Durante los últimos años en el sector del PVC plastificado existe cierta controversia con la utilización de plastificantes tradicionales basados en ftalatos, y usados de manera generalizada en la industria. Pese a que no ha sido del todo demostrado, este tipo de plastificantes presentan un riesgo tóxico potencial en el caso de que puedan migrar hacia el medio con el que están en contacto. Ello ha provocado que se haya limitado la utilización de este tipo de plastificantes en sectores como el envasado para la alimentación o el sector del juguete, en el que el producto está en contacto directo con alimentos o con niños. Sin embargo, en estos sectores, la utilización de PVC plastificado resulta en la práctica imprescindible debido al balance de propiedades que presenta el material y a la especificidad de sus procesos de fabricación. Por este motivo se están llevando a cabo investigaciones con plastificantes alternativos libres de ftalatos. Una de las líneas de investigación abiertas es la utilización de plastificantes de origen natural y de baja toxicidad. En esta tesis doctoral se han elegido tres plastificantes para PVC de origen natural y baja toxicidad: dos epoxiésteres de ácidos grasos y aceite de linaza epoxidado. El objetivo global de esta tesis doctoral es determinar si los plastificantes de origen natural son una alternativa real a los plastificantes tradicionales basados en ftalatos. Por ello, se han llevado a cabo una serie de análisis y ensayos para determinar la viabilidad de la utilización de este tipo de plastificante en la industria. En primer lugar, se ha llevado a cabo una optimización de los parámetros de curado con el fin de determinar si dichas condiciones son compatibles con los procesos de fabricación actuales utilizados en la industria. Se ha escogido una cantidad de los distintos plastificantes de origen natural de 70 phr, siendo ésta una formulación utilizada habitualmente en la industria. / Fenollar Gimeno, OÁ. (2011). Utilización de plastificantes naturales para la obtención de PVC flexible de bajo impacto medioambiental [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11097

A demanda pelo uso de formulações biodegradáveis e provenientes de fontes renováveis tem motivado o desenvolvimento de biofluidos de resfriamento para aplicação em têmpera de aços. Os óleos vegetais são potenciais candidatos a serem empregados como base destas formulações, porém, a baixa estabilidade termo-oxidativa inibe sua maior utilização pela indústria. As modificações químicas na cadeia carbônica dos óleos vegetais podem promover melhoria nesta característica, sendo epoxidação uma das mais comuns. O presente trabalho estudou, primeiramente, a estabilidade termo-oxidativa de formulações contendo óleo de soja epoxidado (ESBO) e éster metílico de ácido graxo (FAME), em diferentes concentrações, por Calorimetria Exploratória Diferencial com Pressão (PDSC). Posteriormente, o desempenho destes biofluidos, no tratamento térmico de têmpera, foi avaliado pela análise microestrutural e medições de dureza (curvas em U) nos aços SAE 1045 e SAE 4140, comparando-o com o desempenho promovido pelos fluidos derivados de petróleo. As tensões térmicas residuais foram simuladas com o ABAQUS, usando os coeficientes de transferência de calor obtidos pela solução do problema inverso. As distorções causadas pelos biofluidos foram estudadas em corpos Navy-C-rings modificados de aço SAE 4140. Além disto, a viscosidade dos biofluidos também foi estudada em função da temperatura por estar diretamente relacionada à propriedade de molhamento, que influencia a transferência de calor durante o processo de resfriamento. A adição de FAME no ESBO foi eficiente na redução da viscosidade das formulações propostas, em função da temperatura, adequando-as para utilização como fluidos de resfriamento. As formulações EF30 e EF38 apresentaram temperatura inicial de oxidação (OOT) superior ao óleo de soja, indicando assim, maior estabilidade termo-oxidativa. Todas bioformulações foram eficientes na têmpera de ambos os aços, nos diâmetros ensaiados, promovendo dureza mínima de aproximadamente 52 HRC no centro dos corpos SAE 4140, dureza esta, comparável àquela promovida pelos fluidos minerais. Comportamento similar foi observado para o aço de menor temperabilidade. As tensões térmicas residuais simuladas não variam em magnitude em função da composição das formulações, enquanto que as distorções tenderam a aumentar em função do aumento do FAME nas formulações. / The search for biodegradable and renewable basestocks has motivated the development of bioquenchants for steel heat treatment. Vegetable oils are potential candidates, however, their poor thermo-oxidative stability inhibits a wide industrial application. Modifications of the chemical structure of vegetable oils may be used to improve this characteristic and epoxidation is one of the most common approaches reported to date. The first step of the study reported here was to analyze and compare the thermo-oxidative stability of soybean oil, epoxidized soybean oil (ESBO) and different blend ratios of ESBO with a soybean oil-derived fatty acid methyl ester (FAME) by Pressure Differential Scanning Calorimetry (PDSC). Subsequently, the quenching performance of the formulations was evaluated by cooling curve analysis and microstructural analysis and hardness measurements by U-curves analysis of SAE 1045 and SAE 4140 steels and then, compared with results obtained using commercially available petroleum oil quenchants. Thermal residual stress profiles were simulated with ABAQUS, using the heat transfer coefficients obtained by an inverse method. Bioquenchant distortions were determined using SAE 4140 steel and a so-called modified Navy C-ring test. Moreover, the viscosity-temperature