma para os tensoativos em associação e em função da temperatura exibiu marcante inflexão para a faixa de temperatura crítica. Este comportamento indica uma dramática alteração na microestrutura do filme interfacial. O processo de encapsulação foi considerado eficiente. Os resultados obtidos indicam que, no atual estágio de desenvolvimento, não foi possível definir um perfil de liberação para a emulsão múltipla em análise. O método de emulsificação escolhido permitiu a obtenção de sistema múltiplo em etapa única, determinado pelas características físico-químicas dos tensoativos empregados, em especial do tensoativo hidrofílico derivado do óleo de rícino e do processo proposto. A formação de emulsões múltiplas anormais não ocasionais ou momentâneas sugere uma combinação dos processos de inversão de fases transicional, influência do emprego de tensoativos não-iônicos etoxilados, e catastrófica, influência da razão entre o volume da fase dispersa e dispersante. As emulsões múltiplas obtidas apresentaram difícil reprodutibilidade microestrutural; entretanto podem ser consideradas estáveis frente às metodologias de avaliação e análise empregadas. / Multiple emulsions are potential vehicles not only for the cosmetic science, but also for the pharmaceutical science. Study the manufacture process of multiple emulsions by one step is a useful tool for understanding their physical-chemistry aspects and making their technological application practicable as well. The goals of this research were to development and characterize the physical chemistry features of the emulsification process by one step, the W/O/W multiple emulsions produced and the surfactants employed. Preliminary stability tests and evaluation of the release profile (caffeine) were carried out. Initially, nano-emulsions were produced by the proposed methodology, resulting from phase inversion emulsification process. Their physical chemistry aspects (pH and zeta potential values and size distribution) and electrolytes addition influence were evaluated. In order to develop the multiple emulsions, noteworthy qualitative and quantitative variables related to the composition (oil phase and hydrophilic surfactant types, HLB values, phase diagram) and to emulsification process (heating and emulsification temperatures, addition order and agitation speed) were analyzed. Analyses of the physical chemistry aspects of the surfactants in solution and their interfacial film (cloud point, surface tension, CMC, interfacial and flux rheology, and Langmuir isotherms) were essential in order to understand the phenomena related to proposed emulsification process. Multiple emulsion analyses (macroscopic, microscopic, size distribution, pH and zeta potential values, relative viscosity, rheological profile and macromolecule addition influence) were carried out. Production and emulsification temperatures (78±2grausC) were fundamental parameters in order to obtain multiple droplets by one step. Their macro and microscopic aspects were completely conditioned by the emulsification temperature. The sizes of the multiple droplets obtained were significantly smaller than those reported in the literature. For the critical temperature range, the minimum surface tension values were reached. Surface elasticity results suggest that the behavior of the surfactant molecules, in association or not, was fundamentally influenced by the temperature. Increasing surfactant molecule moieties on the surface, the intra molecular interactions were misplaced. The Langmuir isotherm as a function of the temperature demonstrated distinctive behavior for the critical temperature range, where the transition phase into solid state and soon afterwards some collapse could be observed. This phenomenon indicated some dramatic alteration of the surface film microstructure. The encapsulation process was regarded as efficient. The release profile studies demonstrated that the dispersed system in analysis was not ready yet for this research stage. The proposed emulsification process was able to produce multiple droplets by one step; moreover this result presented direct influence of the surfactant physical chemistry features, particularly the hydrophilic one, castor oil derivate, and of the methodology employed. The abnormal, non-occasional and non-transitory, multiple emulsion formation suggest a combination of transitional (ethoxylated non ionic surfactant influence), and catastrophic (dispersed/dispersant ratio influence) phase inversion processes. The obtained multiple emulsions presents microstructure aspects were not easily reproducible; however those were regarded stable for the analysis methodology employed.

A bovinocultura brasileira possui grande ênfase no mercado nacional. Doenças que acometem rebanhos comprometem o mercado além de gerarem grandes prejuízos econômicos. O Clostridium novyi tipo B provoca necrose hepática em bovinos através da produção da alfa toxina, uma potente exotoxina que reduz a produtividade através de alterações como hemoglobinúria, redução do apetite, febre, letargia, diminuição da produção de leite e sangue nas fezes. Conter o microrganismo causador torna-se uma busca necessária tanto do ponto de vista econômico quanto social. Entretanto, o controle da doença ainda é realizado por vacinas formuladas com múltiplos antígenos. A emulsão pode ser uma alternativa promissora para a melhoria da adsorção de antígenos nas formulações vacinais. Camundongos da linhagem Swiss foram utilizados a fim de se avaliar aspectos clínicos e validar resultados referentes a composição de uma nova formulação vacinal contendo adjuvante Montanide ISA 61 VG e antígeno inativado de C. novyi. Os testes de caracterização e antigenicidade indicaram a presença da proteína alfa toxina na composição avaliada. A imunogenicidade do antígeno inativado em emulsão W/O (água/óleo) foi verificada e a proporção empregada (40/60) mostrou ser ideal no uso de múltiplos antígenos, apresentando inocuidade, estabilidade do produto, liberação controlada e estímulo da resposta imune. A determinação da concentração de antígeno foi averiguada pela relação antígeno ativo e inativado com soros de animais doentes, visto a eficácia vacinal de 40%. A adequação da concentração de alfa toxina inativada na emulsão mostrou ser necessária para atingir melhores valores de proteção animal. Análises de hemograma, bioquímicas e morfologia de fígado, baço e coxa contribuíram para elucidar os efeitos da emulsão e comprovar necrose hepática nos grupos não imunizados, além de sugerir avanços na adsorção de vacinas. Os resultados possibilitaram o estabelecimento de um modelo murino de infecção de C. novyi com futuras aplicações relacionadas à produção vacinal com múltiplos antígenos emulsificados para controle das clostridioses. / Brazilian cattle breeding has great emphasis on the national market. Diseases that affect herds compromise the market as well as generate great economic losses. Clostridium novyi type B causes hepatic necrosis in cattle through the production of alpha toxin, a potent exotoxin that reduces productivity through changes such as hemoglobinuria, reduced appetite, fever, lethargy, decreased milk and stool production. Containing the causative micro-organism becomes a necessary quest both economically and socially. However, control of the disease is still performed by vaccines formulated with multiple antigens. The emulsion may be a promising alternative for the improvement of antigen adsorption in vaccine formulations. Swiss strain mice were used to evaluate clinical aspects and validate results regarding the composition of a new vaccine formulation containing Montanide ISA 61 VG adjuvant and C. novyi inactivated antigen. Characterization and antigenicity tests indicated the presence of the alpha toxin protein in the evaluated composition. The immunogenicity of antigen inactivated in W / O emulsion (water / oil) was verified and the ratio employed (40/60) showed to be ideal in the use of multiple antigens, presenting innocuousness, product stability, controlled release and stimulation of the immune response. The determination of the antigen concentration was investigated by the active antigen ratio and inactivated with sera from sick animals, since the vaccine efficacy was 40%. The suitability of the inactivated alpha toxin concentration in the emulsion was shown to be necessary to achieve better animal protection values. Hemogram, biochemical and liver, spleen and thigh morphology contributed to elucidate the effects of the emulsion and to verify hepatic necrosis in the nonimmunized groups, in addition to suggesting advances in the adsorption of vaccines. The results allowed the establishment of a murine model of C. novyi infection with future applications related to the vaccine production with multiple emulsified antigens to control clostridia.