Sintesi, modifica e caratterizzazione di polimeri da fonti rinnovabili

Gli argomenti trattati all’interno di questa tesi di dottorato riguardano la sintesi e la modifica di polimeri ottenuti a partire da fonti rinnovabili. L’acido polilattico (PLA) è stato modificato per ottenere film estensibili per uso alimentare. La scelta del materiale si è basata sull’analisi del suo ciclo di vita e perché è riconosciuto come sicuro per l’utilizzo nel campo alimentare. Le formulazioni testate, a base di PLA, sono state preparate con l’aggiunta di una serie di additivi utilizzati per migliorare le proprietà meccaniche del materiale. La lavorazione è stata eseguita mediante estrusione, ottenendo dei pellet a composizione omogenea successivamente lavorati nell’estrusore a bolla, modalità industriale di produzione dei film estensibili. È stata poi effettuata la sintesi diretta di nuovi poliesteri insaturi a base di dimetil succinato e 1,6-esandiolo. L’insaturazione della catena è stata ottenuta mediante l’uso, durante la sintesi, di derivati dell’olio di ricino, l’acido ricinoleico e il suo derivato insaturo metil undecenoato. Un’altra molecola insatura utilizzata è stata il citronellolo, scelto tra i terpeni. I polimeri così ottenuti sono stati modificati tramite reazioni radicaliche indotte con radiazioni UV utilizzando sostanze antibatteriche (sale 3-esadecil-1-vinilimidazolo bromuro) al fine di ottenere materiali con attività biocida a lungo termine e senza rilascio. Si è proceduto inoltre alla polimerizzazione reversibile di monomeri furanici con oli vegetali utilizzando una strategia di tipo double click. Si è partiti dalla sintesi di monomeri derivanti da oli vegetali contenenti eterocicli furanici attaccati mediante addizione tiol-enica (prima reazione click chemistry) e si è proseguito con la loro successiva polimerizzazione attraverso una reazione di tipo Diels-Alder con molecole con gruppi maleimmidici (seconda reazione click chemistry). I polimeri così ottenuti sono materiali potenzialmente auto-riparanti, grazie alla possibilità di spostare l’equilibrio verso i prodotti o i reagenti semplicemente variando le condizioni di temperatura.

Evaluación de aceites y extractos vegetales para el control de Sitophilus zeamaiz y su efecto en la calidad de semilla de maíz

Sitophilus zeamaiz es una de las especies de gorgojos que más pérdidas causa en granos almacenados en el mundo; su control se basa principalmente en productos sintéticos, que con el paso del tiempo resultan menos efectivos. En la presente investigación se evaluaron aceites vegetales de ricino, soya y extractos vegetales de neem y lila sobre poblaciones de S. zeamaiz y sus efectos sobre la germinación y parámetros fisiológicos de las plántulas. Los resultados muestran que el aceite de soya dio los mejores resultados de control, al presentar mortalidades entre un 92 y 100% a las 192 horas. Sin embargo, este aceite afecta la germinación a dosis de 2000 a 10000 ppm. El extracto de neem presentó mortalidades del 78,75 y 91,25% a las 192 horas, sin afectar la germinación ni las propiedades agronómicas. Finalmente, el aceite de ricino y el extracto de lila fueron los tratamientos que, para las condiciones del presente estudio, no mostraron altas mortalidades sobre S. zeamaiz.

Interfacial interactions and structure of polyurethane intercalated nanocomposite

Understanding the interfacial interactions between the nanofiller and polymer matrix is important to improve the design and manufacture of polymer nanocomposites. This paper reports a molecular dynamic Study on the interfacial interactions and structure of a clay-based polyurethane intercalated nanocomposite. The results show that the intercalation of surfactant (i.e. dioctadecyldlmethyl ammonium) and polyurethane (PU) into the nanoconfined gallery of clay leads to the multilayer structure for both surfactant and PU, and the absence of phase separation for PU chains. Such structural characteristics are attributed to the result of competitive interactions among the surfactant, PU and the clay surface, including van der Waals, electrostatic and hydrogen bonding.

