Caracterização da farinha e do amido isolado da semente de jaca e comportamento reológico de dispersões de amido

O amido é um ingrediente com grande versatilidade de aplicação, e as sementes de jaca, fruto bem difundido, porém pouco aproveitado no Brasil, contêm uma quantidade considerável de amido, sendo ainda fonte de ferro e proteínas. Dessa maneira, os objetivos desse projeto foram a obtenção da farinha de sementes de jaca das variedades mole e dura, a extração do amido utilizando diferentes solventes, e a caracterização de suas propriedades físico-químicas, estruturais e funcionais, bem como a caracterização reológica de dispersões/géis de amido em cisalhamento estacionário e oscilatório. A extração alcalina do amido, além de reduzir significativamente o conteúdo de lipídeos e proteínas, deixando o amido mais puro, promoveu um aumento no teor de amilose e influenciou diretamente as características de inchamento e solubilidade, que apresentaram aumento significativo a partir da temperatura de 70 °C. O aumento da temperatura ocasionou aumento no poder de inchamento e solubilidade, que foi mais pronunciado para a variedade dura, porém esses valores ainda foram considerados baixos (< 17%). Os amidos de sementes de jaca apresentaram grânulos lisos, arredondados e em forma de sino, com formato mais truncado para o amido extraído com hidróxido de sódio. O diâmetro médio dos grânulos de amido foi menor para a extração alcalina, mas sempre com comportamento monomodal. Foi observado um padrão de difração de Raios-X do tipo A para todas as amostras estudadas, e o índice de cristalinidade foi maior para os amidos de sementes de jaca dura, com uma redução estimada em 70% para os amidos obtidos por extração alcalina. A temperatura de gelatinização dos amidos de semente de jaca foi considerada alta (70-100 °C). Os amidos de sementes de jaca dura obtidos na extração com água apresentaram maiores valores de viscosidade de pico e de Breakdown, que representa menor resistência mecânica. A extração com solução de NaOH 0,1 M aumentou a tendência a retrogradação de ~36% (extração aquosa) para 64% e 45% dos amidos de sementes de jaca das variedades mole e dura, respectivamente. Todas as amostras apresentaram comportamento pseudoplástico (n < 1) nas concentrações e temperaturas estudadas, e as dispersões e/ou géis de amido obtidos pela extração alcalina com NaOH apresentaram menor tixotropia e maiores valores de viscosidade. Os modelos Lei da Potência e Herschel Bulkley apresentaram ótimos ajustes aos pontos experimentais (R² ~0,998) para as amostras com 2 e 6 % de amido, respectivamente, porém para a concentração de 5%, o melhor modelo foi função da variedade do fruto usado na obtenção do amido. A dependência das propriedades reológicas com a temperatura foi analisada pela equação de Arrhenius e a energia de ativação foi baixa (15-25 kJ/mol). Quanto ao comportamento viscoelástico, as amostras com 5 e 6% de amido apresentaram comportamento de gel fraco e o aumento da concentração desse polissacarídeo produziu um aumento na elasticidade do material. Os módulos de armazenamento (G\') associados à elasticidade do gel de amido aumentaram durante o seu resfriamento nos ensaios de varredura de temperatura, o que pode ser relacionado à recristalização da amilose durante esse processo e mantiveram-se praticamente constantes no aquecimento isotérmico a 80 °C, sugerindo boa estabilidade térmica do gel. A farinha isolada da semente de jaca pode ser considerada fonte de fibras e apresentou elevados teores de proteínas (~14-16%) e ferro (~85-150 mg/kg). A distribuição do tamanho de partículas da farinha apresentou comportamento bimodal, com grânulos arredondados, presença de fibras e uma matriz proteica envolvendo os grânulos de amido. As propriedades de pasta revelaram maior pico de viscosidade para a farinha de semente de jaca mole. As características encontradas sugerem que os amidos de semente de jaca poderiam ser aplicados na produção de filmes biodegradáveis, e a farinha da semente de jaca poderia ser utilizada em substituição parcial à farinha convencional na fabricação de bolos e biscoitos.

