Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1999.pdf: 3939416 bytes, checksum: 033049fbd1ac0f0c70547f5f62450137 (MD5) Previous issue date: 2007-07-30 / Universidade Federal de Minas Gerais / In-line analysis equipments play an important hole in the study of polymer blends extrusion for supplying dynamic information concerning to the morphology of the dispersed phases, such as aspect ratio and size distribution of particles. Among them, the device whose operation is based on light scattering stand out for the versatility, fast data acquisition and for its non destructive operation. Since the morphologic characteristics of the polymer blends affects directly the properties of the material, we presented in this work an improvement of an optical detector based on low angle laser light scattering (LALLS), showing that this equipment is effective in the morphologic characterization of the dispersed phase in diluted polymer dispersions. The studied systems were composed by PS, PA6, Al2O3 and TiO2 embedded in PP matrix. During the extrusion several concentrations of dispersed phase were used in transient state. The LALLS prototype detector developed is effective in the characterization of polymer dispersed phases, based in their light scattering, as well as for ceramic dispersed phases, where the light extinction phenomena are governed by light diffraction. By improving the original acquisition system (hardware and software) and the interpretation of the data, we showed that the prototype is sensitive to the concentrations, particle size distribution and differences in the refraction indexes of the dispersed phase. / Equipamentos de análise in-line exercem um papel importante no estudo de extrusão de blendas poliméricas por fornecer informações dinâmicas a respeito da morfologia das fases dispersas, tais como razão de aspecto e distribuição de tamanho de partículas. Entre eles, os aparatos cujo princípio de funcionamento baseia-se em espalhamento de luz, destacam-se por sua versatilidade, rapidez na aquisição de dados e pelo seu caráter não invasivo. Sabendo que as características morfológicas da blenda polimérica são de suma importância nas propriedades do material, apresentamos neste trabalho o aprimoramento de um detector óptico baseado em espalhamento de luz laser de baixo ângulo (LALLS), mostrando sua eficácia na caracterização morfológica de fases minoritárias em dispersões poliméricas. Os sistemas estudados foram compostos por PS, PA6, Al2O3 e TiO2 imersos em uma matriz de PP. Durante a extrusão utilizamos várias concentrações de fase dispersa em modo transiente. Vimos que o protótipo do detector LALLS desenvolvido mostrou eficácia e reprodutibilidade tanto na caracterização de fases dispersas poliméricas, cujo princípio de funcionamento é baseado em espalhamento de luz, quanto para fases cerâmicas, onde os fenômenos envolvidos são governados por efeitos de difração de luz. Através do aprimoramento na coleta (hardware e software) e da interpretação dos dados, mostramos o quanto o protótipo apresenta-se sensível a concentrações, distribuição de tamanho das partículas com diferentes índices de refração de fase dispersa.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ingo H Dalibor.pdf: 1064360 bytes, checksum: e76ccd8c14da5a15a2f117ade49f4b1f (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Particulate fillers have a broad application in the composites industry, mainly for cost reduction. But fillers may have also an influence on mechanical properties like strength, stiffness and strain. The scope of this dissertation is the mechanical characterization of particulate composites changing concentration from 1% to 20% in volume with an PVC rod as reinforcement. Initially pull out tests were applied to determine critical length of reinforcement. Critical length measures load transfer on interface between matrix and reinforcement, which is main factor to improve composite s strength. Critical length as a function of filler concentration showed a remarkable similarity for all fillers studied. At about 5% volume fraction all curves showed a minimum, it means, the shear strength is a maximum in this point. Finally, mechanical properties in flexural tests without PVC reinforcement were determined showing at low filler concentration significant variation. Statistical significance tests showed mechanical properties aren t a linear function to concentration. Flexural tests on particulate composite with PVC reinforcement showed strength reduction, but on elastic modulus and strain, different effects were realized, depending on filler used. It means, a 3 phase composite may have a synergy or dissociative effect when filler and reinforcement were applied together. / A carga particulada, normalmente utilizada para redução de custos, pode ter influência nas propriedades mecânicas dos compósitos com matriz de poliéster insaturado. Foram confeccionados corpos de prova com concentração volumétrica variando entre 1 e 20% na matriz de poliéster. Inicialmente foi analisada a força de adesão na interface do reforço e a matriz. Com a força de adesão é transferida a tensão da matriz para o reforço, ocorrendo um aumento da resistência do compósito. A força de adesão pode ser determinada pelo comprimento crítico do reforço, neste caso uma haste de PVC, através de um ensaio de arrancamento, conhecido também como pull out . A curva do comprimento crítico em função da concentração de carga mostrou uma notável semelhança com todas as cargas testadas, havendo um mínimo em torno da concentração volumétrica nominal de 5%. Posteriormente, através de ensaios de flexão, foram determinadas as propriedades mecânicas do compósito, que são o módulo de elasticidade, resistência e a deformação máxima nas concentrações acima mencionadas. Os ensaios foram realizados sem e com a haste de PVC. Os efeitos das cargas foram muito distintos em cada caso. O melhor resultado foi obtido no módulo de elasticidade do compósito com a matriz poliéster com carga de vidro moído na concentração de 5% em volume e uma haste de PVC. Nos outros casos as cargas testadas tiveram efeito negativo nas propriedades. A haste de PVC trouxe um efeito positivo apenas na deformação máxima sem a utilização de carga na matriz. Em todos os outros casos o efeito da haste de PVC foi negativo.