Дисертації з теми "Materiali naturali"

Il presente lavoro di tesi si colloca all interno del settore di ricerca incentrato sullo studio di innovativi materiali compositi polimerici rinforzati con fibre naturali di origine vegetale. Lo studio di caratterizzazione meccanica è stato corredato da quello sui modelli previsionali del comportamento meccanico. Infatti, in campo ingegneristico, è indispensabile disporre di modelli fisici che permettono di stimare con adeguata accuratezza la proprietà meccaniche dei materiali da impiegare. Come già esposto nel capitolo 3, i convenzionali modelli previsionali (regola delle miscele) presenti in letteratura sono per lo più sviluppati ed offrono risultati attendibili solo per compositi con rinforzi di tipo unidirezionale e di fibre sintetiche, quindi in linea generale per materiali di natura omogenea (es. vetro resina). Pochi studi sono incentrati sui compositi rinforzati con tessuti tecnici bi- o multiassiali a base di fibre corte (mat) o yarn di fibre corte, soprattutto se di natura vegetale. Nel corso degli ultimi anni sono stati proposti alcuni modelli previsionali che permettono di apportare le opportune correzioni ai modelli classici della micromeccanica in relazione alle peculiarità dei tessuti di fibre vegetali. Considerando che la letteratura è scarna di pubblicazioni riguardo studi su tali modelli previsionali e non essendo possibile avere la certezza assoluta che essi si adattano al tipo di composito in esame, si è proceduto con lo studio e la validazione dei più significativi modelli con i compositi oggetto dello studio. Considerando, inoltre, che un classico problema con i filati ritorti è il loro diverso comportamento meccanico, allo stato secco e reticolato all interno del composito, [68,89], si è pensato di finalizzare lo studio a sviluppare un approccio affidabile per determinare le proprietà del filato in modo da poterle usare direttamente nei modelli previsionali per ottenere sempre più risultati aderenti al comportamento. In conclusione, ci si è posto l obiettivo di individuare un possibile campo di impiego e le eventuali limitazioni ai materiali studiati con l intento di analizzare gli aspetti positivi e negativi di natura ingegneristica.

Gli Organs-on-chips (OOCs) sono modelli 3D in vitro di organi umani miniaturizzati, progettati per riprodurre la biologia e fisiologia degli omologhi in vivo. I sistemi OOCs integrano: microingegneria, tecnologie di microfluidica e principi di biomimesi per ricreare gli aspetti chiave di un organo, includendo anche criticità dell’architettura tissutale, interazioni cellula-cellula e ambiente extracellulare. In sostanza, sono costituiti da un chip multifluidico in cui le cellule d’interesse vengono coltivate in 3D; è possibile realizzare questi sistemi a partire da cellula staminali da cui vengono ottenuti organoidi che messi in coltura su una matrice di supporto all’intero del sistema microfluidico mimano l’organo. Nel presente studio si è voluto testare la capacità di una serie di matrici di supporto, naturali e sintetiche, a sostenere la proliferazione e il differenziamento di organoidi di fegato murino, con applicazione futura all’interno di un sistema OOCs. Queste piattaforme creative, e la loro ulteriore integrazione in Multi-Organs-on-chips, possono portare nuovi benefici a diverse applicazioni come: lo sviluppo in vitro di modelli umani di organi sani e malati, l’indagine dei meccanismi fondamentali di eziologia delle patologie e organogenesi, valida alternativa alla sperimentazione animale per quanto riguarda la tossicità dei farmaci e lo studio di target farmacologici ed infine ideale piattaforma per lo sviluppo di nuove terapie.

I materiali compositi CFRP possiedono proprietà funzionali e di resistenza sempre più performanti grazie alla natura dei rinforzanti in fibra di carbonio, i quali però sono caratterizzati da criticità relative al processo di trasformazione, altamente energivoro e dispendioso, all’inquinamento collegato alla produzione delle fibre e al trattamento di sizing, nonché alla difficoltà nello stadio di separazione dei costituenti del manufatto composito e del conseguente riciclo. A causa di queste problematiche sono stati introdotti in produzione materiali a matrice epossidica rinforzata con fibre di lino. A seguito di un'introduzione su lavorazione e vantaggi delle fibre naturali, con particolare attenzione alle applicazioni in ambito compositi, sono discusse diverse prove di caratterizzazione meccanica e fisica di un composito a matrice polimerica e rinforzo in fibra naturale. Sono state eseguite delle prove di resistenza meccanica a trazione, taglio, compressione e ILSS per la determinazione delle proprietà meccaniche necessarie in fase di progettazione. Alcune prove meccaniche sono state effettuate su materiale saturo d'acqua, per ottenere informazioni sullo scadimento delle proprietà meccaniche indotto dall'assorbimento d'acqua e umidità. Sono inoltre state eseguite prove di igroscopicità per ottenere una panoramica precisa sulle differenze nella struttura delle fibre in carbonio e lino, che le differenzia in modo apprezzabile. Sono stati laminati compositi reticolati secondo tecnologia in autoclave, le cui proprietà fisiche sono state definite mediante prove alla fiamma al conocalorimetro, prove di igroscopicità del composito, prove ottiche al SEM in seguito ad una rottura in trazione.

Questa tesi si pone l'obiettivo di studiare e caratterizzare materiali compositi rinforzati con fibra di lino, con particolare attenzione rivolta al confronto tra due diversi tessuti pre-impregnati in resina epossidica. Questi materiali stanno avendo una grande importanza in settori come quello automotive, dove la loro leggerezza e le proprietà meccaniche discrete si stanno facendo spazio tra le ormai usatissime fibre di carbonio e di vetro. Inoltre, il fattore principale per cui molte organizzazioni sportive e produttori di veicoli sono interessati a questi materiali, è sicuramente quello ambientale, vista la sostenibilità della catena di produzione del lino. Approfondita questa tematica, vengono presentate le normative ASTM utilizzate per la caratterizzazione del materiale composito, ovvero test di trazione, taglio in piano, compressione e taglio interlaminare ILSS; queste prove sono essenziali per ottenere informazioni sulle proprietà meccaniche necessarie in fase di progettazione e per determinare, quindi, il campo di applicazione del materiale. Viene, poi, presentato il ciclo di produzione dei provini oggetto dei test, sono esposti i relativi risultati e sono svolte analisi calorimetriche e termogravimetriche, con lo scopo principale di ottenere la temperatura di transizione vetrosa del composito reticolato, in seguito ad un ciclo di cura in autoclave. Infine, viene esposto il confronto tra i risultati ottenuti, in seguito alle prove, dai due materiali presi in esame.

