Orientador: Newton Luiz Dias Filho / Banca: Devaney Ribeiro do Carmo / Banca: Adley Forti Rubira / Resumo: Resinas epoxídicas são uma das mais importantes classes de polímeros termorrígidos usados para aplicações estruturais e como adesivos. Entretanto, os problemas em aplicações de resinas epoxídicas na engenharia incluem a baixa resistência à propagação de trincas devido a sua fragilidade. Para superar esta fragilidade, muitas vezes, dentre os aditivos em formulações multicomponentes de resinas epoxídicas, é utilizado um componente para aumentar a resistência, tais como enchimentos, oligosilsesquioxanos poliédricos (POSS), dendrímeros, etc. POSS (RSiO1,5)n podem ser incorporados em polímeros termorrígidos para melhoramento de suas propriedades térmicas e mecânicas. O uso de POSS nanoestruturados na preparação de polímeros orgânicos pode levar a materiais nanocompósitos. Neste trabalho, um POSS contendo oito grupos ésteres por molécula (MDPS) foi incorporado a uma matriz de polímeros termorrígidos epoxídicos DGEBA/TETA para melhorar suas propriedades mecânicas. Através de ensaios mecânicos foi observado um aumento de aproximadamente 90% (formulação 0,67/5) na resistência a fratura (K1C) com um leve decréscimo no modulo de Young (E). Os valores de Tg, verificados por DMTA mostraram pequeno decréscimo nas composições modificadas. As análises termogravimétricas mostraram que a adição de silsesquioxano não influenciou na estabilidade térmica do material. A cinética de cura foi analisada pelo método de Ozawa. As possíveis e prováveis causas deste significante reforço podem ser atribuídas à formação de uma segunda fase, à miscibilidade residual dos grupos ésteres com a matriz epoxídicas e às interações interfaciais entre a matriz epoxídicas e os cubos de silsesquioxanos devido as suas dimensões nanométricas. / Abstract: Epoxy resins are one of the most important classes of thermosetting polymers used for structural and adhesive applications. However, the current problems in engineering applications of epoxy thermosets include the poor resistance to the crack propagation because they are brittle. To overcome brittleness, among other additives of the multicomponented formulation of the epoxy resin, a toughening agent is often used, such as fillers, polyhedral oligosilsesquioxanes (POSS), dendrimers, etc. POSS, (RSiO1.5)n, can be incorporated into thermosetting polymers to improve their thermal and mechanical properties. The use of such nanosized POSS in the preparation of an organic polymer can lead to a nanocomposite materials. In this work, a POSS containing eight ester groups per molecule (MDPS) was incorporated to an epoxy matrix of DGEBA/TETA thermosetting polymers to improve their mechanical properties. Through the mechanical tests an increase of about 90% (formulation 0,67/5) was observed in the fracture toughness (K1C) with a little decreasing in the module of Young (E). The Tg values verified by DMTA showed smaller values for the compositions with the modifier. The thermogravimetric analyses showed that the addition of the silsesquioxane ester did not influence on the thermal stability of the material. The cure kinetics was analyzed by Ozawa's method. The probable and possible causes of this significant reinforcement can be attributed to the formation of a second inorganic phase, residual miscibility of the ester groups with the epoxy matrix and to interfacial interactions between the epoxy matrix and silsesquioxanes cubes due their nanometric dimensions. / Mestre

Orientador: Maria Odila Hilario Cioffi / Co orientador: Herman Jacobus Corneli Voorwald / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Sandro Donnini Mancini / Banca: Laura Hecker de Carvalho / Banca: Gerson Marinucci / Resumo: O desenvolvimento de compósitos formados por matrizes poliméricas e reforçados com fibras naturais ganhou notável interesse na pesquisa, a partir da década de 90. A elevada demanda por compósitos, aliada à regulamentação das leis ambientais, tornou indispensável o aperfeiçoamento e o desenvolvimento de técnicas de processamento menos poluentes, com a utilização de matérias-primas provenientes de fontes naturais e, consequentemente, com menor custo envolvido. Esta pesquisa dá continuidade aos estudos do mestrado e se fundamenta no desenvolvimento do compósito polimérico com matriz de resina epóxi reforçado por fibras naturais de sisal, para uso como material de reforço em estruturas de madeira cuja integridade esteja afetada. Diante do exposto, esta pesquisa envolve o desenvolvimento e o estudo do comportamento do compósito sisal/epóxi