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-19T14:53:27Z No. of bitstreams: 1 MARIAUGUSTA FERREIRA MOTA - TESE (PPGEQ) 2015.pdf: 7929755 bytes, checksum: 46b508fdcbc2c553fa37592a200d2ae5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T14:53:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIAUGUSTA FERREIRA MOTA - TESE (PPGEQ) 2015.pdf: 7929755 bytes, checksum: 46b508fdcbc2c553fa37592a200d2ae5 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / CNPq / Este trabalho de Tese descreve a preparação de argilas organofílicas a partir da argila Brasgel e Verde-Lodo naturais que foram utilizadas como cargas para síntese de nanocompósitos via polimerização in situ em suspensão e polimerização in situ em massa-suspensão. A caracterização para avaliar as argilas organofílicas foi realizada a partir das técnicas de Difração de raios X (DRX), Espectroscopia na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (IV) Análise Térmica Diferencial e Termogravimétrica (ATD/TG) e ensaios de expansão (Capacidade de Adsorção e Inchamento de Foster). A produção de nanocompósitos poli(pivalato de vinila)/argila foi realizada a partir da polimerização in situ em suspensão do pivalato de vinila utilizando 2,5% e 5% de argila Brasgel ou Verde-Lodo modificadas com os sais Praepagen, Dodigen e Genamin. O processo de obtenção do nanocompósito poli(metacrilato de metila)/argila foi realizada a partir da polimerização in situ em massa-suspensão do metacrilato de metila utilizando 3% de argilas Verde-Lodo natural ou modificadas com os sais Praepagen, Dodigen e mistura de sais (Praepagen + Dodigen). Os nanocompósitos polímero/argila foram caracterizados a partir de DRX, IV, TG, Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). Os resultados de DRX mostram a intercalação dos sais quaternários de amônio (Praepagen, Dodigen e Genamin) em todas as argilas (Verde-Lodo e Brasgel) no processo de organofilização. Os resultados de IV e ATD indicam que os sais foram incorporados à estrutura da argila, evidenciando assim o processo de organofilização. Os testes de Capacidades de Adsorção comprovaram as melhores eficiências das argilas Verde-Lodo e Brasgel organofilizadas com os sais quaternários de amônio em relação às argilas na sua forma natural independente do solvente orgânico utilizado. Os resultados dos testes de Inchamentos de Foster indicaram que as afinidades dos sais ocorreram nas argilas organofílicas avaliadas em todos os solventes orgânicos. Os resultados obtidos de DRX a partir da polimerização in situ em suspensão do pivalato de vinila/argila Brasgel ou Verde-Lodo organofílicas indicaram interações argila-polímero na forma intercalada e esfoliada. As análises de TG indicaram que ocorreu diminuição no intervalo de 3oC a 10oC da temperatura máxima de degradação assim como a diminuição da Temperatura de transição vítrea (Tg) dos nanocompósitos contendo 2,5 e 5% de argila na matriz polimérica Poli(pivalato- vinila). Para os nanocompósitos sintetizados a partir do metacrilato de metila e da argila Verde-Lodo natural e organofilizadas os resultados de DSC a partir da polimerização in situ em massa-suspensão do metacrilato de metila/argila VerdeLodo natural e organofílicas indicaram que as temperaturas de transição vítrea não foram alteradas com a adição da argila. As análises de TG mostraram que houve alterações pouco significativas na temperatura máxima de degradação e as imagens de MEV indicaram que a morfologia dos nanocompósitos obtidos com 3% de argila Verde-Lodo organofilizadas apresentaram partículas esféricas e lisas, indicando interação da argila com a matriz polimérica. / This Doctorate Thesis describes the preparation of organoclays from raw clays Brasgel and Green-Sludge, which were used as charge materials to synthesis of nanocomposites via in situ suspension and in situ mass-suspension polymerization reactions. The organoclays characterization was carried out by making use of techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Thermal Analysis and Thermogravimetric Analysis (DTA/TGA), and analysis of adsorption of organic compounds (Adsorption Capacity and Foster’s experiment). The synthesis of nanocomposites poly (vinyl pivalate)/clays were performed from in-situ suspension polymerization reaction of vinyl pivalate with 2.5% w. and 5% w. of organoclays Brasgel or Green-Sludge, in which were organophilized by using the quaternary ammonium salts Praepagen®, Dodigen®, and Genamin®. The synthesis of nanocomposites poly (methyl methacrylate)/clays were realized from in-situ mass-suspension polymerization reaction of methyl methacrylate with 3% w. of raw clay Green-Sludge or organoclay Green-Sludge organophilized by using the quaternary ammonium salts Praepagen®, Dodigen®, and the mixer of these surfactants (Praepagen® + Dodigen®). The nanocomposites polymer/clay were characterized with the techniques XRD, FTIR, TGA, Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Differential scanning calorimetry (DSC). The characterization results have shown the intercalation of the cations from the quaternary ammonium salts (Praepagen®, Dodigen®, and Genamin®) within the raw clays (Green-Sludge and Brasgel) after the organophilization reaction. The results of FTIR and DTA indicate that the cations of the surfactants were incorporated in the raw clays, in which it is related the organophilization process. The results of adsorption capacity of organic compounds show that the organoclays Green-Sludge and Brasgel compared with its respective raw clay form have higher adsorption of organic compounds for all compounds analyzed. The Foster’s experiment shows that all the organoclays synthetized have high affinity with organic molecules for all compounds analyzed. The results of XRD analysis from in-situ suspension polymerization of vinyl pivalate/Brasgel raw clay or organoclays Green-Sludge have shown the clay-polymer interactions in intercalated and exfoliated forms. From TGA analysis has been observed a decreasing of the maximum temperature of degradation between 3°C and 10°C, as well the decreasing of the glass transition temperature (Tg) for the nanocomposites with 2.5% w. and 5% w. of clay in the polymeric matrix poly (vynil pivalate). By analyzing the nanocomposites synthetized from methyl methacrylate and Green-Sludge raw clay or organoclays, the results of DSC have shown that the glass transition temperature does not change with the presence of clays. The TGA analysis has demonstrated the occurrence of small variations of the maximum temperature of degradation. The SEM results indicate that the morphology of the nanocomposites synthetized from 3% w. of organoclay GreenSludge has smooth and spherical particles, which indicates the interaction between the clay within the polymeric matrix.

