With increasing demands in bone repair and replacement, this research investigates the microstructure, properties and performance of bovine bone, human bone, and synthetic materials. Doing so, experimental approaches were used to exam and compare bones, as well as mimicking nature by developing a synthetic material to repair bones. Experimentally, bovine bone, tumor-free human bone, and cancerous human bone were studied via the small scale mechanical loading test. Failure analysis was conducted via optical and electronic microscopic techniques. Characterization results were used to develop a synthetic material that possesses strength and strain needed as a bone material. Characterizing techniques include a small punch test, scanning electron microscope (SEM), optical microscope and x-ray diffraction (XRD) were used for experimental approach. The results showed that small punch tests in longitudinal and tangential directions showed different mechanical properties and failure mechanisms. Cancer cells in human bone caused the bone softening and lowered the density. Synthesized epoxy-silicone-geopolymer material had higher deformability than bone. Understanding obtained in this research helps us to develop better synthetic bone materials in future. This thesis is composed of six chapters. The first chapter covers as an introduction to understand the purpose and motivation of present studies, and this section followed by the details of the motivation and objectives of this research. The third chapter explains experimental approaches that were conducted to meet the objectives. The fourth chapter describes the results and the major discovery of the experiments, and the results will be discussed in the Chapter IV. Finally, the last chapter provides the conclusions and recommendations for future work.

The current application of low persistence pesticides is unreliable for protecting wooden structures from termite attack. These applications may also pose an environmental and public health risk. Consequently, there is a need for the development of alternative systems to protect wooden structures from termites. Investigated here is the interaction between Australian termites, Coptotermes acinaciformis Froggatt, and to a lesser extent, Mastotermes darwiniensis Froggatt and Schedorhinotermes seclusus Hill, and a barrier system for protection of wooden structures. The aim was to develop an improved barrier for the protection of wooden structures that maximizes protection and minimizes environmental and health risks. Specifically, the performance of a barrier to protect wood against termite attack that incorporates a synthetic pyrethroid into polyurethane formulations is investigated. This research was conducted in parallel with other project contributors focusing on material science aspects of the research goals. A fundamental problem in assessing the value of termite barrier strategies lies in developing and interpreting laboratory assays that can deliver reasonable predictions of performance in the field. This is particularly the case with respect to the behaviour of termites over much longer periods in the field than can be undertaken in the laboratory. The approach to laboratory trials presented here is to define individual termite capabilities and, in combination with behavioural studies, to develop an understanding of factors which affect termite performance. The key experimental approach involved various laboratory based assays to evaluate termite foraging behaviour and performance against a range of barrier materials, progressing to field trials with the best performing material. Various species of termites; M. darwiniensis (Mastotermitidae), Cryptotermes primus (Hill) (Kalotermitidae), C. acinaciformis , Coptotermes frenchi Hill and S. seclusus (Rhinotermitidae), Microcerotermes serratus (Froggatt), Microcerotermes turneri (Froggatt) and Nasutitermes walkeri (Hill) (Termitidae) and Porotermes adamsoni (Froggatt) (Termopsidae); were investigated to determine the force that they can develop at their mandible tips. Larger termites can generate higher pressures on their mandible tips than smaller termites. By quantifying the mandible strength of a termite it was possible to contrast the capabilities of various economic termite species. Damage caused by an individual termite biting on synthetic materials was measured using electron microscope generated three dimensional models of indentations caused to the material. This was successful in quantifying the immediate capabilities of individual termites of different species. Most species were found to inflict a similar amount of damage to high density polyethylene. However M. darwiniensis caused much more damage than other species examined. Micro hardness testing was utilized to determine the relative hardness of pest termite mandibles. Termites were found to have mandibles much harder than any tested synthetic material. It was therefore found to be unrealistic to aim