property of bioquenchants was also studied, since it is directly related to the heat transfer and wetting behavior occurring during the cooling process. Although the viscosity of ESBO was too high for use as a quenchant, increasing FAME addition to ESBO provided sufficient reduction of resulting kinematic viscosities to permit their potential use as quenchants. EF30 and EF38 (30% and 38% FAME, respectively) exhibited onset oxidation temperatures (OOT) higher than soybean oil, thus indicating better thermo-oxidative stability. All bioquenchants were effective for both steels, at the specimen diameters tested, producing a minimum hardness of approximately 52 HRC at the center of the SAE 4140 test specimen. This hardness is comparable to that obtained with the petroleum-based fluids. Comparable results were obtained for the lower hardenability SAE 1045 steel. The simulated residual stress profiles did not vary in terms of magnitude as a function of formulation composition while the distortions tended to increase as FAME is added in the formulations.

A demanda pelo uso de formulações biodegradáveis e provenientes de fontes renováveis tem motivado o desenvolvimento de biofluidos de resfriamento para aplicação em têmpera de aços. Os óleos vegetais são potenciais candidatos a serem empregados como base destas formulações, porém, a baixa estabilidade termo-oxidativa inibe sua maior utilização pela indústria. As modificações químicas na cadeia carbônica dos óleos vegetais podem promover melhoria nesta característica, sendo epoxidação uma das mais comuns. O presente trabalho estudou, primeiramente, a estabilidade termo-oxidativa de formulações contendo óleo de soja epoxidado (ESBO) e éster metílico de ácido graxo (FAME), em diferentes concentrações, por Calorimetria Exploratória Diferencial com Pressão (PDSC). Posteriormente, o desempenho destes biofluidos, no tratamento térmico de têmpera, foi avaliado pela análise microestrutural e medições de dureza (curvas em U) nos aços SAE 1045 e SAE 4140, comparando-o com o desempenho promovido pelos fluidos derivados de petróleo. As tensões térmicas residuais foram simuladas com o ABAQUS, usando os coeficientes de transferência de calor obtidos pela solução do problema inverso. As distorções causadas pelos biofluidos foram estudadas em corpos Navy-C-rings modificados de aço SAE 4140. Além disto, a viscosidade dos biofluidos também foi estudada em função da temperatura por estar diretamente relacionada à propriedade de molhamento, que influencia a transferência de calor durante o processo de resfriamento. A adição de FAME no ESBO foi eficiente na redução da viscosidade das formulações propostas, em função da temperatura, adequando-as para utilização como fluidos de resfriamento. As formulações EF30 e EF38 apresentaram temperatura inicial de oxidação (OOT) superior ao óleo de soja, indicando assim, maior estabilidade termo-oxidativa. Todas bioformulações foram eficientes na têmpera de ambos os aços, nos diâmetros ensaiados, promovendo dureza mínima de aproximadamente 52 HRC no centro dos corpos SAE 4140, dureza esta, comparável àquela promovida pelos fluidos minerais. Comportamento similar foi observado para o aço de menor temperabilidade. As tensões térmicas residuais simuladas não variam em magnitude em função da composição das formulações, enquanto que as distorções tenderam a aumentar em função do aumento do FAME nas formulações. / The search for biodegradable and renewable basestocks has motivated the development of bioquenchants for steel heat treatment. Vegetable oils are potential candidates, however, their poor thermo-oxidative stability inhibits a wide industrial application. Modifications of the chemical structure of vegetable oils may be used to improve this characteristic and epoxidation is one of the most common approaches reported to date. The first step of the study reported here was to analyze and compare the thermo-oxidative stability of soybean oil, epoxidized soybean oil (ESBO) and different blend ratios of ESBO with a soybean oil-derived fatty acid methyl ester (FAME) by Pressure Differential Scanning Calorimetry (PDSC). Subsequently, the quenching performance of the formulations was evaluated by cooling curve analysis and microstructural analysis and hardness measurements by U-curves analysis of SAE 1045 and SAE 4140 steels and then, compared with results obtained using commercially available petroleum oil quenchants. Thermal residual stress profiles were simulated with ABAQUS, using the heat transfer coefficients obtained by an inverse method. Bioquenchant distortions were determined using SAE 4140 steel and a so-called modified Navy C-ring test. Moreover, the viscosity-temperature property of bioquenchants was also studied, since it is directly related to the heat transfer and wetting behavior occurring during the cooling process. Although the viscosity of ESBO was too high for use as a quenchant, increasing FAME addition to ESBO provided sufficient reduction of resulting kinematic viscosities to permit their potential use as quenchants. EF30 and EF38 (30% and 38% FAME, respectively) exhibited onset oxidation temperatures (OOT) higher than soybean oil, thus indicating better thermo-oxidative stability. All bioquenchants were effective for both steels, at the specimen diameters tested, producing a minimum hardness of approximately 52 HRC at the center of the SAE 4140 test specimen. This hardness is comparable to that obtained with the petroleum-based fluids. Comparable results were obtained for the lower hardenability SAE 1045 steel. The simulated residual stress profiles did not vary in terms of magnitude as a function of formulation composition while the distortions tended to increase as FAME is added in the formulations.