Este projeto tem como objetivo o estudo do recobrimento superficial de filmes poliméricos à base de látex e breu, com microbicida de prata em painéis multicamadas de bagaço de cana-de-açúcar, reforçados com partículas de bambu (PMBB), visando seu o uso como material isolante térmico em instalação agroindustrial sujeita a ambientes úmidos e com grande carga bacteriana. O projeto foi desenvolvido em quatro etapas. Na etapa 1 (Estudo dos painéis multicamadas), foi realizado o estudo de dois diferentes procedimentos de moldagem, sendo moldagem 1 (PMBB-M1) com prensagem nas camadas e a moldagem 2 (PMBB-M2) sem prensagens nas camadas. Na avaliação física e mecânica o painel PMBB-M2 apresentou melhor desempenho físico e mecânico, por conta da melhor interação entre as camadas, quando comparado ao painel PMBB-M1. A etapa 2 (Estudo do tratamento superficial dos painéis) consistiu na produção e caracterização dos filmes de breu, látex-LT e látex-LS, e na avaliação do recobrimento do painel PMBB e da sua durabilidade expostos às intempéries ambientais (sol, chuva, vento e orvalho). Os filmes apresentaram bom desempenho físico, dificultando a penetração de água no material, contudo, a exposição à radiação e as intempéries climáticas promoveram a degradação dos filmes, apesar disso o látex-LT e o breu apresentaram, até os três meses de envelhecimento natural, melhor desempenho mecânico. A etapa 3 (Estudo da impregnação de nanopartículas de prata (AgNPs) nos filmes) consistiu na preparação e avaliação dos filmes com AgNPs. Por meio da análise microbiológica constatou-se que os filmes de látex-LT e breu apresentaram caráter bacteriostático. Por fim, na etapa 4 (Aplicação dos painéis PMBB em Instalação Suinícola), foi analisado o potencial do painel PMBB-M2 como material isolante térmico, na forma de abrigo para leitão (escamoteador) em uma granja de suínos. Nessa etapa, foi avaliado o microclima gerado no interior dos escamoteadores aquecidos com lâmpada incandescente, por meio da coleta de dados ambientais e análise dos índices de conforte térmico. O painel apresentou bom desempenho, atendendo a faixa de temperatura e umidade de conforto térmico para os leitões na primeira semana de vida. Portanto, pode-se concluir que os filmes de breu e látex-LT no painel PMBB-M2, promoveram uma impermeabilização do material e por apresentarem caráter bacteriostático, evitaram a proliferação de bactérias quando em contato com os filmes, sendo assim, a aplicação deste material como isolante térmico em instalação para suíno apresenta um grande potencial, pois, o recobrimento no material propicia sua aplicação em um ambiente úmido e com grande carga bacteriana. / This project aims the study of surface coatings with polymeric films based on latex and rosin, by using a microbicide agent of\' silver in multilayer panels of sugarcane bagasse reinforced with bamboo particles (PMBB) to be used as an insulate material in agroindustrial facilities subject to humid environments with high bacterial load. This project was conducted into four steps. In the step 1 (Study of the multilayer panels), the evaluation of two different molding procedures was conducted, with molding 1 (PMBB-M1) with pre-pressing in the layers and molding 2 (PMBB-M2) without pre-pressing in the layers. Physical and mechanical properties of the PMBB-M2 panel presented better physical and mechanical performance due to the best interaction between the layers compared to the PMBB-M1 panel. In the step 2 (Study of the superficial treatment of panels), it was studied the production and characterization of the films of rosin, latex-LT and latex-LS, as well as the evaluation of the PMBB panel covering, and evaluation of the durability of these panels exposed to weather conditions (sun, rain, wind and dew). The films presented good physical performance, making it difficult to penetrate water in the material, on the other hand, by exposing the materials to radiation and weather conduction it was noticed the degradation of the films, despite the fact that latex-LT and rosin presented better mechanical performance until three months of age. In the step 3 (Study of impregnation of silver nanoparticles (AgNPs) in the films) it was conducted the preparation and evaluation of the films with AgNPs. By means of the microbiology analyses it was stated that the latex-LT and rosin presented bacteriostatic character. In the step 4 (Application of PMBB panels in Poultry facilities) it was evaluated the potential of the PMBB panel as an insulation material in a pig-farm as a piglet shelter. In this step, the microclimate generated inside of the pig shelter heated by incandescent lamps was evaluated through the collection of environmental data and evaluation of the thermal comfort indices. The panel presented good performance, taking into account the temperature and humidity range of thermal comfort for the piglets in the first week of life. Therefore, it can be concluded that the films of rosin and latex-LT in the PMBB panel, promoted a waterproofing of the materials and due to the bacteriostatic character, it was noticed that proliferation of the bacteria when in contact with the films was avoided, thus, the application of this material as thermal insulation in pig installation presents a great potential, due to the coating in the material and propitiates its application in a humid environment and with bacterial load.

