Effect of fiber orientation in gelled poly (vinylience fluoride) electrospun membranes for Li-ion battery applications

Battery separators based on electrospun membranes of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) have been prepared in order to study the effect of fiber alignment on the performance and characteristics of the membrane. The prepared membranes show an average fiber diameter of ~272 nm and a degree of porosity of ~87 %. The gel polymer electrolytes are prepared by soaking the membranes in the electrolyte solution. The alignment of the fibers improves the mechanical properties for the electrospun membranes. Further, the microstructure of the membrane also plays an important role in the ionic conductivity, being higher for the random electrospun membrane due to the lower tortuosity value. Independently of the microstructure, both membranes show good electrochemical stability up to 5.0 V versus Li/Li+. These results show that electrospun membranes based on PVDF are appropriate for battery separators in lithium-ion battery applications, the random membranes showing a better overall performance.

Modifying fish gelatin electrospun membranes for biomedical applications: cross- linking and swelling behavior

Development of suitable membranes is a fundamental requisite for tissue and biomedical engineering applications. This work presents fish gelatin random and aligned electrospun membranes cross-linked with glutaraldehyde (GA). It was observed that the fiber average diameter and the morphology is not influenced by the GA exposure time and presents fibers with an average diameter around 250 nm. Moreover, when the gelatin mats are immersed in a phosphate buffered saline solution (PBS), they can retain as much as 12 times its initial weight of solution almost instantaneously, but the material microstructure of the fiber mats changes from the characteristic fibrous to an almost spherical porous structure. Cross-linked gelatin electrospun fiber mats and films showed a water vapor permeability of 1.37 ± 0.02 and 0.13 ± 0.10 (g.mm)/(m2.h.kPa), respectively. Finally, the processing technique and cross-linking process does not inhibit MC-3T3-E1 cell adhesion. Preliminary cell culture results showed good cell adhesion and proliferation in the cross-linked random and aligned gelatin fiber mats.

Effect of neutralization and cross-linking on the thermal degradation of chitosan electrospun membranes

Thermal degradation of as electrospun chitosan membranes and samples subsequently treated with ethanol and cross-linked with glutaraldehyde (GA) have been studied by thermogravimetry (TG) coupled with an infrared spectrometer (FTIR). The influence of the electrospinning process and cross-linking in the electrospun chitosan thermal stability was evaluated. Up to three degradation steps were observed in the TG data, corresponding to water dehydration reaction at temperatures below 100 ºC, loss of side groups formed between the amine groups of chitosan and trifluoroacetic acid between 150 – 270 ºC and chitosan thermal degradation that starts around 250 ºC and goes up to 400 ºC. The Kissinger model was employed to evaluate the activation energies of the electrospun membranes during isothermal experiments and revealed that thermal degradation activation energy increases for the samples processed by electrospinning and subsequent neutralization and cross-linking treatments with respect to the neat chitosan powder.

Predicting the mechanical behavior of amorphous polymeric materials under strain through multi-scale simulation

Polymeric materials have become the reference material for high reliability and performance applications. However, their performance in service conditions is difficult to predict, due in large part to their inherent complex morphology, which leads to non-linear and anisotropic behavior, highly dependent on the thermomechanical environment under which it is processed. In this work, a multiscale approach is proposed to investigate the mechanical properties of polymeric-based material under strain. To achieve a better understanding of phenomena occurring at the smaller scales, the coupling of a finite element method (FEM) and molecular dynamics (MD) modeling, in an iterative procedure, was employed, enabling the prediction of the macroscopic constitutive response. As the mechanical response can be related to the local microstructure, which in turn depends on the nano-scale structure, this multiscale approach computes the stress-strain relationship at every analysis point of the macro-structure by detailed modeling of the underlying micro- and meso-scale deformation phenomena. The proposed multiscale approach can enable prediction of properties at the macroscale while taking into consideration phenomena that occur at the mesoscale, thus offering an increased potential accuracy compared to traditional methods.