Transporte hidráulico de misturas bentonita-água em condutos forçados

A argila bentonítica é amplamente utilizada em transporte de sólidos produzidos durante perfuração de poços. Teve por objetivo estudar o escoamento de misturas bentonita-água e determinar suas propriedades reológicas e parâmetros hidráulicos úteis nos projetos de instalações de recalque de misturas sólido-líquido. Foi montado um circuito fechado de tubulações para estudar dados de perda de carga e perfis de velocidade. Realizaram-se ensaios com misturas bentonita-água sob varias concentrações, algumas transportando areia. Observaram-se que a reologia da mistura bentonita-água é melhor descrita pela formulação de Herschell-Bulkley para fluidos não-Newtonianos. O coeficiente de atrito para descrever a perda de carga da mistura bentonita-água observada em tubulações no laboratório coloca-se entre as previsões de Tomita (1959) e Szilas et al (1981). A variação da velocidade da mistura na seção transversal do tubo é melhor aproximada pela equação de Bogue-Metzner (1963).

Efeito da adição de amido resistente de milho e enzimas sobre as propriedades da massa de pão e as propriedades físicas do pão de forma.

O amido resistente de milho (ARM) não é digerido em humanos fornecendo benefícios para a saúde tais como redução do colesterol, do índice glicêmico e fermentação no cólon. Porém, a substituição parcial de farinha de trigo (FT) por ARM em massa de pão resulta na diluição do glúten prejudicando a qualidade do produto. Massa de pão foi produzida com 12,5 g/100g de ARM e os efeitos das enzimas glicose-oxidase (Gox), tranglutaminase (TG) e xilanase (HE) na massa foram estudados. Massa produzida sem ARM e sem enzimas foi considerada padrão e massa produzida com ARM e sem enzimas foi considerada controle para comparação. Uma metodologia foi desenvolvida para medir o torque durante o amassamento em grande escala, utilizando um reômetro dinâmico adaptado. As propriedades reológicas foram avaliadas nos testes de medidas descritivas de textura, adesividade Chen-Hoseney, extensão uniaxial Kieffer, extensão biaxial e testes oscilatórios em reômetro. Pão produzido de acordo com as formulações padrão, controle e ótima foi avaliado com relação ao volume específico (VEP), firmeza do miolo, cor e análise sensorial para o atributo preferência. As três enzimas testadas influenciaram positivamente o torque máximo atingido durante o amassamento que variou entre (8,36 e 9,38) N m. Gox e TG apresentaram efeito positivo na altura máxima desenvolvida pela massa medida em reofermentógrafo enquanto que o efeito da HE foi negativo. Uma formulação com ARM e enzimas apresentou desempenho de panificação similar a massa padrão (altura máxima ajustada igual a (45,5 ± 3,9) mm), correspondente a adição de (4, 2,5 e 0,5) mg/100g de TG, Gox e HE respectivamente (ótima). A formulação ótima apresentou adesividade, trabalho de adesão, coesividade, dureza, resiliência, resistência à extensão e extensibilidade similares a massa padrão e diferentes da massa controle. As enzimas aumentaram o índice de strain hardening reduzido pela adição de ARM. Para o pão de forma, o VEP variou entre (3,16 e 3,64) cm3/g (diferença não significativa) e o pão produzido com a formulação ótima foi o mais escolhido como preferido. Durante o armazenamento por até 7 dias, o ARM diminuiu a taxa de envelhecimento do pão enquanto que as enzimas apresentaram efeito oposto. Em geral, a substituição parcial de FT por ARM reduziu a elasticidade da massa diminuindo a qualidade do pão enquanto que as enzimas minimizaram esse efeito.

Reaproveitamento de lamas residuais do processo de fabricação do concreto.

