Orientador: Edvaldo Sabadini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T15:29:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guersoni_VanessaCristinaBizotto_D.pdf: 3480518 bytes, checksum: 90d693157249a652dfd8cc9e674e7ad2 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Quando pequenas quantidades (da ordem de ppm) de polímeros de elevada massa molecular são dissolvidos num solvente submetidos a um escoamento turbulento, elevados níveis de redução de atrito hidrodinâmico (RA) podem ser obtidos. Quando o fluido entra em regime turbulento, ocorrem flutuações de velocidade, perturbações conhecidas por vórtices, com ampla distribuição de tamanhos. As perturbações de pequena dimensão são associadas com a perda de energia viscosa do líquido sob escoamento, sendo que os agentes redutores de atrito atuam nestas estruturas. Uma teoria bastante interessante foi desenvolvida por De Gennes para explicar o fenômeno de redução de atrito hidrodinâmico. Segundo esta teoria, deve haver uma ressonância entre a freqüência de desenvolvimento de vórtices com a freqüência de estiramento da macromolécula (dissolvida na solução) para que ocorra o truncamento da cascata de vórtices, diminuindo a dissipação de energia viscosa e, consequentemente, reduzindo o atrito hidrodinâmico. Assim, a flexibilidade da macromolécula que promove a redução de atrito é muito significativa. Neste estudo, foram usados dois polímeros flexíveis, poli(óxido de etileno), PEO e poliacrilamida, PAM, e empregadas duas técnicas para se investigar a teoria de De Gennes: impacto de gotas (¿splash¿) e reometria. No ¿splash¿, a redução de atrito foi estudada pela rápida deformação do líquido durante o impacto da gota, usando as imagens obtidas em uma câmera de alta velocidade. A porcentagem de RA foi determinada com base na altura do jato Rayleigh (uma das estruturas do ¿splash¿). Estes estudos permitiram estabelecer correlações entre a dinâmica de deformação do líquido e da cadeia polimérica. A redução de atrito estudada por reometria se baseia na mudança do esforço (torque) para manter o líquido em determinada rotação. Os resultados obtidos no reômetro são bastante reprodutíveis e permitiram a determinação de efeitos de redução de atrito para concentrações do agente de apenas 2 ppm. A degradação mecânica sofrida pelos polímeros, ao serem submetidos a intenso cisalhamento, também foi avaliada no reômetro rotacional. Um modelo cinético foi proposto para comparar a estabilidade de PEO e PAM frente a degradação mecânica. Observou-se que intrinsecamente os dois polímeros degradam na mesma taxa. Os estudos desenvolvidos no reômetro também permitiram avaliar os efeitos elásticos do agente redutor de atrito (de acordo com a teoria de de Gennes). Estes foram desenvolvidos adicionando-se pequenas concentrações (menores de 1%) de partículas rígidas de sílica em soluções aquosas contendo sistemas flexíveis (PEO). A adsorção de PEO sobre as partículas de sílica levam a formação de sistemas semi-flexíveis, afetando significativamente a capacidade de redução de atrito hidrodinâmico / Abstract: When a very small amount (in the range of ppm) of a polymer with high-molecular weight is added in turbulent flow, it can cause drastic reduction of frictional drag. In turbulent flow, the velocity fluctuation (vortices) with large size distribution is observed. The small fluctuations are associated with the loss of kinetic energy of the liquid, due to its viscosity, and the drag reducing agents act in these structures. An interesting theory was developed by de Gennes to explain the drag reduction phenomenon. According to this theory, the frequencies in which the vortices are created and the stretching of the polymer chain must be in resonance, in order to avoid the growing of the cascade of vortices, decreasing the loss of the energy (due to the viscosity), and consequently promoting the drag reduction. Therefore, the flexibility of the macromolecule is very important. In this study two flexible polymers, poly(ethylene oxide), PEO, and polyacrylamide, PAM, were used, and two techniques: the impact of drops (splash) and rheometry were employed to investigate the theory of de Gennes. For splash, the drag reduction was studied using the images of the liquid deformation during the drop impact (in range of some mili-seconds) obtained in a very fast digital camera. The percentage of drag reduction was determined using the maximum height of the Rayleigh jet (one of the splash structures). This study allows us to correlate the dynamic of the liquid deformation and the stretching of the polymer chain. The drag reduction using rheometry is based on the torque necessary to keep the liquid in a specific rotation. The results using the rheometer are very reproducible, allowing the determination of drag reduction even in very low polymer