Orientador: Rosane Aparecida Gomes Battistelle / Coorientador: Ivaldo de Domênico Valarelli / Banca: Tomas Queiroz Ferreira Barata / Banca: Adilson Renófio / Resumo: O objetivo deste estudo foi produzir plástico-madeira (wpc) com farinha de madeira e o polímero de polipropileno reciclado, e a confecção de corpos de prova por meio do processo de injeção, para realizar as análises laboratoriais. O estudo resultou em quatro formulações para o compósito, sendo a matriz polimérica, no caso o polipropileno reciclado com adição de 10%, 20% e 30% de farinha de madeira composta pela mistura do Pinus taeda e Pinus eliotti, mais uma composição com 100% polipropileno recilado. A avaliação do compósito plástico-madeira foi realizada através de ensaios dos corpos de prova injetados. Os resultados dos ensaios mostraram a possibilidade de utilização da farinha de madeira para a produção de compósitos plástico-madeira, já que esta apresenta uma granulometria fina e, considerando que há pouco consumo para o material, são muitas vezes descartados na natureza. Também foi possível a utilização do polipropileno recilado, constituído assim, em mais uma vantagem de utilização dos resíduos de plástico que poluem solo, rios e mares. O fato de não ter usado compatibilizante, é outra vantagem do estudo, pois este material apresenta forte influência no custo de produção, podendo inviabilizar o concieto da utilização de resíduos na sua composição. As composições de compósito com 30% de farinha de madeira mostraram o menor desvio padrão das composições, além de um resultado satisfatório no ensaio de impacto com 34,94 J/m. Porém, o aumento no percentual de madeira pode diminuir a resistência à tração nos compósitos, pois, mesmo que a fibra de madeira in natura apresente em média um módulo de 30GPa, o compósito depende da resistência de um agregado formado de fibras e outros elementos celulares, sofrendo influência da dispersão das fibras na matriz polimérica e da adesão entre as fases / Abstract: The aim of this study was to produce wood-plastic composites (wpc) with wood flour and polypropylene recycled polymer, and the making of specimens through the injection process, to perform the laboratory analyzes. The study resulted in four formulations for the composite, and the polymeric matrix, if recycled polypropylene with the addition of 10%, 20% and 30% of wood flour composed by mixing Pinus taeda and Pinus elliotii, over a composition with 100% recycled polypropylene. The evaluation of wood-plastic composite was performed by testing the speciments injected. The test results showed the possibility of using wood flour for the production of wood-plastic composite, since it has a fine grain size, and considering that there is little material to consumption, are often disposed in nature. It was also possible to use recycled polypropylene and, thus, a further advantage in the use of plastic waste that pollutes the soil, rivers and seas. The fact of not having used compatibilizer, is another advantage of the study, because this material has a strong influence on the cost of production and may derail the concept of using waste in its composition. The compositions of the composite with 30% wood flour showed the lowest standard deviation of the compositions, and a satisfactory result in the impact test with 34.94J/m. However, the increase in the percentage of wood can reduce the tensile strength in composities, because even if the wood fiber present in fresh medium one module 30GPa, the composite depends on the strength of an aggregate formed of fibers and other cellular elements, being influenced by fiber dispersion in the polymer matrix and the adhesivon between the phases / Mestre

