PPG - Engenharia e Ciência dos Materiais
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- ItemAcesso aberto (Open Access)Ação cooperativa entre óxidos nanotubulares de tiow e mofuio66 para remoção de poluentes emergentes de águas de abastecimento(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-04) Disigant, Isabela [UNIFESP]; Rodrigues, Christiane de Arruda [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/9871865009697049; http://lattes.cnpq.br/4347574809400805Este estudo apresenta um fotocatalisador híbrido inovador para tratamento fotoelectrocatalítico de águas com baixas concentrações de poluentes. O fotocatalisador consiste em óxidos nanotubulares crescidos em liga TixW (com x= 0,5 e 5,0 m/m%) modificados com o metal organic framework UiO-66 (MOF UiO-66), visando degradar estrona (E1) e 17alfa etinilestradiol (EE2). A camada de óxido (Nt/TixW) foi preparada por anodização, enquanto as nanopartículas de UiO-66-NH2 foram sintetizadas por processo solvotérmico. Diferentes técnicas de modificação dos óxidos nanotubulares foram exploradas (drop-casting e spray coating) para otimizar a atividade fotocatalítica e o processo de sorção. Em experimentos foto(eletro)catalíticos utilizando soluções sintéticas com baixas concentrações de E1 e EE2 (10 mg L-1) e radiação UV-Vis (100W/cm2), todos os materiais modificados via spray coating mostraram cerca de 40% de aumento na degradação em comparação ao fotocatalisador não modificado. O desempenho sequencial dos fotocatalisadores, sem e com modificação com MOF, (Nt/TiO2 < Nt/Ti-0,5W < Nt/Ti-5,0W) foi mantido independentemente do tipo de tratamento usado (fotocatalítico ou fotoeletrocatalítico). Esse ganho foi atribuído ao aumento da sorção dos hormônios pelo MOF, observando a interação cooperativa entre fotocatalisador e o adsorvente. Em condições de matrizes reais de água, a taxa de remoção fotoelectrocatalítica de E1utilizando Nt/Ti-5,0W modificado com UiO-66-NH2 via spray coating, sob radiação UV-Vis e 1,3V foi de 0,168 s-1, enquanto para EE2 foi de 0,310 min-1, aproximadamente 1,78 e 18,21 vezes mais rápida, respectivamente, do que a obtida com o fotocatalisador não modificado. A taxa mais lenta de degradação do EE2 é atribuída à formação de intermediários maiscomplexos que competem com moléculas orgânicas menores presentes na matriz real. A interação cooperativa entre NT/TixW e UiO-66-NH2 favoreceu o confinamento de poluentes e subprodutos dentro da estrutura do UiO-66-NH2, minimizando os efeitos de difusão e promovendo a degradação desses compostos pelo radical ●OH gerado na interface óxido/solução. Entre os eletrodos testados, o Nt/Ti-5,0W modificado com UiO-66-NH2 via spray coating demonstrou a maior eficiência e estabilidade durante os testes de reciclagem, destacando-se como promissor para aplicações em processos foto(electro)catalíticos para o tratamento de águas de abastecimento com baixas concentrações de poluentes.
- ItemEmbargoObtenção de scaffolds compósitos β-TCP/BG 45S5 com estrutura hierárquica de poros via impressão 3D para liberação de compostos ativos(Universidade Federal de São Paulo, 2024-09-30) Barbosa, Lucas [UNIFESP]; Trichês, Eliandra de Sousa [UNIFESP]; Tada, Dayane Batista [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/2894306023783490; http://lattes.cnpq.br/1619405333024881; http://lattes.cnpq.br/3157032350333864A engenharia tecidual e a medicina regenerativa são essenciais na ciência dos biomateriais na área ortopédica, atuando no desenvolvimento de scaffolds que promovem o crescimento e regeneração do tecido ósseo. Pesquisas recentes buscam o desenvolvimento de scaffolds multifuncionais, os quais além de promover a regeneração do tecido, também apresentem propriedades terapêuticas e/ou antimicrobianas, por meio da incorporação de compostos ativos, como nanopartículas ou fármacos. Entre os materiais utilizados para produção de scaffolds cerâmicos, destacam-se o β-fosfato tricálcico (β-TCP) e o vidro bioativo 45S5 (BG 45S5). A impressão direta de pastas (DIW, do inglês direct ink writing) e sua adaptação, a impressão direta de espumas (DFW, do inglês direct foam writing) são métodos que permitem a obtenção de scaffolds customizáveis ao local de aplicação, sendo a DFW uma alternativa para produção de scaffolds com estrutura hierárquica de poros. O azul de metileno (MB) é um composto ativo com ação antimicrobiana frente a diversos micro-organismos. Desta forma, este trabalho teve como objetivo a otimização dos parâmetros de obtenção de scaffolds de β-TCP/BG 45S5 com estrutura hierárquica de poros via impressão 3D com posterior incorporação do composto ativo MB. As imagens de MEV comprovaram que foi possível obter scaffolds com estrutura hierárquica de poros, com poros dispersos ao longo da superfície e no interior dos filamentos. A adição de BG 45S5 ao scaffolds elevou a resistência mecânica de 0,25 ± 0,05 MPa para 1,42 ± 0,49 MPa, mantendo a porosidade na faixa de 65% nos scaffolds com filamentos densos. Além disso, o BG 45S5 na composição dos scaffolds favoreceu a adsorção de MB. Em relação aos ensaios biológicos in vitro, o BG 45S5 favoreceu a inibição do crescimento da bactéria S. aureus, e o crescimento das células MG-63. A incorporação do MB promoveu alto efeito antimicrobiano em relação a bactéria estudada, sem comprometer consideravelmente a viabilidade celular das células MG-63. Assim, conclui-se que o objetivo do trabalho foi atingido sendo possível avaliar o material produzido em diferentes condições, produzindo resultados relevantes para a pesquisa em engenharia tecidual.
