http://hdl.handle.net/10183/71 2026-06-29T11:38:06Z 2026-06-29T11:38:06Z Barboza, Larissa da Silva http://hdl.handle.net/10183/307236 2026-05-29T11:02:52Z 2025-01-01T00:00:00Z

Propriedades mecânicas e tribológicas de composto elastomérico com adição de cinza de casca de arroz Barboza, Larissa da Silva A intensificação das discussões em torno da sustentabilidade e da minimização dos impactos ambientais tem impulsionado o desenvolvimento de alternativas mais ecológicas na formulação de compostos elastoméricos. Nesse contexto, a substituição parcial ou total do negro de fumo por cargas de sílica vem sendo estudada para a produção de compostos ecológicos de borracha, que proporciona economia e/ou eficiência energética. O presente trabalho teve como objetivo avaliar comparativamente o efeito da adição da cinza de casca de arroz (CCA), obtida por processos de queima distintos, na formulação de compostos elastoméricos, como carga alternativa substituinte ao negro de fumo. Corpos de prova foram produzidos e testados visando sua aplicação em bandas de rodagem de pneus, buscando menor impacto ambiental. Foram analisadas três amostras distintas de CCA: a primeira obtida por pirólise (decomposição térmica em meio inerte - CCA1), a segunda obtida por processo de combustão via leito fluidizado (CCA2) e a terceira obtida a partir da calcinação da CCA2 (CCA3). As amostras foram incorporadas à matriz elastomérica em substituições parciais ao negro de fumo nas proporções de 10, 15 e 20 phr, com base em uma formulação padrão para compostos de banda de rodagem. Essas substituições foram realizadas com base em um teor total de 65 phr de negro de fumo originalmente presente na formulação, de modo que as quantidades adicionadas de CCA correspondem à substituição parcial desse conteúdo. Adicionalmente, nas formulações contendo CCA, foi empregado organossilano de origem renovável como agente compatibilizante, com o objetivo de promover uma melhor interação interfacial entre a carga e a matriz elastomérica. Os compostos desenvolvidos foram caracterizados quanto às suas propriedades reológicas, físicas, mecânicas e dinâmico-mecânicas. Os resultados demonstraram que é possível obter um composto satisfatório ao substituir 10 phr de negro de fumo por cinza de casca de arroz, com propriedades de resistência ao rolamento aprimoradas, contribuindo para a redução do consumo de combustível, reforçando o potencial dessas formulações para aplicações que demandam maior eficiência energética e menor impacto ambiental ao longo do ciclo de vida do produto. Porém, acima de 10 phr, o impacto na resistência à abrasão torna a substituição do negro de fumo pela CCA inviável. Foi possível concluir, através dos resultados obtidos, que os diferentes métodos de obtenção da cinza de casca de arroz não impactaram significativamente nas características macroscópicas do material vulcanizado, tendo-se observado um comportamento semelhante nas formulações com as diferentes CCAs aplicadas, o que indica que a variabilidade do processo de obtenção da CCA não compromete o desempenho do composto. Esse resultado é positivo, pois amplia a flexibilidade na escolha do método de processamento da cinza, sem prejuízo às propriedades do material final, favorecendo sua aplicação industrial e a viabilidade técnica da substituição parcial do negro de fumo. Dessa forma, os resultados obtidos demonstram a viabilidade de alinhar práticas sustentáveis ao uso de matérias-primas oriundas de fontes renováveis, além de promover o reaproveitamento de resíduos, contribuindo para a redução de impactos ambientais e o desenvolvimento de materiais mais sustentáveis.; The intensification of discussions about sustainability and the reduction of environmental impacts has driven the development of more eco-friendly alternatives in the formulation of elastomeric compounds. In this context, the partial or total replacement of carbon black with silica-based fillers has been studied to produce environmentally friendly rubber compounds that provide energy savings and/or energy efficiency. This study aimed to comparatively evaluate the effect of rice husk ash (CCA), obtained through different processes, in the formulation of elastomeric compounds, to investigate its potential as an alternative filler to replace carbon black. Test specimens were produced and evaluated for potential application in tire tread compounds, seeking reduced environmental impact. Three distinct CCA samples were analyzed: the first produced by pyrolysis (thermal decomposition in an inert atmosphere – CCA1), the second by fluidized bed combustion (CCA2), and the third obtained by calcining CCA2 (CCA3). These samples were incorporated into the elastomeric matrix as partial replacements for carbon black at proportions of 10, 15, and 20 phr, based on a standard formulation for tire tread compounds. These substitutions were carried out considering a total content of 65 phr of carbon black originally present in the formulation, such that the amounts of CCA added correspond to a partial replacement of this content. Additionally, in the formulations containing CCA, a renewable-based silane coupling agent was employed to promote improved interfacial interaction between the filler and the elastomeric matrix. The developed compounds were characterized in terms of their rheological, physical, mechanical, and dynamic-mechanical properties. The results demonstrated that it is possible to achieve a satisfactory compound by replacing 10 phr of carbon black with rice husk ash, with improved rolling resistance properties, thus contributing to reduced fuel consumption and reinforcing the potential of these formulations for applications that require higher energy efficiency and lower environmental impact throughout the product life cycle. However, above 10 phr, the negative impact on abrasion resistance makes the replacement of carbon black with CCA unfeasible. The results also indicated that the different CCA production methods did not affect the properties of the vulcanized material, with similar behavior observed in the formulations with the different CCAs applied. This indicates that variability in the RHA production process does not compromise the overall performance of the compound. This outcome is positive, as it increases flexibility in the choice of ash processing method without detriment to the properties of the final material, thereby favoring industrial application and the technical feasibility of the partial replacement of carbon black. Thus, the results demonstrate the viability of aligning sustainable practices with the use of raw materials from renewable sources, while also promoting the reuse of agro-industrial waste, contributing to reduced environmental impact and the development of more sustainable materials.