to develop barrier technology based on “harder than termite mandible material”. Trials using groups of termites in the laboratory demonstrated large differences in the performance of termites against various synthetic materials. There was a tendency for harder materials to suffer less damage. Mechanical properties of the barrier alone were found to be insufficient to stop termite damage. The resistance of polyurethane formulations incorporating insecticides to termite attack in the laboratory demonstrated a potential suitability for termite barrier technology. In behaviour trials, persistence of termite attack at the barrier face was found to be due not only to deterrent chemicals, but also to physical characteristics. Softer materials are not only easier for termites to remove but termites attack softer materials with greater tenacity, more termites spend more time attacking softer materials. Laboratory toxicity trials confirmed the bioavailability of Bifenthrin when incorporated within the barrier material and enabled the establishment of expected concentrations for effective protection. Termites were found to require direct contact with the barrier for mortality to occur. Trials designed to quantify repellence of the Bifenthrin in the barrier found that termites did not escape mortality by avoiding contact with the barrier material. As such pure Bifenthrin is shown to protect the barrier material directly by causing mortality rather than by repelling live termites away from the barrier. Field trials were conducted in northern Queensland where colonies of economic termites could be directly targeted. Wooden blocks were coated in polyurethane containing a range of Bifenthrin concentrations and trialed over an eight month period. Combination of the pyrethroid Bifenthrin in a polyurethane barrier at concentrations as low as 0.07% proved successful in preventing damage by the economically important termites M. darwiniensis and C. acinaciformis under high pressure field conditions. Only very small amounts of Bifenthrin migrated into adjacent soil, concentrations reached were in the order of 100 µg/kg of soil. For comparison the MLR for Bifenthrin in bananas for human consumption is 100 µg/kg. Bifenthrin in a polyurethane barrier could be used for the protection of houses and other wooden structures in the same manner as existing barrier film technology in order to minimise environmental and health risks associated with direct pesticide application techniques.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os polímeros são usados em numerosas aplicações e em diferentes segmentos industriais, gerando enormes quantidades de rejeitos no meio ambiente. Entre os vários componentes de resíduos nos aterros sanitários estão os materiais poliméricos, entre eles o Polipropileno que contribuem com 20 a 30% do volume total de resíduos sólidos. Como os materiais poliméricos são imunes à degradação microbiana, permanecem no solo e nos aterros sanitários como um resíduo semipermanente. A preocupação ambiental no sentido de redução de resíduos se voltou para o desenvolvimento de polímeros renováveis para a fabricação de materiais que se decompõem na natureza, entre eles estão às espumas poliméricas biodegradáveis. Os polímeros espumados são considerados materiais do futuro, com um leque abrangente de aplicações; as espumas estruturais, de alta densidade, são usadas principalmente na construção civil, em substituição a metais, madeiras e concreto com a finalidade básica de reduzir custos com materiais. O objetivo deste trabalho foi a incorporação de blendas da matriz polimérica PP/HMSPP com bagaço de cana-de-açúcar, PHB e PLA, na produção de espumas estruturais. A degradação via tratamento térmico, nas temperaturas 100º, 120º e 160º C não foi suficiente para induzir a biodegradabilidade; já a degradação via irradiação gama, nas doses 50, 100, 150, 200 e 500 kGy se mostrou eficaz para indução da biodegradabilidade. As composições com bagaço, irradiadas, também sofreram deterioração superficial, favorecendo a absorção de água, e, consequentemente, uma maior biodegradação. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste estudo foi realizada a avaliação de seis substâncias sintéticas resultantes de processos industriais e de atividades antropogênicas dietilftalato, dibutilftalato, nonilfenol, pentaclorofenol, bisfenol A e benzo[a]pireno os quais possuem capacidade de interferir negativamente no funcionamento normal do sistema endócrino de animais e de seres humanos (xenoestrógenos), em águas tratada e bruta de quatro municípios do Vale do Paraíba paulista. Para tanto, utilizou-se um método analítico de alta seletividade e sensibilidade, sendo a determinação por cromatografia gasosa acoplada ao detector de espectrometria de massas (GC/MS), precedida da concentração das amostras pelo método SPE (extração em fase sólida). Como não são suficientes apenas boas técnicas analíticas para garantir a qualidade dos dados gerados