O 2,2',4,4',6,6'-hexanitroestilbeno (HNS), material energético utilizado na confecção de detonadores, cordéis de detonação e reforçadores, é um composto nitroaromático estável a variações térmicas e com pouca sensibilidade a estímulos como atrito e impacto. A obtenção do HNS por meio do processo Shipp foi estudada neste trabalho, onde foram realizadas variações processuais com o objetivo de ampliar o rendimento reacional do processo. O material obtido foi então purificado e caracterizado. As propriedades apresentadas pelo HNS sintetizado foram comparadas com os dados obtidos nas literaturas pesquisadas, bem como com uma amostra física, estando os resultados dos ensaios em conformidade com a amostra física e com os dados da literatura. O trabalho apresenta ainda métodos de quantificação do teor de HNS quando em mistura com TNT, sendo esses métodos baseados na Cromatografia a Líquido de Alta Performance (HPLC), Termogravimetria (TG) e Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR). Uma rota de síntese por meio da oxidação catalítica do TNT em meio básico também é apresentada neste trabalho, onde foi analisada a eficiência da conversão do TNT em HNS sob influência de variações dos parâmetros reacionais, tais como: tempo, temperatura e relação de catálise.

Os altos explosivos são ferramentas usadas em diferentes áreas de pesquisa e são componentes críticos em armas convencionais e nucleares. Para se obter mais energia em menor volume, iniciou-se o desenvolvimento dos explosivos plásticos (PBX). Os PBXs foram desenvolvidos para reduzir a sensibilidade do explosivos, e são amplamente usados em ambas as aplicações, civil e militar, onde alta performance seja requerida. Um método para obtenção de cargas explosivas é a prensagem do explosivo coberto por meio de prensa hidráulica, e representa o mais importante processo para manufatura de cargas explosivas de alto desempenho. Como os armamentos podem ser expostos em ambientes térmicos e mecânicos agressivos, é importante caracterizar os PBXs, de modo a conhecer seu comportamento e propriedades. Portanto, contribuindo para a pesquisa de PBXs, foi desenvolvida nesta Tese uma metodologia para caracterizar e quantificar o teor de polímero em PBX por Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), utilizando-se como técnicas de referência para o método quantitativo, a Cromatografia a Líquido de Alta Performance (HPLC) e a Termogravimetria (TG). A metodologia proposta para a quantificação dos polímeros em PBX usando técnica FT-IR de Reflexão Total Atenuada (ATR) e Universal Reflexão Total Atenuada (UATR) apresentou excelentes resultados, mostrando-se mais rápida que as metodologias usuais e eliminando a desvantagem da geração de resíduos químicos. Tendo-se ainda a destacar que o desenvolvimento desta metodologia FT-IR, incluindo técnicas de análise de superfície, para quantificar polímeros, constitui uma nova linha de pesquisa em nosso Centro de Pesquisa, a qual já está servindo de base para desenvolvimento de novas metodologias aplicadas no setor aeroespacial.

Os plásticos multicamadas, utilizados em larga escala, atualmente, são filmes compostos de várias camadas de diferentes polímeros, o que permite atingir propriedades que um único filme polimérico (filme monocamada) não atingiria, substituindo, gradativamente, materiais convencionais, como vidro, papel e metal, a um custo aceitável, em todos os seguimentos da indústria. Portanto, o desenvolvimento de metodologias instrumentais, simples e rápidas, que apontem o número e espessura de camadas e a sua composição, contribui para o conhecimento da formulação desses filmes, de diferentes aplicações industriais, aplicando-se deste modo, o conhecimento científico da área de caracterização em prol do crescimento tecnológico, referente a esses materiais poliméricos. A caracterização e quantificação por espectroscopia IR de diversos polímeros e suas blendas constitui, também, uma importante linha de pesquisa desenvolvida em nosso Centro de Pesquisa. Entretanto, a combinação de técnicas FT-IR de transmissão, reflexão e PAS ainda não foi utilizada para a caracterização de filmes multicamadas em nossos laboratórios. Desta forma, neste trabalho, avaliou-se a aplicabilidade de técnicas FT-IR de transmissão, reflexão atenuada (ATR), ATR-Universal (UATR), reflexão difusa (DRIFT), microscopia acoplada ao FT-IR (MIC/FT-IR) e detecção fotoacústica (PAS) na caracterização de filmes multicamadas. Técnicas complementares às de FT-IR incluem, a microscopia óptica (OM), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). As técnicas de microscopia permitiram avaliar o número e espessura das camadas. A técnica DSC confirmou os dados IR, por meio da identificação dos pontos de fusão dos polímeros analisados como mencionado na literatura. As técnicas FT-IR, de transmissão e DRIFT, forneceram resultados semelhantes enquanto que, a possibilidade da troca de cristais (ATR) e da variação de velocidades de obtenção de espectros (PAS) permitiu uma maior seletividade para a análise das diferentes camadas. Os resultados obtidos pela técnica UATR assemelharam-se aos obtidos pela técnica PAS, possibilitando a análise de camadas mais finas e superficiais. Embora a técnica UATR não permita uma variação do nível de profundidade do feixe IR, como é possível na técnica PAS, proporciona melhor resolução das bandas e maior rapidez de análise, uma vez que não requer a preparação de amostras ou calibração inicial. A microscopia FT-IR permitiu uma análise rápida e muito útil na caracterização dos filmes poliméricos, todavia requer um aperfeiçoamento na técnica e mais ensaios se fazem necessários.