Wood is a building material with a long application history, many timber structures, if properly designed and maintained, are still working well after centuries of use. The need of strengthening occurs frequently when mechanical performance higher than those offered by wood alone are required. The research of new techniques and products has led to the use of fiber reinforced polymers (FRP). Thanks to their versatility, these materials can be effectively used in strengthening and repair of structural components made of historic masonry or concrete. FRPs application on and wood elements seems particularly recommended because the characteristic wood lightness is kept against a significant increase of the structure strength. However, there are some incompatibilities between FRPs and the wood substrate, first of all the different behavior in relation to changes of the environmental conditions in terms of temperature and humidity. The recent introduction of natural plant-based fibers, which are still in their infancy, has contributed to extend the studies of these materials, in particular when applied to wood elements. Some studies on the effectiveness of these innovative materials have pointed out the advantages compared to traditional fibers, such as glass and carbon. Natural fibers are biodegradable, renewable and recyclable, non-toxic and their production requires less energy and lower costs, in addition there exists a wide choice of fibers with typical chemical and physical characteristics and different mechanical properties, which can be used for different applications. However, it’s important to avoid the underestimation of the critical issues concerning the use of composites applied on wood. Examples of critical issues are high moisture absorption, fiber-matrix adhesion problems, low heat resistance and sensitivity to biological attacks. This research work is aimed to investigate the compatibility and durability of some natural composite materials of recent introduction from a mechanical point of view and validate their effectiveness through comparison with other composite materials commonly used. Mechanical tests carried out on the constituent elements of the reinforcement system, fibers and matrix, and the system itself allowed for defining the limits of the selected materials. Bond tests were used to determine the influence of the wood substrate properties on the element strength and of the environmental conditions which guarantee the durability of the strengthening or cause its decay. Finally, the testing of structural reinforced element was carried out to validate the opportunity of using the natural composite materials as alternative to the traditional ones. The tests conducted allowed for studying the applicability of composite materials with natural fibers as possible replacements for more traditional materials. Some aspects still need to be investigated with respect to compatibility and durability issues.
Il legno è un materiale da costruzione di lunga storia applicativa, molte strutture in legno, qualora adeguatamente progettate, realizzate e manutenute, risultano spesso ancora efficienti dopo secoli di utilizzo. La necessità di intervento di rinforzo sopraggiunge frequentemente quando sono richieste prestazioni meccaniche superiori rispetto a quelle che può offrire il materiale ligneo da solo. La ricerca di tecniche e prodotti adeguati allo scopo ha portato allo studio dei materiali compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP, Fiber Reinforced Polymers), i quali soprattutto grazie alla loro versatilità, sono già utilizzati efficacemente nelle tecniche di rinforzo di murature storiche e conglomerati cementizi. Il sodalizio tra materiali compositi a matrice polimerica e legno, risulta particolarmente indicato, soprattutto perché la peculiare leggerezza del legno viene mantenuta a fronte dell’aumento della resistenza della struttura. Sono anche evidenti le incompatibilità tra rinforzo e substrato, primo fra tutte il diverso comportamento nei confronti delle variazioni delle condizioni ambientali, in termini di temperatura e umidità. La recente introduzione di fibre naturali di origine vegetale, la cui sperimentazione è appena agli inizi, ha contribuito ad ampliare l’orizzonte di studio di tali materiali, in particolare qualora applicati al legno. Alcuni studi sulla validità di questi materiali innovativi (NFRP, NaturalFRP) hanno evidenziato i vantaggi rispetto alle fibre di uso comune, quali vetro e carbonio. Le fibre naturali sono biodegradabili, rinnovabili e riciclabili, non sono tossiche e la loro produzione richiede minore energia e costi ridotti; inoltre ne esiste una vasta gamma con caratteristiche chimico-fisiche e prestazioni meccaniche diverse, adattabili a numerosissime applicazioni. È tuttavia fondamentale non sottovalutare gli aspetti critici che possono emergere dal sodalizio legno-compositi naturali, come l’alto assorbimento di umidità, la problematica adesione fibra-matrice, la scarsa resistenza al calore e la suscettibilità ad attacchi agenti biodeteriogeni, causati dalla loro origine naturale. All’interno di questo panorama si è inserito tale lavoro di ricerca, il cui obiettivo principale è indagare la compatibilità e la durabilità da un punto di vista meccanico di alcuni materiali compositi naturali di recente introduzione per il rinforzo degli elementi in legno appartenenti a strutture di interesse storico-artistico e validare la loro efficacia mediante confronto con i materiali compositi comunemente già utilizzati. Mediante prove meccaniche effettuate sui materiali costituenti il sistema di rinforzo, fibre e matrici, e sul sistema stesso sono stati definiti i limiti applicativi dei materiali selezionati. Attraverso prove mirate ad indagare il fenomeno di aderenza sono stati determinati i requisiti che deve avere il legno affinché sia efficace l’intervento di rinforzo e quali condizioni ambientali ne garantiscono il perdurare o ne causano un rapido degrado. Infine con prove sull’elemento strutturale rinforzato si è inteso validare la possibilità di utilizzare i materiali compositi naturali come alternativa a quelli già comunemente utilizzati. Le prove sin qui condotte hanno permesso di validare in prima istanza i materiali compositi con fibre naturali, quali possibili alternative ai materiali già in uso, restano comunque da approfondire altri aspetti riguardo alle problematiche di compatibilità e durabilità.