Laminados compósitos com matrizes poliméricas foram submetidos à danificação mecânica por ensaios de flexão em três pontos e imersão prolongada em solução simuladora de fluido corporal (SBF). Uma das matrizes era composta de resina termorrígida epóxi reforçada com fibras de vidro (EPX-V) e fibras de carbono (EPX-C), enquanto que a outra era constituída por resina termoplástica poli sulfeto de fenileno reforçada com fibras de carbono (PPS-C). A absorção da solução pelos laminados compósitos e os danos neles inferidos foram avaliados pela técnica de imageamento por ressonância magnética nuclear (IRMN). A técnica mostrou-se eficaz na detecção de vários tipos de danos, como entalhes, delaminações, fissuras e deformações, e no controle de qualidade de biomateriais compósitos, desde que seus eventuais danos estivessem preenchidos por líquidos. A diferença na condutibilidade elétrica das fibras, isto é, baixa condutividade elétrica das fibras de vidro, em comparação com as fibras de carbono influenciou significativamente a qualidade das imagens. As imagens obtidas tinham menos artefatos no CDP EPX-V do que nos CDP de EPX-C e PPS-C. A diferença nos processos de manufatura também influenciou os resultados, para os CDP de EPX-V, oriundos de processo de manufatura menos criterioso, foi possível notar espaços vazios que foram preenchidos pela solução SBF e identificados nas imagens obtidas, por sua vez, nos CDP de EPX-C e PPS-C, que são produto de um processo de manufatura mais criterioso, o que lhes confere qualidade superior e menos defeitos, não foi possível identificar espaços vazios, ou pela sua inexistência ou talvez porque a resolução do equipamento não era alta o suficiente para capturar as imagens dos espaços vazios. Os resultados permitiram concluir que o imageamento via ressonância magnética nuclear é um método de inspeção eficiente e confiável para detecção de danos, in vitro, em laminados compósitos poliméricos reforçados tanto com fibras de vidro quanto com fibras de carbono. / Laminated composites with polymeric matrices were subjected to mechanical damage by bending tests at three points and prolonged immersion in a simulated body fluid solution (SBF). One of the matrices was composed of thermoset epoxy reinforced with glass fibers (EPX-V) and carbon fibers (EPX-C), whereas the other was constituted by polyphenylene sulfide thermoplastic reinforced with carbon fibers (PPS-C) The absorption of the solution by the composite laminates and the damage inflicted on them were evaluated by imaging technique via nuclear magnetic resonance. The technique showed efficient in the detection of various types of damage, as notches, delaminations, cracks and deformations, and control of the quality of composite biomaterials, as their damage was filled with liquid. The difference in the electrical conductivity of the fibers, i.e., lower electrical conductivity of the glass fibers in comparison to the carbon fibers significantly influenced the quality of the images. The images obtained had fewer artifacts in CDP EPX-V than those of CDP EPX-C and PPS-C. The difference in the manufacturing processes also influenced the results, as the voids of EPX-V CDP manufactured by a less careful process were filled with an SBF solution identified in the images. On the other hand, CDP EPX-C and PPS-C, which were the product of a higher quality manufacturing process showed no gaps, because the resolution of the equipment was not high enough to capture the images of the voids. The results show imaging via nuclear magnetic resonance is an efficient and reliable method for the detection of damage of in vitro polymeric composite laminates with glass fibers and carbon fibers.

