As cerâmicas reticuladas têm sido investigadas nos últimos anos visando não uma alta densificação, mas um grau de porosidade controlável para aplicações que utilizem permeabilidade. Entre as opções mais atraentes para a obtenção deste tipo de material, está o processo de gelcasting, que consiste na incorporação do material cerâmico aos precursores poliméricos para, então, ser realizada a polimerização. Posteriormente, realiza-se uma etapa de eliminação dessa parte orgânica, que é seguida por uma etapa de sinterização. Como sistema polimérico, utilizamos espumas rígidas de poliuretano obtidas a partir de óleos vegetais e glicerol, visando obter-se um processo cada vez mais ambientalmente amigável. Neste trabalho, produzimos amostras de espumas rígidas de poliuretano (PUR’s) com diferentes concentrações de alumina (0, 10, 30 e 50% em massa) e de silicone (1, 5 e 10% em massa) sendo que estas espumas foram produzidas a partir de óleo de mamona/glicerol e MDI polimérico na razão [OH]/[NCO] = 1,2. Além disso, parte das amostras também foi produzida com restrição de crescimento da espuma durante sua expansão, enquanto, outras foram produzidas com expansão livre. Através da análise térmica dessas espumas determinamos as faixas de temperatura em que ocorreram as principais perdas de material orgânico. Utilizando a densitometria de Arquimedes determinamos a porosidade aberta e fechada das amostras, além disso, buscamos estabelecer a correlação dessas propriedades com a variação da concentração de alumina e de silicone. Verificamos que a variação da porosidade aparente se manteve dentro de uma faixa estreita compreendida entre 80 e 90%. As amostras com maior concentração de alumina (30 e 50%) e de silicone (5 e 10%) apresentaram um comportamento mais adequado durante todo o processo, seja pela menor retração após a queima, seja pela manutenção estrutural da peça, do que aquelas com menor concentração de alumina e silicone. Dentre as amostras de sucesso, aquelas produzidas sob restrição de crescimento se destacaram positivamente com relação aquelas produzidas sob expansão livre porque apresentaram uma estrutura de poros homogênea e uma distribuição de área das células mais estreita. A concentração de silicone de 1% produziu espumas poliméricas menos homogêneas levando a dificuldade de realizar o processamento. / Reticulated ceramics have been investigated in recent years in order to obtain a controllable degree of porosity for applications which requires permeability. Among the more attractive options for obtaining this type of material is the gelcasting process which consists in incorporating the ceramic powder in the polymeric precursors before the polymerization. After that, a stage of eliminating the organic part is followed by a sintering step. As polymer system, we used rigid polyurethane foams obtained from vegetable oils and glycerol, in order to obtain a process more environmentally friendly. In this work, samples of foams were produced with different alumina concentrations (0, 10, 30 and 50% by weight) and silicone (1, 5 and 10% by mass) of polyurethane foams produced from castor oil / glycerol and polymeric MDI in the ratio [OH] / [NCO] = 1.2. Furthermore, part of the samples was also produced with growth restriction of the foam in all directions during its expansion, while others were produced by free expansion in one direction. Through thermal analysis of these foams we determinate temperature ranges were the major losses of organic material occurred. We used the Archimedes densitometry to determine closed and open porosity of the samples; furthermore, we sought to establish the correlation of these properties with variation in the concentration of alumina and silica. We found that the variation in the apparent porosity was kept within a narrow range between 75 and 90%. Samples with higher concentration of alumina showed a more appropriate behavior throughout the process because of its low shrinkage during firing, and the maintenance of the structural part, than those with lower concentrations of alumina. The silicone concentration of 1% produced less homogeneous polymeric foams leading to difficulty to processing.

As cerâmicas reticuladas têm sido investigadas nos últimos anos visando não uma alta densificação, mas um grau de porosidade controlável para aplicações que utilizem permeabilidade. Entre as opções mais atraentes para a obtenção deste tipo de material, está o processo de gelcasting, que consiste na incorporação do material cerâmico aos precursores poliméricos para, então, ser realizada a polimerização. Posteriormente, realiza-se uma etapa de eliminação dessa parte orgânica, que é seguida por uma etapa de sinterização. Como sistema polimérico, utilizamos espumas rígidas de poliuretano obtidas a partir de óleos vegetais e glicerol, visando obter-se um processo cada vez mais ambientalmente amigável. Neste trabalho, produzimos amostras de espumas rígidas de poliuretano (PUR’s) com diferentes concentrações de alumina (0, 10, 30 e 50% em massa) e de silicone (1, 5 e 10% em massa) sendo que estas espumas foram produzidas a partir de óleo de mamona/glicerol e MDI polimérico na razão [OH]/[NCO] = 1,2. Além disso, parte das amostras também foi produzida com restrição de crescimento da espuma durante sua expansão, enquanto, outras foram produzidas com expansão livre. Através da análise térmica dessas espumas determinamos as faixas de temperatura em que ocorreram as principais perdas de material orgânico. Utilizando a densitometria de Arquimedes determinamos a porosidade aberta e fechada das amostras, além disso, buscamos estabelecer a correlação dessas propriedades com a variação da concentração de alumina e de silicone. Verificamos que a variação da porosidade aparente se manteve dentro de uma faixa estreita compreendida entre 80 e 90%. As amostras com maior concentração de alumina (30 e 50%) e de silicone (5 e 10%) apresentaram um comportamento mais adequado durante todo o processo, seja pela menor retração após a queima, seja pela manutenção estrutural da peça, do que aquelas com menor concentração de alumina e silicone. Dentre as amostras de sucesso, aquelas produzidas sob restrição de crescimento se destacaram positivamente com relação aquelas produzidas sob expansão livre porque apresentaram uma estrutura de poros homogênea e uma distribuição de área das células mais estreita. A concentração de silicone de 1% produziu espumas poliméricas menos homogêneas levando a dificuldade de realizar o processamento. / Reticulated ceramics have been investigated in recent years in order to obtain a controllable degree of porosity for applications which requires permeability. Among the more attractive options for obtaining this type of material is the gelcasting process which consists in incorporating the ceramic powder in the polymeric precursors before the polymerization. After that, a stage of eliminating the organic part is followed by a sintering step. As polymer system, we used rigid polyurethane foams obtained from vegetable oils and glycerol, in order to obtain a process more environmentally friendly. In this work, samples of foams were produced with different alumina concentrations (0, 10, 30 and 50% by weight) and silicone (1, 5 and 10% by mass) of polyurethane foams produced from castor oil / glycerol and polymeric MDI in the ratio [OH] / [NCO] = 1.2. Furthermore, part of the samples was also produced with growth restriction of the foam in all directions during its expansion, while others were produced by free expansion in one direction. Through thermal analysis of these foams we determinate temperature ranges were the major losses of organic material occurred. We used the Archimedes densitometry to determine closed and open porosity of the samples; furthermore, we sought to establish the correlation of these properties with variation in the concentration of alumina and silica. We found that the variation in the apparent porosity was kept within a narrow range between 75 and 90%. Samples with higher concentration of alumina showed a more appropriate behavior throughout the process because of its low shrinkage during firing, and the maintenance of the structural part, than those with lower concentrations of alumina. The silicone concentration of 1% produced less homogeneous polymeric foams leading to difficulty to processing.