The research aims at analysing some topics regarding the conservation of painted earth surfaces (wall paintings - pictorial layers) using natural substances. The emphasis was laid on the consolidation on archaeological earth surfaces. Two of the main materials traditionally used in the conservation of earthen architecture were experimented: the mucilage of Opuntia Ficus Indica and starch of rice. The research was carried out in situ as well as in the laboratory. The case study of Templio Pintado in the Archaeological sanctuary of Pachacamac (south of Lima, Peru coast) was analysed to comprehend the knowledge of the artefact and the methodologies used in the conservation. The selected materials were tested on some points of the pictorial surfaces of the Templio and the improvement of the cohesion was evaluated. In the laboratory, the effect of these materials on specially-made support was tested. These supports were created and accelerated aging following the knowledge learnt in the situ experience. The natural materials used in the consolidation were compared to the ethyl silicate; one of the synthesis products mainly used in the consolidation of this kind of pictorial support. Diagnostics investigation (OM, XRD, Colorimetric analysis) allowed evaluating the effects of the materials on the surface, completing the observation made in situ. The alternation between in situ and in laboratory experimentation was essential because it allowed to completely understand the problem being faced in the conservation and what are the real requirements for conserving these important, but vulnerable, surfaces. Keywords: wall paintings; plaster; Opuntia Ficus Indica mucilage; rice starch; surface consolidation; earthen architecture.

L’analisi dell’interfaccia tra fibra e matrice è di fondamentale importanza per lo studio delle proprietà di materiali compositi innovativi e sostenibili per l’Ingegneria Civile. Il tema della ricerca ha previsto lo studio di compositi innovativi da impiegare nel settore industriale o dell’edilizia sostenibile ottenuti da materiali di scarto e/o naturali specialmente in termini di performance meccaniche (resistenza a flessione e compressione), fisiche (densità, porosità, assorbimento d’acqua per capillarità) e termiche (conducibilità termica, diffusività termica). Tali proprietà dipendono fortemente dall’interazione che si instaura tra i costituenti, intesi come fase dispersa (fibre o particelle) e fase continua (matrici organiche o inorganiche), nonché dalla percentuale, dalla distribuzione, dall’orientamento e dal grado di adesione. La ricerca ha in particolare riguardato lo studio di malte ottenute sfruttando risorse naturali e locali, come la canna comune (Arundo donax L.), la Disa (Ampelodesmos Mauritanicus), il Penniseto Allungato (Pennisetum Setaceum), e di scarto, come il fango di segagione che si produce a seguito del taglio e la lucidatura del marmo ed il vetro riciclato proveniente dalla raccolta differenziata. I risultati hanno dimostrato la forte influenza della percentuale e dell’aspect ratio della fibra di canna comune sulla tenacità post-frattura delle malte dalla percentuale e dalla lunghezza. In particolare la percentuale ottimale si colloca tra l’1 ed il 2% di fibra di lunghezza 12cm. La caratterizzazione sperimentale chimica e fisica dei materiali di scarto: fango di segagione, proveniente dagli impianti di taglio e lucidatura del marmo, e vetro, proveniente dalla raccolta differenziata, ha confermato la fattibilità di un loro utilizzo come materie prime per la formulazione di sistemi leganti moderatamente idraulici per uso non strutturale. Le fibre di Disa sono certamente da preferire rispetto alle fibre di Pennisetum come additivo di malte per la migliore compatibilità con la matrice inorganica dovuta sia alla migliore composizione chimica che soprattutto alle migliori caratteristiche morfologiche. Sulla base di queste evidenze sperimentali, in collaborazione con la Northumbria University di Newcastle (UK) si è approfondito lo studio di sistemi leganti ecosostenibili rinforzati con fibre di Disa con particolare riferimento verso gli aspetti morfologici e l’interazione tra i costituenti che ne influenzano i processi di presa ed indurimento. In particolare, si sono elaborate nuove tecniche per la caratterizzazione delle malte quali: l’analisi quantitativa XRD, che ha permesso di monitorare l’avanzamento della reazione di carbonatazione delle malte in funzione del contenuto di fibra mediante la quantificazione della corrispondente percentuale di portlandite e calcite; e la tecnica di osservazione delle superfici di frattura mediante allineamento e sovrapposizione di immagini (Stacking Images Technique), che permette di ottenere un’unica immagine interamente a fuoco e nitida della irregolare superficie di frattura del campione tramite elaborazione via software di diverse immagini parzialmente a fuoco. In questo modo, è possibile identificare l’effettiva distribuzione delle fibre nella matrice e calcolare il coefficiente di dispersione che può essere correlato alle proprietà fisiche e meccaniche delle malte. Per lo studio dell’influenza dell’interfaccia fibra-matrice sulle proprietà fisiche e meccaniche dei compositi, si sono valutate le proprietà fisiche e morfologiche della fibra in funzione dell’aspect ratio e valutandone anche l’effetto di opportuni trattamenti fisici e chimici. I risultati hanno evidenziato che l’aspect ratio influenza maggiormente le proprietà meccaniche dei compositi mentre i trattamenti modificano la compatibilità con la matrice. Di seguito è infine riportata una breve descrizione di ogni capitolo sviluppato nella tesi. • Capitolo 1: Descrizione della letteratura esistente, riguardante il ruolo delle fibre naturali in compositi a matrice organica ed inorganica, che ha motivato e spinto lo svolgimento dell’attività di ricerca che ha interessato il corso di Dottorato: • Capitolo 2: Analisi numerica e sperimentale dell’influenza dell’aggiunta di fibre di canna comune (Arundo donax) sulle proprietà a flessione di malte di biocalce; • Capitolo 3: Caratterizzazione fisica chimica e meccanica di un sistema legante moderatamente idraulico sostenibile ottenuto dal riutilizzo di materiali di scarto: fango di segagione e polvere di vetro riciclato; • Capitolo 4: Valutazione delle proprietà fisiche meccaniche e termiche di malte sostenibili da materiali di scarto e rinforzate con fibra naturale di Disa (Ampelodesmos Mauritanicus) per l’edilizia sostenibile; • Capitolo 5: Confronto tra 2 specie di piante locali: la Disa ed il più invasivo Penniseto Allungato come possibili aggregati per malte a base di cemento; • Capitolo 6: Conclusioni e sviluppi futuri.
The analysis of the interface between fiber and matrix is ​​of fundamental importance for the study of the properties of innovative and sustainable composite materials for Civil Engineering. The research topic involved the study of innovative composites to be used in the industrial or sustainable construction sector obtained from waste and/or natural materials especially in terms of mechanical performance (flexural strength and compression), physical (density, porosity, water absorption by capillarity) and thermal (thermal conductivity, thermal diffusivity). These properties depend on the interaction that occurs between the constituents, intended as the dispersed phase (fibers or particles) and continuous phase (organic or inorganic matrices), as well as the percentage, distribution, orientation and degree of adhesion. The research in particular concerned the study of mortars obtained by exploiting natural and local resources, such as the common reed (Arundo donax L.), the diss (Ampelodesmos Mauritanicus), the crimsonn fountaingrass (Pennisetum Setaceum), and waste, such as the sawing mud that is produced by the cutting and polishing of marble and recycled glass from separate collection. The results demonstrated the strong influence of the percentage and the aspect ratio of the common reed fiber on the post-fracture toughness of the mortars by percentage and length. In particular, the optimal percentage is between 1 and 2% of fiber length 12cm. The experimental chemical and physical characterization of waste materials: sawing mud, coming from marble cutting and polishing plants, and glass, coming from separate collection, confirmed the feasibility of using them as raw materials for the formulation of binding systems moderately hydraulic for non-structural use. Diss fibers are certainly to be preferred over crimsonn fountaingrass fibers as a mortar additive for the best compatibility with the inorganic matrix due to both the best chemical composition and above all the best morphological characteristics. On the basis of these experimental evidences, in collaboration with the Northumbria University of Newcastle (UK), the study of eco-sustainable binding systems reinforced with diss fibers has been deepened with particular reference to the morphological aspects and the interaction between the constituents that influence the setting and hardening processes. In particular, new techniques were developed for the characterization of the mortars such as: the XRD quantitative analysis, which made it possible to monitor the progress of the carbonation reaction of the mortars according to the fiber content by quantifying the corresponding percentage of portlandite and calcite; and the technique of observation of fracture surfaces by aligning and superimposing images (Stacking Images Technique), which allows to obtain a single fully focused and sharp image of the irregular fracture surface of the sample through software processing of several images partially in focus. In this way, it is possible to identify the effective distribution of the fibers in the matrix and calculate the dispersion coefficient that can be related to the physical and mechanical properties of the mortars. For the study of the influence of the fiber-matrix interface on the physical and mechanical properties of composites, the physical and morphological properties of the fiber were assessed according to the aspect ratio and also assessed the effect of appropriate physical and chemical treatments. The results showed that the aspect ratio most influences the mechanical properties of the composites while the treatments modify the compatibility with the matrix. Finally, a brief description of each developed chapter is given below in the thesis. • Chapter 1: Description of the existing literature, concerning the role of natural fibers in organic and inorganic matrix composites, which motivated and encouraged the research activity that involved the Doctoral course: • Chapter 2: Numerical and experimental analysis of the influence of the addition of common reed fibers (Arundo donax) on the flexural properties of biolime mortars; • Chapter 3: Physical, chemical and mechanical characterization of a moderately hydraulic sustainable binder system obtained from the reuse of waste materials: sawing mud and recycled glass powder; • Chapter 4: Evaluation of the physical, mechanical and thermal properties of mortars sustainable from waste materials and reinforced with natural diss fiber (Ampelodesmos Mauritanicus) for sustainable construction; • Chapter 5: Comparison between 2 species of local plants: the diss and the more invasive crimsonn fountaingrass as possible aggregates for cement-based mortars; • Chapter 6: Conclusions and future developments