Produto Aquaoli: projeto de design industrial em aquariofilia

Esta dissertação de mestrado, apresenta a elaboração de um projeto de design industrial em aquariofilia - Aquaoli. Pretende-se criar uma nova tipologia de aquários inovadora e distinta, projetando o produto com o intuito deste cumprir com todos os parâmetros exigidos pelo mercado e produção do mesmo. Definiu-se a criança entre os 7 e os 11 anos como público-alvo deste projeto. Assim, pretende-se um resultando promissor para a empresa AQUATLANTIS apostar e lucrar com o seu desenvolvimento. Para que este projeto obtivesse bons resultados, foi realizada uma pesquisa aprofundada, desde a aquariofilia (a sua história, biologia e mercado), do aquariófilo atual (psicologia do consumidor e as suas responsabilidades), até ao estado da arte (da AQUATLANTIS e dos produtos existentes no mercado). Este projeto foi desenvolvido em várias vertentes de design, procurando ser o mais completo possível. Isso foi viável com o desenvolvimento do produto e de todos os seus componentes em três dimensões, o desenvolvimento de maquetes e de protótipos do produto, o desenvolvimento do packaging e campanha promocional, a definição de preço custo e métodos de produção dos objetos, entre outros parâmetros. Obteve-se um projeto de design industrial bastante completo e com potencial para ser implementado no mercado, cativando a atenção do público-alvo e obtendo vendas elevadas. O aquário apresenta-se distinto dos existentes, principalmente no facto de ser modular, muito interativo, pedagógico e incorporar uma estrutura invulgar e particularmente cativante para as crianças. Este produto subdivide-se em dois conjuntos vendidos separadamente (Aquarium Pack e Kit-1 Pack), apresentando assim uma estratégia de marketing que pretende que a criança que o adquira pela primeira vez, venha a desejar adquirir mais produtos desta gama, procurando aumentar a sua estante e/ou o número de aquários e animais que incorpora na mesma.

Chemical treatment of papaya seeds aiming at long-term storage and control of damping off

Damping off is a nursery disease of great economic importance in papaya and seed treatment may be an effective measure to control. The aim of this work was to evaluate the quality of papaya seeds treated with fungicides and stored under two environmental and packaging conditions. Additionally, the efficiency of fungicide treatments in the control of damping-off caused by Rhizoctonia solani was evaluated. Papaya seeds were treated with the fungicides Captan, Tolylfluanid and the mixture Tolylfluanid + Captan (all commercial wettable powder formulations). Seeds of the control group were not treated. The seeds were stored for nine months in two conditions: packed in aluminum coated paper and kept at 7 ± 1ºC and in permeable kraft paper and kept in non-controlled environment. At the beginning of the storage and every three months the seed quality (germination and vigor tests), emergence rate index, height, dry mass and damping of plants in pre and post-emergence (in contaminated substrate and mycelia-free substrate) were analyzed. Both storage conditions as well as the fungicide treatments preserved the germination and seed vigor. In the infested substrate, seedling emergence was favored by fungicides, but in post-emergence, fungicides alone did not control the damping off caused by R. solani. Symptoms of damping off were not observed in the clean substrate. The results showed that the fungicide treatments may be used to pretreat papaya seed for long-term storage and commercialization.

Relevance of physicochemical characterization in nanotoxicology studies

Nanomaterials (NMs) with the same chemistry can greatly differ by size, surface area, shape, stability, rigidness, coating or electrical charge and these characteristics affect nano-bio interactions, leading to different toxic potential. In this communication is shown that closely related NMs can have different genotoxic effects, evidencing the importance of investigating the toxic potential of each NM individually, instead of assuming a common mechanism and equal genotoxic effects for a set of similar NMs. The importance of considering complexity of in vivo systems in nanotoxicology, such as the use of tridimensional cellular models, air-liquid interface exposure or in vivo models that mimic human routes of exposure, is underlined.

Placas de OSB: investigação e estudo laboratorial das suas características de desempenho

A utilização de placas de OSB – Oriented Strand Board está em franca expansão no território nacional e parece ser uma alternativa ecológica e económica aos painéis de derivados de madeira normalmente usados. O OSB é obtido num processo de fabrico resultante da interacção de diversas variáveis, que conferem aos painéis uma vasta gama de aplicações estruturais ou não estruturais (paredes exteriores e interiores, pavimentos, coberturas, componentes de vigas, cofragens, embalagens, móveis, elementos de decoração, etc.). Neste trabalho pretendeu-se investigar, através de pesquisa bibliográfica as características das placas OSB assim como seu processo de fabrico e condicionantes existentes no seu decurso. Em seguida estas foram comparadas com os seus principais concorrentes, o contraplacado e o aglomerado de madeira e cimento. O trabalho experimental realizado teve como objectivo analisar as propriedades de OSB, proveniente do mercado nacional, de acordo com a EN 300:2006 e com os dados recolhidos na pesquisa bibliográfica. Foram executados ensaios de flexão (EN 310:2002), inchamento em espessura (EN 317:2002) e ensaios de flexão após envelhecimento (EN 321:2010). Concluiu-se que o OSB é um material com algumas características de destaque, no entanto a substituição de outros derivados de madeira por este deve ser acompanhada por estudos, principalmente em ambientes húmidos. É importante realçar que este possui modelos com características específicas para determinadas utilizações e ambientes que possibilitam uma optimização do seu comportamento, no entanto, nos ensaios realizados apenas foi utilizado um modelo base de OSB.