O uso e produção de fibra de carbono têm crescido nas últimas três décadas em diversas aplicações como aeroespacial, automotiva, nuclear, naval e construção civil. Isto é devido ao desempenho que este material possui quando comparado com os tradicionais componentes metálicos. A geração de resíduo de fibra de carbono tem aumentado a cada ano e isto tem impulsionado estudos e aprimoramento dos métodos de recuperação de fibras de carbono. Dentre os mais usuais métodos existentes, pode-se destacar a pirólise. O objetivo do presente trabalho consiste em recuperar fibras de carbono determinando e avaliando os parâmetros do processo de pirólise visando o potencial de reutilização destas fibras em novos compósitos. O compósito utilizado foi doado a partir de um descarte industrial. Para caracterizar o compósito, foram empregadas as técnicas de análise térmica (TGA), espectrometria de massa (QMS), análise estrutural em MEV juntamente com a análise pela energia dispersiva de espectroscopia de raio-X (EDS). Durante o aquecimento em atmosfera inerte, ocorre a liberação de compostos orgânicos proveniente da matriz polimérica, e as fibras de carbono permanecem intactas. As fibras de carbono recuperadas foram analisadas em MEV e EDS a fim de verificar a ocorrência de defeitos superficiais, como, resíduos da matriz polimérica, carbonização, rompimento da fibra entre outros. Os resultados obtidos mostram que pela pirolise feita a 550°C por 1h é possível de se obter fibras de carbono livres da matriz polimérica. Após o processo de pirólise nesta condição as fibras não apresentam poros, fratura do material e carbonização. / The last three decades were marked by the expansion of production and research of carbon fiber in several applications such as automotive, nuclear, navy and construction. This is a result of the extraordinary performance that this material presents when compared with the traditional metallic materials. Each year, there has been an increase of the generation of carbon fiber composite waste which has motivated studies and improvement of the current recovering processes of carbon fiber. Among the most usual methods of recovering, there is the pyrolysis method. The present study aims to recover carbon fiber from polymeric composite while evaluating parameters of the pyrolysis process focusing on the potential of reusing the recovered carbon fiber in new composites. The composite material used in this work had been acquired by donation of an industrial disposal. In order to characterize the composite, thermogravimetric analysis was done (TGA), mass spectrometry (QMS), structural analysis by SEM and analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). During heating in an inert atmosphere, there were release of organic compounds from the polymeric matrix and the carbon fibers remain untouched. Carbon fibers recovered were analyzed by SEM and EDS to verify the occurrence of superficial defects such as, traces of residual polymer matrix, carbonization, fiber breakage among others. The results show that through pyrolysis held at 550°C for 1 hour it is possible to obtain carbon fibers free of the polymeric matrix. After the pyrolysis process in this condition fibers did not presented pores, carbonization or rupture of the material.

O envelhecimento dos eletrocatalisadores utilizados em cátodos de células a combustível de eletrólito polimérico (PEMFCs) é um dos principais fatores que restringem sua aplicação como conversores de energia em larga escala. Esse trabalho visa contribuir para o aprimoramento da estabilidade de nanopartículas de platina (NPs de Pt) por meio da modificação do suporte catalítico aos quais encontram-se impregnadas. Desse modo, foram realizadas sínteses de suportes catalíticos baseados em óxidos de molibdênio (MoO3 e MoO2) ancorados em carbono Vulcan® XC72-R, sendo os materiais produzidos caracterizados física, estrutural e eletroquimicamente antes e após a impregnação de NPs de Pt. Para investigar a estabilidade dos eletrocatalisadores, foi realizado um teste de degradação eletroquímico acelerado, o qual consistiu em aplicar os ciclos de potenciais entre 0,6 e 1,0 V vs. ERH por curto período de tempo. Os resultados mostraram que os métodos de síntese utilizados foram satisfatórios, levando a formação dos catalisadores com as proporções bem próximas das requeridas. O catalisador Pt/MoO3-C apresentou a maior atividade específica frente a reação de redução de oxigênio (RRO), atribuída a efeitos sinérgicos metal/suporte. Quando investigada a estabilidade dos materiais frente ao teste de degradação eletroquímico acelerado, observou-se que, a princípio, nenhum dos óxidos de molibdênio diminui a extensão da degradação da platina. Analisando-se as atividades específicas frente à RRO para cada catalisador antes e após o envelhecimento eletroquímico, foi observado que Pt/MoO2-C apresentou-se como o material mais estável dentre os demais. / The aging of Pt based electrocatalysts used in the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) cathodes is one of the main issues that restrict its wide application as energy converters. This work aims to contribute to the improvement of the stability of platinum nanoparticles (Pt NPs) by modification of the catalyst support at which they are impregnated. Thus, syntheses of catalyst supports based on molybdenum oxide (MoO3 and MoO2) anchored on Vulcan® XC72-R carbon were carried out and the produced materials were characterized physically, structurally and electrochemically prior and after impregnation of the Pt NPs. To investigate their stability, an electrochemical accelerated degradation test was performed, which consisted of applying a large number of short duration potential cycling steps between 0.6 and 1.0 V vs. RHE. The results showed that the synthetic methods used here were satisfactory, leading to the formation of catalysts with compositions near to those expected. The Pt/MoO3-C catalyst showed the highest specific activity toward the oxygen reduction reaction (ORR), and this was attributed to metal/support synergistic effects. When the stability against electrochemical accelerated degradation test of the materials was investigated, it was observed that, in principle, none of the molybdenum oxides really decreases the extent of platinum degradation. However, comparing the specific activities towards the ORR for each catalyst, before and after electrochemical aging, it is concluded that Pt/MoO2-C is the most stable material among all others.

