Novel furan polymer materials based on the reversible Diels-Alder reaction

A futura e inevitável escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos seus preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento impressionante de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de fornecedores de energia, mas também de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, em particular da biomassa vegetal. Entre estes, os polímeros derivados de monómeros furânicos constituem uma classe única de materiais cujas estruturas podem, em princípio, simular virtualmente os seus homólogos actualmente derivados de recursos fósseis. O anel furânico é uma estrutura heterocíclica com um carácter diénico pronunciado, o que torna-o um dieno particularmente apropriado para a reacção de Diels-Alder (DA) com dienófilos como a maleimida. Um dos aspectos mais relevantes da reacção de DA é a sua reversibilidade em função da temperatura, a qual permite que os aductos sejam facilmente revertidos nos seus precursores por aumento da temperatura (reacção de retro-DA). No caso específico da combinação furano-maleimida, a formação do aducto predomina até cerca de 60ºC, enquanto a reacção inversa é dominante acima de 100ºC. A combinação desta característica da reacção de DA com a química de compostos furânicos pode abrir um novo caminho para a preparação de materiais macromoleculares funcionais com base em fontes renováveis e com aplicações promissoras como auto-reparação e reciclabilidade. O principal objectivo desta Tese, é a síntese e caracterização de novos materiais poliméricos termo-reversíveis, aplicando a reacção de DA a monómeros complementares com estruturas dos tipos furânico (o dieno, designado por A) e de maleimida (o dienófilo, designado por B). A primeira etapa neste trabalho envolveu a síntese, purificação e caracterização de novos monómeros furânicos e de maleimida do tipo AA, A3, BB, B3, AB, AB2, cada um com diferentes grupos separadores das funções reactivas. Posteriormente, estes monómeros foram polimerizados e despolimerizados por ciclos de DA/retro-DA utilizando diferentes combinações. A formação e dissociação de todos os aductos de DA foram seguidas por ambas espectroscopias de UV e RMN de 1H. O primeiro sistema de DA estudado foi uma combinação modelo entre reagentes mono-funcionais (-A+-B), nomeadamente o acetato furfurílico (FA) e a N-metilmaleimida (MM), ambos comercialmente disponíveis. O objectivo desta abordagem foi estudar a cinética e o equilíbrio da formação/dissociação dos aductos de DA e obter indicações sobre as condições mais adequadas a serem usadas na preparação dos correspondentes novos materiais macromoleculares. Além disso, pretendia-se verificar a presença ou ausência de reacções secundárias que poderiam intervir em ambas as vias directa e inversa das reacções, mesmo após vários ciclos. A espectroscopia de UV forneceu informação quantitativa sobre a cinética de formação do aducto através da diminuição progressiva da absorvência máxima a 293 nm correspondente ao grupo maleimida, a diferentes temperaturas (35, 50, 65 ºC) Reciprocamente, a correspondente reacção de retro-DA foi seguida a 90 ºC através do aumento do mesmo pico. A reversibilidade destes sistemas foi verificada com sucesso após uma sequência de ciclos de DA/retro-DA. Adicionalmente, verificou-se que os espectros originaram um ponto isosbéstico, provando que estes sistemas não envolvem quaisquer reacções secundárias. Uma vez que foi usado um excesso de FA, as reacções de DA modelo apresentaram um comportamento cinético de pseudo-primeira ordem, com a constante de velocidade k mais alta (2.1x10-5 dm3mol-1s-1) para T=65 ºC. A correspondente energia de activação foi de 39.0 kJ.mol-1. A reacção de retro-DA seguiu um comportamento de primeira ordem, com constante de velocidade de 1.6x10-6 s-1. A evolução deste sistema por RMN de 1H a 65ºC deu-nos informações mais detalhadas sobre a sua evolução estrutural, ou seja, à medida que a intensidade dos picos atribuídos à formação do aducto aumentaram progressivamente ao longo do tempo, os pertencentes aos reagentes iniciais diminuiram proporcionalmente. O “rendimento final”, calculado após 20 dias à temperatura ambiente, foi de aproximadamente 70%. A reacção de retro-DA foi depois seguida a 90ºC, observando-se tal como na espectroscopia de UV, o deslocamento da reacção no sentido da regeneração dos reagentes de partida. A viabilidade de múltiplos ciclos de DA/retro-DA estabelecidos pela espectroscopia de UV foi igualmente confirmada por RMN de 1H. O passo seguinte envolveu o estudo de um sistema de policondensação linear baseado no crescimento gradual por reacção de DA entre um monómero bisfurânico A-A e um do