- ItemEmbargoEstudo do comportamento em fadiga de compósitos poliméricos de poliamida 6, poli(sulfeto de p-fenileno) e resina epóxi reforçados com fibra de carbono visando aplicação no setor automobilístico(Universidade Federal de São Paulo, 2024-09-25) Morgado, Guilherme Ferreira de Melo [UNIFESP]; Rezende, Mirabel Cerqueira [UNIFESP]; Passador, Fabio Roberto [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/0152213852695153; http://lattes.cnpq.br/3744737176516322; https://lattes.cnpq.br/4205759258300585A crescente utilização de compósitos estruturais com matrizes termoplásticas e termorrígidas na indústria automobilística deve-se às suas vantagens, como maior eficiência peso-potência, versatilidade no processamento e potencial para reúso e reciclagem. No entanto, uma das principais causas de falha em materiais é a fadiga, caracterizada por carregamentos cíclicos e deformações plásticas localizadas; porém, ainda pouco explorada na área de compósitos poliméricos estruturais. Nesse contexto, o presente trabalho visa contribuir na área de compósitos para uso no setor automotivo, por meio de um estudo sistemático de fadiga de compósitos termoplásticos (poliamida 6 (PA6) e poli(sulfeto de p-fenileno) (PPS)) e termorrígido (resina epóxi de cura rápida), reforçados com fibra de carbono (FC). Os compósitos foram preparados por moldagem por compressão a quente e avaliados quanto à qualidade do processamento (ultrassom e digestão ácida), propriedades mecânicas estáticas (tração e resistência ao cisalhamento interlaminar) e dinâmicas (fadiga), além de análises dinâmico-mecânicas (DMA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA) e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos mostraram que o laminado de FC/PPS apresentou a maior resistência em fadiga (640 MPa), seguido pelo de FC/PA6 (459 MPa) e o de FC/resina epóxi (360 MPa). Já os compósitos de FC/resina epóxi e FC/PPS apresentaram maior rigidez nos ensaios de tração e o de FC/PPS apresentou a maior resistência em cisalhamento. As análises de DMA permitiram determinar as temperaturas de transição vítrea (Tg) de 105 °C e 147 °C dos laminados de FC/PPS e FC/resina epóxi, respectivamente. As análises de TGA mostraram que o laminado de FC/PPS apresentou a maior estabilidade térmica. As análises morfológicas das superfícies de fratura das amostras ensaiadas mecanicamente revelaram os aspectos fractográficos presentes, os quais contribuíram para elucidar as extensões dos danos causados pelos ensaios mecânicos. A correlação dos dados obtidos neste estudo mostra que o laminado de FC/PPS apresentou o melhor desempenho mecânico e, de maneira geral, o estudo realizado dá subsídios importantes para o desenvolvimento de compósitos estruturais aplicados no setor automotivo.