Desenvolvimento e caracterização de um eco-compósito de poliuretano de mamona e fibra de lã canina

The Sustainability has been evidence in the world today; organizations have sought to be more and more into this philosophy in their processes, whether products or attendance. In the present work were manufactured eco-composites with animal fiber (dog wool) that is currently discarded into the environment without any use. Project phases consisted on the initial treatment of fibers with alkaline solution (NaOH) at 0.05 mols for removal of impurities, developing methods to convert these fibers (reinforcement) blended with castor oil polyurethane (matrix) in eco-composite with different proportions (5%, 10%, 15% and 20%). Fiber properties were evaluated by analysis of SEM, XRD and FTIR. The composites were produced by compression molding with dimensions 30x30x1cm. For characterization of the composites the following tests were performed: mechanical (tensile, compression, shore hardness A) according the standards and testing water absorption, moisture regain and biodegradation. The analysis of thermal properties on fibers and composites were by TG, DSC, thermal conductivity, resistivity, heat capacity and thermal resistance. Analyzing the results of these tests, it was observed that the composite reinforced with 20% showed a better thermal performance between others composites and dimensional stability when compared to commercial thermal insulation. Also is possible to observe a balance in moisture absorption of the composite being shown with its higher absorption rate in this same sample (20%). The micrographs show the fiber interaction regions with polyurethane to fill the empty spaces. In hardness and compression testing can identify that with increasing percentage of the fiber material acquires a greater stiffness by making a higher voltage is used for forming necessary. So by the tests performed in eco-composites, the highest percentage of fiber used as reinforcement in their composition obtained a better performance compared to the remaining eco-composites, reaching values very close to the PU.

Biodiesel a partir de óleos de alta acidez: desenvolvimento de um processo catalítico homogêneo

O presente trabalho visa o desenvolvimento de um processo para a produção de biodiesel partindo de óleos de alta acidez, aplicando um processo em duas etapas de catálise homogênea. A primeira é a reação de esterificação etílica dos ácidos graxos livres, catalisada por H2SO4, ocorrendo no meio de triglicerídeos e a segunda é a transesterificação dos triglicerídeos remanescentes, ocorrendo no meio dos ésteres alquílicos da primeira etapa e catalisada com álcali (NaOH) e álcool etílico ou metílico. A reação de esterificação foi estudada com uma mistura modelo consistindo de óleo de soja neutro acidificado artificialmente com 15%p de ácido oleico PA. Este valor foi adotado, como referência, devido a certas gorduras regionais (óleo de mamona advinda de agricultura familiar, sebos de matadouro e óleo de farelo de arroz, etc.) apresentarem teores entre 10-20%p de ácidos graxos livres. Nas duas etapas o etanol é reagente e também solvente, sendo a razão molar mistura:álcool um dos parâmetros pesquisados nas relações 1:3, 1:6 e 1:9. Outros foram a temperatura 60 e 80ºC e a concentração percentual do catalisador, 0,5, 1,0 e 1,5%p, (em relação à massa de óleo). A combinatória destes parâmetros resultou em 18 reações. Dentre as condições reacionais estudadas, oito atingiram acidez aceitável inferior a 1,5%p possibilitando a definição das condições para aplicação ótima da segunda etapa. A melhor condição nesta etapa ocorreu quando a reação foi conduzida a 60°C com 1%p de H2SO4 e razão molar 1:6. No final da primeira etapa foram realizados tratamentos pertinentes como a retirada do catalisador e estudada sua influência sobre a acidez final, utilizando-se de lavagens com e sem adição de hexano, seguidas de evaporação ou adição de agente secante. Na segunda etapa estudaram-se as razões molares de óleo:álcool de 1:6 e 1:9 com álcool metílico e etílico, com 0,5 e 1%p de NaOH assim como o tratamento da reação (lavagem ou neutralização do catalisador) a 60°C, resultando em 16 experimentos. A melhor condição nesta segunda etapa ocorreu com 0,5%p de NaOH, razão molar óleo:etanol de 1:6 e somente as reações em que se aplicaram lavagens apresentaram índices de acidez adequados (<1,0%p) coerentes com os parâmetros da ANP.