Orientador: Ana Flávia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T11:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SantosJunior_GarbasAnacleto_M.pdf: 5163839 bytes, checksum: 6d357533b5e3fc16413a4febf8f9d075 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho são apresentados os resultados da preparação e caracterização de eletrólitos poliméricos usando matriz polimérica de um copolímero derivado de PEO - poli (óxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etil glicidil éter) - P(EO-EM) - visando à substituição do par redox, I/I3 , usualmente mais comum em células solares do tipo DSSC, por pares de íons de metais de transição, como Fe e Co . Os eletrólitos foram preparados utilizando razões mássicas fixas de P(EO-EM):GBL de 30-70%. Para os eletrólitos de ferro foram utilizados os sais de FeCl2 + FeCl3·6H2O e para os eletrólitos de cobalto CoCl2 · 6H2O + CoF3. Em ambos os casos foram estudados razões molares entre os cátions de valência II:III de 1:1 e 10:1. Diferentes razões mássicas foram estudadas, sendo estas de 2, 5, 8 e 16% para os eletrólitos de ferro e de 1, 2, 3 e 5% para os eletrólitos de cobalto. Valores máximos de condutividade para os eletrólitos contendo sais de ferro foram de 1,88 x 10 e 1,40 x 10 S cm-1, para concentrações de 16% de sal e razões de 1:1 e 10:1 (Fe:Fe), respectivamente. Enquanto que no caso dos eletrólitos contendo cátions de cobalto foram de 1,41 x 10 e 1,16 x 10 S cm, para concentrações de 5% de sal e razões de 1:1 e 10:1 (Co:Co), respectivamente. Testes de PIA- Photoinduced Absorption Spectroscopy mostraram a eficiência do par redox Fe para regeneração dos corantes L0, N719, D35 e Z907. Entretanto, os mesmos testes mostraram a eficiência do par redox Co para regeneração somente do corante L0. A confecção de dispositivos do tipo DSSC com eletrólitos contendo sais de Fe e Co apresentaram resultados insatisfatórios, possivelmente relacionado com a alta taxa de recombinação do elétron ejetado no TiO2 com os mediadores redox / Abstract: This work presents the results of the preparation and characterization of polymer electrolytes using polymeric matrix of a PEO copolymer-poly (ethylene oxide-co-2-(2-methoxyethoxy) ethyl glycidyl ether) - P (EO-EM) - in order to substitute the redox couple , I-/I3-, usually most common mediators in DSSC solar cells, by transition metal ions pairs, such as Fe and Co . The electrolytes were prepared using fixed P(EO-EM) : GBL weight ratios of 30-70 % . The iron electrolytes were prepared using FeCl2 + FeCl3 o 6H2O salts and CoCl2 o 6H2O + CoF3 were used for the cobalt electrolytes. In both cases, it was studied the molar ratios between cations with valence of II: III of 1:1 to 10:1. Different weight ratios were studied, 2 , 5, 8 and 16% for iron electrolytes and 1 , 2, 3 and 5% for the cobalt electrolytes . Maximum conductivity values for the electrolyte containing iron salts were 1.88 x 10 and 1.40 x 10 S cm at salts concentrations of 16 % and ratios from 1:1 to 10:1 (Fe:Fe), respectively. While in the case of electrolyte containing cobalt cations the conductivity values were 1.41 x 10 and 1.16 x 10 S cm -1 at salts concentrations of 5 % and ratios from 1:1 to 10:1 ( Co:Co), respectively . PIA tests - Photoinduced Absorption Spectroscopy- showed the efficiency of the FeII/III redox couple for the regeneration of L0 , N719 , Z907 and D35 dyes. However, the same tests have shown that the CoI redox couple were only able to regenerate the L0 dye. The DSSC devices with electrolytes containing Fe and Co salts showed unsatisfactory results, possibly related to the high rate of recombination of the electron ejected in TiO2 with the redox mediators / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

La pila de combustible de baja temperatura es una tecnología limpia y ecológica que permite la conversión directa de la energía química de un combustible, como hidrógeno o alcohol, en electricidad. Son varias las aplicaciones de esta tecnología y se están aplicando en sectores como automoción, industria naval, aeronaves no tripuladas, electrónica de consumo, etc. Para el uso masivo de esta tecnología son necesarias mejoras en el diseño del electrolito, monocelda y stack; lo que constituye el objetivo principal de este proyecto. Las membranas electrolito deben cumplir condiciones muy específicas, como buena estabilidad mecánica y química. Las que actualmente se encuentran en el mercado presentan inconvenientes como crossover y elevado coste. Para superar estas desventajas, en este trabajo se ha desarrollado y aplicado una metodología que permite establecer un procedimiento para diseñar membranas con propiedades específicas optimizadas. Así, uno de los objetivos del presente estudio es correlacionar las propiedades dieléctricas, la dinámica molecular y la conductividad con la composición de la membrana para predecir su comportamiento. Por esta razón, se han preparado y caracterizado membranas compuestas de alcohol polivinílico con masas moleculares distintas, entrecruzadas con ácido sulfosuccínico, a las que se les ha añadido distintas proporciones de óxido de grafeno. Una vez analizada su estructura química final por medio de espectroscopía infrarroja, su morfología superficial mediante microscopía electrónica de transmisión y sus propiedades y estabilidad térmica por calorimetría diferencial de barrido y análisis termogravimétrico, se estudió y modelizó su comportamiento eléctrico. Para ello, se determinaron las corrientes de polarización/despolarización y los espectros de relajaciones dieléctricas con el fin de obtener la capacidad de transferencia iónica, la movilidad molecular, la conductividad eléctrica y protónica y establecer el mecanismo que gobierna la movilidad de los protones a través del electrolito. Las monoceldas que se prepararon con las membranas compuestas se ensayaron con hidrógeno/oxígeno. Asimismo, estas membranas se evaluaron con metanol/oxígeno en la ETSIAE de la UPM, en el marco de los proyectos del Ministerio de Economía y Competitividad DOME-POL(ENE2011-28735-C02-01) y POLYCELL(ENE2014-53734-C2-1-R). De este modo, se fijó la concentración óptima de metanol, se obtuvieron las curvas características de voltaje y los valores de máxima potencia para cada electrolito. Al mismo tiempo, se ensayó una membrana comercial de Nafion117, que se tomó como referencia. Las curvas de voltaje-intensidad se modelizaron aplicando un modelo 0D, teniendo en cuenta los mecanismos dominantes de pérdidas de voltaje y aplicando la simplificación de Tafel. Los parámetros más significativos se relacionaron con la estructura y propie-dades del electrolito. Basándose en los resultados obtenidos para el electrolito y la monocelda, se ha diseñado un sistema de stack con las prestaciones necesarias para alimentar un motor brussless, que sustituye a un motor de combustión interna en una maqueta de camión teledirigido. Para ello, se diseñó una celda unitaria con el programa Solidworks. Los patrones de flujo de la placa bipolar, se evaluaron mediante las pérdidas de carga que se obtuvieron por simulaciones. También se llevó a cabo la selección de materiales más adecuados para la construcción de la celda, que se elaboró en placas de grafito laminado. Además, se determinó su potencia máxima para el sistema metanol/oxígeno. Con estos resultados se calculó el tamaño y número de celdas del stack y se seleccionaron los elementos auxiliares a partir de los cauda-les de fluido necesarios. Con todo ello, se ha contribuido a optimizar el diseño de los electrolitos, monoceldas y stacks para pilas de combustible de intercambio protónico con el fin de impulsa / The low temperature fuel cell is a clean and ecological technology that allows the direct conversion of the chemical energy of a fuel, such as hydrogen or alcohol, into electricity. There are several applications of this technology and they are being applied in sectors such as automotives, naval industry, unmanned aircrafts, consumer electronics, etc. For the massive use of this technology, improvements are needed in the design of the electrolyte, cell and stack; what constitutes the main objective of this project. The electrolyte membranes must meet very specific conditions, such as good mechanical and chemical stability. Those currently on the market have drawbacks such as crossover and high cost. To overcome these disadvantages, in this work has been developed and applied a methodology that allows to establish a procedure to design membranes with specific optimized properties. Thus, one of the objectives of the present study is to correlate dielectric properties, molecular dynamics and conductivity with the composition of the membrane to predict its behavior. For this reason, membranes composed of polyvinyl alcohol with different molecular masses, cross-linked with sulfosuccinic acid, with different proportions of graphene oxide have been prepared and characterized . Once analyzed its final chemical structure by means of infrared spectroscopy, its surface morphology by transmission electron microscopy and its properties and thermal stability by differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis, its electrical behavior was studied and modeled. For this reason, the polarization / depolarization currents and the dielectric relaxation spectra were determined in order to obtain the capacity of ionic transfer, the molecular mobility, the electrical and protonic conductivity and to establish the mechanism that governs the mobility of the protons through the electrolyte. The monocells were equipped with the composite membranes and tested with hydrogen/oxygen. Also, these membranes were evaluated in another methanol / oxygen test bench of the ETSIAE of the UPM, within the framework of the projects of the Ministry of Economy and Competitiveness DOMEPOL (ENE2011-28735-C02-01) and POLYCELL (ENE2014 -53734-C2-1-R). In this way, the optimum concentration of methanol was fixed, the voltage characteristic curves and the maximum power values for each electrolyte were obtained. At the same time, a commercial membrane of Nafion117 was tested, which was taken as a reference. The voltage-intensity curves were modeled applying a 0D model, taking into account the dominant mechanisms of voltage losses and applying the simplification of Tafel. The most significant parameters were related to the structure and properties of the electrolyte. Based on the results obtained for the electrolyte and the single cell, a stack system has been designed with the necessary features to power a bruss-less motor, which replaces an internal combustion engine in a remote-controlled truck model. To do this, a unit cell was designed with the Solidworks program. The flow patterns of the bipolar plate were evaluated by the load losses that were obtained by simulations. The selection of the most suitable materials for the construction of the cell was also carried out, which was elaborated in laminated graphite plates. In addition, its maximum power for the methanol / oxygen system was determined. With these results, the size and number of cells in the stack were calculated and the auxiliary elements were selected from the necessary fluid flow rates. With all this, it has helped to optimize the design of electrolytes, cells and stacks for proton exchange fuel cells in order to boost this technology in a generalized way. / La pila de combustible de baixa temperatura és una tecnologia neta i ecològica que permet la conversió directa de l'energia química d'un combustible, com hidrogen o alcohol, en electricitat. Són diverses les aplicacions d'aquesta tecnologia i s'estan aplicant en sectors com automoció, indústria naval, aeronaus no tripulades, electrònica de consum, etc. Per a l'ús massiu d'aquesta tecnologia són necessàries millores en el disseny de l'electròlit, monocelda i stack; el que constitueix l'objectiu principal d'aquest projecte. Les membranes electròlit han de complir condicions molt específiques, com una bona estabilitat mecànica i química. Les que actualment es troben al mercat presenten inconvenients com crossover i elevat cost. Per superar aquestes desventaxes, en aquest treball s'ha desenvolupat i aplicat una metodologia que permet establir un procediment per dissenyar membranes amb propietats específiques optimitzades. Així, un dels objectius d'aquest estudi és correlacionar les propietats dielèctriques, la dinàmica molecular i la conductivitat amb la composició de la membrana per a predir el seu compor-tament. Per aquesta raó, s'han preparat i caracteritzat membranes compostes d'alcohol polivinílic amb masses moleculars diferents, entrecreuades amb àcid sulfosuccínic, a les quals se'ls ha afegit diferents proporcions d'òxid de grafè. Un cop analitzada la seva estructura química final per mitjà d'espectroscòpia infraroja, la seva morfologia superficial mitjançant microscòpia electrònica de transmissió i les seves propietats i estabilitat tèrmica per calorimetria diferencial d'escombrat i anàlisi termogravimètrica, es va estudiar i modelitzar el seu comportament elèctric. Per això, es van determinar les corrents de polarització / despolarització i els espectres de relaxacions dielèctriques per tal d'obtenir la capacitat de transferència iònica, la mobilitat molecular, la conductivitat elèctrica i protònica i establir el mecanisme que governa la mobilitat de els protons a través de l'electròlit. Les monoceldas es van equipar amb les membranes compostes i es van assajar amb hidrogen / oxigen. Així mateix, aquestes membranes es van avaluar en un altre banc d'assaig amb metanol / oxigen de la ETSIAE de la UPM, en el marc dels projectes del ministeri d'Economia i Competitivitat DOMEPOL (ENE2011-28735-C02-01) i POLYCELL (ENE2014 -53.734-C2-1-R). D'aquesta manera, es va fixar la concentració òptima de metanol, es van obtenir les corbes característiques de voltatge i els valors de màxima potència per a cada electròlit. Alhora, es va assajar una membrana comercial de Nafion117, que es va prendre com a referència. Les corbes de voltatge-intensitat es modelaren aplicant un model 0D, tenint en compte els mecanismes dominants de pèrdues de voltatge i aplicant la simplificació de Tafel. Els paràmetres més significatives es van relacionar amb l'estructura i propietats de l'electròlit. Basant-se en els resultats obtinguts per l'electròlit i la monocelda, s'ha dissenyat un sistema de stack amb les prestacions necessàries per alimentar un motor Bruss-less, que substitueix un motor de combustió interna en una maqueta de camió teledirígit. Per a això, es va dissenyar una cel·la unitària amb el programa Solidworks. Els patrons de flux de la placa bipolar, es van avaluar mitjançant les pèrdues de càrrega que es van obtenir per simulacions. També es va dur a terme la selecció de materials més adequats per a la construcció de la cel·la, que es va elaborar en plaques de grafit laminat. A més, es va determinar la seva potència màxima per al sistema metanol / oxigen. Amb aquests resultats es va calcular la mida i nombre de cel·les de l'stack i es van seleccionar els elements auxiliars a partir dels cabals de fluid necessaris. Amb tot això, s'ha contribuït a optimitzar el disseny dels electròlits, monoceldas i stacks per a piles de combustible d'intercanvi protònic p / González Guisasola, CF. (2018). Modelización del electrolito, monocelda y stack en pilas de combustible poliméricas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/102522

Um filme polimérico utilizado na fabricação de curativos adesivos não perfurados deve ter baixo módulo de elasticidade e boa permeabilidade ao vapor d\' água. O baixo módulo de elasticidade garante sensação de maior conforto do produto em contato com a pele quando a pessoa que o está utilizando movimenta a parte do corpo sobre a qual está aplicado o curativo, principalmente a região das articulações, como joelhos e cotovelos. A importância de uma boa permeabilidade ao vapor d\' água está relacionada, principalmente em curativos não perfurados, ao fato de que a pele perde água constantemente e, se o filme polimérico não permitir a saída dessa água ao meio ambiente, ocorrerá um fenômeno denominado maceração, que é a sensibilização excessiva da pele, causada pela hiper hidratação da mesma. O presente trabalho apresenta um estudo da permeabilidade ao vapor d\' água, bem como a caracterização vibracional e térmica de um filme polimérico constituído por três polímeros diferentes, desenvolvido para substituir a poliuretana utilizada atualmente na produção de curativos adesivos não perfurados, com custo inferior. Os polímeros que constituem o filme foram caracterizados separadamente e alguns resultados obtidos, como Tm e a estrutura química dos polímeros Lotader® e Lotryl® foram comparados aos dados fornecidos pelo fabricante. Verificou-se que as propriedades de módulo de elasticidade e permeabilidade ao vapor d\' água do filme desenvolvido são inferiores às da poliuretana inviabilizando a substituição. Entretanto, o trabalho proporcionou um melhor entendimento dos fatores que influenciam o módulo de elasticidade e a permeabilidade do novo material ao vapor d\' água. / A polymeric film must have low elasticity modulus and good water vapor permeation to be used in the production of non perforated adhesive tapes. Low modulus is desirable to provide comfort sensation as the consumer moves the part of his or her body in which the tape is applied on, mainly in the articulations regions, as elbows and knees. The importance of good water vapor permeation is related, mainly in the case of non perforated adhesive tapes with the continuous loss of water by the skin. If the film does not allow the release of the water continuously lost by the skin to the environment, the skin will become very sensitiveness as a result of over hydration. This work presents a study of water permeability and a thermal and vibrational characterization of a polymeric film composed of three different polymers developed to replace the adhesive not perforated polyurethane tape providing lower cost. Besides characterization a test of Water Vapor Transmission Rate (WVTR) was performed. Each polymer present in the film composition was analyzed and the results as Tm and chemical structure of Lotader® e Lotryl® were compared with the producer data. It was verified that the properties of elasticity modulus and water vapor permeability of the new material developed are worse than polyurethane so the substitution can not be performed. However, the work provided a better understanding of the factors that influences the elasticity modulus and water vapor permeability of the new material.