Orientador: Paulo Noronha Lisboa / Coorientador: Margarida Juri Saeki / Banca: Ariovaldo de Oliveira Florentino / Banca: Emerson Rodrigues de Camargo / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Materiais cerâmicos supercondutores apresentam propriedades importantes para aplicações tecnológicas. A principal propriedade, resposta magnética depende fortemente da rota de síntese, método de processamento, e principalmente da estequiometria do material. No presente trabalho, foram estudadas algumas variações envolvidas nas condições de síntese de pós cerâmicos do composto Y'Ba IND. 2'Cu IND. 3'O IND. 7'-δ sintetizados do método Pechini. Com a finalidade de verificar-se amostras com o menor teor da fase secundária Carbonato de Bário (Ba'CO IND. 3'), utilizou-se as variações em pH em 3, 7 e 10 em amostras com e sem a utilização do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) na síntese do precursos polimérico. Buscou-se também melhor compreender os processos físico-químicos presentes nas diferentes etapas da preparação das amostras. Ainda nesse estudo, fez-se tratamentos térmicos em 400 °C, 700 °C e 900 °C para uma avaliação qualitativa das partículas. Foi utilizado como fonte de cátions, óxidos de ítrio e cobre, além de carbonato de bário. Como agente complexante o ácido cítrico (AC) e como agente polimerizante e etilenoglicol (EG). A resina polimérica foi caracterizada usando-se análise térmica diferencial (DTG), Termogravimetria (TG) com acoplamento à espectrofotometria no Infravermelho (IRFT) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Tais caracterizações foram feitas de forma a relacionar a estrutura, condições de síntese e fenômenos que ocorrem em cada intervado de temperatura. O produto da pirólise da resina, denominado de "puff", foi desaglomerado e calcinado a diferentes temperaturas, sob atmosfera ambiente, permitindo-se o acompanhamento da evolução das fases cristalográficas por difração de Raio-X (DRX), sendo a morfologia do pós, verificada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por meio dos dados obtidos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Ceramic superconducting materials present significant properties for technological applications. These properties strongly depend on the synthesis routes, processing methods, and mainly on the chemical stoichiometry of the prepared compounds. In this work some steps and variations on the synthesis conditions on Y'Ba IND. 2'Cu IND. 3'O IND. 7'-δ (YBCO) were studied by using the Sol-Gel technique, known as the Pechini method. The influence of pH and the use of etilenodiaminotetracetic acid (EDTA) in the synthesis of the YBCO phase, as well as a possible formation of Ba'CO IND. 3, as a secondary undesirable phase were tested. Oxides and carbonates were used as metallic salts, acid citric (CA) and the ethylene-glycol (EG) were used as complexing agent and polymerization agent, respectively. The polymeric resin was characterized by differential thermal analysis (DTA/DSC) and thermogravimetric analysis (TG) associated with infrared spectroscopy (IRFT), trying to relate the polymer structure and the synthesis conditions for each temperature. After that, the polymeric gel was pyrolezed in a temperature of 200 °C, ground and heat-treated under different temperatures, allowing the study of the crystallographic phase evolution by using X-ray diffraction (XRD). The powder morphology was also analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM). The obtained results indicated that the samples prepared using pH close to 7, without the use of EDTA under a temperature of 900 °C, presented smaller amount of secondary phases. / Mestre

Neste trabalho foi estudada a síntese química do poli (5-amino 1-naftol) (PAN) em presença de diferentes agentes dopantes e meios reacionais. Os polímeros obtidos foram caracterizados pelas técnicas espectroscópicas de infravermelho, Raman, por microscopia eletrônica de varredura, por voltametria cíclica, temogravimetria, medidas de condutividade elétrica e grau de aderência. A estrutura do PAN obtido apresentou-se semelhante aos resultados obtidos para a PAni. Filmes de PAN sintetizados em meio aquoso ácido sobre substratos de platina apresentaram eletroatividade e estabilidade à ciclagem quando. Filmes preparados a partir de PAN sintetizado em presença dos ácidos dopantes dinonil naftalêno disulfônico (DNNDSA), dinonil naftalêno sulfônico (DNNSA) e dodecil benzeno sulfônico (DBSA), apresentaram-se mais homogêneos e mais aderentes que os sintetizados em ausência desses. A aplicação na construção de dispositivos eletrocrômicos e de chaveamento apresentou-se inicialmente viável para todas as amostras testadas.