tipo bismaleimida B-B, seguindo a mesma abordagem que no sistema modelo. O poliaducto linear foi obtido a partir de soluções equimolares dos monómeros, por reacção de DA a 65ºC. O progresso desta polimerização foi seguido por espectroscopia de UV e RMN de 1H e, mais qualitativamente, pelo aumento da viscosidade do meio. A reacção seguiu um comportamento de segunda ordem, com uma constante de velocidade de 9.4x10-6 dm3mol-1s-1, e observou-se novamente um ponto isosbéstico nos dados de UV. Os espectros de RMN apresentaram o padrão esperado, nomeadamente o aumento progressivo dos sinais associados ao aducto e a correspondente diminuição dos grupos furano e maleimida livres. A despolimerização do poliaducto através da reacção de retro-DA foi seguida a 110ºC usando as mesmas técnicas. Os dados de UV mostraram o retorno progressivo da absorção dos grupos de maleimida, seguindo um comportamento cinético de primeira ordem, com constante de velocidade de 2.5x10-6 s-1, até à completa regeneração de ambos os monómeros. Os espectros de RMN providenciaram mais uma vez informação estrutural sobre o progresso da despolimerização, a qual foi acompanhada por uma diminuição progressiva da viscosidade. Adicionalmente, para seguir a retro- DA, adicionou-se um excesso de composto furânico monofuncional, nomeadamente o 2,5-dimetilfurano (DMFu), ao sistema de modo a bloquear as funções maleimida complementares, evitando assim a repolimerização após arrefecimento. Os productos isolados foram então o monómero bisfurânico AA, DMFu que não reagiu e o bisaducto não-polimerizável de BB com DMFu. Este resultado indicou claramente que o polímero foi de facto revertido nos seus monómeros durante a reacção de retro-DA. O terceiro sistema estudado foi outra polimerização linear, seguindo as mesmas condições experimentais que os anteriores, mas com uma estratégia diferente de modo a contornar o problema clássico de assegurar a estequiometria exacta dos monómeros. As estruturas dos monómeros utilizados incorporam ambos os grupos reactivos, i.e, moléculas do tipo A-B. A polimerização prematura destes monómeros intrinsecamente reactivos foi evitada com a protecção do grupo maleimida na forma de um aducto de DA com furano, até a incorporação do substituinte furânico na outra extremidade. Portanto, a policondensação destes monómeros foi iniciada após a desprotecção in situ deste composto mediante aquecimento, seguido de arrefecimento até à temperatura adequada para polimerizar. Os resultados obtidos por UV e RMN sugerem que de facto o uso de monómeros do tipo A-B oferece um melhor sistema linear. Em seguida, foram estudados sistemas de policondensação não-linear por reacção de DA, entre monómeros (um ou ambos) com funcionalidade superior a dois, nomeadamente sistemas do tipo A3+B-B ou A-A+B3, seguindo mais uma vez as mesmas condições experimentais. Uma vez que utilizam monómeros complementares contendo, em média, mais de duas funcionalidades, estes sistemas conduzem a materiais reticulados. Nestes estudos, foram usadas três razões molares de [maleimida]/[furano], nomeadamente 1.0, 0.75 e 0.5, de modo a estudar ambas as situações de não-gelificação e reticulação. Ambos sistemas apresentaram um comportamento regular e boa reciclabilidade quer para gerar situações que possam conduzir à formação de redes a diferentes graus de conversão, ou que possam parar antes da sua obtenção, conforme previsto pela equação de Flory-Stockmayer. Como esperado, a utilização de grupos complementares em quantidades estequiométricas produziu o espessamento mais rápido e a reticulação quase completa; à medida que a quantidade relativa de monómero trifuncional decresceu, as reacções pararam antes da reticulação, ou seja, originaram meios altamente viscosos contendo polímeros solúveis altamente ramificados. As reacções de retro-DA a 110 ºC conduziram à gradual dissolução das partículas de gel (quando presentes), tendo sido comprovado pelos espectros de UV e de RMN de 1H, evidenciado a regeneração dos monómeros. Tal como no sistema do tipo A-A+B-B, a reacção de retro-DA foi seguida adicionando um excesso de DMFu ao sistema reaccional. Como esperado, os produtos finais foram os monómeros furânicos, o DMFu em excesso e o trisaducto ou o bisaducto maleimida-DMFu, o que confirma a eficiência da despolimerização com regeneração dos monómeros iniciais. O último sistema de policondensação por reacção de DA envolveu um monómero assimetricamente substituído do tipo AB2, capaz de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas que não reticulam. Este estudo preliminar deste sistema foi seguido nas mesmas condições experimentais que os anteriores, apresentando um comportamento com as características esperadas.