As cerâmicas reticuladas têm sido investigadas nos últimos anos visando não uma alta densificação, mas um grau de porosidade controlável para aplicações que utilizem permeabilidade. Entre as opções mais atraentes para a obtenção deste tipo de material, está o processo de gelcasting, que consiste na incorporação do material cerâmico aos precursores poliméricos para, então, ser realizada a polimerização. Posteriormente, realiza-se uma etapa de eliminação dessa parte orgânica, que é seguida por uma etapa de sinterização. Como sistema polimérico, utilizamos espumas rígidas de poliuretano obtidas a partir de óleos vegetais e glicerol, visando obter-se um processo cada vez mais ambientalmente amigável. Neste trabalho, produzimos amostras de espumas rígidas de poliuretano (PUR’s) com diferentes concentrações de alumina (0, 10, 30 e 50% em massa) e de silicone (1, 5 e 10% em massa) sendo que estas espumas foram produzidas a partir de óleo de mamona/glicerol e MDI polimérico na razão [OH]/[NCO] = 1,2. Além disso, parte das amostras também foi produzida com restrição de crescimento da espuma durante sua expansão, enquanto, outras foram produzidas com expansão livre. Através da análise térmica dessas espumas determinamos as faixas de temperatura em que ocorreram as principais perdas de material orgânico. Utilizando a densitometria de Arquimedes determinamos a porosidade aberta e fechada das amostras, além disso, buscamos estabelecer a correlação dessas propriedades com a variação da concentração de alumina e de silicone. Verificamos que a variação da porosidade aparente se manteve dentro de uma faixa estreita compreendida entre 80 e 90%. As amostras com maior concentração de alumina (30 e 50%) e de silicone (5 e 10%) apresentaram um comportamento mais adequado durante todo o processo, seja pela menor retração após a queima, seja pela manutenção estrutural da peça, do que aquelas com menor concentração de alumina e silicone. Dentre as amostras de sucesso, aquelas produzidas sob restrição de crescimento se destacaram positivamente com relação aquelas produzidas sob expansão livre porque apresentaram uma estrutura de poros homogênea e uma distribuição de área das células mais estreita. A concentração de silicone de 1% produziu espumas poliméricas menos homogêneas levando a dificuldade de realizar o processamento. / Reticulated ceramics have been investigated in recent years in order to obtain a controllable degree of porosity for applications which requires permeability. Among the more attractive options for obtaining this type of material is the gelcasting process which consists in incorporating the ceramic powder in the polymeric precursors before the polymerization. After that, a stage of eliminating the organic part is followed by a sintering step. As polymer system, we used rigid polyurethane foams obtained from vegetable oils and glycerol, in order to obtain a process more environmentally friendly. In this work, samples of foams were produced with different alumina concentrations (0, 10, 30 and 50% by weight) and silicone (1, 5 and 10% by mass) of polyurethane foams produced from castor oil / glycerol and polymeric MDI in the ratio [OH] / [NCO] = 1.2. Furthermore, part of the samples was also produced with growth restriction of the foam in all directions during its expansion, while others were produced by free expansion in one direction. Through thermal analysis of these foams we determinate temperature ranges were the major losses of organic material occurred. We used the Archimedes densitometry to determine closed and open porosity of the samples; furthermore, we sought to establish the correlation of these properties with variation in the concentration of alumina and silica. We found that the variation in the apparent porosity was kept within a narrow range between 75 and 90%. Samples with higher concentration of alumina showed a more appropriate behavior throughout the process because of its low shrinkage during firing, and the maintenance of the structural part, than those with lower concentrations of alumina. The silicone concentration of 1% produced less homogeneous polymeric foams leading to difficulty to processing.