Neste trabalho foram desenvolvidas membranas eletrólito poliméricas, a partir de copolímero estireno-indeno (St-In) e poli(álcool vinílico) (PVA) para avaliação de seu desempenho em célula a combustível. Para tanto o copolímero estireno-indeno foi sulfonado com sulfato de acetila obtido pela reação de anidrido acético e ácido sulfúrico, com inserção de grupos sulfônicos na cadeia macromolecular, os quais são os responsáveis pela condutividade protônica na membrana. O copolímero estireno-indeno sulfonado foi combinado com álcool polivinílico (PVA) na forma de rede de polímeros semi-interpenetrantes (semi-IPN), variando-se o grau de sulfonação do copolímero estireno-indeno, o grau de hidrólise do PVA e a quantidade do agente de reticulação. As membranas foram preparadas com e sem benzoimidazol (BZ), utilizado como base de Lewis ou agente protonante. O polímero eletrólito foi caracterizado por FTIR, DSC e TGA. As membranas contendo este foram avaliadas por análise térmica (TGA, DSC e DMA), absorção de água, capacidade de troca iônica, condutividade, permeabilidade à etanol e metanol. A mistura de PVA com o polímero polieletrólito viabilizou a obtenção de membranas com boa resistência mecânica, no entanto, aquelas contendo copolímero estirenoindeno com alto grau de sulfonação apresentaram alto teor de absorção de água. Membranas previamente selecionadas foram avaliadas em protótipo de célula a combustível, e os resultados mostraram que as propriedades da membrana são dependentes da sua composição. O uso de benzoimidazol propiciou maior estabilidade térmica à membrana, bem como um aumento da condutividade desta em até 1000 vezes, dependendo da concentração da mesma nas membranas. Apesar das membranas desenvolvidas não terem apresentado estabilidade adequada nos testes em protótipo de célula a combustível a hidrogênio, estas mostraram grande potencial na condução de prótons, devendo ser ainda melhoradas quanto a sua estabilidade térmica. Por outro lado, o polímero eletrólito mostrou ter potencial de aplicação em outras aplicações tecnológicas, tal como plastificante ou aditivo em tintas a base água. / In this work, polymer electrolyte membranes, based on styrene-indene copolymer (St-In) and polyvinyl alcohol (PVA), have been developed, to evaluate its use in fuel cells. Thus the copolymer styrene-indene was sulfonated with acetyl sulfate obtained by reaction of acetic anhydride and sulfuric acid, thus producing the functionalization of the polymer backbone by the introduction of sulfonic groups, which are responsible for the proton conductivity. The sulfonated styrene-indene copolymer was combined with polyvinyl alcohol to form semi interpenetrating polymer network (semi-IPN) varying the sulfonation degree of St-In, the PVA degree of hydrolysis and the crosslinking agent ratio. The membranes were prepared with and without benzimidazole (BZ) as Lewis base or protonic agent. The polymer electrolyte was characterized by FTIR DSC and TGA. The membranes were evaluated by thermal analysis, water uptake, ion exchange capacity, ethanol and methanol permeability. The mixture PVA/electrolyte polymer allowed the obtain of membranes with good mechanical strength, however those containing St-In with higher sulfonation degree had higher water uptake. Membranes previously selected were evaluated on their performance in fuel cell prototype and the results showed that the properties are dependent on membranes composition. The addition of benzimidazole modifier compound increased the thermal stability of membranes and its effect on conductivity was positive only up to certain concentration, reaching up to 1000-fold increase in the values of membranes conductivity. Despite the developed membranes have not shown adequate stability on prototype hydrogen fuel cell tests, these showed great potential in the proton conduction and should be further improved and its thermal stability. On the other hand, the electrolyte polymer showed to have potential applications in other applications technological, such as plasticizer or additive in water based paints.