Color stability and surface roughness of artificial teeth brushed with an experimental Ricinus communis toothpaste

Aim: To evaluate, in vitro, the effect of brushing with a Ricinus communis -based experimental toothpaste on color stability and surface roughness of artificial teeth. Methods: Ninety artificial teeth (maxillary central incisors) in different shades, light and dark (NatusDent Triple Pressing, Dentbras) were used. Initial color (Spectrophotometer Easyshade, VITA) and surface roughness (Rugosimeter Surfcorder SE 1700, Kosakalab) readouts were performed. After baseline measurements, samples were assigned to 10 groups (n=9) according to the artificial tooth shade and type of toothpaste used during the mechanical brushing test (Pepsodent, MAVTEC): Sorriso Dentes Brancos – SDB, Colgate Luminous White - CLW (Colgate-Palmolive), Close up White Now - CWN (Unilever), Trihydral - THL (Perland Pharmacos) and Ricinus communis - RCE (Experimental). After 29,200 cycles of brushing, corresponding to 2 years of brushing by a healthy individual, new color and roughness readouts of the specimens were performed. Data (before and after the tests) were statistically analyzed (2-way repeated measures ANOVA, Tukey, p<0.05). Results: RCE toothpaste produced the greatest color stability for dark tooth shade and the second best color stability for light tooth shade. For surface roughness alteration, there was no difference (p>0.05) for any tested toothpaste regardless of tooth shade. Conclusions: The experimental Ricinus communis toothpaste did not cause color and surface roughness alteration in the artificial teeth, and it may be considered a suitable option for denture cleaning.

Síntese e caracterização de nanocompósitos magnéticos empregando polimerização radicalar em meios homogêneo (blk) e heterogêneo (miniemulsão)

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Curso de Pós-Graduação em Química, 2016.

Obtenção de álcool alílico (PROP-2-EN-1-OL) a partir da glicerina derivada do biodiesel de óleo de mamona

In this work, biodiesel was produced from castor oil that was a byproduct glycerin. The molar ratio between oil and alcohol, as well as the use of (KOH) catalyst to provide the chemical reaction is based on literature. The best results were obtained using 1 mol of castor oil (260g) to 3 moles of methyl alcohol (138g), using 1.0% KOH as catalyst at a temperature of 260 ° C and shaken at 120 rpm. The oil used was commercially available, the process involves the reaction of transesterification of a vegetable oil with methyl alcohol. The product of this reaction is an ester, biodiesel being the main product and the glycerin by-product which has undergone treatment for use as raw material for the production of allyl alcohol. The great advantage of the use of glycerin to obtain allyl alcohol is that its use eliminates the large amount of waste of the biodiesel and various forms of insult to the environment. The reactions for the formation of allyl alcohol was conducted from formic acid and glycerin in a ratio 1/1, at a temperature of 260oC in a heater blanket, being sprayed by a spiral condenser for a period of 2 hours and the product obtained contains mostly the allylic alcohol .. The monitoring of reactions was performed by UV-Visible Spectrophotometer: FTIR Fourier transform, the analysis showed that these changes occur spectrometer indicating the formation of the product allylic alcohol (prop-2-en-1-ol) in the presence of water, This alcohol was appointed Alcohol GL. The absorption bands confirms that the reaction was observed in (υ C = C) 1470 -1600 cm -1 and (υ CO), 3610-3670 attributed to C = C groups and OH respectively. The thermal analysis was carried out in a thermogravimetric analyzer SDT Q600, where the mass and temperature are displayed against time, that allows checking the approximate rate of heating. The innovative methodology developed in the laboratory (LABTAM, UFRN), was able to treat the glycerine produced by transesterification of castor oil and used as raw material for production of allyl alcohol, with a yield of 80%, of alcohol, the same is of great importance in the manufacture of polymers, pharmaceuticals, organic compounds, herbicides, pesticides and other chemicals