O uso de assentos personalizados para cadeiras de rodas é recomendado para a prevenção de deformidades posturais, lesões cutâneas e limitação funcional de pessoas com deficiência. Esses assentos buscam aumentar a área de contato, diminuindo os picos de pressão sobre a pele e a deformação de tecidos profundos. Dado que cada usuário possui uma estrutura óssea particular, propõe-se desenvolver um processo de personalização desde a captura da geometria do paciente até a fabricação de um produto final. O método proposto ocorre através de Digitalização Tridimensional, utilização de sistemas de CAD/CAM para a reconstrução digital da geometria do usuário e posterior Usinagem CNC diretamente de espumas flexíveis de poliuretano. A metodologia aplicada partiu da análise dos processos de digitalização tridimensional, avaliando precisão, tempos e custos. Foram avaliados os métodos de Digitalização a Laser por Holografia Conoscópica, Digitalização a Laser por Triangulação, Digitalização com Luz Branca (Luz Estruturada), Digitalização Baseada em Fotografia e Digitalização por Contato. Analisaram-se espumas flexíveis de poliuretano de densidades 20 a 60 kg/m³, aprofundando o estudo na de 50kg/m³. Foram realizados ensaios de usinabilidade e determinados parâmetros de corte para as espumas. Após, usinaram-se protótipos e realizaram-se estudos de caso, com o acompanhamento de profissionais da saúde, utilizando as técnicas de mapeamento de pressão e termografia. Os resultados permitiram maior entendimento do comportamento das espumas flexíveis de poliuretano, bem como indicaram a viabilidade de sua usinagem CNC por meio de equipamentos e ferramentas convencionais. Puderam também ser observadas características específicas da digitalização de assentos, sugerindo a necessidade do uso de moldes de gesso para adequação postural do usuário. Tais moldes foram avaliados, apresentando variações de 3 a 4mm, devido ao processo manual. Os desvios ocorridos durante o processo de secagem, estabilizados em 24h, apresentaram a mesma ordem de grandeza. Os processos de digitalização tridimensional apresentaram precisões desde menores que 0,2 até cerca de 1mm, sendo que a usinagem CNC também correspondeu a este patamar. Foram recomendadas diretrizes para o fresamento das espumas flexíveis de poliuretano, as quais apresentaram comportamento contrário aos clássicos materiais de usinagem, de maior dureza. Sugere-se o uso de altas rotações (18000 a 24000 rpm), velocidades de avanço na ordem de 2000mm/min, com grandes profundidades de corte e grandes penetrações de trabalho. Os estudos de caso permitiram otimizar e validar o processo, gerando também diretrizes para a moldagem em gesso, visto que os assentos produzidos são cópias da geometria dos moldes. As análises termográficas ficaram em consonância com os ensaios de mapeamento de pressão, demonstrando a eficiência dos assentos personalizados. Tais assentos mostraram distribuir mais homogeneamente tanto a pressão quanto a temperatura, sugerindo menores riscos de lesão de pele para os usuários de cadeira de rodas. Espera-se que o processo proposto oportunize o tratamento de alto nível para pessoas com deficiência e que os assentos personalizados possam de fato levar ao usuário final a adequação postural, bem como o aumento do conforto e da qualidade de vida. / The use of custom seating for wheelchairs is recommended for prevention of postural deformities, skin lesions and functional limitations of people with disabilities. These seats intend to increase the contact area, reducing both the pressure peak on skin and the deep tissues deformation. Since each user has a particular bone structure, it is proposed the development of a customization process from the capture of patient geometry to the manufacture of a final product. The suggested method occurs through the three-dimensional scanning, the use of CAD/CAM systems for the digital reconstruction of user's geometry and later the CNC machining directly on flexible polyurethane foams. The applied methodology was based on the analysis of three-dimensional scanning processes, evaluating time, accuracy and costs. Methods of Laser Scanning by Conoscopic Holography, Laser Scanning by Triangulation, White Light Scanning (Structured Light), Photo-Based Scanning and Scanning by Contact were evaluated. Flexible polyurethane foams of densities from 20 to 60 were analyzed, making a profound study of the 50kg/m³ one. Machinability tests were performed and cutting parameters for foams were determined. Thereafter, prototypes were machined and case studies were accomplished, with health professionals assistance, using techniques of pressure and thermography mapping. Obtained results allowed a greater understanding of flexible polyurethane foams behavior and indicated the viability of its CNC machining by using conventional equipment and tools. Specific features of seats scanning could also be observed, suggesting the need of using plaster molds for the adjustment of user posture. These molds were evaluated, showing variations from 3 to 4 mm, due to the manual process. Occurred deviations during the drying process, which were stabilized in 24 hours, showed the same order of magnitude. Three-dimensional scanning processes showed accuracies from less than 0.2 to about 1 mm, and CNC also corresponded to this level. Some guidelines for flexible polyurethane foams milling, which behaved contrary to classical materials (tougher) machining, were recommended. The use of high spindle speeds (18000 - 24000) is suggested, feed rates in order of 2000 mm/min, as well as high depths of cut. Case studies allowed to optimize and validate the process, generating also plaster molding guidelines, since produced seats are copies of molds geometry. Thermographic analyses were consistent with the pressure mapping tests, demonstrating indeed that custom seats increase the contact area with the user. Such seats showed evenly distribute both pressure and temperature, suggesting lower risks of skin injury for wheelchair users. It is expected that the proposed process offers a high-level treatment for people with disabilities and that custom seats can actually lead an appropriate posture to the end user, as well as increase comfort and quality of life.