A causa di una maggiore preoccupazione ambientale, la ricerca si sta muovendo verso lo sviluppo di nuovi prodotti bio-based. Il progetto è stato incentrato sulla possibilità di produrre materiali compositi utilizzando un sistema resina-indurente interamente ottenuto da fonti rinnovabili con fibre naturali totalmente green e sintetiche. In particolare, è stata studiata la possibilità di utilizzare l’adenina, una molecola atossica e derivante da fonte rinnovabile, per la produzione di compositi con fibre di lino, juta, carbonio vergine e riciclato con resina epossidica da fonte bio. In particolare è stato ottimizzato il ciclo di cura e sono state caratterizzate le proprietà termiche e meccaniche dei materiali prodotti mediante analisi DSC (Differential Scanning Calorimetry), DMA (Dynamic Mechanical Analysis) e TGA (Termo-Gravimetric-Analysis). Per comprendere meglio la reticolazione delle resine epossidiche, si è studiato il meccanismo di reazione tra l’adenina e un precursore epossidico attraverso spettroscopia 1H-NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

La tesi riporta esperienze progettuali, con approfondimenti sul risparmio energetico e la sostenibilità ambientale, legate alla riqualificazione del patrimonio costruito, allo scopo di aumentare le caratteristiche prestazioinali e diminuire il loro impatto sull'ambiente.

Le resine più utilizzate industrialmente per la produzione di materiali compositi sono quelle epossidiche a base di diglicidil etere del bisfenolo A. Tipicamente, a livello industriale vengono utilizzate diammine sintetizzate da precursori tossici per l’ambiente e per l’uomo. Prendendo atto dell’intrinseca pericolosità di questi sistemi, sono state valutate delle alternative per rendere il processo di produzione dei materiali compositi più sostenibile e sensibile verso l’ambiente e la salute degli operatori. Questo progetto di tesi di laurea sperimentale è il proseguimento di un lavoro precedentemente svolto dal gruppo di ricerca che ha individuato l’adenina come un’alternativa non tossica e bio-based agli attuali agenti reticolanti. Nel presente lavoro di tesi, sono stati effettuati studi di formulazione e reticolazione dell’adenina con resine epossidiche commerciali da infusione e da impregnazione già utilizzate a livello industriale. L’obbiettivò è stato quello di ottenere formulati di resina e adenina capaci di dare un prodotto completamente reticolato, utilizzabile commercialmente e con elevati valori di Tg. Le formulazioni più promettenti così ottenute per ogni tipo di resina sono state utilizzate insieme a fibre di carbonio (vergini e riciclate), fibre di lino e di juta per la produzione di materiali compositi a fibra corta. Le formulazioni di resina e i compositi ottenuti sono stati caratterizzati mediante Analisi Termogravimetrica (TGA), Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC) e Analisi Dinamico Meccanica (DMA).