concentration (such as 2 ppm). The polymer mechanical degradation, due to the high shear, was also investigated in the rotational rheometer. A kinetic model was proposed to compare the mechanical stability of both polymers. It was observed that intrinsically, the two polymers undergo degradation in the same rate. The studies in the rheometer also allow the investigation of the elastic effect of the drag reducer agents (according to the theory of de Gennes). They were developed by adding small amounts of colloidal silica particles (less than 1%). The adsorption of the PEO chain at the surfaces of the particle, results in a semi-flexible system, affecting the capability of the particle to promote drag reduction / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

A super-hidrofobicidade é uma característica presente em diversas superfícies encontradas na natureza, conferindo-lhes determinadas características como a autolimpeza. Um dos mais conhecidos exemplos de superfície super-hidrofóbica autolimpante é a da folha de Lótus, que apresenta uma camada de retenção de ar importante entre as cavidades da superfície. Essa retenção de camada de ar entre cavidades é característica marcante de determinadas superfícies super-hidrofóbicas, e tem atraído grande atenção nos últimos anos, por ser de alto interesse tecnológico, econômico e ecológico. Algumas espécies apresentam superfície que retêm essa camada de ar por apenas algumas horas, ou dias. Em outras espécies, porém, ela se mantém por longos períodos. Uma das superfícies mais complexas é a da samambaia flutuante Salvinia, que é capaz de manter uma camada de ar estável durante várias semanas, mesmo quando submersa na água. Diversos estudos têm sido promovidos para fins de desenvolver tecnologias capazes de promover a retenção de ar na superfície por períodos longos, as quais têm grande potencial de aplicação no setor naval, por exemplo, pois serviriam para reduzir o arrasto hidrodinâmico quando utilizadas no revestimento de embarcações, diminuindo o consumo de combustível. Neste trabalho, buscou-se obter, através da mimetização da estrutura da Salvinia e suas espécies, uma superfície super-hidrofóbica retentora de camada de ar capaz de reduzir o arrasto hidrodinâmico. Desenvolveram-se, para tanto, revestimentos formados em duas etapas: uma base formada por fibras de poliamida para gerar rugosidade – aplicadas por flocagem eletroestática –, as quais foram cobertas, via spray, por um organosilano (hidrofóbico). Então, foram caracterizadas as propriedades dos revestimentos quanto à morfologia, ângulo de contato, ângulo de rolamento e volume de ar preso na superfície, bem como realizados testes para verificar sua capacidade de redução de arrasto hidrodinâmico. Os revestimentos super-hidrofóbicos desenvolvidos neste trabalho apresentaram camada de ar sobre a superfície e os testes demonstraram redução de arrasto hidrodinâmico de até 30%. / Super-hydrophobicity is a characteristic found in several surfaces of nature, which gives them certain features such as self-cleaning. One of the most well-known examples of a super-hydrophobic self-cleaning surface is the one present on the Lotus leaf, that contains an important layer of air retention between the cavities of the surface. This layer of air retention between cavities is a characteristic of some superhydrophobic surfaces, and has attracted a lot of attention recently, from technological, economic and ecological fields. Some species have a surface that holds this layer of air for only a few hours or days. Other species, however, maintain that for long periods of time. One of the most complex surfaces is the floating fern Salvinia - able to maintain a stable air layer for several weeks, even when submerged in water. Several studies have been carried out to develop technologies able to keep the air retention on surface for long periods, as they have a great potential to be applied in the naval sector, for instance, because they could reduce the hydrodynamic drag when used in the coating of boats, also reducing fuel consumption.The aim of this work is to obtain, by mimicking Salvinia’s structure and its species, a super-hydrophobic air-layer retaining surface, capable of reducing hydrodynamic drag. For this purpose, coatings composed in two stages were developed: a base composed by polyamide fibers to generate roughness - applied by electrostatic flocking - and covered by an organosilane (hydrophobic) spray. Then, the properties of the coatings were characterized in terms of morphology, angle of contact, rolling angle and volume of air hold on the surface, as well as tests to check their hydrodynamic drag reduction capacity. The super-hydrophobic coatings developed in this work have presented an air layer on surface and the tests has shown a hydrodynamic drag reduction for of up to 30%.

