The interaction of materials with biological systems is of critical importance to a vast number of applications from medical implants, tissue engineering scaffolds, blood-contacting devices, cell-culture products, as well as many other products in industries as diverse as agriculture. This thesis describes a method for the modification of biomaterial surfaces and the generation of tissue engineering scaffolds that utilises the self assembly of poly (styrene)-block-poly (ethylene oxide) (PS-PEO) block copolymers. Block copolymers consist of alternating segments of two or more chemically distinct polymers. The salient feature of these materials is their ability to self organise into a wide range of micro-phase separated structures generating patterned surfaces that have domain sizes in the order of 10-100nm. Further, it is also possible to specifically functionalise only one segment of the block copolymer, providing a means to precisely locate specific biological signals within the 10-100nm domains of a nano-patterned surface, formed via the programmed micro-phase separation of the block copolymer system. The density and spatial location of signalling molecules can be controlled by altering several variables, such as block length, block asymmetry, as well as processing parameters, providing the potential to authentically emulate the cellular micro to nano-environment and thus greatly improving on existing biomaterial and tissue engineering technologies. This thesis achieved several aims as outlined below; Developed methods to control the self-assembly of PS-PEO block copolymers and generate nano-patterned surfaces and scaffolds with utility for biomaterials applications. PS-PEO diblock copolymers were blended with polystyrene (PS) homopolymer and spin cast, resulting in the rapid self-assembly of vertically oriented PEO cylinders in a matrix of PS. Due to the kinetically constrained phase-separation of the system, increasing addition of homopolymer is shown to reduce the diameter of the PEO domains. This outcome provides a simple method that requires the adjustment of a single variable to tune the size of vertically oriented PEO domains between 10-100nm. Polymeric scaffolds for tissue engineering were manufactured via a method that combines macro-scale temperature induced phase separation with micro-phase separation of block copolymers. The phase behaviour of these polymer-solvent systems is described, and potential mechanisms leading to this spectacular structure formation are presented. The result is highly porous scaffolds with surfaces comprised of nano-scale self-assembled block copolymer domains, representing a significant advance in currently available technologies. Characterised the properties of these unique nano-structured materials as well as their interaction with proteinaceous fluids and cells. Nano-patterned PS-PEO self-assembled surfaces showed a significant reduction in protein adsorption compared to control PS surfaces. The adhesion of NIH 3T3 fibroblast cells was shown to be significantly affected by the surface coverage of PEO nano-domains formed by copolymer self-assembly. These nano-islands, when presented at high number density (almost 1000 domains per square micron), were shown to completely prevent cellular attachment, even though small amounts of protein were able to bind to the surface. In order to understand the mechanism by which these surfaces resisted protein and cellular adsorption we utilised neutron reflection to study their solvation and swelling properties. The results indicate that the PEO domains are highly solvated in water; however, the PEO chains do not extend into the solvent but remain in their isolated domains. The data supports growing evidence that the key mechanism by which PEO prevents protein adsorption is the blocking of protein adsorption sites. Control the nano-scale presentation of cellular adhesion and other biological molecules via the self-assembly of functionalised PS-PEO block copolymers Precise control over the nano-scale presentation of adhesion molecules and other biological factors represents a new frontier for biomaterials science. Recently, the control of integrin spacing and cellular shape has been shown to affect fundamental biological processes, including differentiation and apoptosis. We present the self-assembly of maleimide functionalised PS-PEO copolymers as a simple, yet highly precise method for controlling the position of cellular adhesion molecules. By controlling the phase separation of the functional PS-PEO block copolymer we alter the nano-scale (on PEO islands of 8-14 nm in size) presentation of the adhesion peptide, GRGDS, decreasing lateral spacing from 62 nm to 44 nm and increasing the number density from ~ 450 to ~ 900 islands per um2. The results indicate that the spreading of NIH-3T3 fibroblasts increases as the spacing between islands of RGD binding peptides decreases. Further, the same functional PS-PEO surfaces were utilised to immobilise poly-histidine tagged proteins and ECM fragments. The technologies developed in this thesis aim to improve on several weaknesses of existing biomaterials, in particular, directing cellular behaviour on surfaces, and within tissue engineering scaffolds, but also, on the prevention of fouling of biomaterials via non-specific protein adsorption. The application of block copolymer self-assembly for biomaterial and tissue engineering systems described in this thesis has great potential as a platform technology for the investigation of fundamental cell-surface and protein-surface interactions as well as for use in existing and emerging biomedical applications.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

Philosophiae Doctor - PhD (Chemistry) / Rare earth elements (REEs) have widespread use and importance for industrial applications due to their metallurgical, optical and electronic properties. Several typical hydrometallurgical techniques such as adsorption, chemical precipitation, filtration, ion exchange and solvent extraction techniques have been used for separation and recovery of the rare earth metals from aqueous solutions. Adsorption was recognised as one of the most promising methods due to its simplicity, high efficiency and availability. Many adsorbents are being investigated but there are few adsorbents containing specific functional groups in practical use for REEs recovery. This aim of this study was to develop a nanofibre based adsorbent containing glycolic acid functional groups for the recovery of rare earth metals. Polystyrene (PS) and polyethylene terephthalate (PET) nanofibres were prepared by the electrospinning technique, glycolic acid functional groups were grafted onto the PS or PET nanofibres and the potential of the two modified nanofibre adsorbents for adsorption of Ce3+ or Nd3+ from aqueous solution were investigated and compared. The adsorption experiments were carried out to investigate the effect of different adsorption parameters such as pH, contact time and initial concentration in a batch system in order to achieve the objectives of this research.

