Síntese e caracterização de novos líquidos iónicos biocompatíveis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioorgânica

Sistemas geotérmicos de baixa entalpia estudos de caracterização térmica

A crescente atenção revelada pelas sociedades nos últimos anos, no que respeita à sustentabilidade energética do planeta, tornou-se o principal impulsionador para o desenvolvimento de formas de exploração de energia que contribuem para a redução dos gases com efeito de estufa. A energia geotérmica de baixa entalpia (Shallow Geothermal Energy–SGE) é um dos tipos de energia verde utilizados para aquecimento e arrefecimento de edifícios. Nas últimas décadas, tem vindo a demonstrar uma elevada eficácia energética e aplicabilidade em diversos países em todo o mundo. Aos sistemas convencionais de exploração abertos e fechados, seguiram-se os sistemas com estruturas de fundações termoactivas. A Suíça e Áustria foram os países pioneiros onde se iniciou a exploração utilizando este tipo de estruturas, primeiro com recurso a lajes de fundo e depois, em 1984, através de estacas. A utilização generalizada de fundações de forma bi-funcional poderá resultar numa compensação sustentável dos seus custos de implementação. No entanto, é necessário conhecer de forma sólida o comportamento geotécnico dos solos face à imposição das diferentes acções térmicas provocadas pelos Sistemas Geotérmicos de Baixa Entalpia. A eficácia dos Ground Energy Systems (GES) está directamente associada à capacidade que os solos apresentam para fornecer ou dissipar calor. O desempenho dos GES e a sua eficiência está ainda por avaliar relativamente às condições existentes em Portugal. As propriedades térmicas dos solos são um desses aspectos, sendo da maior relevância na avaliação do seu desempenho. Nesta dissertação são abordados os diferentes mecanismos de transferência de calor nos solos bem como propriedades térmicas necessárias para a sua caracterização. Apresenta-se também um caso prático, para o qual foi realizada caracterização térmica e posterior modelação numérica de uma estrutura termoactiva, determinando-se os campos de temperaturas máximos e mínimos e os fluxos térmicos provocados pelo seu funcionamento.

Preparação e caracterização de micropartículas de polissacarídeos produzidas por secagem por atomização para libertação controlada de fármacos

Neste trabalho trabalho produziram-se micropartículas de polissacarídeos contendo um fármaco anticancerígeno, o 5-Fluorouracil, ou um anti-inflamatório, a Prednisolona, utilizando como matrizes encapsulantes o quitosano e o FucoPol. As micropartículas foram produzidas pelo método de secagem por atomização (spray-drying). Foram estudados vários reticulantes biocompatíveis: o ácido glutâmico; o ácido cítrico e a lisina. As micropartículas produzidas foram caracterizadas em termos de morfologia, tamanho, propriedades químicas, propriedades térmicas, cristalinidade e eficiência de encapsulamento recorrendo a técnicas como microscopia electrónica de varrimento (SEM), Espectro de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), difracção de raios-X (XRD) e espectroscopia UV. Os perfis de concentração foram obtidos realizando ensaios de libertação em dois meios distintos, em Suco Gástrico Simulado (pH=1,2) e Suco Intestinal Simulado (pH=6,8) e foram calculadas as velocidades de libertação para cada ensaio. Verificou-se que os ensaios com o fármaco modelo Prednisolona em matrizes de quitosano em meio ácido, pH=1,2, apresentam uma libertação mais lenta. Os reticulantes mais adequados para o quitosano são o ácido glutâmico para a libertação no estômago, a pH=1,2, e o ácido cítrico para a libertação no intestino, a pH=6,8. Em relação ao FucoPol, a concentração de reticulante mais adequada para ambos os meios de libertação revelou ser a de 50% em massa de lisina relativamente à massa de FucoPol.

Structure-property relationships in polymer nanocomposites

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos

Free-standing multilayered membranes based on graphene and natural polymers for biomedical applications

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica)

Intermetallic layer formation and influence in solder joints reliability

Dissertação de mestrado integrado em Materials Engineering

Estudo da degradação de membranas arquitetónicas

Dissertação de mestrado Internacional em Sustentabilidade do Ambiente Construído

Extração e caracterização do amido de diferentes genótipos de bananeira

A banana, uma das principais herbáceas cultivadas em grande quantidade no mundo e importante fonte de energia para as pessoas, tem obtido interesse como matéria-prima para a produção de farinha e fécula para uso alimentício e outros fins industriais, devido ao elevado conteúdo de amido nos frutos verdes. O trabalho teve como objetivo caracterizar os frutos verdes de sete genótipos de bananeira quanto à composição química e avaliar o conteúdo de amilose, propriedades de pasta e térmicas dos amidos destes genótipos. Os resultados obtidos mostraram diferenças significativas na composição química dos frutos, com maior teor de amido na cultivar Figo Cinza. As análises dos amidos mostraram valores de amilose de 26,68 a 33,95% e propriedades de pasta com elevado pico de viscosidade, baixa resistência à temperatura e agitação (quebra de viscosidade) e tendência à retrogradação para todos os amidos. Nas propriedades térmicas, os amidos mostraram um endoderma, temperatura de gelatinização na faixa de 60 a 73ºC com DH variando de 11,6 a 16,99 J g-1 na gelatinização e 4,11 a 7,97 J g-1 na retrogradação.

Temperatura do solo afetada pela irrigação e por diferentes coberturas

RESUMO A irrigação suplementar e a cobertura do solo ("mulching") são práticas de manejo comumente usadas na agricultura. O objetivo deste trabalho foi quantificar a temperatura do solo desnudo com e sem irrigação, e sob diferentes coberturas do solo. Um ensaio de campo foi conduzido em Santa Maria-RS (29o 43' S latitude, 53º 42' W longitude e 95 m de altitude), com seis diferentes áreas: solo desnudo sem e com irrigação, solo com "mulching" de plástico transparente (espessura 100 µm), "mulching" de plástico opaco preto (espessura 110 µm), "mulching" de plástico opaco branco (espessura 150 µm) e cobertura vegetal com palha na dose de 5 t ha-1. A temperatura do solo foi medida a 0,05 m de profundidade, diariamente, às 15h (18 UTC), no período de 10-10-2011 a 31-05-2012. Foram também realizadas medidas horárias de temperatura do solo em quatro dias sem nebulosidade, em outubro e novembro de 2011, e janeiro e março de 2012. A temperatura do solo diurna seguiu a sequência: plástico transparente (42,4 oC) > plástico opaco preto (37,8 oC) > solo desnudo sem irrigação (33,4 oC) > solo desnudo com irrigação (29,2oC) > palha (27,0 oC) > plástico opaco branco (24,6 oC). A região de Santa Maria-RS, tem potencial físico de aquecimento do solo com a técnica da solarização.

Efeito do tamanho dos grânulos nas características estruturais e físico-químicas do amido de trigo

A distribuição de tamanho dos grânulos influencia diretamente a composição química do amido, afetando sua funcionalidade, características de gelatinização, susceptibilidade enzimática, e cristalinidade. Os grânulos de amido de trigo possuem distribuição bimodal de tamanho e são divididos em grânulos tipo A (10-40 µm) e B (<10 µm). Neste trabalho amidos de trigo obtidos de quatro diferentes cultivares foram isolados e fracionados por tamanho. Amidos de diferentes tamanhos foram analisados quanto ao teor de lisofosfolipídeos e amilose, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, susceptibilidade enzimática, poder de inchamento e propriedades térmicas e de pasta. O fracionamento possibilitou a divisão dos grânulos em grandes (>15 µm) e pequenos (<10 µm). Independente da cultivar, grânulos grandes apresentaram diâmetro médio de 22 µm e formato lenticular, enquanto grânulos pequenos mostraram diâmetro médio de 6 µm e forma arredondada. Grânulos grandes apresentaram menor teor de lisofosfolipídeos, maior teor de amilose e menor índice de cristalinidade (IC) quando comparados aos pequenos. Apesar da maior cristalinidade, os grânulos pequenos foram mais susceptíveis à hidrólise que os grânulos grandes, sugerindo que a susceptibilidade enzimática dos grânulos pequenos está relacionada à sua maior área superficial.