Assessment of exposure to airborne ultrafine particles in the urban environment of Lisbon, Portugal

The aim of this study was the assessment of exposure to ultrafine in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, and consisted of the determination of deposited alveolar surface area in an avenue leading to the town center during late spring. This study revealed differentiated patterns for weekdays and weekends, which could be related with the fluxes of automobile traffic. During a typical week, ultrafine particles alveolar deposited surface area varied between 35.0 and 89.2 μm2/cm3, which is comparable with levels reported for other towns such in Germany and the United States. These measurements were also complemented by measuring the electrical mobility diameter (varying from 18.3 to 128.3 nm) and number of particles that showed higher values than those previously reported for Madrid and Brisbane. Also, electron microscopy showed that the collected particles were composed of carbonaceous agglomerates, typical of particles emitted by the exhaustion of diesel vehicles. Implications: The approach of this study considers the measurement of surface deposited alveolar area of particles in the outdoor urban environment of Lisbon, Portugal. This type of measurements has not been done so far. Only particulate matter with aerodynamic diameters <2.5 (PM2.5) and >10 (PM10) μm have been measured in outdoor environments and the levels found cannot be found responsible for all the observed health effects. Therefore, the exposure to nano- and ultrafine particles has not been assessed systematically, and several authors consider this as a real knowledge gap and claim for data such as these that will allow for deriving better and more comprehensive epidemiologic studies. Nanoparticle surface area monitor (NSAM) equipments are recent ones and their use has been limited to indoor atmospheres. However, as this study shows, NSAM is a very powerful tool for outdoor environments also. As most lung diseases are, in fact, related to deposition of the alveolar region of the lung, the metric used in this study is the ideal one.

Validação da eficácia dos procedimentos de limpeza, no equipamento de fabrico e embalagem, na indústria farmacêutica

Na indústria farmacêutica, a limpeza dos equipamentos e superfícies é muito importante no processo de fabrico/embalagem dos produtos farmacêuticos. Possíveis resíduos contaminantes devem ser removidos dos equipamentos e das superfícies envolvidas no processo. De acordo com as Boas Práticas de Fabrico (GMP), os procedimentos de limpeza e os métodos analíticos usados para determinar as quantidades de resíduos devem ser validados. O método analítico combinado com o método de amostragem utilizado na colheita de amostras deve ser sujeito a um ensaio de “recovery”. Neste trabalho apresenta-se uma estratégia inovadora para a validação de limpeza de formas farmacêuticas semi-sólidas. Propõe-se o uso de um método de amostragem que consiste na colheita direta de amostra após o seu fabrico, sendo a análise de resíduos feita directamente nesta amostra. Os produtos escolhidos para a avaliação da estratégia foram dois medicamentos dermatológicos, apresentados na forma de pomada e produzidos numa unidade de fabrico de vários produtos, pela Schering Plough Farma/ Merck Sharp & Dohme (Cacém, Portugal). Como métodos analíticos para a quantificação dos resíduos, utilizaram-se métodos validados por via espectrofotométrica (HPLC), usados na análise do produto acabado. A validação de limpeza foi avaliada através da análise de uma quantidade conhecida de pomada (produto B (*)), usando o método de análise da pomada fabricada anteriormente (produto A (*)), de modo a verificar-se a existência ou não de agente de limpeza e substâncias ativas deixadas após a limpeza do produto A, e vice-versa. As concentrações residuais das substâncias ativas e do agente de limpeza encontradas após a limpeza foram nulas, ou seja, inferiores ao limite de deteção (LOD), sendo que o critério de aceitação da limpeza utilizado foi de 6,4 x 10-4 mg/g para a substância ativa 1 (*); 1,0 x 10-2 mg/g para a substância ativa 2 (*); 1,0 x 10-3 mg/g para a substância ativa 3 (*) e de 10 ppm para o agente de limpeza. No ensaio de “recovery”, obtiveram-se resultados acima de 70% para todas as substâncias ativas e para o agente de limpeza nas duas pomadas. Antes de se proceder a este ensaio de “recovery”, houve a necessidade de ajustar as condições cromatográficas dos métodos analíticos de ambos os produtos e do agente de limpeza, por forma a obter-se valores da conformidade do sistema (fator de tailling e de resolução) de acordo com as especificações. A precisão dos resultados, reportada como desvio padrão relativo (RSD), deu abaixo de 2,0%, excepto nos ensaios que envolvem a substância ativa 3, cuja especificação é inferior a 10,0%. Os resultados obtidos demonstraram que os procedimentos de limpeza usados na unidade de fabrico em causa são eficazes, eliminando assim a existência de contaminação cruzada.