No presente trabalho foram produzidos protótipos de liners de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e de alta densidade (HDPE), usados para fabricar cilindros para Gás Natural Veicular GNV, tipo IV por moldagem rotacional ou rotomoldagem. Diversas composições da blenda de LLDPE/HDPE foram utilizadas de forma a verificar os efeitos dos parâmetros de processo (ciclo de temperatura, tempo e velocidade de rotação) na miscibilidade da blenda e das propriedades finais do liner, tais como, densidade, porosidade e comportamento de cristalização, permitindo produzir a parede do cilindro o mais homogênea possível e capaz de armazenar o gás à alta pressão. O liner foi produzido com a blenda polimérica que apresentou as melhores propriedades nos experimentos realizados. O trabalho avalia a resistência à pressão hidrostática (burst pressure test) de um protótipo de um liner polimérico para vasos de pressão. O liner será usado em um cilindro de GNV, feito de fibra de carbono e resina epóxi, manufaturado pelo processo de enrolamento filamentar, com variação da espessura da camada externa de fibra de carbono e mantendo constante a espessura da parede. Testes experimentais foram realizados no liner em modelos em escala reduzida e real. O desenho e a análise da falha do compósito laminado e do liner de blenda polimérica foram realizados utilizando o critério de Tsai-Wu e von Mises, respectivamente, com a simulação por elementos finitos – FEA, no software Abaqus. Os resultados confirmam a importância dos testes e das simulações para definir os parâmetros de produção adequados do liner polimérico para desenvolver o vaso de pressão em compósito. / In the present work, liner prototypes of linear low density (LLDPE) and high density polyethylene (HDPE) blends, used for CNG (Compressed Natural Gas) type IV cylinders manufacture were produced. The LLDPE/HDPE blend composition was varied in order to verify the effect of the process parameters (temperature cycle, time and rotation speed) on the blend miscibility and liner final properties, such as density, porosity and crystallization behavior, in order to obtain a homogeneous wall capable of retain high pressure gas. The liner was produced with the polymer blend that showed the best properties in the experiments realized. The work concerns the hydrostatic pressure strength (burst pressure test) of a prototype polymeric pressure vessel liner. The liner is to be used in an all-composite carbon epoxy CNG shell, manufactured by the filament winding process, with varying the number of carbon fiber layers keeping constant the wall thickness. Experimental hydrostatic tests were conducted in the liner in reduced and real scale models. Design and failure prediction of the composite laminate shell and the polymer blend liner were conducted using Tsai-Wu and von Mises criteria respectively in the Finite Element Analyses - FEA software Abaqus. Results confirmed the importance of the tests and simulations to define adequate production parameters for polymeric liner in order to develop a composite pressure vessel.

O Brasil movimenta quantidades significativas de cargas minerais, porém o beneficiamento e a otimização das propriedades dessas cargas para a aplicação em polímeros ainda deve ser estudado. Definir as características e os ensaios importantes em função da aplicação da carga são bastante relevantes tanto para prever como para melhorar o desempenho do material. O objetivo do trabalho foi o de avaliar o efeito de diversas cargas minerais, calcário, caulim e talco, nas propriedades termomecânica e colorimétrica de compósitos particulados de polipropileno. No caso da resposta colorimétrica, utilizou-se o modelo de Kubelka-Munk para filmes plásticos translúcidos. Além das três cargas minerais citadas e especificamente para a avaliação do comportamento ótico dos compósitos foi também estudado o rutilo - TiO2 - comercial, pela sua ampla aplicação. Inicialmente foram beneficiadas e caracterizadas as cargas minerais. Essas cargas foram incorporadas em dois polipropilenos usando uma extrusora de duplo parafuso semi industrial e uma injetora industrial. Em alguns casos, para fazer a mistura, usou-se um misturador Haak. Para a obtenção dos resultados foram feitos, principalmente, ensaios de Tração, análise DSC, análise DMTA, análise colorimétrica e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados alcançados demonstram o efeito de cada carga mineral estudada em compósitos particulados de polipropileno quantificando e buscando explicações para os fenômenos ocorridos. Quanto ao modelamento das propriedades óticas, os resultados foram bastante satisfatórios para a previsão do espectro de reflectância dos materiais. / Brazil produces and markets significant quantities of mineral fillers. Notwithstanding, a lot must be studied on the improvement and the optimization of filler’s properties for the application in polymers. It is very relevant to define the important characteristics and assays, as a function of the filler’s application, when one tries to foresee or to improve the material’s performance characteristics. The objective of this work was to evaluate the effect of different mineral fillers (limestone, kaolin and talc) in the thermo mechanical and colorimetric properties of polypropylene particulate composites. To evaluate the colorimetric behavior, the Kubelka-Munk model for translucent plastic films was used. In addition to the three already mentioned minerals, widely applied commercial rutile – TiO2 – was also picked up for optical studies. Mineral fillers were initially prepared and characterized and then incorporated into two polypropylene samples, using a semi-industrial double-screw extruder and an industrial injector. In some cases, a Haak mixer was also used. Experimental essays included traction essays, DSC analysis, DMTA analysis, colorimetric analysis and scanning electron microscopy. The obtained results showed the effect of each mineral filler studied on the polypropylene particulate composites. The phenomena were quantified and explanations were proposed. Results have also been satisfactory in the forecasting of the material’s reflectance spectra.