e a confiabilidade dos resultados, a metodologia desenvolvida foi submetida ao processo de validação, onde foram avaliados os parâmetros: seletividade, especificidade, linearidade, faixa linear de trabalho, limites de detecção e quantificação, precisão, exatidão, recuperação e robustez, além da incerteza na medição. Os resultados demonstraram que o método proposto é adequado para quantificação das amostras do rio Paraíba do Sul, e pela sua aplicação foi constatada a presença de todos os poluentes estudados tanto na água bruta quanto na potável em pelo menos um dos três períodos de amostragem, sendo as maiores concentrações mensuradas nas águas brutas e no período seco. Estes resultados evidenciam que as atividades antrópicas na região influenciam a qualidade da água do recurso hídrico estudado, bem como a qualidade da água de distribuição. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O aumento crescente da ocorrência de fármacos e produtos de cuidados pessoais (Pharmaceutical and Personal Care Products PPCPs) no ambiente aquático pode causar efeitos adversos à saúde humana e às comunidades aquáticas. O risco ambiental dos PPCPs, associado à possibilidade de efeitos sinérgicos entre estes compostos, assim como o aumento do uso de compostos orgânicos sintéticos, desencadearam grande preocupação com relação ao potencial tóxico à biota. O Triclosan (5-cloro-2-(2,4-diclorofenoxy)-fenol) é um produto farmacêutico mundialmente utilizado pelo seu mecanismo de efeito bactericida, sendo encontrado em pelo menos 932 produtos, como shampoos, sabonetes, desodorantes, loções, pastas de dentes, detergentes, roupas esportivas entre outros. Atualmente, estudos sobre a toxicidade do Triclosan na água e, principalmente, nos sedimentos, são escassos. Sabe-se que a fotodegradação deste produto gera dioxinas e, no momento, órgãos ambientais, como a EPA, discutem se haverá ou não restrições ao uso. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos do Triclosan na mortalidade da larva de inseto Chironomus xanthus, e mortalidade e reprodução do microcrustáceo Ceriodaphnia dubia, expostos a sedimentos marcados com Triclosan, com base nas metodologias da EPA e OECD. O valor médio de CE50;96H obtido nos testes de toxicidade aguda com C. xanthus foi de 45,26 mg.Kg-1. Os testes de toxicidade crônica com C. dubia com sedimento marcado foram realizados de acordo com os procedimentos de Burton & MacPherson (1995). A concentração de efeito não observado (CENO) e a menor concentração de efeito observado (CEO) foram de 5,78 e 6,94 mg.Kg-1, respectivamente. Palavras-chave: Triclosan, fármaco, Chironomus xanthus, Ceriodaphnia / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fibras são definidas como o conjunto formado de filamentos orientados na direção da cadeia molecular e são parte fundamental na vida diária do ser humano, encontradas de várias formas, tais como filamentos, fios, feixes, cordas, tecidos, compósitos, revestimentos, entre outras. Elas abrangem diversas áreas, tais como civil, mecânica, elétrica, eletrônica, militar, naval, náutica, aeronáutica, saúde, medicina, ambiental, comunicação, segurança, espacial, entre outras. A fibras são divididas em duas classes distintas, naturais e químicas, que compõem as subclasses sintéticas e artificiais. Podem ser produzidas de vários materiais, tais como lã, algodão, raion, linho, seda, rocha, náilon, poliéster, polietileno, polipropileno, aramida, vidro, carbono, aço, cerâmica, entre outros. Em nível global, as fibras químicas correspondem a 59,9% do mercado, sendo as fibras sintéticas tipo poliéster as mais utilizadas, com 63%. Necessidades vitais têm levado ao desenvolvimento de fibras multifuncionais e o foco mudou nos últimos dez anos com a utilização da nanotecnologia para fibras de responsabilidade ambiental e fibras inteligentes. O estudo das propriedades mecânicas e dos mecanismos de fratura das fibras é de grande importância para caracterização e entendimento das causas de falhas. Para este propósito foram selecionados tecidos fabricados com fibras sintéticas de alto desempenho do tipo náilon e poliéster, utilizadas em produtos de engenharia tais como pneus, correias, mangueiras e molas pneumáticas, as quais foram analisadas em cada etapa de processamento. Amostras das fibras foram retiradas de cada etapa de processamento para análise por ensaios destrutivos de tração e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados de análise das propriedades mecânicas mostraram perda de resistência por temperatura e tensões multiaxiais durante as etapas de processamento da fibra. Por meio de ensaios de microscopia foi possível determinar contaminações, manchas superficiais, deformações plásticas, delaminações, variações nas faces de fratura dos filamentos e analisar, na interface fibra-borracha, o nível de adesão. Estas irregularidades e variações são causadas durante as etapas inerentes ao processo de fabricação. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP