Estudo do envelhecimento de poliuretanos aplicados na indústria de petróleo

A indústria do petróleo é um dos setores com maior número de sistemas produtivos empregando alta tecnologia. O Brasil é mundialmente renomado como um líder na extração de petróleo, em águas profundas e ultraprofundas. Dentro da cadeia produtiva, grande parte do petróleo e do gás produzido é escoado através de dutos flexíveis que conectam os poços de produção com as plataformas. Existem dois segmentos dessas linhas que recebem diferentes denominações de acordo com o seu local de aplicação. Quando estão apoiadas sobre o fundo do mar, em condição de serviço estático, são denominados flowlines e quando se elevam do fundo do mar até a plataforma, em condição de serviço dinâmico, são denominados risers. Os tubos projetados para aplicações dinâmicas são dotados de bends stiffeners, componentes com formato cônico e, em geral, de base uretânica que têm a função de fornecer uma transição de rigidez suave entre a estrutura dos tubos flexíveis e a extremamente rígida, à plataforma, não permitindo que este componente infrinja seu raio mínimo de operação. A adequada compreensão dos enrijecedores de curvatura e do material empregado em sua fabricação vem se tornando cada vez mais importante na indústria devido à sua crescente utilização, bem como à ocorrência de falhas que vem sendo constatada nos últimos anos. Este trabalho abordou a variação das propriedades mecânicas de poliuretanos pela ação da hidrólise, calor e pela ação dos raios-UV por envelhecimento acelerado, assim como variação de massa, considerando que esses materiais são projetados para uma vida útil superior a vinte anos para trabalhos imersos em meio aquoso.

Avaliação das propriedades de barreira a gases de membranas obtidas a partir de dispersões aquosas à base de poliuretanos e argila

Materiais nanoestruturados têm recebido destaque na comunidade científica, destacando-se, dentre eles, os nanocompósitos à base de polímeros e argila. Quando esses materiais são obtidos no estado líquido, ressalta-se também o uso de água em substituição a solventes orgânicos, devido a questões ambientais. Neste trabalho foram sintetizadas dispersões aquosas à base de poliuretanos (WPUs) e argila hidrofílica do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica, com o objetivo de avaliar as propriedades de barreira a gases conferidas pela presença de argila e pela variação nas proporções entre os segmentos flexíveis poli(glicol propilênico) (PPG) e o copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG). Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA), como extensor de cadeia. Foram sintetizadas dispersões aquosas com e sem a presença de argila, fixando-se a razão entre o número de equivalentes-grama de grupos diisocianato e hidroxila (razão NCO/OH) em 1,5. Nas formulações foi variado também o teor de argila em relação à massa de prepolímero em 0,5% e 1%. Foi adicionada uma etapa de agitação adicional com dispersor Turrax em algumas formulações. A argila foi previamente deslaminada em água deionizada e incorporada à formulação na etapa da dispersão do prepolímero. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade aparente. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e permeabilidade ao CO2. A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG). Foram observadas modificações nas propriedades dos filmes obtidos com a inserção da argila e com a variação no teor de segmentos à base de poli(glicol etilênico). A inserção da argila promoveu uma melhoria na resistência térmica das membranas bem como uma redução na permeabilidade das mesmas. Foi observado um aumento na permeabilidade das membranas obtidas a partir das formulações com maior percentual de copolímero (EG-b-PG), com e sem argila.

Estudo da influência do teor de segmentos hidrofílicos na síntese de poliuretanos dispersos em água