Neste trabalho foi avaliado o método de intercalação via co-coagulação na preparação de nanocompósitos de SBR com uma montmorilonita organicamente modificada (OMMT) com o objetivo de desenvolver nanocompósitos com propriedade de barreira a gases superior aos compostos elastoméricos convencionais. Foram preparados nanocompósitos de SBR com enxofre e MBTS contendo 3, 6 e 9 phr de OMMT avaliando-se as melhores condições de incorporação da OMMT in-situ durante a co-coagulação. Também foi avaliada a influência da nanoargila na cura e nas propriedades do SBR. Os compósitos foram caracterizados por calorimetria diferencial de varredura (DSC), termogravimetria (TGA) e difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), análise dinâmico-mecânica (DMA) e ensaios físicos (tração e dureza). O processo com maior tempo (168 h) de intumescimento da OMMT no látex de SBR e a co-coagulação rápida foi a melhor condição de processo para a obtenção de nanocompósitos com morfologia intercalada. A avaliação da cura dos nanocompósitos por DSC e pela curva reométrica permitiu verificar que a OMMT acelera a reação de reticulação do SBR por enxofre. A avaliação dos nanocompósitos não vulcanizados por DRX mostrou que houve intercalação de SBR nas nanocamadas da OMMT independente do teor desta e das condições utilizadas na co-coagulação do látex. A morfologia dos nanocompósitos vulcanizados, avaliada por DRX e MET, revelou que houve esfoliação parcial e intercalação da OMMT para os três teores de nanoargila utilizados. Os nanocompósitos avaliados apresentaram pequenas variações na Tg em relação ao composto de SBR sem nanoargila. O coeficiente de permeabilidade ao oxigênio avaliado em filmes dos nanocompósitos decresceu com o aumento do teor de OMMT incorporada nestes, sendo para o nanocompósito de SBR com 9 phr, 44% menor que o observado para o filme sem OMMT. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos com 6 e 9 phr de OMMT foram significativamente superiores ao composto sem OMMT. Verificou-se que o método de incorporação da OMMT in-situ durante a co-coagulação látex de SBR foi eficiente, embora ainda possa ser otimizado. / In this study, the preparation method of SBR-clay nanocompósitos by cocoagulating both the latex and the organically modified montmorillonite (OMMT) were investigated in order to achieve nanocomposites with good gas barrier property. SBR-clay nanocomposites prepared with 3, 6 and 9 phr of OMMT were cured with MBTS and sulfur evaluating the best conditions for OMMT incorporation during insitu co-coagulation. The nanoclay influence on the SBR reaction cure and the nanocomposite properties was evaluated. The composites were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), dynamic mechanical analysis (DMA) and physical tests. The process with the longest OMMT swelling (168 h) in the SBR latex and the fastest co-coagulation rate was the best option for the production of intercalated nanocomposites. The evaluation of the SBR cure by DSC and rheometric curve showed that the OMMT accelerates the elastomer crosslinking reaction by sulfur. XRD analyses of the uncured nanocomposites through showed intercalated morphology independent of the nanoclay content and conditions in the latex co-coagulation process. The morphology of the cured nanocomposites showed OMMT partial intercalation and exfoliation for the three concentrations of nanoclay used. The nanocomposites evaluated showed small variations in glass transition temperature when compared with the nanoclay free SBR compound. The coefficient of oxygen permeability in the nanocomposite films decreased with the amount of OMMT, being 44% lower in the nanocomposite with 9 phr compared to the pattern without OMMT. The mechanical properties of nanocomposites with 6 and 9 phr of OMMT were significantly higher than the compound without nanoclay. The method of OMMT in-situ incorporation during the co-coagulation of SBR latex was found effective; although it can still be improved.