Adesivos poliuretanos (AD-PU), contendo teor conhecido de isocianato (NCO), foram preparados, nos laboratórios da Rohm and Haas Química Ltda. Estas amostras foram usadas para a elaboração de uma curva analítica ou de calibração, visando a determinação do teor de NCO por espectroscopia no infravermelho médio (MIR) e próximo (NIR). Os valores de % NCO, obtidos pelo método analítico por via úmida para amostras retiradas durante o processo de fabricação, foram usados como referência. O método MIR usou somente uma banda analítica e o NIR, banda relativa. Em ambos os métodos, MIR e NIR, os valores da intensidade das bandas escolhidas versus os teores de NCO, obtidos a partir dos dados fornecidos pela análise via úmida, foram utilizados para construção de curvas, que apresentaram boas correlações lineares que possibilitaram a determinação dos teores de NCO em misturas de composição semelhante. O uso de prepolímeros como produto intermediário, facilita o processo de fabricação dos poliuretanos completamente reagidos; além disso, a temperatura durante a síntese pode ser controlada com mais precisão e a formação de grupos químicos diferentes de uretano na estrutura molecular (por exemplo, poli (uretano) uréia) é favorecida. Os prepolímeros também são menos voláteis, assim menos perigosos que o monômero de isocianato. Prepolímeros uretanos são muito importantes, em sistema de adesão bi-componente, na preparação de adesivos poliuretanos, onde devem ser reagidos com grupos hidroxilas (OH), muito utilizados em embalagens flexíveis, onde uma mistura homogênea é necessária. Diante de tal importância, a espectroscopia no Infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), na região do infravermelho médio (MIR), e medidas de viscosidade, foram usadas para monitorar o processo de cura, em diferentes temperaturas, entre um prepolímero uretano com terminação NCO e óleo de mamona. Foi empregado na síntese do prepolímero uretano desejado, um sistema poliol que consiste em uma mistura de um poliéster com difenilmetano diisocianato (MDI) e óleo de mamona. Utilizou-se a razão 1 para o sistema NCO/OH, de forma que a concentração de grupos NCO e OH possa ser considerada equivalente durante todos os experimentos. Apesar da complexidade do sistema nos quais diferentes ordens de reações são possíveis, os dados obtidos sugeriram um modelo cinético simples, de primeira ordem para o método viscosimétrico e segunda ordem para o método espectroscópico FT-IR (MIR). A energia de ativação e o fator pré-exponencial foram calculados pelos dois métodos e se mostraram equivalentes.

A execução de um controle rígido das características de um elastômero, tanto no aspecto qualitativo como quantitativo, é de suma importância. Deste modo, o desenvolvimento de metodologias simples e rápidas, que permitam a identificação dessas composições, torna-se atrativo para pesquisas desenvolvidas em diferentes áreas industriais. Nesta Tese de Mestrado, avalia-se a aplicabilidade de técnicas FT-IR de transmissão, reflexão atenuada (ATR), ATR-Universal (UATR), análise termogravimétrica (TG) e análise dinâmico-mecânica (DMA) na caracterização e quantificação de composições elastoméricas. São utilizados dados de propriedades mecânicas para complementação do estudo. A metodologia de pirólise gasosa PIR-G/FT-IR, desenvolvida nesta Tese, é aplicada a diferentes borrachas. Observa-se que é possível diferenciar os tipos de elastômeros, inclusive os que apresentam espectros IR similares de pirolisados líquidos. Visando o desenvolvimento de técnicas UATR e de transmissão (pirólise como preparação de amostras, sem e com controle de temperatura) para a determinação do teor de acrilonitrila (AN) no copolímero de butadieno e acrilonitrila (NBR), foram preparadas, como referência para a elaboração de curvas analíticas, amostras vulcanizadas de NBR contendo teor conhecido de AN. As curvas analíticas obtidas possibilitam a determinação de AN em NBR em amostras em que os componentes têm a mesma composição química. O acoplamento TG/FT-IR é avaliado nos aspectos qualitativo e quantitativo para alguns tipos de borrachas. Similaridades e diferenças são observadas em relação às metodologias convencionais.