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2015-12-07T10:22:47Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1433687 bytes, checksum: c7601d98753afba32ef415c327909286 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-07T10:22:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1433687 bytes, checksum: c7601d98753afba32ef415c327909286 (MD5) Previous issue date: 2015-05-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Recentemente, sistemas aeropônicos vêm sendo propostos para a produção de batata- semente básica. Existem trabalhos com variada combinação de técnicas na composição destes sistemas. Mas são raros os trabalhos envolvendo a combinação de aeroponia e broto como material propagativo. Da mesma forma, não foi localizado trabalho visando estabelecer a combinação entre tipo de nebulizador, revestimento interno e sentido de nebulização para a produção de batata-semente básica, propagada por broto, em sistema aeropônico. Adicionalmente, ainda não foi realizada a análise de crescimento da planta de batata no sistema aeropônico proposto pelo CIP (Centro Internacional de la Papa). Informações sobre tais dúvidas podem permitir o descortínio de novos sistemas de produção em aeroponia e avanços no sistema existente. Desse modo, os objetivos do presente trabalho foram desenvolver e aperfeiçoar um sistema aeropônico para a produção de minitubérculos de batata-semente básica e caracterizar o crescimento de plantas de batata no sistema aeropônico do CIP, via aspectos morfofisiológicos. Foram conduzidos três experimentos. O primeiro, em 2013, em casa de vegetação não climatizada, em sistema idealizado na Universidade Federal de Viçosa, denominado “Sistema Aeropônico UFV”. Em linhas gerais, esse sistema consiste de balde de polietileno, com orifício na tampa para acomodar as mudas, tubulação de recalque e retorno da solução nutritiva, reservatório, nebulizador, quadro de comando e bomba. Foram utilizadas mudas provindas de brotos de batata-semente, cultivar Ágata, e o experimento foi composto de seis tratamentos, em esquema fatorial 3x2, resultante de três tipos de nebulizadores e dois tipos de revestimento interno do balde, com e sem poliuretano. O desenho para implantação foi em blocos ao acaso com quatro repetições. O segundo experimento, instalado no “Sistema Aeropônico UFV” foi composto de oito tratamentos, em esquema fatorial 4x2, resultantes de quatro tipos de nebulizadores e dois sentidos de nebulização no interior do balde, ascendente e descendente. O desenho foi em blocos ao acaso com quatro repetições. O terceiro experimento foi constituído por nove tratamentos e oito repetições, no delineamento experimental de blocos ao acaso, em sistema aeropônico proposto pelo CIP. Os tratamentos foram épocas de amostragem das plantas realizadas a cada sete dias iniciando-se aos sete dias após o transplantio das mudas. Os dados foram submetidos à análise de variância e de regressão. O “Sistema Aeropônico UFV” é eficaz para produzir minitubérculos e pode ser útil como instrumento experimental devendo ser utilizado o nebulizador Fogger sem antigotas de vazão 14 L/h e com sentido de nebulização descendente. É caracterizado o crescimento de plantas de batata no sistema aeropônico do CIP. Ao longo do ciclo da planta, o comprimento da haste principal aumenta de forma linear; o número de folhas, a área foliar, o índice de área foliar e as massas das matérias secas da raiz, haste, folha e total variam positivamente; a razão de área foliar, a área foliar específica, a taxa assimilatória líquida e a taxa de crescimento relativo decrescem. A razão de massa foliar apresenta o máximo de 0,57 g/g, aos 32,26 dias após o transplantio. A produtividade de minitubérculos, tanto para o número quanto para a massa da matéria fresca, aumenta com comportamentos sigmoidal e potencial, respectivamente. No sistema aeropônico do CIP, a colheita de minitubérculos é iniciada dezoito dias após o transplantio das mudas. / Recently aeroponics systems have been proposed to produce basic potato seed. There are studies with varied combination of techniques to compose these systems. But there are few studies involving the combination of aeroponic and potato sprouts as the nursery material. In the same way, no paper was found seeking to establish combination of nebulizer type, cladding and nebulization direction for the production of basic potato seed, propagated by bud, in aeroponic system. In addition, it has not yet been performed the potato plant growth analysis in the aeroponic system proposed by the International Potato Center (CIP). Information about such doubts may allow the emergence of new aeroponic production systems and advances to the existing one. In this way, the objectives of the present work was to develop and optimize an aeroponic system for the production of basic seed minitubers potato and characterize the potato plants growth in the CIP aeroponic system by morphophysiological aspects. They were conducted three experiments. The first, in 2013, at unheated greenhouse conditioned, in idealized system at the Federal University of Viçosa, called “UFV Aeroponic System”. In general, this system consists of a polyethylene bucket, with hole in the cap to accommodate the seedlings, piping of repression and return of nutrient solution, reservoir, nebulizer, control panel and pump. Seedlings coming from potato seed bud, Agata cultivar, were used and the experiment was composed of six treatments, in a 3x2 factorial, resulting from three types of nebulizers and two types of bucket wall cladding, with and without polyurethane. The experiment was setup in randomized complete block design with four replicates. The second experiment, carried out in the “UFV Aeroponic System”, was composed of eight treatments, in a 4x2 factorial, resulting from four nebulizer types and two nutrient solution nebulization directions inside the bucket, ascending and descending. The experiment was in a randomized complete block design with four replicates. The third experiment accomplished in the aeroponic system proposed by CIP was composed of nine treatments and eight repetitions, in randomized complete block design. The treatments were time of plant sampling collection, every seven days starting at seven days after seedling transplanting. The data were submitted to variance and regression analysis. The “UFV Aeroponic System” is effective to produce minitubers and can be useful as an experimental tool and should be used the Fogger nebulizer without anti-drip flow at 14 L/h with descending nebulization direction. Potato plant growth in the CIP system is morphophysiologically characterized over the cycle. Main stem length increases linearly; leaf number, leaf area, leaf area index and dry matter of root, stem, leaf and total vary positively; leaf area ratio, specific leaf area, net assimilation rate and relative growth rate decrease. The leaf weight ratio presents maximum of 0.57 g/g at 32.26 days after transplanting. Minituber yields, number and fresh weight, increase with sigmoidal and potential behaviors, respectively. At the CIP aeroponic system, minituber harvest begins eighteen days after transplanting.