ARAÚJO JUNIOR, C. P. Painéis de fibras elaboradas a partir da casca do coco verde sem adição de resinas aglutinantes. 2014. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciências de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-20T18:14:14Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_cpajunior.pdf: 1514829 bytes, checksum: 0eda8bc719b8f29d98f7332a1abe9880 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-24T16:23:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_cpajunior.pdf: 1514829 bytes, checksum: 0eda8bc719b8f29d98f7332a1abe9880 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-24T16:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_cpajunior.pdf: 1514829 bytes, checksum: 0eda8bc719b8f29d98f7332a1abe9880 (MD5) Previous issue date: 2014-04-08 / The growing consumption of coconut water leads to high volumes of tough management wastes. The use of this biomass adds value to the supply chain, reduces the amount of waste, increases the financial income, and extends the service life of landfills. An option to use the coconut biomass is manufacturing plywood panels as an alternative to wood plywood boards. Coconut husk has a comparative advantage in relation to the wood plywood: a high content of lignin, which under certain pressure and temperature conditions can act as a natural binder, dispensing synthetic bonding resins to aglutinate the fibers. Usually the resins are made with formaldehyde, an oil-derived chemical and potential cause of cancer. Plywood can be used to manufacture furniture, wall panels, and floor bases, without cutting down trees. The aim of this work was to produce and characterize lignocellulosic panels made with unripe coconut husk fiber and pith, with no adding of synthetic resins. The boards were characterized by thermal analysis, thickness swelling tests, water absorption, mechanical testing, FTIR spectroscopy, and scanning electron microscopy. As expected, there was a significant correlation between the degradation of the main chemical constituents of the raw material and the final characteristics of the panels. According to the results, the lignin naturally present in the feedstock acted as a binder, it is possible to obtain panels with good structural integrity. All panels showed values of water absorption lower than the commercial MDF. Some panels showed higher elastic modulus to the commercial MDF. / O consumo crescente da água de coco gera uma grande quantidade de resíduo de difícil gerenciamento. O aproveitamento dessa biomassa reduz o acúmulo de resíduos, agrega valor à cadeia produtiva, gera renda e aumenta a vida útil dos aterros sanitários. Uma possibilidade é utilizar a casca de coco verde na manufatura de painéis como alternativa aos painéis elaborados com madeira. Uma das vantagens do uso da casca de coco é seu alto teor de lignina, que sob condições adequadas de pressão e temperatura, pode funcionar como um ligante natural dispensando o uso de resinas sintéticas para aglutinar as fibras. Em geral, essas resinas são formuladas com formaldeído, substância derivada do petróleo e potencialmente causadora de câncer. A partir desses painéis, é possível fabricar móveis, divisórias, pisos e revestimentos sem a necessidade de efetuar o corte de espécies florestais. O presente trabalho teve como objetivo obter e caracterizar painéis lignocelulosicos, utilizando como matéria- prima as fibras e o pó da casca do coco verde, sem adição de resinas sintéticas. Os painéis obtidos foram submetidos a análises térmicas, testes de inchamento em espessura, absorção de água, ensaios mecânicos, caracterização por infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. De acordo com os resultados obtidos, a lignina presente naturalmente na matéria- prima atuou como ligante, sendo possível obter painéis com boa integridade estrutural. Todos os painéis apresentaram valores de absorção de água inferiores ao MDF comercial. Alguns painéis apresentaram módulo de elasticidade superior ao MDF comercial.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:11:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345853.pdf: 21111781 bytes, checksum: 05a64c90d221b516495f80d7a11cb2f0 (MD5) Previous issue date: 2016 / Pesquisas recentes têm se dedicado ao desenvolvimento de materiais não metálicos para construção de trocadores de calor. Os materiais poliméricos, em particular, apresentam diversas vantagens para construção de trocadores de calor, como resistência à corrosão, baixa densidade e baixo custo. Porém, a principal desvantagem dos polímeros é possuir baixa condutividade térmica quando comparados aos metais. Dessa forma, grande parte dos esforços de pesquisa tem sido direcionados a buscar meios para aumentar a condutividade