There seems to be enough information available on how different types of radiation may affect human health. There also seems to be adequate research made about NORM and how to handle this phenomenon. The image put forth by this study shows that the appearance of NORM within affected industries do not appear surprising or difficult to deal with. On the contrary it seems to be a well-known issue and safety measures have been adapted accordingly. It appears as if these issues have been overlooked regarding the systems where LNG is being used as a marine fuel. There is not enough data to conclude whether NORM is an issue or not in such systems.

As unconventional drilling has emerged as a major industry in the US and around the world, many environmental health and pollution risks have surfaced. One emerging concern is the risk of environmental contamination arising from unconventional wastes that are enriched in naturally-occurring radioactive materials (NORM). Although NORM has been a well-documented contaminant of oil and gas wastes for decades, there are new challenges associated with unconventional drilling. This thesis discusses several of these challenges, focusing on NORM from black shale formations. Chapter 1 provides background information on environmental radioactivity and unconventional drilling. Chapter 2 describes the potential for NORM to migrate into groundwater around unconventional drilling operations. Chapters 3 and 4 describe radiochemical methods developed for the analysis of Marcellus Shale unconventional drilling wastes. Chapter 5 describes environmental partitioning of Marcellus Shale unconventional drilling wastes. Collectively, this thesis attempts to broaden the scientific understanding of NORM in unconventional drilling wastes so that potential environmental impacts may be mitigated.

The main goal of this thesis is the production and characterization of composites materials from a bio-based polyamide and natural fibres which could be more sustainable alternative to glass fibre reinforced polypropylene. The produced composites materials were mechanically characterized and their properties modelled. The thermal,thermomechanical properties and the structure of the composites were analyzed due to the low degradation temperature of the natural fibres similar to the processing temperatures of the composites materials. Moreover, the fibres could have an influence on the structure and the main temperatures of the polymer matrix. Additionally, water uptake test were performwed for all the produced materials. Finally, a piece/product was modelled in order to analyze the technical viability and the sustainability of the produced composite materials
L’objectiu principal d’aquesta tesi és l’obtenció i caracterització de materials compostos d’una poliamida d’origen renovable i fibres naturals que puguin ser una alternativa molt més sostenible al polipropilè amb fibra de vidre. Els materials compostos produïts es van caracteritzar mecànicament i les propietats obtingudes van ser modelades. També es van estudiar les propietats tèrmiques, termomecàniques i estructurals dels compostos produïts ja que la temperatura de degradació de les fibres naturals és similar a la temperatura de processat dels materials compostos i la presencia de les fibres podien produir un efecte sobre l'estructura i temperatures caracaterístiques de la matriu. A més a més, es va analitzar el comportament d’absorció d’aigua per part dels materials compostos. Finalment, es va modelitzar una peça/producte per tal d'analitzar la viabilitat técnica i la sostenibilitat dels materials compostos obtinguts