O presente trabalho tem como objetivo analisar as propriedades mecânicas, térmicas, termo dinâmico-mecânicas e morfológicas de compósitos preparados com poliestireno expandido reciclado e pó de madeira. Compósitos com diferentes teores de agente compatibilizante e diferentes teores de pó de madeira foram desenvolvidos em extrusora dupla rosca co-rotante e moldados por injeção. Os resultados obtidos demonstram que o compatibilizante com maior quantidade de anidrido maleico, menor massa molar ponderal média e utilizado em quantidade igual a 2% em massa gerou compósitos com melhores propriedades mecânicas. A melhora na adesão interfacial também foi observada através da análise termo dinâmico-mecânica. Verificou-se aumento no módulo de armazenamento, redução na altura do pico de tan δ e também menor valor do fator de adesão, associado com a maior adesão na região da interface. Para os compósitos desenvolvidos com diferentes teores de pó de madeira a densidade obtida foi semelhante a densidade teórica indicando estar de acordo com a regra das misturas. A utilização de compatibilizante reduziu o teor de vazios dos compósitos. Os resultados obtidos nos ensaios de flexão demonstraram que o módulo de flexão aumenta com a quantidade de carga e também se aproxima do comportamento previsto pela regra das misturas, entretanto os compósitos sem compatibilizante apresentaram redução na resistência a flexão com o aumento do teor de pó de madeira. No ensaio de impacto observou-se redução da resistência ao impacto com a adição de carga, porém os compósitos com compatibilizante apresentaram resultados superiores aos compósitos sem compatibilizante para todos os teores de pó de madeira. Observou-se aumento no módulo de armazenamento, no módulo de perda e também na efetividade do reforço com a adição de pó de madeira. Ocorreu redução na largura e também na altura do pico de tan δ conforme a adição das partículas de madeira, contudo os compósitos com compatibilizante apresentaram redução mais acentuada devido à melhora na adesão interfacial. O modelo teórico para predizer o comportamento do módulo de armazenamento demonstrou proximidade com os valores experimentais para baixos teores de carga. Para tan δ o modelo teórico se mostrou inadequado. As micrografias dos compósitos sem compatibilizante indicaram arrancamento e a presença de vazios entre o pó de madeira e a matriz, entretanto os compósitos com compatibilizante demonstraram maior recobrimento das partículas de madeira pela matriz. A estabilidade térmica dos compósitos com compatibilizante foi reduzida para todos os teores de pó de madeira quando comparada aos compósitos sem compatibilizante. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-29T19:17:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Matheus Poletto.pdf: 13891003 bytes, checksum: 55e82e4ccfc0e75de63aa030fd38a84e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-29T19:17:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Matheus Poletto.pdf: 13891003 bytes, checksum: 55e82e4ccfc0e75de63aa030fd38a84e (MD5) / The present work aims to analyze the mechanical, thermal, dynamicalmechanical thermal properties and morphology of composites based on recycled polystyrene and wood flour. Composites with different types and levels of coupling agent and also with different levels of wood flour were developed in a co-rotating twin-screw extruder and injection molded. The results show that the coupling agent with higher amount of maleic anhydride, lower weight average molecular weight and used in to 2% by weight produced composites with better mechanical properties. The improvement in interfacial adhesion was also observed by dynamical-mechanical thermal analysis. An increase in the storage modulus, decrease in peak height and also lower value of adhesion factor, was observed due to the improved on interfacial adhesion. For the composites developed with different levels of wood flour density obtained was similar to theoretical density indicating that in accordance with the rule of mixtures. The use of coupling agent reduced the concentration of voids in the composites. The flexural modulus increases with the amount of wood flour and also approaches the behavior predicted by the rule of mixtures, however the composites without coupling agent showed reduction in flexural strength. The impact strength decreases with the addition of wood flour, but the composites with coupling agent showed better results than the composite without coupling agent for all levels of wood flour. There was an increase in the storage modulus, loss modulus and also the efficiency of filler with the addition of wood flour. There was