Propriedades físico-químicas e mecânicas de membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana para aplicação em engenharia de tecidos

Este trabalho teve como principal objetivo produzir membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana com propriedades físico-químicas e mecânicas adequadas para aplicações em Engenharia de Tecidos. Para isso, quitosanas com diferentes graus de acetilação (4,0%<GA<40%) e de elevada massa molar média viscosimétrica (Mv>750.000 g.mol-1) foram produzidas através da aplicação de processos consecutivos de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) à beta-quitina extraída de gládios de lulas Doryteuthis spp. A carboximetilação de quitosana extensivamente desacetilada (Qs-3; GA=4%) foi realizada pela reação com ácido monocloroacético em meio isopropanol/solução aquosa de NaOH, gerando a amostra CMQs-0 (GS≈0,98; Mv≈190.000 g.mol-1). A irradiação de ultrassom de alta intensidade foi empregada para tratar solução aquosa de CMQs-0 durante 1 h e 3 h, resultando nas amostras CMQs-1 (Mv≈94.000 g.mol-1) e CMQs-3 (Mv≈43.000 g.mol-1), respectivamente. Para a produção de membranas reticuladas, genipina foi adicionada em diferentes concentrações (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) às soluções aquosas das CMQs, que foram vertidas em placas de Petri e a reação de reticulação procedeu por 24 h. Em seguida, as membranas reticuladas (M-CMQs) foram liofilizadas, neutralizadas, lavadas e liofilizadas novamente, resultando em nove amostras, que foram caracterizadas quanto ao grau médio de reticulação (GR), grau médio de hidratação (GH), morfologia, propriedades mecânicas e quanto à susceptibilidade à degradação por lisozima. O grau médio de reticulação (GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de genipina empregada na reação, variando de GR≈3,3% (M-CMQs-01) a GR≈17,8% (M-CMQs-35). As análises de MEV revelaram que as membranas reticuladas M-CMQs são estruturas porosas que apresentam maior densidade de poros aparentes quanto maiores os valores de Mve GR. Entretanto, as membranas preparadas a partir de CMQs de elevada massa molar (Mv>94.000 g.mol-1) e pouco reticuladas (GR<10%), apresentaram propriedades mecânicas superiores em termos de resistência máxima à tração (>170 kPa) e elongação máxima à ruptura (>40%). Por outro lado, as membranas mais susceptíveis à degradação enzimática foram aquelas preparadas a partir de CMQs de baixa massa molar (Mv≈43.000 g.mol-1) e que exibiram baixos graus de reticulação (GR<11%). Hidrogéis estáveis de quitosana sem o uso de qualquer agente de reticulação externo foram produzidos a partir da gelificação de soluções aquosas de quitosana com solução de NaOH ou vapor de NH3. Os hidrogéis produzidos a partir de soluções de quitosana de elevada massa molar média ponderal (Mw≈640.000 g.mol-1) e extensivamente desacetilada (DA≈2,8%) em concentrações poliméricas acima 2,0%, exibiram melhores propriedades mecânicas com o aumento da concentração polimérica, devido à formação de numerosos emaranhamentos físicos das cadeias poliméricas em solução. Os resultados mostram que as propriedades físico-químicas e mecânicas dos hidrogéis de quitosana podem ser controladas variando a concentração do polímero e o processo de gelificação. A avaliação biológica de tais hidrogéis para a regeneração de miocárdio infartado de ratos revelou que os hidrogéis de quitosana preparados a partir de soluções de polímero a 1,5% foram perfeitamente incorporados sobre a superfície do epicárdio do coração e apresentaram degradação parcial acompanhada por infiltração de células mononucleares.