Nos dias atuais, um dos maiores problemas de uma central dosadora de concreto são as sobras de resíduos de concretos que retornam nos caminhões, das obras gerando lamas decantadas com pH elevado caracterizando-a como resíduo perigoso e representando gastos elevados com destinação. O objetivo do presente trabalho visa estudar em detalhes a composição da lama residual do processo de fabricação do concreto excluindo o agregado graúdo, verificando qual é a influência de sua adição no concreto. Com isso, pretende-se estudar algumas formas de tratamento e viabilizar economicamente o seu reaproveitamento em substituição ao agregado miúdo. Para esse estudo foram coletadas duas amostras desse material cimentício, sendo uma coletada diretamente do tanque de decantação e a segunda coletada da própria lavagem dos caminhões betoneiras. Elas foram submetidas a ensaios de caracterização como: análise termogravimétrica (TG), granulometria a laser e calorimetria e ensaios de concreto fresco (reologia e abatimento) e concreto endurecido. Para a viabilização econômica foi realizado um estudo de caso em três centrais dosadoras de concreto, afim de identificar perdas de materiais, custos de destinação e custo variável na fabricação de concreto. Os resultados mostraram que a forma de coleta do material cimentício influencia na finura do material conforme ensaio de granulometria e densidade aparente, mas não foi possível obter cimento anidro. A possibilidade de utilização da lama em concretos foi possível com ajuda de aditivos superplastificantes, mas para a viabilização economicamente viável a cadeia produtiva do concreto estudou-se um teor ótimo de substituição da lama pelo agregado miúdo.

Strength of the Iberian intraplate lithosphere: Cenozoic deformations and seismicity

Previous studies about the strength of the lithosphere in the center of Iberia fail to resolve the depth of earthquakes because of the rheological uncertainties. Therefore, new contributions are considered (the crustal structure from a density model) and several parameters (tectonic regime, mantle rheology, strain rate) are checked in this paper to properly examine the role of lithospheric strength in the intraplate seismicity and the Cenozoic evolution. The strength distribution with depth, the integrated strength, the effective elastic thickness and the seismogenic thickness have been calculated by a finite element modelling of the lithosphere across the Central System mountain range and the bordering Duero and Madrid sedimentary basins. Only a dry mantle under strike-slip/extension and a strain rate of 10-15 s-1, or under extension and 10-16 s-1, causes a strong lithosphere. The integrated strength and the elastic thickness are lower in the mountain chain than in the basins. This heterogeneity has been maintained since the Cenozoic and determine the mountain uplift and the biharmonic folding of the Iberian lithosphere during the Alpine deformations. The seismogenic thickness bounds the seismic activity in the upper–middle crust, and the decreasing crustal strength from the Duero Basin towards the Madrid Basin is related to a parallel increase in Plio–Quaternary deformations and seismicity. However, elasto–plastic modelling shows that current African–Eurasian convergence is resolved elastically or ductilely, which accounts for the low seismicity recorded in this region.

Metodologia para aquisição de sinal elétrico e tratamento de dados em reômetros servo controlados.

A ciência na qual se estuda a deformação de um fluido no qual é aplicada uma tensão de cisalhamento é conhecida como reologia e o equipamento utilizado para a realização dos ensaios é chamado de reômetro. Devido a impraticabilidade de uso de reômetros comerciais, diversos pesquisadores desenvolveram reômetros capazes de analisar suspensões de macropartículas, baseados nos mesmos princípios de funcionamento dos equipamentos já existentes. Em alguns casos, a medição do torque do motor é realizada pela aquisição da tensão, uma vez que esta é proporcional ao torque. Entretanto, para melhor compreensão do resultado e para evitar a possibilidade de conclusões precipitadas, vê-se necessária correta interpretação do sinal elétrico, precisando avaliar qual frequência do sinal é relevante para o ensaio e, também, qual a melhor taxa de amostragem. Além da aquisição, para que o ensaio reológico seja realizado com precisão, é indispensável ótimo controle da taxa ou tensão do motor e uma alternativa é a utilização de um servomotor e um servoconversor. No caso desse ser comercial é essencial saber configurá-lo. Para facilitar o usuário leigo, alguns pesquisadores desenvolveram softwares para controle do equipamento e análise dos dados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para compreender o sinal aquisitado de um reômetro servo controlado e desenvolvimento do software de análise para o tratamento dos dados obtidos a partir de ensaios reológicos. Verificou-se a melhor configuração do servocontrolador, a melhor taxa de amostragem, de no mínimo 20 amostras/segundo, e, também, desenvolveu-se um filtro digital passa-baixa do tipo FIR para remover a frequência indesejada. Além disso, foi desenvolvido um software utilizando uma rotina em Matlab e uma interface gráfica do usuário (Graphical User Interface - GUI), para o pós-processamento dos dados para auxiliar o usuário leigo no tratamento e interpretação do resultado, que se mostrou eficaz.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.