a reduction in width and also in peak height of tan δ as the addition of wood particles, composite with coupling agent demonstrated greater reduction due to improved on interfacial adhesion. The theoretical model to predict the behavior of the storage modulus showed proximity with the experimental values for low levels of filler. Theoretical model for tan δ proved inadequate. The micrographs of composites without coupling agent indicated the presence of pulled-out traces and gaps between the wood flour and matrix, however the composites with coupling agent show the strong bonding and good wetting of the fillers by the matrix. The thermal stability of composites with coupling agent was reduced for all levels of wood flour when compared to composites without coupling agent.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In this work we present the synthesis and optic characterization of sulfonated polystyrene films (PSS) doped with ions of neodymium (Nd). The synthesis has a low cost and a simple route. The used dopant was the neodymium nitrate. The maximum incorporation of ions Nd3+ in the matrix, gotten in the synthesis of the films, was around 14.0 %. The absorption spectra in UV-Vis-NIR of the films of Nd-PSS had presented the characteristic bands for neodymium in aqueous solution. The FTIR spectra had presented a significant widening of the bands in relation to the sulfonated polystyrene spectrum. In this same spectrum occurs a great change in the form of line of the Nd-PSS film in the region below of 1400 cm-1 referring to the vibration of linking N-O. The films measured by Raman spectroscopy have presented the same intensity and localization of the peaks, independently of the region of incidence of the laser in the film. The analysis of these spectra demonstrates the overlapping of the bands: stretching of linking S-O, anti-symmetrical stretching of nitrate and the fold is of the plan of linking N-O. This fact proves the doping of the H-PSS and that the Nd07 film (contends the precursory neodymium solution 0.7 mol/L) is of higher concentration. The luminescence spectrum in UV-Vis region had shown that when the PSS polymer matrix is doped a blue shift is observed. The luminescence spectra excited in 458 nm (absorption band of the HPSS) and in 514 nm (absorption band of the Nd3+ ion) indicate, respectively, that it has an aiding of the emission around 520 nm (green) and of 610 nm (orange). The spectra of selective excitement show that it has an overlapping of the bands of excitement of the PSS with the Nd-PSS, when the wavelength of excitement varies of 400 until 500 nm. The bands of the Nd-PSS became wider and are more definite. The films of Nd- PSS present an intense emission in the infrared in 1076 nm (radiative transition 4F3/2®4I11/2). It was not observed dependence with the concentration in all spectra done. The factor of spectroscopic quality of the Nd11 film, gotten for the parameters of Judd-Ofelt, indicates that the domain of the transistion occurs in 4F3/2 ® 4I11/2 (1076 nm), proving with the results of the measures made in the photoluminescence in the infra-red. This confirms that the Nd11 film is an excellent candidate to be used in optic devices. / Nesse trabalho apresentamos a síntese e caracterização óptica de filmes de poliestireno sulfonado (PSS) dopados com íons de neodímio (Nd), utilizando uma rota sintética simples e de baixo custo. O dopante utilizado foi o nitrato de neodímio. A incorporação máxima de íons Nd3+ na matriz, obtida na síntese dos filmes, ficou em torno de 14,0 %. Os espectros de absorção no UV-Vis-NIR dos filmes de Nd-PSS apresentaram as bandas características para o neodímio em solução aquosa. Os espectros de FTIR apresentaram um alargamento significativo das bandas em relação ao espectro de poliestireno sulfonado. Nesse mesmo espectro ocorre uma grande mudança na forma de linha do filme Nd-PSS na região abaixo de 1400 cm-1 referente à vibração da ligação N-O. Os filmes medidos por espectroscopia Raman apresentaram a mesma intensidade e localização dos picos, independentemente da região de incidência do laser na amostra. A análise desses espectros demonstra a superposição das bandas de: estiramento da ligação S-O, estiramento assimétrico do nitrato e a dobra fora do plano da ligação N-O. Esse fato comprova a dopagem do H-PSS e que o filme Nd07 (contendo a solução precursora de neodímio 0,7 mol/L) é o mais concentrado. Os espectros de luminescência no UV-Vis mostraram que quando se dopa a matriz polimérica PSS ocorre um deslocamento para o azul. Os espectros de luminescência com excitações em 458 nm (banda de absorção do H-PSS) e em 514 nm (banda de