Compósitos de polipropileno com fibra de vidro utilizando viniltrietoxisilano como agente de adesão

Compósitos de polipropileno (PP) com cargas inorgânicas tem sido cada vez mais aplicados na obtenção de peças automotivas, eletrodomésticos e outros. O crescimento da aplicação destes materiais foi possível com o advento da tecnologia de adesão que consiste no uso de um agente que promove a interação físico-química na interface carga/matriz. Neste trabalho, o viniltrietoxisilano (VTES) foi empregado como agente de adesão em compósitos de PP com fibras de vidro curtas. A reação do VTES com PP por via radicalar foi estudada em câmara de mistura e por extrusão reativa, comparando-se os dois processos. O VTES reage com o PP na ausência de iniciador de reação radicalar em processos com alto cisalhamento. A reação modifica o comportamento reológico do polímero, sem afetar significativamente as propriedades térmicas e mecânicas. O teor de VTES tem influência sobre o peso molecular de produtos sem peróxido. Compósitos de PP contendo 20% de fibras de vidro foram obtidos por extrusão reativa e câmara de mistura, analisando-se o efeito de VTES sobre as propriedades mecânicas, reológicas e a morfologia dos produtos. Um estudo das condições de processamento por extrusão reativa é apresentado, comparando dois métodos a) pré-impregnação do polímero com os reagentes e b) adição de uma solução dos reagentes num estágio avançado da extrusora. A quebra diferenciada das fibras durante o processamento por extrusão pode ser explicada através comportamento reológico observado pelas medidas de torque na câmara de mistura O VTES age no sentido de promover a adesão na interface matriz / fibra, o que pode ser verificado pela morfologia do material. A degradação do material é influenciada pela exposição ao ar, pelo tempo de residência e pela temperatura na extrusão. O módulo dos compósitos contendo VTES é dependente do comprimento das fibras. A tensão de ruptura aumenta em presença de VTES.

Simulação de reatores de polimerização de estireno : modelagem cinética e termodinâmica

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Síntese de materiais fotossensíveis baseados em corantes fluorescentes como meio ativo para dispositivos ópticos

Neste trabalho realizou-se a síntese e caracterização de novos derivados 2- (2’-hidroxifenil)benzazólicos. Estas moléculas apresentam um bom rendimento quântico de fluorescência, um grande deslocamento de Stokes (> 150 nm) e elevadas estabilidades térmica e fotofísica devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular que ocorre no estado excitado (TPIEE). Estes derivados contêm grupos funcionais suscetíveis a sofrer reações de polimerização com monômeros acrílicos e grupos trietoxissilanos capazes de ligarem-se covalentemente a polímeros inorgânicos como sílicas e zeolitas, com interesse na geração de materiais fotossensíveis. Estes fluoróforos apresentam bandas de absorção na região entre 300 - 360 nm do espectro, justamente onde se localizam os comprimentos de onda de emissão de alguns lasers de bombeamento, como por exemplo o laser de N2 (337 nm) e o terceiro harmônico do laser de Nd:Yag (355 nm). Além disso, sob excitação com luz ultravioleta, estes compostos emitem fluorescência entre 500 - 580 nm, região espectral de alto interesse tecnológico para aplicações em telecomunicações e medicina. A copolimerização dos novos corantes com metilmetacrilatos e a heterogeneização com sílica e zeolitas resultou em polímeros altamente fluorescentes com excelentes propriedades térmicas e ópticas. Além dos corantes benzazólicos foram utilizados outros corantes comercialmente disponíveis com emissão laser do azul até o vermelho. Foram eles: o Estilbeno 420, DPS (4,4’-difenilestilbeno), PBBO 2-(4-bifenilil)-6-fenilbenzoxazol- 1,3, as cumarinas C500, C503, C540A, C343, C440, C460, C480 e uma nova cumarina funcionalizada com um grupo acrilato C434+HEMA, os pirrometenos PM597 e PM650 e a rodamina Rh640. Com estes corantes foram sintetizados polímeros e copolímeros de metacrilato de metila e metacrilato de 2-hidroximetila e suas propriedades fotofísicas e laser foram avaliadas.