processado via moldagem por transferência de resina (RTM). A caracterização das matérias-primas empregadas na preparação do compósito ocorreu pela determinação da massa específica, da porosidade do tecido, das análises térmicas por meio das técnicas de termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise dinâmico-mecânica (DMA), pelas resistências à tração e à flexão e também pelo estudo da permeabilidade do tecido de sisal. Em sequência, o trabalho apresenta o processamento e as caracterizações térmicas, físicas e mecânicas de laminados planos do compósito de matriz epóxi reforçada com duas camadas do tecido plain-weave de sisal, processados via RTM. Os laminados obtidos foram ensaiados em tração, flexão, ultrassom (C-Scan), TGA, DSC, DMA, além da determinação da massa específica. As análises termogravimétricas indicaram que a temperatura inicial de degradação do compósito é de 182ºC. A Tg - temperatura de transição vítrea, determinada por DSC e por DMA, é de 49,0oC e 45,2oC... / Abstract: Polymeric composites reinforced with natural fibers has obtained considerable interest in the research area, when from the 90's, the high demand by composites and with the environmental laws regulation become indispensable the improvement and development of processing techniques with less pollutants, that involves the use of raw materials from natural sources and, therefore, with low cost. The objective of this work is continue a research line beginning in the master's studies, that is based on the polymeric composite development using epoxy resin reinforced with natural sisal fibers, to apply as reinforcement to restore timber structures, whose integrity was affected. So, this research proposes to develop the sisal/epoxy composite, processed by resin transfer molding (RTM) and to characterize the raw materials, regarding to density, thermal analysis techniques using thermogravimetry (TGA/DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA), mechanical tests as tensile and flexural and permeability of the woven sisal fabric. Subsequently, the epoxy/two layers of woven plain-weave sisal laminated composite was scanned by ultrasound and characterized with respect of thermal analysis, physical and mechanical characterizations. Thermogravimetry analysis suggests that the onset degradation temperature of composite is 182°C. The glass transition temperature (Tg), determined from DSC and DMA, is 49.0°C and 45.2°C, respectively. The mechanical tests showed values of 36 MPa for tensile strength, 75 MPa for flexural strength, 2.19 GPa for tensile modulus and 3.86 GPa for flexural ... / Doutor

No description available.

Óleo de soja epoxidado foi curado com os anidridos: dodecenilsuccínico (DDS), maleico (MAL), ftálico (FTA), succínico e hexahidroftálico (CH). As reações foram iniciadas com aminas terciárias tais como trietilamina (TEA), N,N’-dimetilanilina (ARO) e 1,4- diazobiciclo[2,2,2]octano (DABCO). Calorimetria diferencial de varredura (DSC) foi aplicada com êxito no estudo da reação de cura e usada para a determinação dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Foram estudados os efeitos eletrônicos, os fatores estéreos e a rigidez do segmento diéster formado devido na conversão de grupos anidridos. Foi observado que os anidridos maleico e ftálico reagem mais rápido do que os outros anidridos. A influência do iniciador e da razão molar (anidrido/grupo epóxido) foi igualmente considerada. As propriedades mecânicas e térmicas das resinas epóxi curadas usando TEA como iniciador foram investigadas por análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA) e termogravimétrica (TGA). Todas as amostras apresentaram características de materiais termofixos. Os materiais termofixos obtidos a partir de anidridos com estruturas rígidas (FTA, MAL e CH) mostraram alta temperatura de transição vítrea e densidade de reticulação. Quando um excesso de grupos epóxido foi usado (R= 0,5), a temperatura de transição vítrea do material diminuiu. As resinas epóxi exibiram estabilidade térmica até 300ºC. Um comportamento inesperado foi observado para aquelas resinas obtidas com o anidrido dodecenilsuccínico (DDS). A influência do grau de epoxidação do óleo de soja nas propriedades mecânicas e na temperatura de transição vítrea foi investigada. Quanto maior o conteúdo de grupos epóxido, maior é a Tg e a dureza do material. As resinas epóxi preparadas a partir de óleo de soja epoxidado mostram excelente resistência química em NaOH e ácido sulfúrico, mas resistência pobre quando em contato com solventes orgânicos (tolueno, acetona, gasolina e etanol).

Óleo de soja epoxidado foi curado com os anidridos: dodecenilsuccínico (DDS), maleico (MAL), ftálico (FTA), succínico e hexahidroftálico (CH). As reações foram iniciadas com aminas terciárias tais como trietilamina (TEA), N,N’-dimetilanilina (ARO) e 1,4- diazobiciclo[2,2,2]octano (DABCO). Calorimetria diferencial de varredura (DSC) foi aplicada com êxito no estudo da reação de cura e usada para a determinação dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Foram estudados os efeitos eletrônicos, os fatores estéreos e a rigidez do segmento diéster formado devido na conversão de grupos anidridos. Foi observado que os anidridos maleico e ftálico reagem mais rápido do que os outros anidridos. A influência do iniciador e da razão molar (anidrido/grupo epóxido) foi igualmente considerada. As propriedades mecânicas e térmicas das resinas epóxi curadas usando TEA como iniciador foram investigadas por análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA) e termogravimétrica (TGA). Todas as amostras apresentaram características de materiais termofixos. Os materiais termofixos obtidos a partir de anidridos com estruturas rígidas (FTA, MAL e CH) mostraram alta temperatura de transição vítrea e densidade de reticulação. Quando um excesso de grupos epóxido foi usado (R= 0,5), a temperatura de transição vítrea do material diminuiu. As resinas epóxi exibiram estabilidade térmica até 300ºC. Um comportamento inesperado foi observado para aquelas resinas obtidas com o anidrido dodecenilsuccínico (DDS). A influência do grau de epoxidação do óleo de soja nas propriedades mecânicas e na temperatura de transição vítrea foi investigada. Quanto maior o conteúdo de grupos epóxido, maior é a Tg e a dureza do material. As resinas epóxi preparadas a partir de óleo de soja epoxidado mostram excelente resistência química em NaOH e ácido sulfúrico, mas resistência pobre quando em contato com solventes orgânicos (tolueno, acetona, gasolina e etanol).

Óleo de soja epoxidado foi curado com os anidridos: dodecenilsuccínico (DDS), maleico (MAL), ftálico (FTA), succínico e hexahidroftálico (CH). As reações foram iniciadas com aminas terciárias tais como trietilamina (TEA), N,N’-dimetilanilina (ARO) e 1,4- diazobiciclo[2,2,2]octano (DABCO). Calorimetria diferencial de varredura (DSC) foi aplicada com êxito no estudo da reação de cura e usada para a determinação dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Foram estudados os efeitos eletrônicos, os fatores estéreos e a rigidez do segmento diéster formado devido na conversão de grupos anidridos. Foi observado que os anidridos maleico e ftálico reagem mais rápido do que os outros anidridos. A influência do iniciador e da razão molar (anidrido/grupo epóxido) foi igualmente considerada. As propriedades mecânicas e térmicas das resinas epóxi curadas usando TEA como iniciador foram investigadas por análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA) e termogravimétrica (TGA). Todas as amostras apresentaram características de materiais termofixos. Os materiais termofixos obtidos a partir de anidridos com estruturas rígidas (FTA, MAL e CH) mostraram alta temperatura de transição vítrea e densidade de reticulação. Quando um excesso de grupos epóxido foi usado (R= 0,5), a temperatura de transição vítrea do material diminuiu. As resinas epóxi exibiram estabilidade térmica até 300ºC. Um comportamento inesperado foi observado para aquelas resinas obtidas com o anidrido dodecenilsuccínico (DDS). A influência do grau de epoxidação do óleo de soja nas propriedades mecânicas e na temperatura de transição vítrea foi investigada. Quanto maior o conteúdo de grupos epóxido, maior é a Tg e a dureza do material. As resinas epóxi preparadas a partir de óleo de soja epoxidado mostram excelente resistência química em NaOH e ácido sulfúrico, mas resistência pobre quando em contato com solventes orgânicos (tolueno, acetona, gasolina e etanol).