Plastisol gelation and fusion rheological aspects

This study deals with the rheological aspects of poly-vinyl chloride (PVC) plastisol gelation and fusion processes in foamable formulations. Here, such processes are simulated by temperature-programmed experiment (5 K min−1) in which complex viscosity components are continuously recorded. Nineteen samples based on a PVC-VAC (vinyl acetate 95/5) copolymer with 100 phr plasticizer have been studied, differing only by the plasticizer structure. The sample shear modulus increases continuously with temperature until a maximum, long time after the end of the dissolution process as characterized by DSC. The temperature at the maximum varies between 345 and 428 K with a clear tendency to increase almost linearly with the plasticizer molar mass, and to vary with the flexibility and the degree of branching of the plasticizer molecule. The shear modulus increase is interpreted in terms of progressive “welding” of swelled particles by polymer chain reptation. The plasticizer nature would mainly affect the friction parameter of chain diffusion.

Mean grain size and structure of ODP Hole 140-504B samples

Microstructural investigations of ocean crust samples provide a complementary approach to both marine surveys and laboratory experiments. The recovery of relatively undeformed diabases from Deep Sea Drilling Project (DSDP)/Ocean Drilling Program (ODP) Hole 504B provides a first opportunity to examine a reference section of microstructural features that influence strain localization at depths of 2 km in the ocean crust. Syn- and post-crystallization features in plagioclase and augite crystals have been examined by optical microscopy and secondary and backscattered electron imaging. These features show a strong influence of modal composition and primary textures on early sites of strain localization. Thermal cracking and subsequent alteration intensities and distribution are strongly phase dependent. A consistently higher intragranular fracture density is observed in augite crystals relative to plagioclase. The impact of alteration on the mechanical response of diabases is likely to depend on the primary textural characteristics. Even where extensive augite alteration occurs, the rock remains supported by a framework of weakly altered plagioclase crystals. The Hole 504B diabases from Leg 140 provide a valuable comparison for future studies of more deformed sections likely to be encountered at depth. Advances in constraining the detailed rheology of the ocean crust at spreading centers would benefit from experimental deformation of texturally diverse diabase and gabbro samples.

Synthesis of Silver Nanoparticle Based Conductive Inks for Additively Manufactured Electronics

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Layered silicate nanocomposites based on various high-functionality epoxy resins. Part II: The influence of an organoclay on the rheological behavior of epoxy prepolymers

The effect of an organically surface modified layered silicate on the viscosity of various epoxy resins of different structures and different functionalities was investigated. Steady and dynamic shear viscosities of the epoxy resins containing 0-10 wt% of the organoclay were determined using parallel plate rheology. Viscosity results were compared with those achieved through addition of a commonly used micron-sized CaCO3 filler. It was found that changes in viscosities due to the different fillers were of the same order, since the layered silicate was only dispersed on a micron-sized scale in the monomer (prior to reaction), as indicated by X-ray diffraction measurements. Flow activation energies at a low frequency were determined and did not show any significant changes due to the addition of organoclay or CaCO3. Comparison between dynamic and steady shear experiments showed good agreement for low layered silicate concentrations below 7.5 wt%, i.e. the Cox-Merz rule can be applied. Deviations from the Cox-Merz rule appeared at and above 10 wt%, although such deviations were only slightly above experimental error. Most resin organoclay blends were well predicted by the Power Law model, only concentrations of 10 wt% and above requiring the Herschel-Buckley (yield stress) model to achieve better fits. Wide-angle X-ray measurements have shown that the epoxy resin swells the layered silicate with an increase in the interlayer distance of approximately 15 Angstrom, and that the rheology behavior is due to the lateral, micron-size of these swollen tactoids.