absorção do íon Nd3+) indicam que há um favorecimento da emissão em torno de 520 nm (verde) e de 610 nm (alaranjado), respectivamente. Os espectros de excitação seletiva mostram que há uma superposição das bandas de excitação do PSS com o Nd-PSS, quando o comprimento de onda de excitação varia de 400 até 500 nm. Acima de 500 nm, as bandas do Nd-PSS se alargam e ficam mais definidas. Os filmes de Nd-PSS apresentam uma intensa emissão no infravermelho em 1076 nm (transição radiativa 4F3/2®4I11/2). Não foi observada nenhuma dependência com a concentração em todos os espectros realizados. O fator de qualidade espectroscópica do filme Nd11, obtido pelos parâmetros de Judd-Ofelt, indica que ocorre o domínio da transição 4F3/2 ® 4I11/2 em 1076 nm, corroborando com os resultados das medidas feitas via fotoluminescência e infravermelho. Isso confirma que o filme Nd11 é um ótimo candidato para ser usado em dispositivos ópticos. / Mestre em Física

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

O uso intensivo de petróleo tem sido matéria de discussões constantes por diferentes setores da sociedade, seja pela possibilidade de seu esgotamento ou pelos potenciais danos ambientais por ele ocasionados. Assim, com o intuito de minimizar os impactos gerados na produção de bens de consumo fundamentalmente constituídos por recursos fósseis, a indústria petroquímica se mobilizou no desenvolvimento de novas tecnologias. No que tange a produção de derivados poliméricos, a principal estratégia adotada nesse sentido está associada à substituição de petróleo por insumos manufaturados a partir de fontes renováveis. Esta solução visa tanto reduzir a extração dos recursos fósseis, quanto amenizar as emissões de gases efeito estufa. Entretanto, poucos são os estudos que avaliam os reais efeitos decorrentes desta medida, quantificando os impactos, positivos e negativos, ocasionados ao meio ambiente e ao homem. Diante deste fato, o presente trabalho tem por finalidade investigar os efeitos ambientais da substituição de eteno de origem fóssil por sucedâneo obtido via desidratação de etanol de cana-de-açúcar, no processo produtivo do poliestireno. O atendimento de tal objetivo foi alcançado a partir da aplicação da técnica de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), cuja visão sistêmica permite analisar a influência da troca de matérias- primas para a produção de uma tonelada de poliestireno cristal (GPPS) e uma tonelada de poliestireno de alto impacto (HIPS), respectivamente. A abordagem possui uma abrangência do berço-ao-portão da fábrica e faz uso do método de avaliação ReCiPe (H) Midpoint, versão 1.07. Considerando treze categorias de impacto, os resultados dos perfis de desempenho do GPPS e HIPS parcialmente renováveis apresentaram-se pior em: mudanças climáticas; acidificação terrestre; eutrofização; toxicidade humana; formação de oxidantes fotoquímicos e material particulado; ecotoxicidade terrestre e aquática; uso de solo agricultável e depleção de água; em resposta às atividades agrícolas para a produção de cana-de-açúcar. Por outro lado, os maiores consumos de gás natural e petróleo requeridos para a manufatura de eteno no sistema de produto do GPPS e HIPS fósseis, contribuíram para impactos relativamente superiores nas categorias de depleção de ozônio, transformação de solo natural e depleção de recursos fósseis. / The intensive use of oil has been a subject of constant discussion among different sectors of society, due to the fossil depletion and potential environmental damage caused by it. Therefore, in order to minimize impacts on the production of consumer goods made from fossil resources, the petrochemical industry has been developing new technologies. Regarding the production of polymer derivatives, the key strategy was to replace fossil assets by raw materials obtained from renewable resources, for the purpose of slowing down the extraction of crude oil, as well as balancing atmospheric emission of greenhouse gases. However, there are only few studies assessing the actual results of this solution, quantifying its positive and negative environmental impacts. Considering this scenario, this study aims to investigate the environmental effects associated to the replacement of ethylene produced from natural gas by ethylene obtained by sugarcane ethanol dehydration in the production of polystyrene. This study used the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, which systemic view allows to analyze the influence of this substitution during the production of one ton of crystal polystyrene (GPPS) and one ton of high impact polystyrene (HIPS). The system boundary comprises a \"cradle-to-gate\" approach