Orientador: Edvaldo Sabadini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T10:56:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Strauss_DarleneLuziaFelix_M.pdf: 3817957 bytes, checksum: 2557a153a7468c4a1f482e242b50bfea (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: É conhecido que surfactantes agregam-se através de interações hidrofóbicas, formando espontaneamente estruturas supramoleculares em solução aquosa. A formação destas macroestruturas pode alterar significativamente a viscoelasticidade da solução. Essas estruturas diferem dos polímeros por serem sistemas que estão num processo constante de quebra e recombinação numa escala finita de tempo que é dependente das propriedades físico-químicas dos sistemas. Foram estudados os efeitos do cisalhamento intenso de soluções aquosas de micelas gigantes formadas pela combinação de CTAB com salicilato de sódio em diferentes concentrações do co-soluto (NaSal). Os experimentos foram realizados em um reômetro, sendo que a estabilidade térmica das micelas gigantes foi avaliada usando a propriedade deste sistema supramolecular em produzir significativas reduções de atrito hidrodinâmico. Três temperaturas características foram observadas, T0, T1 e T2, que são atribuídas respectivamente à fusão de cadeias, ruptura dos pontos de fusão e quebra das micelas em menores fragmentos. A concentração de co-soluto afeta diretamente a estabilidade térmica das soluções, quanto maior a razão co-soluto/surfactante maior a temperatura de quebra das micelas (T2). Outro fator importante é a taxa de cisalhamento, pois até certo limite, quanto maior a taxa de cisalhamento maior a T2. Foi estudado também o comportamento de estruturas induzidas por cisalhamento (SIS), que é uma propriedade característica desses sistemas, utilizando o reômetro, em que se aplicou um cisalhamento intenso e depois se monitorou o comportamento de relaxação das estruturas formadas durante o cisalhamento. Para entender melhor este comportamento foi realizado um estudo cinético em função da temperatura para verificar a cinética de relaxação das mesmas às estruturas iniciais. A temperatura tem grande influência sobre a manutenção das estruturas induzidas por cisalhamento, pois quanto maior a temperatura aplicada ao sistema mais rápida e a volta à estrutura inicial. Assim, o Modelo de Arrhenius foi aplicado para determinar a energia de ativação de uma das etapas / Abstract: It is known that surfactants spontaneously self-assemble through hydrophobic interactions in aqueous solutions generating supramolecular structures. The formation of these macrostructures can modify significantly the solution viscoelasticity. These structures differ from polymers because these systems are in a constant break and recombination process in a limited time scale dependent of its physical-chemistry properties. The effects of intense shear on aqueous solution of wormlike micelles formed by CTAB and sodium salicylate combination in different co-solute (NaSal) concentrations were studied. The experiments were performed in a rheometer, where the thermal stability of worm-like micelles was evaluated applying drag reduction studies that is a particular property of this supramolecular system. Three characteristic temperatures are observed, T0, T1 e T2, that correspond respectively to the chains fusion, break of fusion points and micelles break into minor fragments. The co-solute concentration directly affects the solutions thermal stability, as higher the co-solute/surfactant ratio as higher the micelles break temperature (T2). Other important factor is the shear rate, until certain limit, the higher the shear rates the higher T2. The behavior of shear induced structures (SIS), that is a characteristic property of these systems, was also studied using the rheometer where an intense shear was applied and then the relaxation behavior of the formed structures was monitored under shear. For better understanding of this behavior, a kinetic study as a function of the temperature was accomplished to verify the relaxation kinetics of the SIS to the initial structures. The temperature has a critical influence under the maintenance of shear induced structures, because the higher the temperature applied at the system the faster the return to the initial structures. Thus, Arrhenius model was applied to determine the activation energy from one of the steps / Mestrado / Físico-Química / Mestra em Química