Teoria da mente, linguagem e competências sociais em crianças ao nível pré-escolar

A compreensão dos estados mentais dos outros – Teoria da Mente (TM) – é um processo crucial no desenvolvimento cognitivo e social. A relação entre a Teoria da Mente e a Linguagem tem sido alvo de vários estudos ao longo das últimas décadas (Happé, 1995; de Villiers & Villiers, 2000; Astington, 2001; Ruffman et al., 2002; Lohmann & Tomasello, 2003; Astington & Baird, 2005; Astington & Pelletier, 2005; Farrar et al, 2009). Neste estudo avaliaram-se 229 crianças entre os 3 e os 7 anos que frequentavam jardim-de-infância. Destas 229 crianças, foram constituídos dois grupos, um constituído por crianças com desenvolvimento típico (GN) e outra por crianças com Perturbações da Fala/ Linguagem (GPFL), sendo que neste último foi ainda criado um sub-grupo de crianças com Perturbações Desenvolvimentais da Linguagem (SGPDL). Foi aplicado um teste de avaliação da TM, constituído por três sub-testes (Compreensão de falsas crenças de primeira ordem, crenças e desejos e acesso ao conhecimento) e um teste de avaliação de linguagem (T.A.L.C.) Foi também pedido aos cuidadores o preenchimento de um Questionário de Avaliação das Competências Sociais (Rydell et al., 1997). Verificou-se a existência de uma associação positiva e significativa entre a idade e a TM. Por outro lado, observou-se a presença de uma associação negativa e significativa entre a idade de início de fala e a TM. De uma forma geral, verifica-se que a TM está associada de forma positiva e estatisticamente significativa com os scores da linguagem, sendo esta relação mais forte relativamente aos aspectos relativos às Intenções comunicativas e score total de Expressão e Compreensão da linguagem. Vimos também que as crianças do SGPDL apresentaram scores inferiores ao nível da TM relativamente ao GN. Encontramos diferenças estatisticamente significativas em relação ao tempo de duração da prova de TM entre o GN e o GPFL, tendo estes últimos necessitado de maior tempo de resposta. Relativamente à associação existente entre competências sociais e TM, verificamos que não se encontrou a existência de correlações estatisticamente significativas, excepto para o factor “Altruísmo”. Pensa-se que este aspecto estará relacionado com o facto das competências de TM avaliadas neste estudo não se encontrarem associadas às questões emocionais, as quais constituem um sub-tipo de TM do tipo afectivo, mas antes do sub-tipo cognitivo. Os indivíduos GN apresentaram valores para a “Orientação Pró-Social”, “Iniciação Social” e score Total das Competências Sociais significativamente superiores às crianças do GPFL.

Machine learning techniques for music information retrieval

Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Detection of Incipient Thermal Damage Of Carbon Fiber/Epoxy Composites Using Fluorescent Thermal Damage Probes

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2013

MASH structures for bandpass sigma-delta modulators

The paper presents simulation results from investigating the behaviour of multistage (MASH) oversampled bandpass sigma-delta (Σ-Δ) modulators for use in analogue to digital converters for high frequency narrowband applications such as the signals out of the intermediate frequency (IF) section of a superheterodyne radio receiver. The bandpass configurations under consideration have in their loop filter a cascade of second-order resonator structures in order to achieve acceptable noise shaping. The quantisation noise in each stage is suppressed by feeding the error of each section into the input of the following stages. It is demonstrated that the triple effective-first-order bandpass MASH structure has significantly better performance compared with the effective-second-order effective-first-order bandpass MASH structure.