O uso de assentos personalizados para cadeiras de rodas é recomendado para a prevenção de deformidades posturais, lesões cutâneas e limitação funcional de pessoas com deficiência. Esses assentos buscam aumentar a área de contato, diminuindo os picos de pressão sobre a pele e a deformação de tecidos profundos. Dado que cada usuário possui uma estrutura óssea particular, propõe-se desenvolver um processo de personalização desde a captura da geometria do paciente até a fabricação de um produto final. O método proposto ocorre através de Digitalização Tridimensional, utilização de sistemas de CAD/CAM para a reconstrução digital da geometria do usuário e posterior Usinagem CNC diretamente de espumas flexíveis de poliuretano. A metodologia aplicada partiu da análise dos processos de digitalização tridimensional, avaliando precisão, tempos e custos. Foram avaliados os métodos de Digitalização a Laser por Holografia Conoscópica, Digitalização a Laser por Triangulação, Digitalização com Luz Branca (Luz Estruturada), Digitalização Baseada em Fotografia e Digitalização por Contato. Analisaram-se espumas flexíveis de poliuretano de densidades 20 a 60 kg/m³, aprofundando o estudo na de 50kg/m³. Foram realizados ensaios de usinabilidade e determinados parâmetros de corte para as espumas. Após, usinaram-se protótipos e realizaram-se estudos de caso, com o acompanhamento de profissionais da saúde, utilizando as técnicas de mapeamento de pressão e termografia. Os resultados permitiram maior entendimento do comportamento das espumas flexíveis de poliuretano, bem como indicaram a viabilidade de sua usinagem CNC por meio de equipamentos e ferramentas convencionais. Puderam também ser observadas características específicas da digitalização de assentos, sugerindo a necessidade do uso de moldes de gesso para adequação postural do usuário. Tais moldes foram avaliados, apresentando variações de 3 a 4mm, devido ao processo manual. Os desvios ocorridos durante o processo de secagem, estabilizados em 24h, apresentaram a mesma ordem de grandeza. Os processos de digitalização tridimensional apresentaram precisões desde menores que 0,2 até cerca de 1mm, sendo que a usinagem CNC também correspondeu a este patamar. Foram recomendadas diretrizes para o fresamento das espumas flexíveis de poliuretano, as quais apresentaram comportamento contrário aos clássicos materiais de usinagem, de maior dureza. Sugere-se o uso de altas rotações (18000 a 24000 rpm), velocidades de avanço na ordem de 2000mm/min, com grandes profundidades de corte e grandes penetrações de trabalho. Os estudos de caso permitiram otimizar e validar o processo, gerando também diretrizes para a moldagem em gesso, visto que os assentos produzidos são cópias da geometria dos moldes. As análises termográficas ficaram em consonância com os ensaios de mapeamento de pressão, demonstrando a eficiência dos assentos personalizados. Tais assentos mostraram distribuir mais homogeneamente tanto a pressão quanto a temperatura, sugerindo menores riscos de lesão de pele para os usuários de cadeira de rodas. Espera-se que o processo proposto oportunize o tratamento de alto nível para pessoas com deficiência e que os assentos personalizados possam de fato levar ao usuário final a adequação postural, bem como o aumento do conforto e da qualidade de vida. / The use of custom seating for wheelchairs is recommended for prevention of postural deformities, skin lesions and functional limitations of people with disabilities. These seats intend to increase the contact area, reducing both the pressure peak on skin and the deep tissues deformation. Since each user has a particular bone structure, it is proposed the development of a customization process from the capture of patient geometry to the manufacture of a final product. The suggested method occurs through the three-dimensional scanning, the use of CAD/CAM systems for the digital reconstruction of user's geometry and later the CNC machining directly on flexible polyurethane foams. The applied methodology was based on the analysis of three-dimensional scanning processes, evaluating time, accuracy and costs. Methods of Laser Scanning by Conoscopic Holography, Laser Scanning by Triangulation, White Light Scanning (Structured Light), Photo-Based Scanning and Scanning by Contact were evaluated. Flexible polyurethane foams of densities from 20 to 60 were analyzed, making a profound study of the 50kg/m³ one. Machinability tests were performed and cutting parameters for foams were determined. Thereafter, prototypes were machined and case studies were accomplished, with health professionals assistance, using techniques of pressure and thermography mapping. Obtained results allowed a greater understanding of flexible polyurethane foams behavior and indicated the viability of its CNC machining by using conventional equipment and tools. Specific features of seats scanning could also be observed, suggesting the need of using plaster molds for the adjustment of user posture. These molds were evaluated, showing variations from 3 to 4 mm, due to the manual process. Occurred deviations during the drying process, which were stabilized in 24 hours, showed the same order of magnitude. Three-dimensional scanning processes showed accuracies from less than 0.2 to about 1 mm, and CNC also corresponded to this level. Some guidelines for flexible polyurethane foams milling, which behaved contrary to classical materials (tougher) machining, were recommended. The use of high spindle speeds (18000 - 24000) is suggested, feed rates in order of 2000 mm/min, as well as high depths of cut. Case studies allowed to optimize and validate the process, generating also plaster molding guidelines, since produced seats are copies of molds geometry. Thermographic analyses were consistent with the pressure mapping tests, demonstrating indeed that custom seats increase the contact area with the user. Such seats showed evenly distribute both pressure and temperature, suggesting lower risks of skin injury for wheelchair users. It is expected that the proposed process offers a high-level treatment for people with disabilities and that custom seats can actually lead an appropriate posture to the end user, as well as increase comfort and quality of life.