Effects of plasticizing and crosslinking on the mechanical and barrier properties of coatings based on blends of starch and poly(vinyl alcohol)

In the last decades, intensive research has been carried out in order to replace oil-based polymers with bio-based polymers due to growing environmental concerns. So far, most of the barrier materials used in food packaging are petroleum-based materials. The purpose of the barrier is to protect the packaged food from oxygen, water vapour, water and fat. The mechanical and barrier properties of coatings based on starch-plasticizer and starch-poly(vinyl alcohol) (PVOH)-plasticizer blends have been studied in the work described in this thesis. The plasticizers used were glycerol, polyethylene glycol and citric acid. In a second step, polyethylene coatings were extruded onto paperboard pre-coated with a starch-PVOH-plasticizer blend. The addition of PVOH to the starch increased the flexibility of the film. Curing of the film led to a decrease in flexibility and an increase in tensile strength. The flexibility of the starch-PVOH films was increased more when glycerol or polyethylene glycol was added than citric acid. The storage modulus of the starch-PVOH films containing citric acid increased substantially at high temperature. It was seen that the addition of polyethylene glycol or citric acid to the starch-PVOH blend resulted in an enrichment of PVOH at the surface of the films. Tensile tests on the films indicated that citric acid acted as a compatibilizer and increased the compatibility of the starch and PVOH in the blend. The addition of citric acid to the coating recipe substantially decreased the water vapour transmission rate through the starch-PVOH coated paperboard, which indicated that citric acid acts as a cross-linker for starch and/or PVOH. The starch-PVOH coatings containing citric acid showed oxygen-barrier properties similar to those of pure PVOH or of a starch-PVOH blend without plasticizer when four coating layers were applied on a paperboard. The oxygen-barrier properties of coatings based on a starch-PVOH blend containing citric acid indicated a cross-linking and increase in compatibility of the starch-PVOH blends. Polyethylene extrusion coating on a pre-coated paperboard resulted in a clear reduction in the oxygen transmission rate for all the pre-coating formulations containing plasticizers. The addition of a plasticizer to the pre-coating reduced the adhesion of polyethylene to pre-coated board. Polyethylene extrusion coating gave a board with a lower oxygen transmission rate when the paperboard was pre-coated with a polyethylene-glycol-containing formulation than with a citric-acid-containing formulation. The addition of polyethylene glycol to pre-coatings indicated an increase in wetting of the pre-coated paperboard by the polyethylene melt, and this may have sealed the small defects in the pre-coating leading to low oxygen transmission rate. The increase in brittleness of starch-PVOH films containing citric acid at a high temperature seemed to have a dominating effect on the barrier properties developed by the extrusion coating process. 

Environmental aspects and challenges of oilseed produced biodiesel in Southeast Asia

Research on alternative fuel for the vehemently growing number of automotivesis intensified due to environmental reasons rather than turmoil in energy price and supply. From the policy and steps to emphasis the use of biofuel by governments all around the world, this can be comprehended that biofuel have placed itself as a number one substitute for fossil fuels. These phenomena made Southeast Asia a prominent exporter of biodiesel. But thrust in biodiesel production from oilseeds of palm and Jatropha curcas in Malaysia, Indonesia and Thailand is seriously threatening environmental harmony. This paper focuses on this critical issue of biodiesels environmental impacts, policy, standardization of this region as well as on the emission of biodiesel in automotive uses. To draw a bottom line on feasibilities of different feedstock of biodiesel, a critical analysis on oilseed yield rate, land use, engine emissions and oxidation stability is reviewed. Palm oil based biodiesel is clearly ahead in all these aspects of feasibility, except in the case of NOx where it lags from conventional petro diesel.