The degree project has been carried out in collaboration with Husqvarna, a world-leading manufacturer of products for gardening, park and forest management. An ever-evolving industry where innovation and creativity are required to be at the top. With constant demands from customers on performance and quality, a constant mechanical and design developments are required. Husqvarna's chainsaws use two-stroke engines where the scavenging channel are covered by a lid which in turn is fastened with screw joints. The channel through which the fuel mixture is pumped is open and a lid is needed to seal the channel. The channel is closed by screw joints, which in turn has a cost related to articles and materials. The lid that is fastened with screw joints has, one step in the production, articles concerning screws and fastening functions in the cylinder. The screw towers located on the cylinder could be an opportunity for improvement regarding weight in order to optimize the product. The aim of investigating new fastening methods is to see what possible improvements are available compared to the current method. These include weight reduction, which is very significant for these products. With a thorough literature study on attachment methods, a Pugh-matrix with its own values ​​has been utilized. It has helped to see which concepts are best suited within the weighting framework. The theories are built from scientific manuals within mechanics, strength and joints. With this basis, conclusions have been made regarding the functions that have been investigated and whether they are positive or negative in relation to the current method. The work is meant as a basic basis for Husqvarna, which can facilitate the use of alternative fastening methods for the channel cover.

Orientador: Sandro Donnini Mancini / Banca: Maria Lucia Pereira Antunes Silva / Banca: Jane Maria Faulstich de Paiva / Resumo: Apesar da inovação em ciência e tecnologia e do aumento da eficiência de processos produtivos, cada vez mais são buscadas soluções para diminuir a quantidade de resíduos industriais e pós-consumo. A energia eólica (energia limpa) é um setor que está em grande expansão, pois apresentou em 2015 um crescimento de 77% em comparação a 2014. Um dos componentes dos conjuntos geradores é a pá eólica, confeccionada basicamente de uma estrutura feita de resina epóxi, fibras de vidro, madeira e adesivo. O Brasil é o maior produtor de resíduos eletroeletrônicos da América Latina, com mais de 2 milhões de toneladas em 2016. Em relação a 2014, o crescimento foi de quase 10%, sendo que apenas 20% deles foram reciclados. A lama vermelha é um resíduo alcalino, gerada na produção do alumínio que oferece riscos ambientais. Este trabalho visa incorporar a resina epóxi com fibra de vidro e a lama vermelha, em poliestireno de alto impacto (HIPS) presente em resíduos pós-consumo de equipamentos eletroeletrônicos. Os resíduos de produção de alumínio e de pás eólicas foram caracterizados e posteriormente incorporados no HIPS nas proporções de 5%, 10% e 15% (em massa) através do processo de extrusão. Os compósitos então produzidos foram caracterizados pela presença de orgânicos, pelos ensaios teor de umidade, ensaios de índice de fluidez e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os corpos de prova foram confeccionados pelo processo de injeção e caracterizados pela microscopia eletrônica de varred... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Despite the science and technology's innovation and the efficiency of processes' production, sought solutions to reduce the amount of industrial and post-consumer waste are increasingly. Wind energy (clean energy) is a sector that is in great expansion, having in 2015 a growth of 77% compared to 2014. One of the components of the generator sets is the wind turbine, basically made of a structure made of epoxy resin, fiberglass, wood and glue. Brazil is the largest producer of electrical and electronic waste in Latin America, with more than 2 million tons in 2016. Compared to 2014, growth was almost 10%, with only 20% of them being recycled. Red mud is an alkaline residue that offers environmental risks. This project aims to incorporate the epoxy resin together with fiberglass and the red mud, in high impact polystyrene (HIPS) present in post consumer waste electrical and electronic equipment. Aluminum and wind turbine waste were characterized and later incorporated into HIPS in the proportions of 5%, 10% and 15% (by mass) through the extrusion process. The composites were characterized by the presence of organic, moisture content tests, fluidity index tests and differential scanning calorimetry (DSC). The specimens were prepared by the injection process and characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and elemental composition made using Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). These composites were mechanically evaluated in tensile and impact strength. The results s... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

No description available.