[pt] Resinas epóxi do éter diglicidílico de bisfenol A (DGEBA) são amplamente usadas como matriz de materiais compósitos. No entanto, o principal monômero utilizado para a sua produção, o Bisfenol A (BPA), apresenta significativos efeitos negativos na saúde humana. Implicações ambientais que limitam o uso BPA fazem necessária a substituição dos monômeros base para a preparação de resinas epóxi por outros mais seguros e ambientalmente sustentáveis. Por outro lado, resinas epóxi preparadas a partir de fontes renováveis constituem uma alternativa ao uso de resinas derivadas do petróleo na produção de materiais compósitos. Assim, óleos naturais derivados de fontes vegetais são considerados uma matéria-prima alternativa para a obtenção de resinas epóxi de base biológica por causa da sua disponibilidade e uma ampla variedade de possibilidades para transformações químicas. Além disso, materiais compósitos fabricados a partir de resinas termo-endurecíveis de origem vegetal e fibras lignocelulósicas como material de reforço, poderiam contribuir com a produção sustentável de materiais de baixo custo e menor densidade que possuam propriedades estruturais funcionais. Neste trabalho propõe-se a preparação de laminados utilizando como matriz resinas epóxi biobaseadas obtidas a partir de óleo de soja epoxidado e cardanol epoxidado (proveniente da casca de castanha de caju) e fibras lignocelulósicas de bucha (Luffa cylindrica) como reforço. Os efeitos estruturais, morfológicos e térmicos de tratamentos superficiais de hornificação, mercerização e acetilação nas fibras foram estudados usando espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM) e análise termogravimétrica (TGA). Compósitos DGEBA/Bucha e Resina natural/Bucha foram fabricados pelo método lay-up manual e suas propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de flexão em três pontos e da técnica não destrutiva de excitação por impulso (TEI). Esta técnica também foi utilizada para a determinação experimental dos módulos dinâmicos e das propriedades de amortecimento dos compósitos durante o envelhecimento por UV e por absorção de água. O comportamento dinâmico-mecânico dos compósitos foi avaliado por meio da análise dinâmico-mecânica (DMA). Resinas preparadas com 50 por cento de cardanol epoxidado e 50 por cento de resorcinol curadas com diamina de isoforona apresentaram melhores propriedades térmicas e mecânicas, comparados com sistemas com óleo de soja epoxidado, com uma temperatura de transição vítrea média de 74 graus Celsius e módulo de armazenamento de 880,5 MPa, constituindo uma alternativa mais sustentável para a fabricação de materiais compósitos pela substituição do sistema bisfenol A clássico analisado também neste trabalho, com valores Tg igual a 77,5 graus Celsius e E linha igual a 849 MPa. A adição de fibras de bucha em forma de manta permitiu a obtenção de compósitos com modos de fratura controlada. Além disso, foi observada uma melhora na aderência na interfase fibra-resina em compósitos com 30 por cento de fibras de bucha mercerizada. / [en] Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) currently represents the most widely used type of epoxy resin in the world in several applications. However, the main monomer used for its production, Bisphenol A (BPA) is considered an endocrine disruptor with estrogenic activity that has significant negative effects on human health. Environmental implications and laws limiting the use of BPA in several countries make it necessary to replace the base monomers for the preparation of epoxy resins with safer and more environmentally sustainable ones. Epoxy resins prepared from renewable sources are an alternative to the use of petroleum resins in the production of composite materials. Thus, natural oils derived from vegetable sources are considered as an alternative raw material for obtaining biologically based epoxy resins because of their availability, their relatively low price and a wide variety of possibilities for chemical transformations. On the other hand, composite materials made from thermosetting resins of vegetable origin and lignocellulosic fibers as reinforcement material could contribute to the sustainable production of low cost and lower density materials that have functional structural properties. This work proposes the preparation of composite materials, using biobased epoxy resins obtained from epoxidized soybean oil and epoxidized cardanol from cashew nuts as well as lignocellulosic (Luffa cylindrica) fibers modified by surface treatments of hornification, mercerization and acetylation. The structural, morphological and thermal effects of surface treatments on the fibers were studied using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and thermogravimetric analysis (TGA). DGEBA/Luffa and Biobased resin/Luffa fiber composites were fabricated by the manual lay-up