Considerações ambientais têm aumentado a pesquisa e o desenvolvimento de sistemas poliméricos aquosos para diversos tipos de aplicações, principalmente como revestimentos. Nesta dissertação, foram sintetizadas formulações não-poluentes à base de poliuretanos dispersos em água (PUDs), com 40% de teor de sólidos, na ausência de solventes orgânicos. Os monômeros empregados foram copolímeros em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 25% de segmento hidrofílico EG, poli (glicol propilênico) (PPG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e hidrazina (HYD), como extensor de cadeia. Foram variadas as razões entre o número de equivalente-grama de grupamentos isocianato e hidroxila (NCO/OH) e a proporção em equivalente-grama de PPG e dos copolímeros em bloco (EG-b-PG). Foi observado que a incorporação de altas quantidades de copolímero dificultou a síntese dos poliuretanos dispersos em água, levando à formação de géis. O tamanho médio de partícula e a viscosidade das dispersões foram determinados. Os filmes vazados a partir dessas dispersões foram avaliados quanto à capacidade de absorção de água, resistência mecânica, termogravimetria (TG), e caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR). As dispersões poliuretânicas produzidas se mostraram satisfatórias quando aplicadas como revestimento para madeira, metais e vidro

Estudo da incorporação de diferentes tipos de argilas hidrofílicas em dispersões aquosas de poliuretanos para formação de nanocompósitos

Neste trabalho foram sintetizados nanocompósitos à base de poliuretanos em dispersão aquosa (NWPUs) e argilas hidrofílicas do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica e cálcica. Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA) e diisocianato de isoforona (IPDI). Os NWPUs tiveram as argilas, previamente deslaminadas em água e incorporadas à formulação no momento da dispersão do prepolímero. Dispersões aquosas (WPUs), sem a presença de argila, foram sintetizadas como base, nas quais foram variadas a razão NCO/OH e a proporção de copolímero em relação ao PPG. Nas formulações NWPUs, foram variados também o teor de argila em relação à massa de prepolímero e o tipo de argila sódica e cálcica. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR), difração de raios-x (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG) e a resistência mecânica dos filmes foi avaliada por ensaios mecânicos em dinamômetro. O grau de absorção de água dos filmes também foi determinado. A formação de nanocompósitos à base de água foi confirmada pela ausência do pico de XRD, característico das argilas empregadas na maioria dos filmes analisados. As micrografias obtidas por SEM confirmam uma dispersão homogênea das argilas na matriz poliuretânica. Os filmes à base de nanocompósitos (NWPUs) apresentaram propriedades superiores às apresentadas por aqueles obtidos a partir das dispersões sem argilas (WPUs). Os revestimentos formados a partir da aplicação das dispersões aderiram à maioria dos substratos testados (metal, vidro, madeira e papel) formando superfícies homogêneas

Síntese e caracterização de nanocompósitos à base de poliuretano dispersos em água com argilas hidrofílica e organofílica

A área de pesquisa de materiais nanoestruturados tem recebido destacada atenção nos últimos anos por parte da comunidade científica, ressaltando-se os nanocompósitos à base de polímero e argila. Nesta Dissertação foram sintetizados nanocompósitos à base de poliuretano (NWPUs) com argilas do tipo montmorilonita (MMT), hidrofóbicas (organofílicas) e hidrofílica. Os monômeros empregados na síntese foram poli(glicol propilênico) (PPG); polibutadieno líquido hidroxilado (HTPB); ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e hidrazina (HYD), como extensor de cadeia. Nas formulações, foram variadas as proporções de HTPB e o teor das argilas. As argilas organofílica Cloisite 30B e hidrofílica Cloisite Na+ foram incorporadas em 1, 3 e 5 %, enquanto que a organofílica Cloisite 15A foi incorporada no teor de 1%. As dispersões foram caracterizadas quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partículas e viscosidade. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), difração de raios-x (XDR), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia de força atômica (AFM). A resistência térmica e a transição vítrea dos materiais foram determinadas por termogravimetria (TG) e calorimetria diferencial de varredura (DSC), respectivamente. O teor de absorção de água e o comportamento mecânico dos filmes foram avaliados. Foi verificada, por XRD, a ausência do pico de cristalinidade, característico das argilas puras e não-deslaminadas. As micrografias obtidas por SEM confirmam uma dispersão homogênea das argilas na matriz poliuretânica. Os filmes à base de nanocompósitos (NWPUs) apresentaram propriedades mecânicas superiores às apresentadas por aqueles obtidos a partir das dispersões sem a presença de argila (WPUs). A adesão dos revestimentos formados, pela aplicação das dispersões em diversos substratos, também foi verificada visualmente. Os resultados das análises mostraram que houve a formação de nanocompósitos à base de água, formados tanto a partir da argila hidrofílica quanto das organofílicas

Nanocomposites de Poliuretanos Elastoméricos y Nanotubos de Carbono Multipared

218p. -- Tesis con mención "Doctor europeus" realizada en el periodo de Octubre 2005-Mayo 2010, en el Grupo "Materiales+Tecnologías" (GMT).