O uso de assentos personalizados para cadeiras de rodas é recomendado para a prevenção de deformidades posturais, lesões cutâneas e limitação funcional de pessoas com deficiência. Esses assentos buscam aumentar a área de contato, diminuindo os picos de pressão sobre a pele e a deformação de tecidos profundos. Dado que cada usuário possui uma estrutura óssea particular, propõe-se desenvolver um processo de personalização desde a captura da geometria do paciente até a fabricação de um produto final. O método proposto ocorre através de Digitalização Tridimensional, utilização de sistemas de CAD/CAM para a reconstrução digital da geometria do usuário e posterior Usinagem CNC diretamente de espumas flexíveis de poliuretano. A metodologia aplicada partiu da análise dos processos de digitalização tridimensional, avaliando precisão, tempos e custos. Foram avaliados os métodos de Digitalização a Laser por Holografia Conoscópica, Digitalização a Laser por Triangulação, Digitalização com Luz Branca (Luz Estruturada), Digitalização Baseada em Fotografia e Digitalização por Contato. Analisaram-se espumas flexíveis de poliuretano de densidades 20 a 60 kg/m³, aprofundando o estudo na de 50kg/m³. Foram realizados ensaios de usinabilidade e determinados parâmetros de corte para as espumas. Após, usinaram-se protótipos e realizaram-se estudos de caso, com o acompanhamento de profissionais da saúde, utilizando as técnicas de mapeamento de pressão e termografia. Os resultados permitiram maior entendimento do comportamento das espumas flexíveis de poliuretano, bem como indicaram a viabilidade de sua usinagem CNC por meio de equipamentos e ferramentas convencionais. Puderam também ser observadas características específicas da digitalização de assentos, sugerindo a necessidade do uso de moldes de gesso para adequação postural do usuário. Tais moldes foram avaliados, apresentando variações de 3 a 4mm, devido ao processo manual. Os desvios ocorridos durante o processo de secagem, estabilizados em 24h, apresentaram a mesma ordem de grandeza. Os processos de digitalização tridimensional apresentaram precisões desde menores que 0,2 até cerca de 1mm, sendo que a usinagem CNC também correspondeu a este patamar. Foram recomendadas diretrizes para o fresamento das espumas flexíveis de poliuretano, as quais apresentaram comportamento contrário aos clássicos materiais de usinagem, de maior dureza. Sugere-se o uso de altas rotações (18000 a 24000 rpm), velocidades de avanço na ordem de 2000mm/min, com grandes profundidades de corte e grandes penetrações de trabalho. Os estudos de caso permitiram otimizar e validar o processo, gerando também diretrizes para a moldagem em gesso, visto que os assentos produzidos são cópias da geometria dos moldes. As análises termográficas ficaram em consonância com os ensaios de mapeamento de pressão, demonstrando a eficiência dos assentos personalizados. Tais assentos mostraram distribuir mais homogeneamente tanto a pressão quanto a temperatura, sugerindo menores riscos de lesão de pele para os usuários de cadeira de rodas. Espera-se que o processo proposto oportunize o tratamento de alto nível para pessoas com deficiência e que os assentos personalizados possam de fato levar ao usuário final a adequação postural, bem como o aumento do conforto e da qualidade de vida. / The use of custom seating for wheelchairs is recommended for prevention of postural deformities, skin lesions and functional limitations of people with disabilities. These seats intend to increase the contact area, reducing both the pressure peak on skin and the deep tissues deformation. Since each user has a particular bone structure, it is proposed the development of a customization process from the capture of patient geometry to the manufacture of a final product. The suggested method occurs through the three-dimensional scanning, the use of CAD/CAM systems for the digital reconstruction of user's geometry and later the CNC machining directly on flexible polyurethane foams. The applied methodology was based on the analysis of three-dimensional scanning processes, evaluating time, accuracy and costs. Methods of Laser Scanning by Conoscopic Holography, Laser Scanning by Triangulation, White Light Scanning (Structured Light), Photo-Based Scanning and Scanning by Contact were evaluated. Flexible polyurethane foams of densities from 20 to 60 were analyzed, making a profound study of the 50kg/m³ one. Machinability tests were performed and cutting parameters for foams were determined. Thereafter, prototypes were machined and case studies were accomplished, with health professionals assistance, using techniques of pressure and thermography mapping. Obtained results allowed a greater understanding of flexible polyurethane foams behavior and indicated the viability of its CNC machining by using conventional equipment and tools. Specific features of seats scanning could also be observed, suggesting the need of using plaster molds for the adjustment of user posture. These molds were evaluated, showing variations from 3 to 4 mm, due to the manual process. Occurred deviations during the drying process, which were stabilized in 24 hours, showed the same order of magnitude. Three-dimensional scanning processes showed accuracies from less than 0.2 to about 1 mm, and CNC also corresponded to this level. Some guidelines for flexible polyurethane foams milling, which behaved contrary to classical materials (tougher) machining, were recommended. The use of high spindle speeds (18000 - 24000) is suggested, feed rates in order of 2000 mm/min, as well as high depths of cut. Case studies allowed to optimize and validate the process, generating also plaster molding guidelines, since produced seats are copies of molds geometry. Thermographic analyses were consistent with the pressure mapping tests, demonstrating indeed that custom seats increase the contact area with the user. Such seats showed evenly distribute both pressure and temperature, suggesting lower risks of skin injury for wheelchair users. It is expected that the proposed process offers a high-level treatment for people with disabilities and that custom seats can actually lead an appropriate posture to the end user, as well as increase comfort and quality of life.

Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-10-11T15:39:41Z No. of bitstreams: 1 ELIZABETH MASSENA FERREIRA D.PDF: 2256671 bytes, checksum: 0c292929bbb0f709ecda077644b77851 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-11T15:39:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELIZABETH MASSENA FERREIRA D.PDF: 2256671 bytes, checksum: 0c292929bbb0f709ecda077644b77851 (MD5) Previous issue date: 2003-02 / Este trabalho apresenta um estudo sistemático da sorção de índio de meio iodeto, utilizando espuma de poliuretano à base de poliéter comercial como extrator em fase sólida, visando à pré-concentração e/ou separação de índio de diferentes matrizes de amostras. As características físico-químicas de sorção do sistema foram investigadas por processo em batelada, apresentando rápida cinética e máxima sorção numa faixa significativa de meio ácido ou básico, com coeficientes de distribuição acima de 104 L kg-1 ([KI] ≥ 0,6 mol L-1). A análise do equilíbrio de sorção indicou o tetraiodo-indato (MInI4) como a principal espécie sorvida na matriz da espuma; os mecanismos de sorção mais prováveis foram discutidos. A isoterma de Langmuir foi ajustada com êxito sendo obtido um valor de (1,55±0,02)x10-1 mol kg-1 para a capacidade de saturação. O efeito da temperatura foi avaliado indicando um processo espontâneo e exotérmico caracterizado por sorção química. A reextração do índio da espuma com solução de HCl 1,0 mol L-1 em meio etanol 50% apresentou rápida cinética (10 minutos) e eficiência (97%). O sistema pode ser utilizado para a separação de traços de índio de grandes quantidades de Al, Fe, Zn, Ni, Co, Mn e Ga. Cd e Pb são co-extraídos. Ácido cítrico, F- e EDTA interferem na sorção do índio; tiosulfato de sódio (< 0,1 mol L-1) e ácido ascórbico (até 0,8 mol L-1) não interferem. O sistema foi avaliado na determinação de In na presença de 105 vezes Zn, Al, Fe pelo método de adição e recuperação de índio. Os elementos determinados por ICP-OES apresentaram fatores de separação, da ordem de 7,0x 102 para Zn/In, 1,0x105 para Fe/In e de 5,5x104 para Al/In, com eficiente recuperação de índio. A metodologia desenvolvida foi aplicada para determinar índio por ICP-OES em material de referência padrão de zinco metálico (NIST), apresentando concordância compatível com o valor certificado, para um nível de confiança de 95%. / This work shows a systematic study on indium iodide sorption using commercial polyether-based polyurethane foam as a solid phase extractor in order to preconcentrate and/ or separate indium from different sample matrices. The physico-chemical characteristics of the system sorption were investigated for the batch process. The system has shown rapid kinetic and maximum sorption from a meaningful range of either acid or basic medium and achieves distribution ratios above 104 L kg-1 ([KI] ≥ 0.6 mol L-1). Sorption equilibrium analysis indicates the tetraiodo-indate (MInI4) as the main species sorbed on the foam matrix; the more probable mechanisms of sorption were discussed. Langmuir isotherm was successfully fitted and a value of (1.55±0.02)x10-1 mol kg-1 was obtained for the saturation capacity. The temperature effect was evaluated and indicates a spontaneous and exothermic chemisorption process favored at low temperatures. The indium reextraction from the foam using a HCl 0.1 mol L-1 in ethanol 50% medium solution has also shown a rapid kinetic (10 minutes) and efficiency (97%). The system should be used to separate large quantities of Al, Fe, Zn, Ni, Co, Mn and Ga from trace indium. Cd and Pb are coextracted with indium. Citric acid, F- and EDTA interfere on indium sorption; sodium thiosulfate (≤ 0.1 mol L-1) and ascorbic acid (up to 0.1 mol L-1) do not interfere. The system was evaluated in the determination of indium in the presence of 105 times Zn, Al and Fe by indium addition and recovery technique. The elements determination by ICP-OES showed separation factors around 7.0x102 for Zn/In, 1.0X105 for Fe/In and of 5.5x104 for Al/In, with an efficient recovery of indium. The developed methodology was applied to determine indium in metallic zinc standard reference material (NIST) by ICP-OES and has shown compatible agreement with the certified value at a 95% confidence level.

Nos curtumes, as operações de ribeira geram quantidades elevadas de resíduos sólidos. Durante o tratamento das peles na ribeira, especificamente na etapa de pré-descarne é removido material adiposo que constitui a camada subcutânea da pele, esse resíduo é composto de gorduras e proteínas. Através dos processos de digestão/extração e winterização, é possível produzir oleína dos resíduos sólidos do pré-descarne. A oleína é um composto de triacilgliceróis formado por ácidos graxos insaturados com potencial para ser convertido a polióis e utilizado na manufatura de poliuretanos (PU), gerando uma alternativa para substituir os derivados de petróleo comumente utilizados nesse processo. Este trabalho tem como objetivo produzir polióis de oleína por glicerólise alcalina e, a partir dos polióis produzidos, preparar espumas flexíveis de poliuretano (EFPUs) Empregou-se um planejamento experimental fatorial completo 24 com 4 repetições no ponto central para otimizar a produção de polióis de oleína. As espumas EFPUs foram preparadas com razões molares NCO/OH de 1,1 e 1,2, usando-se poliisocianatos alifáticos lineares e cíclicos, água como agente de expansão e surfactante de silicone. O poliol à base de oleína (PO2 - produzido na melhor condição de glicerólise alcalina estudada) apresentou índice de hidroxila elevado (acima de 300 mg KOH.g-1) e funcionalidade próxima a 3. A estabilidade térmica da espuma de poliuretano produzida foi maior que a estabilidade térmica do poliol de oleína. A densidade, o alongamento na ruptura e a resiliência das espumas de PU foram dependentes da razão molar de NCO/OH. As microscopias de MEV das espumas de PU mostraram estruturas das células como polígono totalmente fechados, outros com aberturas e muitas paredes enrugadas. Os materiais extrativos das espumas de PU foram inferiores a 3%, indicando a formação de estrutura reticulada. / In the tanneries, the beamhouse generate high amounts of solid waste. During the treatment of skins in beamhouse, specifically in pre-fleshing stage is removed adipose material that constitutes the subcutaneous layer of the skin, this residue is composed of fats and proteins. Through the processes of digestion/extraction and winterization, it is possible to produce olein from the solid waste from the pre-fleshing. Olein is a triacylglycerol compound formed by unsaturated fatty acids that can be converted to polyols and used to manufacture polyurethane, an alternative to replace the petroleum derivatives, commonly employed in the process. This work aims to obtain polyol from olein through alkaline glycerolysis and, from the polyols produced, to produce flexible polyurethane foams (FPUFs). A 24 full factorial design with 4 repetitions at the central point was used to optimize the production of olein polyols. EFPUs were prepared with NCO/OH molar ratios of 1.1 and 1.2, linear and cyclic aliphatic polyisocyanates, water as blowing agent and silicone surfactant. The olein-based polyol (PO2 - produced in the best alkaline glycerolysis condition studied) showed high hydroxyl number (above 300 mg KOH.g-1) and functionality near to 3. Thermal stability of produced polyurethane foams was greater than thermal stability of olein polyol. Density, elongation at break and resilience of PU foams have been dependents of NCO/OH ratio. SEM microscopy of FPUFs show cells structures with polygon totally closed, others with openings and many wrinkled walls. Extractable materials of polyurethane foams was lower than 3% indicating that a crosslinked structure is formed.