- ItemEmbargoReciclagem mecânica de compósitos epóxi/fibras de carbono para o desenvolvimento de compósitos híbridos de resina epóxi, fibras de carbono e nanotubos de carbono(Universidade Federal de São Paulo, 2024-08-16) Santos, Maikon Stefano Dos [UNIFESP]; Passador, Fabio Roberto [UNIFESP]; Montagna , Larissa Stieven [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/6872952353977748; http://lattes.cnpq.br/0152213852695153; http://lattes.cnpq.br/9841251001173572Compósitos termorrígidos de resina epóxi reforçado com fibra de carbono (RE/FC) são amplamente utilizados em aplicações automobilísticas devido às excelentes propriedades mecânicas e estabilidade térmica desses materiais, por conta disso, um aumento exponencial desses resíduos industriais está sendo gerado. Este trabalho teve como objetivo realizar a reciclagem mecânica dos resíduos de compósitos de RE/FC e utilizar esse material para o desenvolvimento de compósitos híbridos, com matriz de RE reforçada com nanotubos de carbono (NTC) e partículas de compósitos RE/FC. Os resíduos de compósitos de RE/FC foram moídos, peneirados e posteriormente, caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). Para o desenvolvimento dos compósitos híbridos, o NTC foi homogeneizado com a RE utilizando uma ponteira ultrassônica e, posteriormente, foram adicionadas as partículas de compósitos de RE/FC, seguido da homogeneização com o auxílio de um agitador mecânico. Foram estudados diferentes teores de NTC (0,5 e 1 % em massa) e de compósitos de RE/FC (10, 20 e 30 % em massa), além da mistura das duas cargas. A mistura resultante foi vertida em moldes de silicone e curada em estufa para obtenção de corpos de prova. O processo de moagem teve uma eficiência de 96,6%, mostrando que é possível realizar a fragmentação e a moagem dos resíduos de RE/FC com uma alta eficiência. Por meio da análise viscosimétrica foi possível determinar o ciclo de cura e pelo DSC foi analisada Tg após exposição em diferentes tempos e temperaturas. Os compósitos desenvolvidos foram caracterizados quanto suas propriedades mecânicas, elétricas e eletromagnéticas. Ao analisar o comportamento de tensão máxima para os compósitos híbridos, observou-se que todas as composições apresentaram valores na ordem de 23 MPa. Para os compósitos híbridos produzidos com 1% em massa de NTC foi possível observar uma grande quantidade de NTC próximas as FC, formando um contato físico entre NTC e FC. Entre todas as composições estudadas a que mais se destacou foi o compósito híbrido com adição de 20% em massa de resíduos de RE/FC e 1% em massa de NTC, alcançando a maior eficiência de blindagem eletromagnética (25dB) na banda X.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Revestimento de amido de mandioca nanoestruturado com grafeno para desenvolvimento de embalagens celulósicas(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-22) Rinaldi, Alessandra Rigo [UNIFESP]; Yoshida, Cristiana Maria Pedroso [UNIFESP]; Silva, Classius Ferreira da [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4514485329529047; http://lattes.cnpq.br/3546808357732166; http://lattes.cnpq.br/9484761551887977O interesse por materiais de embalagem à base de papel tem aumentado devido às suas propriedades de reciclagem e biodegradação. A aplicação de revestimentos a partir de polímeros naturais, como amido, tem sido uma alternativa estudada nas substituições parciais dos polímeros sintéticos nos materiais multicamadas, atendendo a demanda de consumidores com maior preocupação ambiental. O grafeno é um material nanoestruturado, que pode ser incorporado como compósito em materiais de embalagens para promover melhores propriedades mecânicas e de barreira. Um material sustentável a partir de revestimento de filme de amido modificado de mandioca incorporando duas concentrações de grafeno em folhas de papel cartão foi desenvolvido e caracterizado quanto às propriedades de barreira (permeabilidade à umidade, permeabilidade à oxigênio, barreira à gordura), homogeneidade do revestimento, capacidade de absorção de água (Cobb Test) e propriedades mecânicas. No revestimento a base de amido de mandioca foi incorporado duas concentrações de grafeno 0,2% (AM-G1) e 0,4% (AM-G2). A barreira à umidade aumentou em 81,0% (AM-G1) e 87,8% (AM-G2) e o Cobb Test indicou maior retenção da água nos revestimentos contendo grafeno, a permeância ao ar reduziu nas amostras AM-G1 (22,6%) e AM-G2 (27%) quando comparado ao papel cartão sem revestimento (SR). As amostras revestidas alcançaram kit 9 (AM-G1) e kit 11 (AM-G2), demonstrando significativo aumento de barreira a gordura. A rigidez taber dos sistemas papel filme de amido com grafeno, aumentou indicando que o papel se tornou mais rígido. Também houve aumento na resistência ao rasgo e resistência à tração dos papéis cartão revestidos, enquanto o alongamento e o arrebentamento mantiveram-se estáveis. O revestimento de filme de amido contendo grafeno demonstrou ser uma alternativa à laminação polimérica em substratos celulósicos trazendo maior sustentabilidade à embalagem e promovendo melhora nas propriedades finais do papel cartão.