The further understanding of chain topology effect on the properties of single polymer in good solvent: Special behaviors of single tadpole chain

Chain topology strongly affects the static and dynamic properties of polymer melts and polymers in dilute solution. For different chain architectures, such as ring and linear polymers, the molecular size and the diffusion behavior are different. To further understand the chain topology effect on the static and dynamic properties of polymers, we focus on the tadpole polymer which consists of a cyclic chain attached with one or more linear tails. It is found that both the number and the length of linear tails play important roles on the properties of the tadpole polymers in dilute solution. For the tadpole polymers with fixed linear tail length and number, with increasing the degree of polymerization of tadpole polymers, a transition from linear-like to ring-like behavior is observed for both the static and dynamic properties.

Hydrogen Bonding and Crystallization in Biodegradable Multiblock Poly(ester urethane) Copolymer

The hydrogen bonding and crystallization of a biodegradable poly(ester urethane) copolymer based on poly(L-lactide) (PLLA) as the soft segment were investigated by FTIR. On slow cooling from melt, the onset and the progress of the crystallization of the urethane hard segments were correlated to the position, width, and relative intensity of the hydrogen-bonded N-H stretching band. The interconversion between the "free" and hydrogen-bonded N-H and C=O groups in the urethane units in the process was also revealed by 2D correlation analysis of the FTIR data. The crystallization of the PLLA soft segments was monitored by the ester C=O stretching and the skeletal vibrations. It was revealed that the PLLA crystallization was restricted by the phase separation and the urethane crystallization, and at cooling rates of 10 degrees C/min or higher, the crystallization of the PLLA soft segments was prohibited.

Control led/living free-radical copolymerization of 4-(azidocarbonyl) phenyl methacrylate with methyl acrylate under Co-60 gamma-ray irradiation

A new vinyl acyl azide monomer, 4-(azidocarbonyl) phenyl methacrylate, has been synthesized and characterized by NMR and FTIR spectroscopy. The thermal stability of the new monomer has been investigated with FTIR and thermal gravimetry/differential thermal analysis (TG/DTA), and the monomer has been demonstrated to be stable below 50 degrees C in the solid state. The copolymerizations of the new monomer with methyl acrylate have been carried out at room temperature under Co-60 gamma-ray irradiation in the presence of benzyl 1-H-imidazole-1-carbodithioate. The results show that the polymerizations bear all the characteristics of controlled/living free-radical polymerizations, such as the molecular weight increasing linearly with the monomer conversion, the molecular weight distribution being narrow (< 1.20), and a linear relationship existing between In([M](0)/[M]) and the polymerization time. The data from H-1 NMR and FTIR confirm that no change in the acyl azide groups has occurred in the polymerization process and that acyl azide copolymers have been obtained. The thermal stability of the polymers has also been investigated with TG/DTA and FTIR.

Biodegradable polyurethane based on random copolymer of L-lactide and epsilon-caprolactone and its shape-memory property

A series of biodegradable polyurethanes (PUs) are synthesized from the copolymer diols prepared from L-lactide and epsilon-caprolactone (CL), 2,4-toluene diisocyanate, and 1,4-butanediol. Their thermal and mechanical properties are characterized via FTIR, DSC, and tensile tests. Their T(g)s are in the range of 28-53 degrees C. They have high modulus, tensile strength, and elongation ratio at break. With increasing CL content, the PU changes from semicrystalline to completely amorphous. Thermal mechanical analysis is used to determine their shape-memory property. When they are deformed and fixed at proper temperatures, their shape-recovery is almost complete for a tensile elongation of 150% or a compression of 2-folds. By changing the content of CL and the hard-to-soft ratio, their T(g)s and their shape-recovery temperature can be adjusted. Therefore, they may find wide applications.