Toughening of Fibre Composite Resins through Modification of Plant Oils

Extract from the executive summary: A collaborative scoping research project to identify plant oil species with potential value in the production of fibre composite resins and assess their suitability to Queensland’s regions has been conducted by QDPI&F, USQ and Loc Composites Pty Ltd. The use of plant-oil based resins in the production of fibre composites will contribute to the Queensland economy through establishing sustainable high technology building products from renewable sources while decreasing the reliance of resin production on fossil fuels. The main objective of this project was to indentify a suite of plant oil species that show agronomic adaptability to the Australian environment (e.g. climate, soils) and economic viability of extracting plant oils for resin production within a highly competitive supply and demand production market.

New encapsulating materials for implantable devices

Synthetic, natural, or composite, biomaterials occupy a key position in the management of disease and support continuous advancement of health care. Clinical utility of many permanent and biodegradable implants can be significantly improved via surface modification. Here, we discuss a novel polymer material developed from essential oil-based monoterpene alcohol using plasma polymerisation. The developed coatings are cytocompatible and limit adhesion and proliferation of a variety of pathogens. The coating can also be used to control degradation behaviour of resorbable materials, such as magnesium.

Redução de carga orgânica recalcitrante de efluente de indústria gráfica por reação de fenton

A Casa da Moeda do Brasil (CMB) é uma empresa nacional, com mais de 300 anos de experiência na produção de valores e impressos de segurança. A produção de cédulas, realizada pelo Departamento de Cédulas (DECED), consiste de três etapas de impressão, off-set, calografia e tipografia, seguida de acabamento e embalagem semi-automatizado. A impressão calcográfica consome solução de limpeza, composta de soda cáustica e óleo sulfonado, para limpeza do cilindro de impressão, gerando um efluente líquido saturado de tinta. Este efluente apresenta baixa biodegradabilidade, apresentando uma relação DBO / DQO de aproximadamente 1:4. Em termos de tratabilidade, as estações de tratamento de efluentes (ETE) apresentam uma configuração convencional, por via biológica, demonstram pouca eficiência na degradação da matéria orgânica deste efluente. Com compostos recalcitrantes, torna-se necessária a inclusão de uma etapa terciária que permita sua degradação por via química, permitindo o descarte do efluente com características menos danosas ao ambiente. Neste trabalho, aplicou-se a reação de Fenton no efluente do DECED por sua capacidade de converter a matéria orgânica em gás carbônico e água ou, caso seja utilizado em pré-tratamentos, torna-os biodegradáveis. Foram estudadas diferentes condições para medir a influência de diferentes parâmetros na eficiência da reação. A reação de Fenton consiste na geração de radicais hidroxil (HO), por diferentes rotas, em quantidades suficientes para a degradação de matéria orgânica. Esses radicais são gerados a partir de peróxido de hidrogênio (H2O2) em reações com diferentes precursores como ozônio (O3), luz UV (ultravioleta), ultra-som e sais de ferro. No presente trabalho restringiu-se às reações com sais de ferro. Dentre os resultados obtidos, verificou-se o tempo mínimo para reação em 10 minutos. A relação entre íons ferro e peróxido de hidrogênio é menor do que a literatura normalmente sugere, 1:2, contra 1:3. Como a solução de sulfato ferroso é muito instável, passando os íons ferrosos a férricos, utilizou-se a adição direta do sal. Em escala industrial, a solução de sulfato ferroso deve ser preparada em poucas quantidades para que tenha baixo tempo de estocagem, a fim de não ser degradada. A temperatura, na faixa estudada (de 20C à 45C), é um parâmetro que tem pouca influência, pois a redução da eficiência da reação foi pequena (de 99,0% para 94,9%). O ferro utilizado na reação não se demonstrou uma nova fonte de transtornos para o ambiente. Nas condições utilizadas, a concentração de ferro residual esteve próxima ao limite permitido pela legislação no efluente tratado, necessitando apenas de alguns ajustes para a correção do problema