El treball que s'ha dut a terme es centra en la recerca d'agents modificants per a fibres cel·lulòsiques capaços de reduir la polaritat de les funcions alcohol de la seva estructura per formació de funcions ester. Les fibres de jute se sotmeten a reacció en un sistema tancat provist d'atmòsfera de nitrogen a fi d'evitar reaccions laterals que no són del nostre interés.L'obtenció dels resultats perseguits està lligat a les condicions experimentals aplicades durant les reaccions. La influència de les diferents variables escollides facilitarà en major o menor grau la reacció entre les molècules d'agent d'acoblament i cel·lulosa vinculades. Una gran part de l'atenció es centrarà en l'estudi de l'etapa de modificació, sobretot en l'efectivitat dels reactius addicionats per la reacció amb els grups hidroxil. Un cop comparats els experiments realitzats tant amb clorur d'oleïl com amb anhídrid metacrílic, es conclou que la majoria de condicions provades permeten assolir valors de modificació prou significatius. L'excepció ve donada quan la temperatura utilitzada és de 20ºC, llavors les mateixes condicions que a una temperatura de 60ºC condueixen cap a resultats poc satisfactoris. La reactivitat per part dels dos agents d'acoblament utilitzats no ha estat la mateixa. Els resultats per condicions experimentals del mateix tipus han conduït cap a valors força diferents. Pel que fa a la determinació dels paràmetres òptims es conclou que les variables amb les que el grau de modificació millora considerablement són: una temperatura de 60ºC, 10% de catalitzador respecte la quantitat de clorur d'oleïl o anhídrid addicionada, relació OH reactiu estequiomètrica 1:1 i 40mL de solvent. Un cop modificada la fibra, se sotmet a reacció amb el monòmer estirè. Es comprova que el grau de polimerització segueix el valor de modificació prèviament obtingut, a menor quantitat de funcions alcohol lliures major interacció amb el monòmer estirè. Les propietats inicials de la fibra no es corresponen amb les obtingudes després del tractament, l'increment de la resistència a l'atac de microorganismes i a l'absorció d'humitat s'explica per una reducció de la presència de funcions alcohol polars i per la capa d'estirè polimeritzat per unió amb els dobles enllaços introduïts amb els agents d'acoblament. Pel que fa referència a les dues tècniques de caracterització més utilitzades, l'anàlisis elemental permet quantificar d'una manera precisa la reacció de la fibra amb els agents d'acoblament i la posterior reacció de la fibra modificada amb el monòmer estirè. La caracterització per espectroscopia d'infraroig permet comprovar qualitativament la reactivitat del clorur d'oleïl i qualitativament-quantitativament la de l'anhídrid metacrílic amb les funcions alcohol de la cel·lulosa present en les fibres de jute. Els pics més característics apareguts seran utilitzats per avaluar la reactivitat de la funció carbonílica del reactiu modificant amb l'estructura cel·lulòsica i del doble enllaç de la cel·lulosa modificada amb la matriu polimèrica.
En los últimos años, gran parte del interés científico e industrial se ha centrado en el desarrollo de los materiales compuestos. El uso mayoritario de las fibras de vidrio como material de refuerzo en este tipo de materiales ha conducido hacia la búsqueda de refuerzos alternativos capaces de satisfacer requisitos tanto a nivel económico como medioambiental. Las fibras naturales se muestran como firmes candidatas a ejercer de refuerzo, ofreciendo una alternativa comercial. La fibra que se obtiene de la planta de yute es una fibra reciclable y biodegradable, y su fabricación está ligada a un consumo energético más bajo si se compara con la fabricación de las fibras sintéticas. Por lo tanto, es una fibra cuya manipulación tiene un coste competitivo y además ofrece un amplio mercado donde ser adquirida, condiciones que la hacen económicamente viable [Gómez, I. L. y col., 1998]. Muchos polímeros, especialmente termoplásticos son no-polares (hidrofóbicos), sustancias incompatibles con las fibras naturales (hidrofílicas) generándose una adhesión pobre. Con el fin de poder mejorar esta adhesión se utilizan los agentes de acoplamiento, compuestos con los que se trata la superficie de las fibras facilitando el enlace químico con la matriz polimérica. El trabajo que se expone se divide en dos partes, una primera teórica y una segunda experimental. En la primera parte, se describen aspectos fundamentales de las fibras naturales y más concretamente de la fibra de yute que se pretende utilizar como refuerzo. También se habla de los materiales compuestos y de sus propiedades y finalmente se centra la atención en los procesos de modificación química con agentes de acoplamiento. En la parte experimental se exponen todos y cada uno de los reactivos utilizados seguido por la descripción de las reacciones teóricas. Además, se describen las técnicas que van a aplicarse en la evaluación de los resultados con el fin de comprobar si las reacciones han tenido lugar y cuantificar el grado de modificación. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos. El objetivo global de este proyecto es la modificación química de las fibras de yute y estudiar sus propiedades con el fin de utilizarlas como refuerzo en un material compuesto. Este proceso requiere de dos pasos a seguir, por una parte modificar químicamente las fibras incorporando un agente de acoplamiento bifuncional capaz de reaccionar con los grupos hidroxilos. Por otra parte, y una vez realizada la modificación, unir el agente compatibilizante que ha reaccionado con las fibras, a los dobles enlaces del precursor del polímero, en el caso de este estudio el monómero estireno. Todo esto, conlleva a un estudio de la etapa de modificación con el fin de evaluar el enlace entre la fibra y el agente de acoplamiento y también comprobar, si es que realmente se da, un cambio en las propiedades de absorción de humedad responsables de las variaciones dimensionales de las fibras.
Haciendo referencia al primer apartado de los resultados, se realiza una caracterización previa de la fibra de yute. Se estudia su composición, concretamente el contenido en ceras, resinas, esteres de los ácidos grasos y sustancias no saponificables, así como también el porcentaje de lignina. También se realiza una medida de la longitud de fibra utilizando el analizador de tamaño denominado "Kajaani". Sigue una caracterización morfológica de las fibras que permitirá conocer su aspecto longitudinal y transversal a través de las técnicas de microscopia óptica y electrónica. Las micrografias y fotografias obtenidas, muestran una fibra lisa sin nudos y con un grosor de pared que varia a lo largo de una misma fibra. Su lumen o canal interior, no es regular sino que presenta un tamaño variable. El diámetro y grosor de la pared primaria es variable observándose paredes más delgadas en los extremos de la fibra. Calculando el diámetro promedio por un número apreciable de fibras se obtiene un valor de 14.3m para el canal externo y uno de 4.5m para el interno. El análisis por espectroscopia infrarroja (FTIR) muestra una fibra básicamente formada por celulosa y, los resultados obtenidos por análisis elemental muestran ciertas diferencias entre su composición y la de la celulosa pura. A partir del tratamiento con estireno de la fibra pura, se comprueba la falta de reacción entre la fibra de naturaleza polar y el estireno de naturaleza no-polar. Esto conduce hasta el tratamiento de la fibra con dos agentes de acoplamiento bifuncionales: el cloruro oleico y el anhídrido metacrílico. Con ambos agentes se pretende crear un punto de unión entre la fibra y la matriz termoplástica. La reacción de esterificación reduce el número de grupos hidroxilos presentes en la fibra dando lugar a una funcionalidad ester de menor polaridad.
Por otro lado, la cadena introducida proporciona un doble enlace carbono-carbono capaz de reaccionar con el doble enlace alifático de la molécula del monómero utilizado. Por lo tanto, se abre la posibilidad de inicializar la polimerización con el estireno. El estudio de las diferentes variables de reacción utilizadas permite deducir el efecto de todas y cada una de ellas sobre el grado de modificación. Destacar que la presencia de catalizador en el medio, una menor cantidad de solvente, un valor más elevado de temperatura, un incremento en la cantidad de reactivo y tiempos de reacción largos favorecen el avance de la reacción. En el caso de las reacciones realizadas con el cloruro oleico se han utilizado dos solventes de distinta naturaleza, la piridina de naturaleza polar y el diclorometano de menor polaridad. Con la adición de piridina se incrementa la superficie de contacto con el agente de acoplamiento, facilitando el acceso hacia los grupos hidroxilos libres. Por lo tanto, las reacciones de modificación realizadas en piridina mejoran la accesibilidad y reactividad con el sustrato celulósico debido a un incremento del contacto por hinchamiento. En el caso del diclorometano no se mejora la accesibilidad y se necesita de la adición de una base complementaria ya que a diferencia de la piridina este solvente no puede actuar como base y por lo tanto, el ácido liberado durante la reacción no es neutralizado. La adición de trietilamina desplaza la reacción hacia los productos evitando que el ácido clorhídrico quede libre. Del ensayo de tinción realizado a las fibras de yute modificadas con el cloruro oleico, los resultados indican que las fibras que se han sometido a modificación presentan mayor resistencia a la tinción debido a una reducción del número de grupos hidroxilos.
El segundo bloque ha sido realizado con el anhídrido metacrílico. En este caso, y a diferencia del cloruro oleico sólo se utiliza la piridina como solvente. Las reacciones también muestran resultados significativos y de forma equivalente al cloruro son analizadas por espectroscopia infrarroja y análisis elemental. Alguno de los procesos también ha sido evaluado por incremento de peso.
En este segundo bloque, también se ha determinado el grado de modificación a partir de la técnica de espectroscopia de infrarrojo. El cálculo se ha realizado partiendo de las bandas de absorción en infrarrojo más características. Comparando los valores con los obtenidos a partir de análisis elemental se comprueba que los resultados experimentales han sido reproducidos satisfactoriamente. También se ha evaluado la influencia del tratamiento con estireno de la fibra modificada tanto con el cloruro oleico como con el anhídrido metacrílico. La capa de polímero que se forma encima de la superficie de las fibras disminuye significativamente el ataque por parte de microorganismos y la absorción de humedad. El tratamiento protege la fibra aunque los resultados indican que esta protección no es total. Se ha establecido comparación entre la reactividad de los dos agentes de acoplamiento y los resultados del grado de modificación para reacciones equivalentes indican reacciones más extensas en el caso del cloruro oleico. Ambos agentes de acoplamiento disminuyen significativamente la hidrofília característica de las fibras. En último lugar se describe el test de efectos realizado al conjunto de reacciones. Se analiza el efecto de las variables de reacción sobre el grado de modificación, indicándose cuales son las variables más significativas en la reacción entre los agentes de acoplamiento y la fibra: tipo de solvente, tiempo, tipo de reactivo y su concentración en el medio.
In the last years, great part of the scientific and industrial interest has been centered in the development of the composites. The majority use of material fiber glasses as of reinforcement in this type of materials has lead towards the search of alternative reinforcements able to satisfy requirements at economic level as much as environmental. The natural fibers are firm candidates to exert of reinforcement, being offered a commercial alternative. The fiber that is obtained from the jute plant is a recycleable and biodegradable fiber, and its manufacture is bound to a lower power consumption if it is compared with the manufacture of synthetic fibers. Therefore, it is a fiber whose
manipulation has a competitive cost and in addition it offers an ample market where to be acquired, conditions that makes economically viable [Gomez, I. L. and col., 1998 ].
Many polymers, specially thermoplastic are not-polars (hydrophobic), incompatible
substances with natural fibers (hydrophilic) being generated an adhesion poor. With the purpose of being able to improve this adhesion connection agents are used, reagents which the surface of fibers is treated facilitating the chemical connection with the polimeric matrix.
The work that is exposed divides in two parts, one first theoric and one second
experimental. In the first part, fundamental aspects of natural fibers and of the jute fiber are described more concretely that is tried to use like reinforcement. Also it is spoken of the composites and of its properties and finally the attention in the processes of chemical modification with connection agents is centered.
In the experimental part are exposed all and each one of the used reagents followed by the description of the theoric reactions. In addition, the technique that are described are going to be applied in the evaluation of the results with the purpose of verifying if the reactions have taken place and quantifying the modification degree. Finally, the obtained results appear. The global objective of this project is chemical modification of jute fibers and to study its properties with the purpose of using them like reinforcement in a composite material. This process requires two steps, first modify fibers incorporating a bifunctional agent able to react with the hydroxil groups. On the other hand, and once made modification, to unite the agent who has reacted with fibers, to the double connections of the precursor of the polymer, in the case of this study the monomer styrene. All this, entails to a study of the stage of modification with the purpose of evaluating the connection between the fiber and
the agent and to verify, if it is that really it occurs, a change in the properties of humidity absortion responsible for the dimensional variations of fibers. Making reference to the first section of the results, one is made caracteryzation previous of the jute fiber: his composition, concretely the wax content, resins, measurement of the fiber length with the "Kajaani" analyzer,.
Morphologic caracteryzation of the fibers occurs to know its longitudinal and crosssectional aspect. This study show a smooth fiber without knots and with a variable thickness of the primary wall. Analysis by infrared espectroscopy (FTIR) shows to a fiber formed by cellulose and, the results obtained by elemental analysis show to certain differences between his composition and the one of the pure cellulose.
The sterification reaction with two bifunctional reagents reduces the number of present hydroxil groups in the fiber giving rise to an ester functionality of smaller polarity. On the other hand, the introduced chain provides a double connection carbon-carbon able to react with the double alyphatic connection of the molecule of used monomer. Therefore, the possibility is opened of initializing the reaction with styrene. The study of the different used variables of reaction allows to deduce the effect of all and each one of them on the modification degree. To emphasize that the presence of catalyst in means, a smaller amount of solvent, more elevated value of temperature, an increase in the amount of reagent and long times of reaction favor the advance of the reaction.
In the case of the reactions made with the oleyl chloride two solvents of different nature have been used, the pyridine of polar nature and the dichloromethane of smaller polarity.
With the addition of pyridine the faying surface with the connection agent is increased, facilitating the access towards the free hydroxil groups. Therefore, the reactions of modification made in pyridine improve the accessibility and reactivity with the cellulose substrate due to an increase of the contact by swelling. In the case of the dichloromethane the accessibility does not improve and it is needed the addition of a complementary base because this solvent cannot act as it bases and therefore, the acid released during the reaction is not neutralized. The addition of triethylamine moves the reaction towards the products avoiding that the hydrochlorate acid is frees.
Of the test of dyeing made to fibers of jute modified with the oleyl chloride, the results indicate that the fibers that have been put under modification offer greater resistance due to a reduction of the number of hydroxil groups.
The second block has been made with the methacrylic anhydride one. The reactions also show significant results. Some of the processes also has been evaluated by increase of weight.
In this second block, also the degree of modification from the technique of infrared
spectroscopy has been determined. The calculation has been made starting off of the more characteristic absorption bands in infrared. Comparing the values with the obtained ones from elemental analysis it is verified that the experimental results have been reproduced satisfactorily. Also the influence of the treatment with styrene of the modified fiber has been evaluated so much with the oleyl chloride as with the methacrylic anhydride one. The polymer layer that forms upon the surface of fibers significantly diminishes the attack on the part of microorganisms and the humidity absorption. The treatment protects the fiber although the results indicate that this protection is not total. Comparison between the reactivity of both connection agents has settled down and the results of the degree of modification for equivalent reactions indicate more extensive reactions in the case of the oleyl chloride. Both agents of connection diminish hydrofobicity of fibers. Last the test of effects is described made to the set of reactions. The effect of the reaction variables is analyzed on the modification degree, indicating itself the most significant variables in the reaction between the coupling agents and the fiber: type of solvent, time, type of reagent and its concentration in means.