Estudo do comportamento plástico, mecânico, microestrutural e térmico do concreto produzido com resíduo de porcelanato

Population growth experienced in major cities, allied to society s need of infra-structure, especially ones related to habitational demands, increases the consumption of construction materials. As a consequence, consumption of natural resources itself. Thus, due to this process, concrete is one of the most produced materials in civil construction. This is also due to the great diversity of its application, easiness in its execution and adequate mechanical performance, as well as low production costs. Following the same tendencies in construction development, the ceramic industry has intensified the production of porcelain ceramic tiles and floors. These are achieved by a fine finishing and receive polishing at the end of the fabrication process. This work researched the use of porcelain residues in polishing for the production of concrete. All of which; due to economical and environmental issues. This process aims to prove adequate destiny for this type of residue, due to environmental issues, incorporating it to the concrete itself; all of which provides economy in consumption of the materials that constitute concrete. Thus, the main characteristics of concrete were investigated through the inclusion of different concentration of the porcelain residue as additional trait element. The residue rates incorporated to the trait varied from 10% to 50% in relation to the cement mass, in the traits with plastic additives and without plastic additives. It is observed that the inclusion of porcelain residue produced a meaningful alteration in the consistency of fresh concrete. This residue has a fine granulometry and it considerably absorbed the water used in the concrete spreading, influencing the way this material is dealt with. Thus, the value of cement striking decreases with the increase of residues present in trait. The maximal incorporation of the residue was of 50%, massively, for the same factor water/initial cement. The use of residues in concrete results in an 40% increase in the compression resistance. It is also proportional to residue concentration of porcelain in the trait. The microstructure was also favored once porosity and concrete absorption decreases with the use of this residue. The parameters demonstrate the quality and durability of the concrete produced with this residue. The use of porcelain residue in concrete composition has not produced meaningful thermal behavior changes. Thermal conductivity, heat capacity and thermal diffusivity have been maintained basically constant

Desevolvimento de nanocompósitos de poli(metacrilato de metila)/argila processados por mistura no estado fundido

Poly(methyl methacrylate)/clay nanocomposites were prepared by melt mixing using a montmorillonite-rich clay (MMT). The clay in natura was treated with acrylic acid to facilitate the dispersion in the polymer matrix. A masterbatch of PMMA/clay was prepared and combined with the pure PMMA and then subjected to extrusion process using singlescrew and twin-screw extruders followed by injection. Nanocomposites were processed with clay contents of 1, 3, 5 and 8 wt.%. The effect of shear processing on the morphology of the nanocomposites was evaluated by XRD, SEM and TEM. Thermal and mechanical properties of the nanocomposites were investigated through TGA, DSC, HDT, VICAT, tensile and impact tests, to evaluate the effect of the addition of clay to the PMMA matrix. Flammability tests were also conducted to investigate the effect of the addition of clay on the flame retardation properties. SEM images of the nanocomposites indicated the presence of clay agglomerates, which resulted in the reduction of properties such as thermal stability, mechanical strength and impact resistance, and increased the rate of burning for materials processed by both extrusion routes