Desenvolvimento e produção de metabólitos de arruda (Ruta graveolens L.) exposta a substratos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo

A indução da síntese de moléculas biologicamente ativas é conhecida como uma estratégia de defesa do organismo vegetal às condições adversas, onde plantas medicinais e/ou aromáticas são foco de pesquisa na terapêutica médica, na indústria farmacêutica, de cosméticos e de alimentos. A possibilidade de que os hidrocarbonetos de petróleo presentes no solo possam agir como agentes elicitores do metabolismo vegetal tem despertado interesse científico. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o desenvolvimento in vivo e in vitro de Ruta graveolens L. (Rutaceae), considerando as respostas morfológicas e metabólicas na presença de petróleo e derivados. Além disso, verificar o potencial de desenvolvimento dessa espécie em áreas contaminadas, com base na hipótese de que tais substâncias podem influenciar na produção de substâncias de interesse, sem que haja redução significativa da biomassa vegetal. Foram realizados experimentos de (i) germinação in vivo em solo contaminado e parcialmente biorremediado, assim como solo com contaminação recente com óleo cru (0,8 % e 2,8 %) e diesel comercial S50 (0 % a 6,0 %), sendo que neste último foi avaliado o desenvolvimento e a produção de biomassa das plântulas; (ii) germinação in vitro em meio MS contaminado com fenantreno (1,0; 5,0 e 10,0 mg/L de meio) ou benzo[a]pireno (0,001; 0,010 e 0,100 mg/L de meio), sendo avaliado o desenvolvimento e a produção de biomassa; e (iii) resposta fisiológica de plantas oriundas do estoque in vitro à exposição de fenantreno ou benzo[a]pireno. R. graveolens teve redução significativa da germinação em solos contaminados, principalmente os solos parcialmente biorremediados pelo do processo de bioestímulo; não teve redução significativa da germinação in vivo nos solos contaminados com óleo cru, biorremediado e contaminado com diesel, porém o desenvolvimento pósgerminação foi afetado. Na exposição in vitro aos hidrocarbonetos, não houve alteração significativa na germinação nem na capacidade de desenvolvimento e produção de biomassa nas concentrações testadas de até 10 mg/L de fenantreno e até 0,1 mg/L de benzo[a]pireno. Em relação à propagação in vitro, foi possível a multiplicação de plantas em meio de cultura sem suplementação hormonal, na presença dos contaminantes. A presença de fenantreno e benzo[a]pireno in vitro não promoveu mudanças significativas nos níveis de compostos fenólicos e flavonoides totais produzidos, não havendo também alteração no perfil fitoquímico da espécie, quanto à presença de rutina. Pelo exposto, conclui-se que a espécie tem potencial para uso em biomonitoramento de solos contaminados , considerando a sua capacidade de produzir metabólitos e tolerar a presença dos hidrocarbonetos selecionados, sendo indicada ao cultivo em áreas contaminadas nos níveis investigados

Measurement of the Mechanical Properties of Filtercakes

In order to improve drilling mud design to cater for specific well situations, a more comprehensive knowledge and understanding of filter cake failure is needed. This paper describes experimental techniques aimed at directly probing the mechanical properties of filter cakes, without having to take into account artefacts due to fluid flow in the substrate. The use of rheometers allows us to determine shear yield stress and dynamic shear modulii of cakes grown on filter paper. A new scraping technique measures the strength and moisture profiles of typical filter cakes with a 0.1 mm resolution. This technique also allows us to probe the adhesion between the filter cake and its rock substrate. In addition, œdometer drained consolidation and unloading of a filter cake give us compression parameters useful for Cam Clay modelling. These independent measurements give similar results as to the elastic modulus of different filter cakes, showing an order of magnitude difference between water based and oil based cakes. We find that these standard cakes behave predominantly as purely elastic materials, with a sharp transition into plastic flow, allowing for the determination of a well-defined yield stress. The effect ofsolids loading on a given type of mud is also studied.