method and their mechanical properties were evaluated by three-point bending tests and the non-destructive impulse excitation technique (TEI). This technique was also used for the experimental determination of the dynamic modules and the damping properties of the laminates obtained during UV aging and water absorption. The effect of the introduction of the binder fibers and the different treatments performed on the fibers on the dynamic-mechanical behavior of the composites was performed by dynamic-mechanical analysis (DMA). Resins prepared with 50 percent epoxidized cardanol and 50 percent resorcinol cured with isophorone diamine presented better thermal and mechanical properties, compared to systems with epoxidized soybean oil, with an average glass transition temperature of 74 degrees Celsius and a storage modulus of 880, 5 MPa, constituting a sustainable alternative for the manufacture of composite materials by replacing the classic bisphenol A system also analyzed in this work, with values Tg equal to 77.5 degrees Celsius and E line equal to 849 MPa. The addition of luffa fibers allowed the production of composites with controlled fracture modes. In addition, an improvement in the fiber-resin interface adhesion was observed in composites with 30 percent mercerized fibers.

Tesis por compendio / [ES] Es evidente cómo el aumento de la concienciación medioambiental respecto al uso de materiales poliméricos de origen petroquímico o plásticos de un único uso ha cambiado por completo el panorama de los materiales poliméricos, desde el punto de vista de su concepción o de su uso. Durante el desarrollo de esta tesis doctoral se ha abarcado varias alternativas con el fin de obtener materiales nuevos, que no tengan solo un bajo impacto ambiental, sino también que posean propiedades competitivas al compararlos con materiales convencionales, además de que su elaboración no conlleve un cambio drástico con respecto a las tecnologías existentes en la actualidad. Es por eso por lo que el objetivo principal de esta tesis doctoral se centra en el desarrollo y caracterización de nuevos materiales con un alto rendimiento medioambiental a partir de matrices termoplásticas como el poli(ácido láctico) (PLA) y matrices termoestables como resinas epoxi con un contenido parcial o total de origen natural. Además del uso de rellenos y fibras de origen natural. / [CA] És evident com l'augment de la conscienciació mediambiental respecte a l'ús de materials polimèrics d'origen petroquímic o plàstics d'un únic ús ha canviat per complet el panorama dels materials polimèrics, des del punt de vista de la seua concepció o del seu ús. Durant el desenvolupament d'aquesta tesi doctoral s'han tingut en compte diverses alternatives amb la finalitat d'obtindre materials nous, que no tinguen només un baix impacte ambiental, sinó també que posseïsquen propietats competitives en comparar-los amb materials convencionals, a més de que la seua elaboració no comporte un canvi dràstic respecte a les tecnologies existents en l'actualitat. És per això, per la qual cosa l'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral se centra en el desenvolupament i caracterització de nous materials amb un alt rendiment mediambiental a partir de matrius termoplàstiques com el àcid polilàctic (PLA) i matrius termoestables com a resines epoxi amb un contingut parcial o total d'origen natural. A més de l'ús de reforços i fibres d'origen natural. / [EN] It is remarkable how the increase in environmental awareness regarding the use of polymeric materials of petrochemical origin or single-use plastics has completely changed the scenario of polymeric materials development and use. This doctoral thesis has proposed several alternatives in order to obtain new materials with low environmental impact and competitive properties to conventional materials. In addition to the fact that their elaboration does not entail a drastic change respect to existing technologies. Therefore, the main objective of this doctoral thesis focuses on developing and characterizing new materials with a high environmental performance from thermoplastic matrices such as poly(lactic acid) (PLA) and thermosetting matrices such as epoxy resins with a partial or total content of natural origin. In addition to the use of fillers and fibers of natural origin. / This research work was funded by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (MICIU) project numbers RTI2018-097249-B-C21 and MAT2017-84909-C2-2-R. D.L. thanks Universitat Politècnica de València (UPV) for the grant received through the PAID-01-18 program. / Lascano Aimacaña, DS. (2022). Fabricación y caracterización de materiales compuestos de alto rendimiento medioambiental derivados de resinas ecológicas y refuerzos de fibras naturales y estructuras híbridas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185886 / Compendio