Desenvolvimento de pastilha potencialmente probiótica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

HACCP numa indústria corticeira: implementação, identificação de pontos críticos e proposta de acções correctivas

Mestrado em Engenharia Química

Chronic liver disease staging classification based on ultrasound, clinical and laboratorial data

In this work the identification and diagnosis of various stages of chronic liver disease is addressed. The classification results of a support vector machine, a decision tree and a k-nearest neighbor classifier are compared. Ultrasound image intensity and textural features are jointly used with clinical and laboratorial data in the staging process. The classifiers training is performed by using a population of 97 patients at six different stages of chronic liver disease and a leave-one-out cross-validation strategy. The best results are obtained using the support vector machine with a radial-basis kernel, with 73.20% of overall accuracy. The good performance of the method is a promising indicator that it can be used, in a non invasive way, to provide reliable information about the chronic liver disease staging.

Análise e optimização dos consumos de utilidades (vapor e energia eléctrica) na Petibol – Embalagens de Plásticos, S.A.

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Emissões de carbono: caracterização do perfil de emissões de gases de efeito de estufa associadas à Monteiro, Ribas - Embalagens Flexíveis, S.A.

A presente dissertação tem como principal objectivo estimar as emissões de carbono resultantes das actividades da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A. A realização do inventário de gases de efeito estufa permite que a Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A, identifique quais as suas fontes emissoras e quantifique as emissões de gases de efeito estufa, permitindo criar estratégias de redução das mesmas. A elaboração do inventário foi fundamentada nas directrizes do Greenhouse Gas Protocol, obedecendo aos princípios de relevância, integrabilidade, consistência, transparência e exactidão. A metodologia adoptada utiliza factores de emissão documentados para efectuar o cálculo das emissões de gases de efeito de estufa (GEE). Estes factores são rácios que relacionam as emissões de GEE com dados de actividade específicos para cada fonte de emissão. Como emissões directas (âmbito 1), foram quantificadas as emissões provenientes do uso de gás natural nas caldeiras, consumo de vapor e de água quente, e as emissões do veículo comercial da empresa. Como emissões indirectas de âmbito 2, incluem-se as resultantes da electricidade consumida. As emissões indirectas estimadas de âmbito 3 referem-se, no caso em estudo, ao transporte de resíduos, ao deslocamento de funcionários para a empresa e às viagens de negócio. Face ao tipo de emissões identificadas, criou-se uma ferramenta de cálculo que contém todos os valores de factores de emissão que podem ser utilizados em função das características específicas dos dados de actividade relativos às várias fontes emissoras da Empresa. Esta ferramenta permitirá, no futuro, aperfeiçoar o cálculo das emissões, a partir de uma melhor sistematização da informação disponível. Com este trabalho também foi possível identificar a necessidade de recolher e organizar alguma informação complementar à já existente. O ano base considerado foi 2011. Os resultados obtidos mostram que, neste ano, as actividades da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A serão responsáveis pela emissão de 2968,6 toneladas de CO2e (dióxido de carbono equivalente). De acordo com a Decisão 2007/589/CE da Comissão de 18 de Julho de 2007 conclui-se que a Monteiro, Ribas Embalagens e Flexíveis S.A. se enquadra na categoria de instalações com baixo níveis de emissões pois as suas emissões médias anuais são inferiores a 25000 toneladas de CO2e. Conclui-se que a percentagem maior das emissões estimadas (50,7 %) é proveniente do consumo de electricidade (emissões indirectas, âmbito 2), seguida pelo consumo de gás natural (emissões directas) que representa 39,4% das emissões. Relacionando os resultados obtidos com a produção total da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A, em 2011, obtém-se o valor de 0,65 kg de CO2e por cada quilograma de produto final. Algumas das fontes emissoras identificadas não foram incorporadas no inventário da empresa, nomeadamente o transporte das matérias-primas e dos produtos. Isto deve-se ao facto de não ter sido possível compilar a informação necessária, em tempo útil. Apesar de se tratar de emissões indirectas de âmbito 3, consideradas opcionais, recomenda-se que num próximo trabalho deste tipo, essas emissões possam vir a ser quantificadas. As principais incertezas associadas às estimativas de emissão dizem respeito aos dados de actividade uma vez que foi a primeira vez que a empresa realizou um inventário de gases de efeito de estufa. Há informações mais específicas sobre os dados de actividade que a empresa dispõe e que poderá, de futuro, sistematizar de uma forma mais adequada para a sua utilização com este fim.