térmica do polímero por meio da inserção de materiais metálicos ou materiais de alta condutividade térmica à base de carbono, como, por exemplo, fibras de carbono, negro de fumo, grafite, nanotubos de carbono, grafeno, entre outros, a fim de formar um material compósito com condutividade térmica mais elevada que a da matriz polimérica. O interesse da pesquisa conduzida nesta tese reside na viabilização de um trocador de calor fabricado a partir de um material compósito para utilização em aplicações de pequenas taxas de transferência de calor. O objetivo do trabalho foi a concepção, fabricação e avaliação do desempenho térmico de trocadores de calor poliméricos contendo manta de fibra de carbono e materiais particulados (aditivo) para aumento da condutividade térmica. Três trocadores de calor foram fabricados e testados em um calorímetro de túnel de vento, com a seguinte composição: 50% de manta de fibra de carbono, 50% de resina epóxi (sem aditivo); 50% de manta de fibra de carbono, 49,5% de resina epóxi e 0,5% de nanoplaquetas de carbono; 50% de manta de fibra de carbono, 49,5% de resina epóxi e 0,5% de grafite expandido. O fluido de trabalho utilizado nos testes para a determinação da condutância térmica do trocador de calor polimérico foi a água.Os resultados mostraram que o trocador de calor sem aditivo obteve um desempenho térmico ligeiramente melhor, seguido pelo trocador com nanoplaquetas de carbono e o trocador com grafite expandido. Tal conclusão foi corroborada por uma análise microestrutural dos materiais compósitos por micrografia MEV, que evidenciou uma maior presença de vazios nos trocadores de calor com aditivos. Análises termográficas, realizadas simultaneamente aos testes no calorímetro, permitiram calcular a eficiência global de superfície, que também evidenciou um ligeiramente melhor desempenho térmico do trocador de calor sem aditivo.<br> / Abstract : Recently, several research initiatives have been directed to the development of nonmetallic materials for the construction of heat exchangers. Polymeric materials, in particular, have several advantages, such as corrosion resistance, low density and low cost. However, the main disadvantage of polymers is their low thermal conductivity compared to metals. Thus, much of the research effort has been on finding ways to increase a thermal conductivity of polymers by inserting metallic or of high thermal conductivity carbonaceous fillers, such as carbon fibers, carbon black, graphite, carbon nanotubes, graphene, etc., so as to produce a composite material with a higher thermal conductivity than that of the polymer matrix. The motivation for the research conducted in this thesis lies in the possibility of using polymer composite heat exchangers in applications involving low heat transfer rates. The aim of the work was to design, manufacture and evaluate the thermal performance of polymeric heat exchangers containing carbon fiber and composite materials (fillers) to increase thermal conductivity. Three heat exchangers were fabricated and tested on a wind tunnel calorimeter, with the following composition: 50% carbon fiber fabric, 50% epoxy resin (no fillers); 50% carbon fiber fabric, 49.5% epoxy resin and 0.5% graphene nanoplatelets; 50% carbon fiber fabric, 49.5% epoxy resin and 0.5% expanded graphite. Water was used as the working fluid in the experimental tests carried out to determine the thermal conductance of the heat exchangers. The calorimeter results show that the heat exchanger without fillers obtained a slightly better thermal performance, followed by the graphene nanoplatelet exchanger and by the expanded graphite exchanger. This conclusion was corroborated by a microstructural analysis of composite materials by SEM (scaning electronic microscopy) micrographs, which showed a greater number of voids and heat exchangers with fillers. Infrared imaging analyses, performed simultaneously to the calorimeter tests, allowed the calculation of the overall surface efficiency, which also revealed a slightly better thermal performance of the heat exchanger without fillers.