and uses ReCiPe Midpoint (H) V1.07 method to analyze thirteen environmental impacts. Both GPPS and HIPS partially made from renewable resource presented unfavorable results in ten impacts categories: climate change, terrestrial acidification, eutrophication, human toxicity, photochemical oxidants formation, particulate matter formation, terrestrial and freshwater Ecotoxicity, agricultural land occupation and water depletion. This scenario can be assigned to sugarcane production activities. On the other hand, the higher consumption of natural gas and crude oil required for the manufacture of ethylene in the fossil GPPS and HIPS system boundary contributed to greater impacts in the categories of ozone depletion, natural land transformation and fossil depletion.

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T09:35:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duplat_DanielNascimento_M.pdf: 6130170 bytes, checksum: a8ec6733cbf973341a611dbeb5f31f55 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho trata do desenvolvimento teórico e computacional de um arranjo de antenas de grande comprimento elétrico com grande aplicabilidade em radares e sistemas de sensoriamento que utilizam distribuições de potência específicas. São abordados a síntese do padrão de radiação do arranjo, a escolha do número de antenas e o desenvolvimento da rede de alimentação do sistema. De maneira geral, o projeto pode ser dividido em duas partes: cálculo dos parâmetros do arranjo de antenas e desenvolvimento do sistema de alimentação do arranjo. Na primeira parte, a partir da escolha de um diagrama de radiação específico, determina-se o número de antenas e a amplitude e fase de campo eletromagnético que cada antena do arranjo deve receber a fim de gerar o diagrama de radiação necessário. Para tal, adota-se uma distribuição de amplitudes do tipo Hamming adaptada às especificações do projeto e uma distribuição de fase uniforme. Na segunda parte, desenvolve-se um sistema de alimentação para o arranjo de antenas que possibilita a distribuição da energia obedecendo à distribuição de amplitude e fase do campo determinada na fase anterior. O sistema proposto utiliza tecnologia de linhas de fita montada num substrato de poliestireno expandido, que agrega não somente baixas perdas ao sistema de distribuição, mas também baixos custo e peso. É possível verificar, portanto, que o desenvolvimento de um arranjo de antenas com comprimento elétrico muito maior do que o comprimento de onda de operação é um projeto que agrega conhecimentos não somente de antenas e suas características, mas também o conhecimento de arranjos de antenas e ponderação de amplitudes, bem como seus efeitos no diagrama de radiação do arranjo. Contudo, o desenvolvimento deste sistema implica na utilização de sistemas de guiamento eletromagnético que possibilitem a transmissão de energia agregando baixo custo, baixas perdas, e alta eficiência. / Abstract: This work deals with theoretical and computational development of an antenna array of large electrical length with wide application in radar and sensing systems using specific power distribution. The project describes the process from the synthesis of radiation pattern, the choice of the number of antennas and the development of the power supply system. Overall, the project can be divided into two parts: calculation of parameters of the antenna array and development of the power system. In the first part, the number of antennas and the amplitude and phase of the electromagnetic field that each antenna needs are calculated to generate the required radiation pattern. To this end, we adopt a distribution of amplitudes of Hamming type (Hamming weighting) adapted to the project specifications and a uniform phase distribution. In the second part, the power system to the antenna array is developed. This supply system enables the distribution of energy obeying the distribution of amplitude and phase of the field specified in the previous part. The proposed system uses striplines mounted on a substrate of expanded polystyrene, which combines low-losses, low-cost and lightweight. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