Enhanced bio-decolourisation of acid orange 7 by Shewanella oneidensis through co-metabolism in a microbial fuel cell

The decolourisation of acid orange 7 (AO7) (C.I.15510) through co-metabolism in a microbial fuel cell by Shewanella oneidensis strain 14063 was investigated with respect to the kinetics of decolourisation, extent of degradation and toxicity of biotransformation products. Rapid decolourisation of AO7 (>98% within 30 h) was achieved at all tested dye concentrations with concomitant power production. The aromatic amine degradation products were recalcitrant under tested conditions. The first-order kinetic constant of decolourisation (k) decreased from 0.709 ± 0.05 h−1 to 0.05 ± 0.01 h−1 (co-substrate – pyruvate) when the dye concentration was raised from 35 mg l−1 to 350 mg l−1. The use of unrefined co-substrates such as rapeseed cake, corn-steep liquor and molasses also indicated comparable or better AO7 decolourisation kinetic constant values. The fully decolourised solutions indicated increased toxicity as the initial AO7 concentration was increased. This work highlights the possibility of using microbial fuel cells to achieve high kinetic rates of AO7 decolourisation through co-metabolism with concomitant electricity production and could potentially be utilised as the initial step of a two stage anaerobic/aerobic process for azo dye biotreatment.

Uncertainty assessment approach for composite structures based on global sensitivity indices

The problem of uncertainty propagation in composite laminate structures is studied. An approach based on the optimal design of composite structures to achieve a target reliability level is proposed. Using the Uniform Design Method (UDM), a set of design points is generated over a design domain centred at mean values of random variables, aimed at studying the space variability. The most critical Tsai number, the structural reliability index and the sensitivities are obtained for each UDM design point, using the maximum load obtained from optimal design search. Using the UDM design points as input/output patterns, an Artificial Neural Network (ANN) is developed based on supervised evolutionary learning. Finally, using the developed ANN a Monte Carlo simulation procedure is implemented and the variability of the structural response based on global sensitivity analysis (GSA) is studied. The GSA is based on the first order Sobol indices and relative sensitivities. An appropriate GSA algorithm aiming to obtain Sobol indices is proposed. The most important sources of uncertainty are identified.

Projeto de fundações e estrutura de colégio em Ponta Delgada utilizando os eurocódigos estruturais

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Uncertainty analysis based on sensitivity applied to angle-ply composite structures

This article describes a finite element-based formulation for the statistical analysis of the response of stochastic structural composite systems whose material properties are described by random fields. A first-order technique is used to obtain the second-order statistics for the structural response considering means and variances of the displacement and stress fields of plate or shell composite structures. Propagation of uncertainties depends on sensitivities taken as measurement of variation effects. The adjoint variable method is used to obtain the sensitivity matrix. This method is appropriated for composite structures due to the large number of random input parameters. Dominant effects on the stochastic characteristics are studied analyzing the influence of different random parameters. In particular, a study of the anisotropy influence on uncertainties propagation of angle-ply composites is carried out based on the proposed approach.

From local to global importance measures of uncertainty propagation in composite structures

The influence of uncertainties of input parameters on output response of composite structures is investigated in this paper. In particular, the effects of deviations in mechanical properties, ply angles, ply thickness and on applied loads are studied. The uncertainty propagation and the importance measure of input parameters are analysed using three different approaches: a first-order local method, a Global Sensitivity Analysis (GSA) supported by a variance-based method and an extension of local variance to estimate the global variance over the domain of inputs. Sample results are shown for a shell composite laminated structure built with different composite systems including multi-materials. The importance measures of input parameters on structural response based on numerical results are established and discussed as a function of the anisotropy of composite materials. Needs for global variance methods are discussed by comparing the results obtained from different proposed methodologies. The objective of this paper is to contribute for the use of GSA techniques together with low expensive local importance measures.