La creciente demanda de información genética en campos cada vez más variados ha llevado al desarrollo de nuevas metodologías de análisis de DNA. El Proyecto Genoma Humano ha contribuido en favorecer la creación de metodologías analíticas que den información genética de manera rápida y fiable para poder culminarlo. Además, los resultados derivados del PGH han generado nuevos mercados para la genética, abriendo las puertas a nuevas posibilidades analíticas. Para continuar con estos avances, los dispositivos de análisis futuros deben reunir ciertas características tales como alta eficacia, rapidez, simplicidad y bajo coste. En la presente tesis se ha planteado como objetivo la construcción de genosensores robustos y económicos y cuya utilización no requiera supervisión profesional. Por este motivo, los transductores electroquímicos fueron nuestros candidatos de estudio por sobre otras transducciones como la óptica. Nuestros esfuerzos se dirigieron hacia la inmovilización por adsorción física del DNA debido a que es compatible con el desarrollo de dispositivos de fabricación masiva y de bajo coste. Así, se han estudiado y caracterizado distintos transductores y el que mostró propiedades físicas y electroquímicas extraordinarias fue el composite grafito-epoxi.En una primera instancia nos planteamos la construcción de genosensores amperométricos de membranas recambiables en las que el DNA se inmovilice sobre el nylon, que es el soporte más utilizado en los métodos de análisis clásicos de DNA. Los protocolos de inmovilización, hibridación y marcación enzimática sobre este soporte son muy conocidos y utilizados de manera masiva. Por primera vez una membrana de nylon modificada con DNA se integró al transductor grafito-epoxi para la detección del evento de hibridación. Vale la pena destacar además que debido a las falencias en las metodologías de detección del DNA en genosensores electroquímicos, se utilizó por primera vez un sistema de marcación basado en la enzima HRP, acoplada al DNA mediante la interacción biotina-estreptavidina, hasta ahora no utilizado en genosensores electroquímicos.Los resultados obtenidos se compararon con genosensores en los cuales el DNA se inmovilizó por adsorción física sobre un composite grafito-epoxi. Estos genosensores mostraron unas propiedades excelentes en comparación con los genosensores de membranas recambiables. Las señales amperométricas fueron sensiblemente superiores, el tiempo de hibridación se consiguió reducir desde 15 horas a 45 minutos, se pudieron detectar de 10 a 100 veces menos cantidad de analito, y la adsorción inespecífica fue notablemente inferior.Finalmente, el genosensor basado en un composite grafito-epoxi se ha aplicado también a diversos formatos. El formato de captura es el más idóneo para ser implementado en forma de kit, ya que permite tener pre-preparados los dispositivos genosensores con la sonda de captura inmovilizada. Los genosensores se podrían fabricar con procedimientos planares de fabricación masiva, lo que aumentaría sus perspectivas comerciales.Finalmente, se ha demostrado la utilidad de los dispositivos genosensores en la determinación de Salmonella, mediante el acoplamiento de la PCR y la detección del amplicón con el genosensor amperométrico. El procedimiento total de análisis fue de 6 a 8 hs, en contraste con los 3 a 5 días requeridos para la determinación con métodos microbiológicos clásicos. El nuevo dispositivo genosensor que se ha desarrollado, basado en un composite grafito-epoxi, cumple con todos los requerimientos que se habían planteado en los objetivos: es robusto, sensible, de bajo coste, capaz de ser miniaturizado y de ser construido en distintas configuraciones, su uso es sencillo y su respuesta es rápida, se ha demostrado su capacidad de ser utilizado para medidas de campo, y es viable su implementación en kits genosensores. Además, puede aplicarse a diversas situaciones analíticas