Estudo das propriedades térmicas e mecânicas de resinas dentárias compostas preparadas com sílica e quitosana

Neste trabalho foi estudada a influência da adição de quitosana e sílica a monômeros dimetacrílicos, BisEMA e TEGDMA, por meio das técnicas de fotocalorimetria, termogravimetria e análise dinâmico mecânica. Os resultados dos experimentos de fotocalorimetria demonstraram que a quitosana pode aumentar a velocidade de polimerização e o máximo de conversão para alguns sistemas em determinadas concentrações da mesma, já a sílica tem pouco efeito nas reações de fotopolimerização das amostras. Para os experimentos de termogravimetria, a quitosana tem pouca influência na degradação das amostras não alterando significativamente as curvas TGA/DTG, por outro lado a sílica acelerou a degradação térmica das amostras. A avaliação das propriedades mecânicas demonstrou que a quitosana diminui a temperatura de transição vítrea e a resposta elástica dos sistemas não afetando os valores dos módulos de armazenamento e módulos de perda. A sílica apresentou a tendência de aumento de temperatura de transição vítrea e não alteração da resposta elástica das amostras.

Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósitos de argamassa e resíduo de borracha

Although already to exist alternative technique and economically viable for destination of used tires, quantitative data on properties of constructive elements that use the rubber waste as aggregate still are restricted. In the present work, the waste proceeding from industry of retreading as material for manufacture of composite destined to the production of constructive elements was considered. Mechanical and thermal properties of mortar had been analyzed Portland cement with addition of waste without treatment, in the ratios of 10%, 20% and 30% in mass in relation to the mass of the cement, substituting the aggregate in the trace in mortar 1:5 mass cement and sand. The size of the used residue varied between 0,30mm and 4,8mm (passing in the bolter 4,8mm and being restrained in the one of 0,30mm), being it in the formats fibers and granular. The influences of the size and the percentage of residue added to the mortar (in substitution to the aggregate) in the thermal and mechanical properties had been considered. Assays of body-of-test in thestates had been become fullfilled cool (consistency index) and hardened (absorption of water for capillarity, strength the compression, traction and strength flexural). The work is centralized in the problem of the relation thermal performance /strength mechanics of used constructive systems in regions of low latitudes (Been of the Piauí), characterized for raised indices of solar radiation.

Efeito de argilas organofílicas na estrutura e propriedades de nanocompósitos de poli(metacrilato de metila)

Nacomposites of polymers and lamellar clayminerals, has generated high scientific and technological interest, for having mechanical properties and gas barriers differentiated of polymers and conventional composites. In this work, it was developed nanocomposites by single screw extruder and injection, utilizing commercial raw material, with the goal to investigate the quality of new developed materials. It was evaluated the influence of the content and the kind of clay in the structure and in the nanocomposites properties. It was used regular and elastomeric poly (methyl methacrylate) (Acrigel LEP 100 and Acrigel ECP800) and six montmorillonites (Cloisite 10A, 11B, 15A, 20A, 25A e 30B) at the concentration of 1% e 3% in weight. The nanocomposites were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermal gravimetric analysis (TGA), transmission electron microscopy (TEM), colorimetric, optical transparency, flexural and tensile tests, Rockwell hardness and esclerometry. It was founded that is possible to obtain intercalated and exfoliated nanocomposites PMMA/MMT, and the top results was obtained in the materials with 1%in clay weight organophilizated with 2M2HT (Cloisite 15A and 20A) presented intercalate and hybrid morphology (exfoliated and flocullated). The ones that was produced with organophilizated clay with 2MHTL8 (Cloisite 30B) had excellent visual quality, but the majority presented hybrid morphology. In the materials processed with organophilizated clay with MT2ETOH (Cloisite 30B), there were color change and loss of transparency. It occurs improvement in a few mechanical properties, mainly in the materials produced with PMMA elastomeric (Acrigel ECP800), being more significant, the increase in the resistance to stripping in those nanocomposites

Influência do grau de hidrólise do poli(vinil álcool) nas propriedades físicas de filmes à base de blendas de gelatina e poli(vinil álcool) plastificados com glicerol