O poliestireno expandido (EPS), conhecido popularmente no Brasil como Isopor®, foi introduzido recentemente no país como material de baixa massa específica para construções de aterros, principalmente sobre solos moles, e encontro de pontes. Contudo, ainda não há experiência consolidada deste material em ensaios do ponto de vista da engenharia geotécnica entre nós. Este trabalho apresenta os resultados da primeira pesquisa com ensaios mecânicos e hidráulicos de laboratório específicos da caracterização do EPS para o uso geotécnico. Os ensaios mecânicos compreenderam compressão uniaxial simples e cíclica, compressão triaxial, cisalhamento direto e de interface (junta) e fluência em compressão. Os ensaios hidráulicos incluíram absorção de água por imersão e permeabilidade. Um ensaio de perda de massa por ataque de roedores foi realizado de forma simples, e ensaios químicos foram feitos para estudar o polímero. As amostras ensaiadas foram escolhidas de modo a se abranger ao máximo àquelas utilizadas em obras. Tentou-se, também, antecipar a utilização de amostras não convencionais, com massas específicas elevadas e de materiais reciclados. Os resultados mostram que o EPS possui uma grande resistência a solicitações de compressão simples, cíclica e triaxial, de cisalhamento, elevado valor de ângulo de atrito da junta e absorção de água, permeabilidade variável com a massa específica e baixo coeficiente de Poisson. Estas propriedades chave, aliado ao baixo peso específico oferecem a este material um grande potencial de aplicação como geossintético na engenharia geotécnica. / Expanded polystyrene (EPS), in Brazil, commonly know as Isopor®, has been recently introduced in this country as lightweight material for construction of embankments on soft soils, and bridge abutments. Despite this fact, there is no consolidated experience, in Brazil, in testing this product from a geotechnical point of view. This paper presents the first research data, obtained in Brazil, on mechanical and hydraulic laboratory tests, aiming the characterization of EPS samples specifically for geotechnical use. The mechanical tests comprised simple and cyclic unconfined compression, triaxial compression, joint and direct shear and creep in compression. The hydraulic tests included water absorption by immersion and water permeability. A simple loss weight test by mice attack was also conducted. And chemical tests were done to study the polymer. The results show that EPS has a great resistance to simple, cyclic and triaxial compression and joint shear solicitation, high friction angle and water absorption, varied permeability with the density and low Poisson coefficient. These key properties with its very low density give this material large potential application for geosynthetic use in geotechnical engineering.

Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChaparroMontezuma_GermanGiovanny_M.pdf: 3877380 bytes, checksum: 8f8924d77c55a7ec361451caa074630e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A Polimerização radicalar mediada por nitróxido (NMRP) é uma técnica da polimerização controlada com a habilidade de produzir polímeros com um alto controle da sua microestrutura, estreita distribuição de massa molar e baixos valores de polidispersidade (muito próximos a um). As características do polímero obtidas na polimerização controlada têm aumentado o interesse de levar essa técnica para um nível industrial, no entanto a polimerização controlada ainda apresenta desafios como, por exemplo, desenvolver com sucesso a NMRP em emulsão, a baixas temperaturas e usando nitróxidos de baixo custo e disponíveis comercialmente, como 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi (TEMPO). A NMRP em emulsão de estireno a temperaturas inferiores a 100 ° C foi realizada com sucesso neste trabalho. TEMPO foi utilizado como agente controlador ainda que este nitróxido normalmente opere a temperaturas acima de 120 °C, sendo demonstrado o controle da massa molar e da polidispersidade, juntamente com uma rápida taxa de polimerização em um sistema de emulsão / Abstract: Nitroxide-mediated radical polymerization (NMRP) is a controlled polymerization technique with the ability to produce polymers with a highly controlled microstructure, narrow molecular weight distribution and low polydispersity values (very close to one). The polymer characteristics obtained in controlled radical polymerization have increased the interest of bringing this technique to an industrial level, however there are still some challenges to be faced, like, successfully develop NMRP in emulsion at low temperatures (lower than 100 °C) with inexpensive nitroxides commercially available, as 2,2,6,6- tetramethyl-1-piperidinyloxy (TEMPO). In this work NMRP of styrene in emulsion at temperatures below to 100 °C was carried out successfully. TEMPO was used as controller agent although this nitroxide usually works at temperatures above 120 °C. It was demonstrated an optimal control of molecular weights and polydispersities, together with a fast polymerization rate in an emulsion system / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química