2025-01-01T00:00:00Z Virgili, Anike Hübner http://hdl.handle.net/10183/302916 2026-04-03T10:58:28Z 2023-01-01T00:00:00Z

Método sol-gel para a obtenção de materiais nanoestruturados aplicados como filmes antimicrobianos, sensores eletroquímicos e suportes para imobilização de enzimas Virgili, Anike Hübner Neste trabalho foram desenvolvidos materiais com diferentes configurações, através do método sol-gel de síntese, que foram aplicados como: filmes antimicrobianos, sensores eletroquímicos e suportes para imobilização de enzimas. Assim, na primeira parte do trabalho foi desenvolvido um sistema constituído por nanopartículas de ouro, quitosana e APTMS (3- aminopropiltrimetoxisilano), que foi utilizado na preparação de filmes nanoestruturados empregando a técnica drop-casting. Estes filmes apresentaram boa homogeneidade e baixa rugosidade. Os filmes contendo os três componentes (nanopartículas de ouro, quitosana e APTMS) exibiram alto desempenho antimicrobiano contra a bactéria Salmonella Typhimurium, em comparação com o filme branco (preparado na ausência de nanopartículas de ouro). Na segunda parte do trabalho foi desenvolvido um sistema constituído por um xerogel magnético, mesoporoso, de sílica/nióbia, contendo partículas de magnetita esféricas (com diâmetro médio de 330 nm), que foi utilizado na preparação de um sensor eletroquímico para determinação de p-nitrofenol. Este material (MP@SiNb), composto por Fe3O4 (ca. 25% m/m), SiO2 (ca. 42% m/m) e Nb2O5 (ca. 33% m/m) apresentou mesoporos na faixa de 20 a 50 nm e uma área superficial específica significativa de 68 m2 .g−1. Essas características permitiram sua aplicação na construção de um eletrodo de pasta de carbono modificado (MP@SiNb-CPE), que se mostrou sensível e seletivo para determinação de p-nitrofenol, abrangendo amostras reais de água. Na terceira parte do trabalho foi desenvolvido um sistema constituído por um xerogel mesoporoso de sílica, organofuncionalizado com 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano (GPTMS), que foi utilizado como suporte para imobilização de enzimas lipase. Este suporte, denominado Si-GPTMS, apresentou bons parâmetros para a imobilização de enzimas, como área superficial específica de ~160 m2 .g−1 e mesoporos com máximo de distribuição em ~22 nm. Devido a estas características texturais, este material foi aplicado para a imobilização de enzimas lipase Candida antarctica B (CalB) e Thermomyces lanuginosus (TLL). Foram feitos testes de imobilização utilizando diversas cargas de enzima CalB no suporte Si-GPTMS. O maior rendimento e eficiência de imobilização foi obtido para o material com a menor carga de enzima, SiGCalB-10. Alguns testes de imobilização, onde foi modificado o volume total de solução enzimática por grama de suporte, mostraram diferentes valores dos parâmetros de imobilização, atividade e massa de proteína imobilizada através da reação de hidrólise do p nitrofenilpalmitato (p-NPP). Os ensaios de estabilidade térmica mostraram que a enzima livre perde sua atividade em temperatura de 60 ºC, enquanto que o biocatalisador SiGCalB-10 apresentou atividade após 1 h de reação em temperatura de 80 ºC. A enzima livre e o biocatalisador heterogêneo foram aplicados na reação de síntese do éster butirato de butila, atingindo 80% de conversão em até 6 h de reação, a 50 ºC. Os ensaios de reuso