O objetivo deste trabalho foi o estudo do efeito do Grau de Hidrólise (GH) do poli(vinil álcool) (PVA) nas propriedades dos filmes à base de blendas de gelatina suína e PVA com dois GH. Os filmes foram produzidos com soluções com 2 g de macromoléculas/100 g de solução, contendo 23,1 g de PVA.100 g-1 de macromoléculas e 25 g de glicerol/100 g de macromoléculas. As propriedades mecânicas e térmicas, cor, opacidade, umidade e solubilidade, além de espectros de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) dos filmes, foram estudadas. As soluções foram analisadas por reometria dinâmica. Os filmes produzidos com o PVA de menor GH foram mais higroscópicos e mais solúveis. Mas o tipo de PVA não afetou a cor, afetando a opacidade e o brilho dos filmes. O PVA com maior GH proporcionou filmes mais resistentes, e o PVA de menor GH produziu filmes mais resistentes à tração, embora menos deformáveis na perfuração. O GH do PVA não afetou a temperatura de transição vítrea dos filmes, determinada na primeira varredura, mas a afetou na segunda varredura. Os resultados das análises de FTIR corroborraram com esses resultados. As propriedades viscoelásticas das soluções não foram afetadas pelo GH do PVA, muito possivelmente por se tratar de soluções diluídas.

Aplicação de indentação instrumentada na caracterização mecânica de poliuretana derivada de óleo de mamona

Neste trabalho são investigadas as propriedades mecânicas de poliuretana derivada do óleo de mamona, utilizando a técnica de indentação instrumentada com penetradores de geometrias piramidal e esférica. Foi analisada a influência da forma do penetrador utilizado nos ensaios de indentação instrumentada para se obter valores das propriedades mecânicas de polímero derivado de óleo de mamona. Os penetradores utilizados são de pontas piramidais dos tipos Berkovich e canto de cubo e esférico de raio igual a 150 μm em um Nanoindenter XP TM com cargas aplicadas entre 1 e 200 mN. As penetrações variam de acordo com o formato do penetrador, sendo maiores para pontas agudas. A dureza e o módulo de elasticidade foram determinados, utilizando o método de Oliver e Pharr. Verificou-se que os valores medidos para a dureza são maiores para penetradores mais agudos. Os valores obtidos com a ponta piramidal Berkovich foram de 0,14 GPa para pequenas penetrações e 0,12 GPa para maiores penetrações. Já os valores obtidos com ponta canto de cubo foram 25 a 30% maiores. Isso está relacionado com os volumes das regiões que apresentam deformações plásticas elevadas, no caso de penetradores agudos comparados com os volumes das regiões que sofrem deformações viscoelásticas. A viscosidade aparente determinada, utilizando penetrador esférico em testes de força aplicada constante, é igual a (22 ± 2) × 10(12) Pa.s.

Effect of experimental heat treatment on mechanical properties of resin composites

The aim of this study was to verify the influence of an experimental heat treatment (170ºC/10 min) using a casting furnace on the mechanical properties (hardness and flexural strength) of 2 commercial direct resin composites (TPH Spectrum and Filtek P60) compared to a commercial indirect resin system (BelleGlass). Heat treatment temperature was determined after thermal characterization by thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC). Data was analyzed by ANOVA and Tukey's test at 5% significance level. There was statistical significance for the main factor heat treatment (p=0.03) and composite (p=0.02), for flexural strength. For Knoop hardness, only the main factor composite was statistically significant (p=0.00). P60 presented higher hardness than TPH. No statistically significant correlation between mechanical properties tested was detected. Based on these results, it was possible to conclude that heat treatment influenced flexural strength of direct composites, while it was not observed for hardness. The association of direct composites with a simple post-cure heat treatment may be an alternative for current indirect composite systems, although more studies are needed to verify other properties of the composites for this application.

Soldadura de ligas de alumínio de construção naval

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia dos Materiais

Caracterização mecânica e análise da resistência à corrosão em diferentes solos, de aços inoxidáveis duplex

O aço inoxidável é um material de alta durabilidade e resistência, utilizado nos mais diversos setores comerciais. O conhecimento das suas características e propriedades é essencial para uma escolha mais seletiva e vantajosa. Pretende‐se com este trabalho, estudar as propriedades mecânicas, a resistência ao desgaste e o comportamento, em ambientes mais agressivos de três tipos de aços inoxidáveis duplex, produzidos pela OUTOKUMPU e comercialmente conhecidos pelas designações LDX 2101, SAF 2507 e o SAF 2205. Para tal efeito foram realizados ensaios de Dureza Vickers, antes e após dobragem; ensaios de tracção em duas diferentes situações: seguindo a norma NP EN 10002‐ 1:2006 e após a realização de alguns ciclos de carga e descarga; ensaio de Impacto à temperatura ambiente e após arrefecimento criogénico; ensaio de resistência à corrosão. Também foi feito o estudo de resistência ao desgaste com base na técnica de micro‐abrasão por esfera rotativa e o estudo metalográfico. Foi também objetivo deste trabalho, relacionar o uso dos referidos aços duplex e as consequências que esse uso tem para o meio ambiente, bem como o seu comportamento quando exposto a condições extremas. Para tal, foram colocadas amostras dos referidos aços, em dois tipos de solos com condições de humidade e acidez diferentes analisando o seu estado após imersão em solo com condições controladas durante 272 dias.