Neste trabalho inicialmente se investiga a possibilidade de utilização de uma inovadora transformada de tempo-frequência, conhecida como transformada S, para a análise de dados do detector de ondas gravitacionais ALLEGRO. Verifica-se que sua utilidade para este detector é limitada por causa da estreita largura de banda do mesmo. No entanto, argumenta-se que pode ser útil para detectores interferométricos. Em seguida, é apresentado um método robusto para a análise de dados baseado em um teste de hipótese conhecido como critério de Neyman-Pearson, para a determinação de eventos candidatos a sinais impulsivos. O método consiste na construção de funções de distribuição de probabilidade para a energia média ponderada dos blocos de dados gravados pelo detector, tanto na situação de ausência de sinal como para o caso de sinal misturado ao ruído. Com base nessas distribuições é possível encontrar a probabilidade do bloco de dados, (no qual um evento candidato é localizado), não coincidir com um bloco de ruído. Essa forma de busca por sinais candidatos imersos no ruído apresenta concordância com outro método utilizado para esse fim. Conclui-se que este é um método promissor, pois não é necessário passar por um processo mais refinado na busca por eventos candidatos, assim diminuindo o tempo de processamento computacional.

Na espectroscopia de infravermelho (iv) estudam-se os espectros de absorção de substancias. E um procedimento poderoso de analise qualitativa e quantitativa, alem de ser um método preciso para a determinação da estrutura de compostos orgânicos. Esta dissertação apresenta e discute os principais conceitos computacionais de espectroscopia iv e fornece como resultado da pesquisa um software protótipo. O protótipo SAE (Sistema de Analise Espectroscópica) foi desenvolvido com o objetivo de permitir a um analista químico gerar e administrar seu próprio banco de dados espectroscópicos. O software protótipo foi desenvolvido para o ambiente Windows e utiliza, nas fases de desenvolvimento do sistema,os conceitos de orientação a objetos.

Sistemas de compressão de imagens sem perdas, no atual estado da arte, decompõem o processo em modelagem e em codificação. A tese aqui defendida é que alta eficiência na compressão pode ser obtida usando-se técnicas combinadas de modelagens aliadas a algoritmos combinados de codificação. Este trabalho, baseando-se nos padrões JPEG com e sem perdas, implementa variantes de modelagens e seleciona a mais eficiente através de cálculo que considera a entropia dos dados a serem codificados. Na compressão com perdas, introduz-se uma fase de modelagem que consiste no agrupamento de bits dos coeficientes da transformada, criando-se áreas potencialmente redundantes e preparando, dessa forma, os dados para uma melhor eficiência dos algoritmos de codificação. Na fase de codificação, com perdas ou sem perdas, avaliam-se vários algoritmos, entre eles alguns desenvolvidos e propostos neste trabalho, selecionando-se o mais eficiente através de cálculos baseados nas estatísticas posicionais e globais obtidas durante uma leitura prévia dos dados.

O objetivo desta dissertação foi a síntese de ciclotetrametileno tetranitroamina (HMX, octogênio), um material altamente energético, e sua caracterização por diversas técnicas. A caracterização deste material foi feita por cromatografia líquida (HPLC), calorimetria de exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (SEM), e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), utilizando técnicas de transmissão, reflexão e/ou detecção fotoacústica (PAS), em ampla faixa espectral. O teor de HMX em misturas com ciclotrimetileno trinitroamina (RDX, hexogênio) foi determinado por FTIR de transmissão, nas regiões do infravermelho médio (MIR) e próximo (NIR), enquanto que a detecção de b em a HMX foi determinada por FTIR-MIR de transmissão, e a análise de cobertura de HMX foi feita utilizando-se as técnicas de FTIR-MIR e PAS (detecção fotoacústica). Foi avaliada a aplicabilidade das técnicas FTIR para a caracterização das formas a, b e g HMX e de misturas com outros explosivos, sendo verificado que, o uso dessas técnicas para a caracterização e quantificação de misturas explosivas de HMX e RDX, é útil para a especificação de explosivos.

O reconhecimento de caracteres numéricos tem diversas aplicações incluindo arquivos de correios e leituras de cheques em banco. Atualmente, muitos algoritmos rem sido propostos e desenvolvidos, mas ainda é necessário muito trabalho para aproximar-se significativamente do desempenho humano. Neste trabalho é desenvolvido um estudo sobre várias características que envolvem a implementação de um sistema de reconhecimento de caracteres em que se analisa a influência da aplicação dos procedimentos de processamento de imagens, como esqueletonização, a utilização de processos para extração de atributos, como transformadas de Fourier, extração de traços e momentos da forma. Além disso, investiga-se a influência da utilização de uma pequena flutuação da posição dos caracteres durante o treinamento das redes neurais utilizadas como classificadores. O estudo foi feito a partir de imagens reais, e não simulações, portanto, vários subproblemas como aquisição e compressão de dados foram estudados e resolvidos. O sistema foi implementado em linguagem C, no ambiente de desenvolvimento do Visual C++ 4.0, utilizando imagens escaneadas de caracteres numéricos impressos e dígitos manuscritos. Com respeito aos resultados, observou-se que o uso dos extratores de atributos, utilizados nas condições descritas neste trabalho, degradam o desempenho na classificação de imagens ruidosas e o uso da flutuação da posição do caractere durante o treinamento da rede neural introduz uma melhora significativa no desempenho do reconhecimento.