Current mortars in conservation: an overview

Renders are an important item in historical buildings and the need for their periodical re-application is a basic conservation procedure. In modern times there has been a trend towards the replacement of traditional pure lime mortars by new formulations including Portland cement or hydraulic lime. Apart from those interventions on specific and very important monuments, in which the use oftraditional non-hydraulic mortars can be enforced, in most of the projects involving less than first order magnitude heritage the use of some sort of hydraulic components is becoming the rule rather than the exception. The present paper describes and analyses the results of an experimental study with ten formulations of current mortars - including some that can hardly be considered as adequate conservation procedures - allowing a direct comparison in terms of some of the most relevant characteristics.

Addressing software impact in the design of remote laboratories

Remote Laboratories or WebLabs constitute a first-order didactic resource in engineering faculties. However, in many cases, they lack a proper software design, both in the client and server side, which degrades their quality and academic usefulness. This paper presents the main characteristics of a Remote Laboratory, analyzes the software technologies to implement the client and server sides in a WebLab, and correlates these technologies with the characteristics to facilitate the selection of a technology to implement a WebLab. The results obtained suggest the adoption of a Service Oriented Laboratory Architecture-based approach for the design of future Remote Laboratories so that client-agnostic Remote Laboratories and Remote Laboratory composition are enabled. The experience with the real Remote Laboratory, WebLab-Deusto, is also presented.

The role of a transcrustal shear zone in orogenic gold mineralization at the Aijanahalli Mine, Dharwar Craton, South India

The Ajjanahalli gold mine is spatially associated with a Late Archean craton-scale shear zone in the eastern Chitradurga greenstone belt of the Dharwar craton, India. Gold mineralization is hosted by an similar to100-m-wide antiform in a banded iron formation. Original magnetite and siderite are replaced by a peak metamorphic alteration assemblage of chlorite, stilpnomelane, minnesotaite, sericite, ankerite, arsenopyrite, pyrite, pyrrhotite, and gold at ca. 300degrees to 350degreesC. Elements enriched in the banded iron formation include Ca, Mg, C, S, An, As, Bi. Cu, Sb, Zn, Pb, Se, Ag, and Te, whereas in the wall rocks As, Cu, Zn, Bi, Ag, and An are only slightly enriched. Strontium correlates with CaO, MgO, CO2, and As, which indicates cogenetic formation of arsenopyrite and Mg-Ca carbonates. The greater extent of alteration in the Fe-rich banded iron formation layers than in the wall rock reflects the greater reactivity of the banded iron formation layers. The ore fluids, as interpreted from their isotopic composition (delta(18)O = 6.5-8.5parts per thousand; initial Sr-87/Sr-86 = 0.7068-0.7078), formed by metamorphic devolatilization of deeper levels of the Chitradurga greenstone belt. Arsenopyrite, chalcopyrite, and pyrrhotite have delta(34)S values within a narrow range between 2.1 and 2.7 per mil, consistent with a sulfur source in Chitradurga greenstone belt lithologies. Based on spatial and temporal relationships between mineralization, local structure development, and sinistral strike-slip deformation in the shear zone at the eastern contact of the Chitradurga greenstone belt, we suggest that the Ajjanahalli gold mineralization formed by fluid infiltration into a low strain area within the first-order structure. The ore fluids were transported along this shear zone into relatively shallow crustal levels during lateral terrane accretion and a change from thrust to transcurrent tectonics. Based on this model of fluid flow, exploration should focus on similar low strain areas or potentially connected higher order splays of the first-order shear zone.

An algebraic operator approach to the analysis of Gerber-Shiu functions

We introduce an algebraic operator framework to study discounted penalty functions in renewal risk models. For inter-arrival and claim size distributions with rational Laplace transform, the usual integral equation is transformed into a boundary value problem, which is solved by symbolic techniques. The factorization of the differential operator can be lifted to the level of boundary value problems, amounting to iteratively solving first-order problems. This leads to an explicit expression for the Gerber-Shiu function in terms of the penalty function.

1985 Marketing Award

In 1985 Vickers & Benson was awarded a certificate of excellence for the "First Order" marketing campaign for McDonald's Restaurants.