Alterações das propriedades elásticas dos pulmões e broncomotricidade em coelhos, na doença de Chagas crônica induzida experimentalmente

Com o intuito de estudar a denervação brônquiea na fase crônica da doença de Chagas investigaram-se as propriedades mecânicas e a motricidade brônquiea de 6 coelhos chagásicos crônicos e 4 controles. Utilizou-se o método da pletismografia de corpo inteiro e todas as medidas foram feitas antes e depois da administração endovenosa de cloridrato de histamina (0,11 mg/kg). No grupo chagásico crônico obteve-se um menor acréscimo da capacidade residual funcional e uma quase inalteração do pico de fluxo na expiração passiva após a administração de histamina. Este grupo apresentou também um desvio para a direita na curva estática de pressão transpulmonar/volume. Estes resultados sugerem uma alteração na árvore brônquiea, que consiste principalmente numa broncoreatividade diminuída.

Uma abordagem à incorporação de lenhinosulfonatos e materiais reciclados em misturas de SBR para produção sustentável de solas

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Otimização Energética na Indústria Química

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Desenvolvimento e caracterização de um primário anticorrosivo para metais

As tintas são amplamente utilizadas para a prevenção da corrosão principalmente devido a aspectos económicos e conveniência. As estratégias de protecção da corrosão com recurso a tintas podem ser de vários tipos mas usualmente são função da aderência da resina, das propriedades barreira que o filme apresenta, e das propriedades anti-corrosivas dos pigmentos utilizados (seja por protecção por inibição ou por protecção catódica). Neste trabalho desenvolveu-se um primário anticorrosivo sem a utilização de pigmentos considerados tóxicos como o cromato de zinco. Assim, este primário é baseado em resinas de polivinil butiral (PVB) e pigmentos inibidores da corrosão não tóxicos. Foram caracterizadas as propriedades mecânicas e poliisocianato e também o efeito da concentração de ácido fosfórico no catalisador (fornecido em separado). Foram testados três pigmentos anticorrosivos: fosfato de zinco e ferro (ZF), fosfosilicato de estrôntico e cálcio (EC) e ortofosfato silicato hidratado de zinco, cálcio, estrôntico e alumínio (ZCEA). Avaliaram-se as propriedades anticorrosivas e mecânicas destes pigmentos a diferentes razões de Concentração Volumétrica de pigmentos (PVC) em função do seu valor crítico (CPVC) 80,60-1,15). Testaram-se inibidores de corrosão orgânicos juntamente com os pigmentos. As propriedades anticorrosivas foram avaliadas através das técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e nevoeiro salino. Os resultados obtidos mostraram que 2% de ácido fosfórico no catalisador não alteram a aderência mas permitem melhorar a dureza de primério. Esta percentagem permite um aumento da resistência química do produto final. nos testes com diferentes resinas a diferentes proporções, os melhores resultados foram obtidos com a resina de poliisocianato com claras melhorias nas propriedades mecânicas. a avaliação dos diferentes pigmentos resultou na seguinte sequência decrescente das propriedades anticorrosivas ZCEA >EC>ZF. O ZCEA demonstrou uma menor sensibilidade à razão PVC/CPVC. A resistência à corrosão pode ainda ser melhorada com o inibidor de corrosão zinco-5-nitroisoftalato, tomando partido dos efeitos sinergéticos entre pigmento inorgânico e aditivos orgânicos. A comparação do primário formulado com o pigmento ZCEA a PVC/CPVC de 0,60 demonstrou melhores propriedades anticorrosivas do que os três produtos da concorrência testados.