y en campos de análisis genético tan variados como medicina, biotecnología y biología molecular y en determinaciones forenses, medioambientales y, principalmente, industriales. / The growing demand for genetic information in increasingly varied fields has generated new methodologies for DNA analysis. The Human Genome Project (HGP) has multiplied the demand for these techniques as it requires analytical methodologies that produce genetic information quickly and reliably. Furthermore, the knowledge obtained from the HGP has expanded the market which requires genetic devices, hence, generating new applications. To sustain these advancements, future analytical devices should be highly efficient, quick, simple and low-cost. The aim of the present thesis is to build robust and economical genosensors that can be used without professional supervision. For these reasons, electrochemical transducers were our obvious choice over other possibilities such as optical devices. Our efforts were directed towards the immobilisation of DNA using physical adsorption as this procedure is compatible with the development of mass-produced and low-cost devices. Several transducers were studied and characterised in the course of this work and we found that the graphite-epoxy composite showed extraordinary physical and electrochemical properties. At first we directed our efforts towards the development of amperometric genosensors with exchangeable membranes where DNA is immobilised on nylon as it is the more widely used support material in classical DNA techniques. The protocols for immobilisation, hybridisation and enzyme labelling using this support material are widely known and used. For the first time a nylon membrane modified with DNA was integrated to a graphite-epoxy transducer for the detection of the hybridisation event. It is worth noticing that a labelling system based on the HRP enzyme coupled to DNA through the biotin-streptavidin interaction was used for the first time due to the shortcomings of DNA detection methodologies using electrochemical genosensors. This setup had not been reported previously for electrochemical genosensors. The results obtained were compared to those of genosensors where DNA was immobilised using physical adsorption on a graphite-epoxy composite. The latter genosensors showed excellent properties compared to those with changeable membranes. Amperometric signals were sizeably larger, hybridisation time was reduced from 15 hours to 45 minutes, 10 to a 100 times less analyte could be detected and unspecific adsorption was noticeably lower. Finally, genosensors based on a graphite-epoxy composite was applied to several formats. The capture format is the most suitable for use in a kit form as it allows to have the genosensing devices already prepared with the immobilised capture probe. Genosensors could be built using mass-production planar procedures, raising their commercial potential. Lastly, the usefullness of genosensors was demonstrated in the detection of Salmonella using PCR coupling and the detection of the amplicon using the amperometric genosensor. The total analytical procedure took from 6 to 8 hs, in contrast to the 3 to 5 days required with classical microbiological methods. The new genosensor developed based on a graphite-epoxy composite fulfils all the requirements stated as part of the objectives of the present work. These requirements include robustness, sensitivity, low-cost, capability of miniaturisation, capability of being built in several configurations, ease of use and quickness. The devices proved to be useful in field studies and they can be used to produce genosensor kits. Additionally, they can be applied to a wide range of analytical situations and in a wide range of genetic analytical fields including medicine, biotechnology and molecular biology as well as forensic examinations, and environmental and industrial applications.