O uso de recursos florestais e madeireiros como cargas em matrizes poliméricas pode originar novos materiais com forte apelo ecológico e econômico. Dentre os resíduos do processamento mecânico e químico da madeira, há uma série de materiais de fácil acesso que podem ser manipulados a partir de certas técnicas de biorrefinaria, tais como a madeira, a casca de madeira, as pinhas (frutos do pinus), as acículas (folhas do pinus), a lignina residual (processo kraft) e o lodo de papel derivadas do processo químico de polpação celulósica. Tais matérias primas foram incorporadas em espumas rígidas e semi-rígidas de poliuretano (PU) processadas pelo método da expansão livre, utilizando-se uma mistura de óleo de mamona e glicerina loira como biopoliol, com vistas a obtenção de espumas quimicamente estáveis e ecologicamente corretas. A compatibilidade de algumas dessas cargas no sistema PU foi testada mediante reações induzidas na presença de isocianato e catalisador. As espumas PU foram caracterizadas por meio de técnicas de microscopia e espectroscopia, além de ensaios mecânicos, térmicos, higroscópicos, óticos, de resistência a chamas e de resistência à radiação UV. Por fim, foi avaliado o efeito de expansões sob confinamento nas propriedades morfológicas, mecânicas e térmicas do PU puro e de uma espuma carregada PU/madeira As espumas apresentaram estabilidade química e a inserção das cargas no PU puro possibilitou a obtenção de espumas com células homogêneas, melhor desempenho higroscópico, níveis similares de condutividade térmica e flamabilidade, além de maior brilho e diferentes padrões de cor. A farinha de madeira apresentou a maior afinidade com o sistema PU, seguida pela lignina kraft, resultando em espumas carregadas com células menores, mais arredondadas e com maior teor de células fechadas, além de espumas com maiores estabilidades térmica e dimensional. Todas as espumas apresentaram fotodegradações similares, marcadas por uma cor alaranjada, acompanhada por uma acentuada perda de brilho. As espumas carregadas naturalmente mais escuras foram mais resistentes à fotodegradação por serem capazes de causar um efeito contrário ao da descoloração natural do PU quando sujeito aos raios UV. O confinamento diminuiu o diâmetro médio de células da espuma PU/madeira e a anisotropia do PU puro, levando a formação de células mais homogêneas, marcadas por números de arestas rompidas e de células abertas aparentemente menores, que resultaram em maiores densidades aparentes e melhores propriedades mecânicas para espumas preparadas a 50% de confinamento e menor condutividade térmica para as espumas confinadas a 70%. / The use of forestry and wood-based resources as fillers in polymer matrices may originate new materials with strong environmental and economic appeals. Among the wastes from chemical and mechanical processing of wood, there are many materials readily available, which can be handled through biorrefinary techniques, like wood flour, wood bark, pine cones (fruits), pine needles (leaves), residual lignin (e.g. from kraft process) and paper sludge, the last two from the chemical processing of cellulosic pulp. In this thesis, such raw materials were incorporated into rigid and semi-rigid polyurethane (PU) foams prepared by the free-rising pouring method, using a mixture of castor oil and crude glycerin as a bio-based polyol in order to achieve chemically stable and eco-friendly foams. Compatibility of the fillers with the PU system was evaluated using induced reactions in the presence of isocyanate and catalyst. The PU foams were characterized by microscopy and spectroscopy techniques, as well as mechanical, thermal, hygroscopic, optical, flame resistance and UV radiation resistance tests. And the effect of rising under confinement on the morphological, mechanical and thermal properties of neat PU and wood/PU foam composites was also investigated The foams presented chemical stability and the addition of fillers into PU yielded foams with more homogeneous cells, better hygroscopic performance, similar thermal conductivities and flammabilities, as well as higher specular glosses and different colorimetric patterns. The wood flour presented the highest affinity with the PU system, followed by kraft lignin, resulting in foam composites with smaller and more rounded cells, with higher closed-cells content, and increased thermal and dimensional stabilities. All foams presented similar photodegradation behavior characterized by an orange color and a significant loss in specular gloss. The foam composites, being naturally darker, were more resistant to photodegradation, since they had an opposite effect related to natural discoloration under UV radiation. The confinement decreased cell diameter for the wood filled PU foam and the anisotropy index for neat PU foam, yielding more homogeneous cells, with fewer broken edges and open-cells, with greater apparent densities and better mechanical properties for foams prepared at 50% confinement and lower thermal conductivity for foams confined at 70%.