Caraterização das propriedades macânicas e de fratura de um adesivo estrutural de alta ductilidade

As juntas adesivas são uma alternativa viável para substituir ligações comuns como as mecânicas ou soldadas, devido a diversas vantagens como a possibilidade de união de materiais de natureza diferente, maior leveza, menores custos inerentes ao fabrico e ainda prevenção da corrosão galvânica que pode ocorrer nas ligações entre dois materiais metálicos diferentes. A resistência de uma junta depende, para um determinado tipo de solicitação imposta, da distribuição de tensões no interior da junta. Por outro lado, a geometria das juntas, as propriedades mecânicas dos adesivos e os componentes a ligar vão influenciar a distribuição de tensões. O carregamento nas camadas adesivas de uma junta poderá induzir tensões de tração, compressão, corte, arrancamento ou clivagem, ou ainda uma combinação de duas ou mais destas componentes. O objetivo da presente dissertação é a caraterização completa de um adesivo estrutural de alta ductilidade recentemente lançado no mercado (SikaPower® -4720), para facilitar o projeto e otimização de juntas adesivas ligadas com o mesmo. São quatro os ensaios a realizar: ensaios à tração de provetes maciços (também denominados de bulk), ensaios ao corte com a geometria Thick Adherend Shear Test, ensaios Double-Cantilever Beam e ainda ensaios End-Notched Flexure. Com a realização dos ensaios referidos, são determinadas as propriedades essenciais à caraterização mecânica e de fratura do adesivo. Os resultados obtidos para cada ensaio resultaram em propriedades medidas com elevada repetibilidade, da mesma maneira que se revelaram de acordo com os dados disponibilizados pelo fabricante, sempre que estes estavam disponíveis.

Análise de um sistema de evacuação de produtos da combustão de turbinas a gás utilizadas para propulsão naval

De modo a eliminar a propagação de fissuras ocorridas em condutas de evacuação de produtos da combustão de turbinas a gás utilizadas para propulsão naval, neste estudo é feita a avaliação de diferentes geometrias alternativas para a estrutura mencionada, assim como se avalia a possibilidade de substituição local, nas zonas críticas, do material actualmente utilizado na conduta por uma nova liga de alta resistência. A possibilidade de utilizar um novo aço inoxidável austenítico Cr-Mn, de alta resistência (ThyssenKrupp, 2009), está a ser estudada e alguns resultados experimentais efectuados a este material, obtidos a temperatura ambiente e a alta temperatura, são apresentados. Este trabalho pode ser dividido em duas partes principais. Uma primeira parte onde se apresenta a análise experimental realizada e uma segunda parte, que trata a simulação numérica da conduta por elementos finitos. Na análise experimental foram realizados ensaios de tracção uniaxial, ensaios de dureza e de caracterização geométrica do cordão de soldadura de ligações soldadas de tipo topo a topo entre o aço AISI 316L e o aço Cr-Mn. Alguns dos resultados experimentais obtidos em provetes soldados com combinações dos materiais de base, aço AISI316L e Cr-Mn, a 24ºC e 350ºC, são: a tensão de cedência do aço Cr-Mn é cerca de 66% e 35% mais elevada que a obtida para o aço AISI 316L, a 24 e 350ºC, respectivamente; a tensão de rotura é também 33% e 19% mais elevada que o aço AISI 316L, para as mesmas temperaturas. Os ensaios de dureza revelam valores médios que estão de acordo com as propriedades mecânicas obtidas à temperatura ambiente. Tendo como referência os resultados experimentais obtidos para as propriedades mecânicas dos materiais, assim como a distribuição de temperaturas e de pressão interna devido aos gases resultantes da combustão, foi feita a simulação numérica de diferentes geometrias da conduta, tendo sido determinado o nível das tensões presentes na superfície da conduta. A distribuição de temperatura e pressão introduzidas nas análises numéricas foram calculadas e verificada a sua validade por comparação com os resultados obtidos por (Cruz, 2009). Os resultados das análises numéricas sugerem que a alteração da geometria actual da conduta pode ser benéfica uma vez que as tensões principais máximas induzidas na estrutura podem diminuir mais de 26%, quando comparadas com as tensões termomecânicas induzidas na geometria actual da conduta.