do biocatalisador SiGCalB-10 mostraram que após 9 ciclos de 3 h, ao longo de 40 dias, o mesmo manteve aproximadamente 90% da atividade inicial.; In this study, materials with different configurations were developed using the sol-gel synthesis method, which were applied as: antimicrobial films, electrochemical sensors and support for enzyme immobilization. Thus, in the first part of the study, a system composed of gold nanoparticles, chitosan, and APTMS (3-aminopropyltrimethoxysilane) was developed, which was used to prepare nanostructured films using the drop-casting technique. These films exhibited good homogeneity and low roughness. The films containing all three components (gold nanoparticles, chitosan, and APTMS) exhibited high antimicrobial performance against the bacteria Salmonella Typhimurium compared to the blank film (prepared in the absence of gold nanoparticles). In the second part of the study, a system was developed consisting of a magnetic, mesoporous, silica/niobia xerogel, containing spherical magnetite particles (with an average diameter of 330 nm), which was used in the preparation of an electrochemical sensor for the determination of p-nitrophenol. This material (MP@SiNb), comprised of Fe3O4 (ca. 25% w/w), SiO2 (ca. 42% w/w), and Nb2O5 (ca. 33% w/w), exhibited mesopores in the range of 20 to 50 nm and a significant specific surface area of 68 m2 .g−1 . These characteristics allowed its application in the construction of a modified carbon paste electrode (MP@SiNb-CPE), which proved to be sensitive and selective for the determination of p-nitrophenol, including real water samples. In the third part of the study, a system was developed consisting of a mesoporous silica xerogel, organofunctionalized with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS), which was used as a support for immobilizing lipase enzymes. This support, named Si-GPTMS, presented good parameters for enzyme immobilization, such as a specific surface area of ~160 m2 .g−1 and mesopores with maximum distribution at ~22 nm. Due to these textural characteristics, this material was applied for the immobilization of Candida antarctica B (CalB) and Thermomyces lanuginosus (TLL) lipase enzymes. Immobilization tests were carried out using various loads of CalB enzyme on the Si-GPTMS support. The highest yield and immobilization efficiency was obtained for the material with the lowest enzyme load, SiGCalB 10. Some immobilization tests, where the total volume of enzyme solution per gram of support was modified, showed different values of the immobilization parameters, activity and mass of immobilized protein through the hydrolysis reaction of p-nitrophenylpalmitate (p-NPP). Thermal stability tests showed that the free enzyme loses its activity at a temperature of 60 ºC, while the SiGCalB-10 biocatalyst showed activity after 1 h of reaction at a temperature of 80 ºC. The free enzyme and the heterogeneous biocatalyst were applied in the synthesis reaction of butyl butyrate ester, achieving 80% conversion within 6 hours of reaction, at 50 ºC. Reusability tests of SiGCalB-10 biocatalyst indicated that after 9 cycles of 3 hours, over 40 days, it retained approximately 90% of its initial activity.

2023-01-01T00:00:00Z Schmude, Angelika Von http://hdl.handle.net/10183/302899 2026-04-02T11:03:11Z 2025-01-01T00:00:00Z