Rheological Properties of Organoclay Suspensions in Epoxy Network Precursors

This paper deals with the evolution of the state of dispersion of organically modified montmorillonites in epoxy or amine precursors. The epoxy prepolymer is a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and the curing agent is an aliphatic diamine with a polyoxypropylene backbone (Jeffamine D2000). The clay dispersion is evaluated at the platelet scale (nanoscopic scale) from X-ray spectrometry [wide-angle X-ray diffraction (WAXD) and small-angle X-ray scattering (SAXS)] and at the aggregates scale (microscopic scale) from rheological analysis. The organoclays used form gels in the monomers above the percolation threshold if no shear is applied and present a mechanical gel/sol transition when shear stress increases. Gel strength and viscosity at high shear rates are linked to the nanometric state of dispersion and reveal the existence of two different organizations depending on organoclay/monomer interactions: (i) When the clay shows good interactions with the monomer, a significant swelling of the clay galleries by the monomer is obtained. These swollen particles lead to formation of weak gels which after shearing give high relative viscosity fluids. (ii) When the clay develops poor interactions with the monomer, the clay tends to reduce its exchange surface with the monomer and leads to a strongly connected gel. Shear breaks down this physical network leading to a very low relative viscosity fluid composed of nonswollen particles keeping a high aspect ratio. (C) 2003 Elsevier B.V All rights reserved.

Emergent anisotropy and flow alignment in viscous rock

A novel class of nonlinear, visco-elastic rheologies has recently been developed by MUHLHAUS et al. (2002a, b). The theory was originally developed for the simulation of large deformation processes including folding and kinking in multi-layered visco-elastic rock. The orientation of the layer surfaces or slip planes in the context of crystallographic slip is determined by the normal vector the so-called director of these surfaces. Here the model (MUHLHAUS et al., 2002a, b) is generalized to include thermal effects; it is shown that in 2-D steady states the director is given by the gradient of the flow potential. The model is applied to anisotropic simple shear where the directors are initially parallel to the shear direction. The relative effects of textural hardening and thermal softening are demonstrated. We then turn to natural convection and compare the time evolution and approximately steady states of isotropic and anisotropic convection for a Rayleigh number Ra=5.64x10(5) for aspect ratios of the experimental domain of 1 and 2, respectively. The isotropic case has a simple steady-state solution, whereas in the orthotropic convection model patterns evolve continuously in the core of the convection cell, which makes only a near-steady condition possible. This near-steady state condition shows well aligned boundary layers, and the number of convection cells which develop appears to be reduced in the orthotropic case. At the moderate Rayleigh numbers explored here we found only minor influences in the change from aspect ratio one to two in the model domain.

Batchelor's theory extended to elongated cylindrical or ellipsoidal particles

Extensions to Batchelor's theory have been derived to take into account different shaped particles while relating extensional viscosity enhancement to three parameters - shape, volume fraction and particle aspect ratio. The extended theory now allows calculation of the extensional viscosity enhancement, at a given volume fraction of particles, for either ellipsoidal or cylindrical particles. The formula improves the predictive capability of Batchelor's theory when compared with measurements found in the literature for different rod-like polymer solutions. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Polyethylene multiwalled carbon nanotube composites

Polyethylene (PE) multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with weight fractions ranging from 0.1 to 10 wt% were prepared by melt blending using a mini-twin screw extruder. The morphology and degree of dispersion of the MWCNTs in the PE matrix at different length scales was investigated using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM) and wide-angle X-ray diffraction (WAXD). Both individual and agglomerations of MWCNTs were evident. An up-shift of 17 cm(-1) for the G band and the evolution of a shoulder to this peak were obtained in the Raman spectra of the nanocomposites, probably due to compressive forces exerted on the MWCNTs by PE chains and indicating intercalation of PE into the MWCNT bundles. The electrical conductivity and linear viscoelastic behaviour of these nanocomposites were investigated. A percolation threshold of about 7.5 wt% was obtained and the electrical conductivity of PE was increased significantly, by 16 orders of magnitude, from 10(-20) to 10(-4) S/cm. The storage modulus (G') versus frequency curves approached a plateau above the percolation threshold with the formation of an interconnected nanotube structure, indicative of 'pseudo-solid-like' behaviour. The ultimate tensile strength and elongation at break of the nanocomposites decreased with addition of MWCNTs. The diminution of mechanical proper-ties of the nanocomposites, though concomitant with a significant increase in electrical conductivity, implies the mechanism for mechanical reinforcement for PE/MWCNT composites is filler-matrix interfacial interactions and not filler percolation. The temperature of crystallisation (T.) and fraction of PE that was crystalline (F-c) were modified by incorporating MWCNTs. The thermal decomposition temperature of PE was enhanced by 20 K on addition of 10 wt% MWCNT. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.