Polylactide-based polyurethane and its shape-memory behavior

A series of polylactide polyurethanes (PLAUs) were synthesized from poly(L-lactide) diols, hexamethylene diisocyanate (HDI), and 1,4-butanediol (BDO). Their thermal and mechanical properties and shape-memory behavior were studied by infrared spectroscopy (IR), differential scanning calorimetry (DSC), wide angle X-ray diffraction (WAXID), tensile testing, and thermal mechanical analysis (TMA). The T(g)s of these polymers were in the range of 33-53 degrees C, and influenced by the Mn of the PLA diol and the ratio of the soft-segment to the hard-segment. These materials can restore their shapes almost completely after 150% elongation or twofold compression. By changing the M-n of the PLA diol and the ratio of the hard-to-soft-segment, their Ts and shape-recovery temperatures can be adjusted to the neighborhood of the body temperature. Therefore, these PLAUs are expected to find practical medical applications.

Biobased additives as biodegradability enhancers with application in TPU-based footwear components

Among the wide variety of materials employed in the manufacture of shoes, thermoplastic polyurethanes (TPUs) are one of the most widely used. Given its widespread use, and associated waste management problems, the development of more biodegradable and evironmentally compatible solutions is needed. In this work, a polyester-based TPU used in the footwear industry for outsoles production was modified by compounding with lignin, starch and cellulose at content of 4% (w/w). The biodegradability was evaluated by using agar plate tests with the fungi Aspergillus niger ATCC16404, the Gram-negative bacteria Pseudomonas aeruginosa ATCC9027 and an association of both (consortium), and soil tests at 37 °C and 58 °C. The obtained results evidenced a positive effect of the tested biobased additives, the most favourable results being registered with lignin. These results were corroborated by the structural modifications observed by FTIR analysis. Additionally, mechanical tests prove the suitability of using the lignin modified TPUs for footwear outsoles production.

Inkless microcontact printing on SAMs of Boc- and TBS-protected thiols.

We report a new inkless catalytic muCP technique that achieves accurate, fast, and complete pattern reproduction on SAMs of Boc- and TBS-protected thiols immobilized on gold using a polyurethane-acrylate stamp functionalized with covalently bound sulfonic acids. Pattern transfer is complete at room temperature just after one minute of contact and renders sub-200 nm size structures of chemically differentiated SAMs.

Characterization of porous, dexamethasone-releasing polyurethane coatings for glucose sensors.

Commercially available implantable needle-type glucose sensors for diabetes management are robust analytically but can be unreliable clinically primarily due to tissue-sensor interactions. Here, we present the physical, drug release and bioactivity characterization of tubular, porous dexamethasone (Dex)-releasing polyurethane coatings designed to attenuate local inflammation at the tissue-sensor interface. Porous polyurethane coatings were produced by the salt-leaching/gas-foaming method. Scanning electron microscopy and micro-computed tomography (micro-CT) showed controlled porosity and coating thickness. In vitro drug release from coatings monitored over 2 weeks presented an initial fast release followed by a slower release. Total release from coatings was highly dependent on initial drug loading amount. Functional in vitro testing of glucose sensors deployed with porous coatings against glucose standards demonstrated that highly porous coatings minimally affected signal strength and response rate. Bioactivity of the released drug was determined by monitoring Dex-mediated, dose-dependent apoptosis of human peripheral blood derived monocytes in culture. Acute animal studies were used to determine the appropriate Dex payload for the implanted porous coatings. Pilot short-term animal studies showed that Dex released from porous coatings implanted in rat subcutis attenuated the initial inflammatory response to sensor implantation. These results suggest that deploying sensors with the porous, Dex-releasing coatings is a promising strategy to improve glucose sensor performance.