Materiais híbridos magnéticos fluorescentes como reveladores de vestígios papilares latentes Schmude, Angelika Von Nesta tese, foram desenvolvidos e avaliados pós magneto-fluorescentes obtidos a partir de materiais acessíveis e de baixo custo para a revelação de vestígios papilares latentes. Foram utilizadas matrizes de óxido de cério e de titânio, polimetilmetacrilato e uma mistura de amido de milho e bicarbonato de sódio, nas quais foram adicionados corantes sintetizados (benzoxazóis) e comerciais, além de uma mistura de pós de ferro e níquel para a incorporação de propriedades ópticas e magnéticas durante a cominuição no moinho de bolas de alta energia. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto aos aspectos morfológicos e propriedades físico-químicas. Posteriormente, os reveladores foram testados em impressões papilares latentes naturais e sebáceas depositadas sobre vidro e avaliados por um papiloscopista quanto ao seu desempenho. Os resultados indicaram maior afinidade de todos os reveladores com resíduos sebáceos. No conjunto, o óxido de cério foi identificado como base de melhor desempenho. Para as impressões naturais, a matriz composta por amido de milho e bicarbonato de sódio teve os melhores resultados. A metodologia utilizada, compreendendo o processo de mistura e a adição de elementos para modular propriedades opto-magnéticas, se mostrou eficiente para a obtenção de pós reveladores, próprios para a aplicação e com propriedades magneto-fluorescentes customizáveis.; In this thesis, magneto-fluorescent powders were developed and evaluated from accessible and low-cost materials for the development of latent fingerprints. Cerium oxide and titanium oxide, polymethyl methacrylate, and a mixture of corn starch and sodium bicarbonate were used as matrices, to which synthesized (benzoxazoles) and commercial dyes were added, as well as a mixture of iron and nickel powders to incorporate optical and magnetic properties during comminution in a high-energy ball mill. The obtained materials were characterized in terms of morphological and physicochemical properties. Subsequently, the developers were tested on natural and sebaceous latent fingerprints deposited on glass and evaluated by a forensic fingerprint examiner regarding their performance. The results indicated a greater affinity of all developers for sebaceous residues. Overall, cerium oxide was identified as the best performing base material. For natural prints, the matrix composed of corn starch and sodium bicarbonate showed the best results. The methodology employed, comprising the mixing process and the addition of elements to modulate opto-magnetic properties, proved to be efficient for obtaining revealing powders suitable for the intended application and with costumizable magneto-fluorescent properties.

2025-01-01T00:00:00Z Cerveira, Vinicius http://hdl.handle.net/10183/302405 2026-03-22T11:01:05Z 2025-01-01T00:00:00Z

Efeito do desprendimento anômalo de H2 sobre o Zinco e suas ligas Cerveira, Vinicius O Efeito da Diferença Negativa (Negative Difference Effect - NDE) é caracterizado pelo aumento anômalo do desprendimento de hidrogênio (HER) durante polarização anódica. Embora amplamente descrito para magnésio e alumínio, sua ocorrência no zinco ainda não havia sido comprovada experimentalmente. Neste trabalho, apresenta-se a primeira demonstração sistemática do NDE no Zn, obtida a partir de ensaios realizados em amostras bulk, empregadas como modelos representativos de revestimentos a base de zinco, utilizando uma metodologia de volumetria gasosa de alta precisão, combinada a ensaios eletroquímicos em NaCl 0,1 molL-1 a pH 9. Os resultados revelam que o Zn polarizado galvanostaticamente apresenta aumento significativo da corrente de H2 mesmo em regime anódico, podendo representar até 20% da corrente total, confirmando o NDE. As ligas Al43.5Zn1.5Si e Zn3.5Al3Mg também exibiram o fenômeno, com intensificação da 𝑖H2 em relação ao Zn puro, demonstrando que a presença de Al e Mg favorece a manifestação do efeito. A atuação de inibidores no Zn foi avaliada, mostrando que tanto o ácido húmico (HA) quanto o tratamento com Cr(VI) reduzem a HER em correntes baixas. A identificação do NDE no zinco e em suas ligas amplia o entendimento dos mecanismos de corrosão, com implicações diretas na previsão de vida útil e no desenvolvimento de revestimentos e inibidores mais eficientes. Além da utilização de elementos de liga para redução do NDE para galvanizados ou na utilização dessas ligas em implantes temporários.; The Negative Difference Effect (NDE) is characterized by the anomalous increase in the hydrogen evolution reaction (HER) when the potential increases. Although widely reported for magnesium and less frequently for aluminum, its occurrence on zinc had not yet been experimentally demonstrated. In this work, the systematic evaluation of the NDE on Zn was performed using bulk samples employed as model system representative of zinc-based coatings, combining a high-precision gas volumetry methodology with electrochemical tests in 0.1 mol.L-1 NaCl at pH 9. The results show that galvanostatically polarized Zn exhibits a significant increase in H₂ current when the potential is increased, reaching the calculated HER current density up to 20% of the iZn, confirming the NDE. The Al43.5Zn1.5Si and Zn3.5Al3Mg alloys also exhibited the NDE phenomenon, with intensified 𝑖H2 compared to pure Zn, demonstrating that the presence of Al and Mg enhances the NDE effect. The action of inhibitors on Zn was also evaluated, showing that both humic acid (HA) and Cr(VI) treatments reduce the HER intensity at lower applied currents. The identification of the NDE phenomenon on zinc and its alloys improves the understanding of corrosion processes and directly impacts the prediction of service life and suggest the design of more efficient protective coatings with the possible addition of alloying elements with HER inhibition.

2025-01-01T00:00:00Z