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-11T04:18:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343728.pdf: 3217478 bytes, checksum: 53d18fac48e15e2acaabf0600e16f348 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os disrafismos espinhais são graves malformações da medula espinhal que desorganizam o tecido nervoso medular e o mantém em comunicação com meio externo, incorrendo em inúmeras limitações aos pacientes acometidos, incluindo paralisias e hidrocefalia. O tratamento deve ser cirúrgico e precoce após o nascimento, porém a cirurgia pré-natal traz melhores resultados. Quando realizadas por técnica endoscópica, as correções demandam a utilização de biomateriais para o fechamento dos defeitos dorsais. A nanocelulose bacteriana (BNC) apresenta grande potencial em diversas aplicações biomédicas, sendo atualmente também empregada para a correção cirúrgica intrauterina dos disrafismos. No entanto, quando a sutura da pele não é possível, há necessidade da associação da celulose com materiais que sejam impermeáveis à água. Neste ensejo, foi concebido um novo biocompósito, nanopolimérico, combinando a BNC com o poli(L-ácido lático-co-trimetileno carbonato) (PLLA/TMC). Os compósitos foram produzidos através da técnica de imersão e evaporação do solvente, e caracterizados quanto a permeabilidade à água, degradação, morfologia, composição química, comportamento térmico, propriedades mecânicas, topografia, grau de molhabilidade, hidratação, ensaio de citotoxicidade com fibroblastos L929 e adesão e proliferação de queratinócitos humanos (HaCaT). Os compósitos de BNC-PLLA/TMC resultaram em finas e homogêneas membranas, cujas matrizes poliméricas, à microscopia eletrônica de varredura (MEV), se demonstraram bastante integradas entre si. Ademais, os compósitos caracterizados foram impermeáveis à água, resistentes, flexíveis e estáveis termicamente. A modificação de uma das suas superfícies acrescentou maior rugosidade e hidrofilicidade. Os ensaios in vitro não demonstraram citotoxicidade para quaisquer das combinações das matrizes poliméricas, enquanto que os estudos de adesão e proliferação de queratinócitos humanos (HaCaT), evidenciaram compatibilidade celular com todos os biomateriais. A adesão celular seguiu um padrão dual: pequenos grupamentos celulares difusamente localizados sobre as membranas de BNC e junto às porções modificadas dos compósitos; e adesão segmentar, de áreas celulares mais amplas e hipercelulares, recorrente nas blendas de PLLA/TMC, nos compósitos originais e nos compósitos modificados de BNC-PLLA/TMC nas suas porções periféricas. Dadas as suas características, e compatibilidade celular, os compósitos desenvolvidos apresentampotencial para a regeneração tecidual da pele, mais especificamente para a correção de disrafismos espinhais no período intrauterino.<br> / Abstract : Spinal dysraphisms are serious malformations of the spinal cord that disrupt the spinal cord tissue and keep it exposed to the external environment, incurring numerous limitations to the patients, including paralysis and hydrocephalus. Treatment should always be surgical, but recently it was found that surgery performed during the prenatal period reported better results than post partum. When done endoscopically, patches and sheets are always necessary for the complete closure of the defects. Bacterial nanocellulose (BNC) has great potential in various biomedical applications, including intrauterine surgical correction of dysraphisms, however, due to the likelihood of cerebrospinal and amniotic fluid leakage, a second patch is usually required to achieve correction. To address this, BNC was combined with poly (L-lactide-co-trimethylene carbonate) (PLLA/TMC), to form a new composite. The composite was produced through dip coating technique, and was studied regarding its permeability to water, polymer degradation, morphology, spectroscopy studies, thermal behavior, mechanical performance, surface roughness, wetting properties, water uptake, cytotoxicity studies with L929 rat fibroblasts as well as adhesion and proliferation studies with human keratinocytes (HaCaT). The BNC-PLLA/TMC composites became thin and homogeneous membranes, whose polymer matrices have proven quite integrated under Scanning Electronic Microscopy. Furthermore, the new composites were characterized as being waterproof, resistant to traction, flexible and thermally stable. The modification of one of its surfaces added greater roughness, hydrophilicity and water up taking capacity to the final membranes. In vitro assays with mouse L929 fibroblasts showed no cytotoxicity for any combinations of the polymer matrices. In vitro adhesion and proliferation studies of human keratinocytes (HaCaT) demonstrated compatibility with all materials. Nonetheless, regarding cellular adhesion, 2 patterns were identified: first, exhibiting small clusters of keratinocytes distributed within most of the BNC membranes and central parts of the modified composites; second, expressing wider and hypercellular areas of cell adherence to the surface of PLLA / TMC blends, to the original composite and to the peripheral portions of the modified BNC-PLLA/TMC composites. These results indicate that the composite developed has great potential for tissue regeneration of the skin, specifically in cases of correction of dysraphisms in the intrauterine period.