Orientador: Lucia Helena Innocentini Mei
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Made available in DSpace on 2018-08-11T05:07:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_RodolfoCardosode_M.pdf: 2937094 bytes, checksum: 406428b06b411d967d625ec5cff8fa13 (MD5) Previous issue date: 2008
Resumo: O problema do acúmulo de lixo urbano tem aumentado nas últimas décadas e o grande consumo de plásticos é um dos responsáveis por esta situação. Estes materiais possuem a capacidade de permanecer no ambiente por muitos anos o que dificulta ainda mais a sua destinação correta. Este problema foi a principal motivação do trabalho aqui apresentado. O PHB é um material termoplástico biodegradável produzido por bactérias que se alimentam de sacarose, tais microorganismo convertem a sacarose em PHB. O Brasil é hoje um dos maiores produtores de PHB, entretanto este material possui baixas propriedades mecânicas quando comparados' a plásticos mais usados industrialmente. Algumas propriedades mecânicas foram melhoradas com a adição de triacetina como agente de plastificação, mas a resistência ao impacto diminui com este aditivo. Fibras são materiais utilizados em compósitos de matriz plástica para conferir resistência e flexibilidade a estes materiais. Fibras naturais têm sido empregadas com sucesso na tentativa de diminuir custos de compósitos e gerar reforço estrutural, além de diminuir o impacto ambiental dos plásticos. Neste trabalho foram obtidos compósitós de PHB, Triacetina e Fibras de Coco ou de Sisal, acetiladas e não-acetiladas, através de processos de extrusão e injeção. Os compósitos foram caracterizados por Análises Térmicas, Mecânicas, Espectroscópicas, Microscópicas e de Biodegradação. Os compósitos obtidos apresentaram vantagem em relação a matriz de PHB nos desempenhos mecânicos e de biodegradação devido a adição das fibras naturais e da triacetina. A reação de acetilação aparentemente melhorou a interação entre a superficie fibra-matriz e aparentemente foi mais bem sucedida na fibra de sisal
Abstract: The problem of urban waste accumulation has increased in recent decades and the large consumption of plastics is one of those responsible for this situation. These materiaIs have the ability to remain in the environment for many years making it difficult further to provide its correct destination. This problem was the main motivation of the work presented here. The PHB is a biodegradable thermoplastic material produced by bacteria feeding on sucrose, such microorganisms convert the sucrose in PHB. Brazil is today one of the largest producers of PHB, however this material has low mechanical properties compared to most plastics used industrially. Some mechanical propérties were improved with the addition of triacetin as agent for plasticization, but the resistance to the impact decreases with this additive. Fibers are used materiaIs in plastic matrix composite to give strength and flexibility to these materiaIs. Natural fibers have been used successfully in the attempt to reduce costs, and generate structural reinforcement composites, in addition to reducing the environmental impact of plastics. In this study were obtained from composites PHB, triacetate and Fibers of Coconut or Sisal, acetylated and non-acetylated through extrusion ~d injection, processes. The composites were characterized by Thermal Analysis, Mechanical, Spectroscopics, Microscopics and biodegradation. The composites obtained showed advantage over the array of PHB in the mechanical and performance degradation due to the addition of natural fibers and triacetate. The acetylation reaction apparently improved the interaction between the surface fiber-matrix and apparently was more successful in the sisal fiber
Mestrado
Ciencia e Tecnologia de Materiais
Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-08Bitstream added on 2014-06-13T20:21:37Z : No. of bitstreams: 1 bellucci_fs_dr_bauru.pdf: 8154488 bytes, checksum: 544941f3ad193b46924bac291e662b7f (MD5)
Nanocompósitos são materiais multifásicos em que pelo menos uma das fases constituintes tem dimensão inferior a 100 nm. Tais materiais têm despertado interesse científico e tecnológico devido ao seu caráter multifuncional e potencial para realizar únicas combinações de propriedades inatingíveis com materiais tradicionais. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia para a preparação de nanocompósitos funcionais e multifuncionais a base de borracha natural vulcanizada com diversas concentrações de nanopartículas cerâmicas ferroelétricas de niobato de potássio estrôncio KSr2Nb5O15(KSN) e paramagnéticas de ferrita de níquel-zinco Ni0,5Zn0,5Fe2O4 (NZF). As nanopartículas foram sintetizadas pela rota química denominada Método Poliol Modificado obtendo-se partículas com geometria aproximadamente esférica e tamanho igual a 15 nm para a fase niobato e 10 nm para a fase ferrita. Foram produzidos nanocompósitos vulcanizados utilizando um sistema de vulcanização a base de enxofre e um processo de prensagem a quente, hot pressing, com pressing, com parâmetros determinados vai ensaios de reometria. Ensaios mecânicos de tensão/deformação e tensão/compressão foram realizados e efeitos de reticulação combinados com efeitos de superfície das nanopartículas ocasionaram propriedades mecânicas 20% superiores frente as da borracha natural vulcanizada. Foi iniciado o desenvolvimento de quatro potenciais aplicações para os compósitos e nanocompósitos a base de borracha natural vulcanizada e os resultados preliminares são encorajadores. A saber: (i) Modulação das propriedades mecânicas dos compósitos utilizando campo magnético; (ii) Utilização dos nanocompósitos ferruelétricos e paramagnéticos como agentes de modulação do desenvolvimento de colônias de Leishmaniose brasiliense; (iii) Emprego de uma nova metodologia...
Nanocomposites are multiphase materials in which at least one of the constituent phases is made up of nanoparticles with size less than 100 nm. These materials have attracted scientific and technological interest because its multifunctionaity and the possibility of unique combinations of properties not attainable with traditional materials. This present work is intended to develop a methodology for preparation of functional and multifunctional nanocomposites of vulcanized natural rubber with different concentration... (Completo abstract click electronic access below)

Orientador: Aldo Eloizo Job
Coorientador: José Antonio de Saja-Sáez
Coorientador: Miguel Ángel Rodríguez Pérez
Banca: Paulo Noronha Lisboa Filho
Banca: Silvio Rainho Teixeira
Banca: Eduardo Ribeiro de Azevedo
O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp
O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, apresenta convênio acadêmico internacional visando a preparação de teses e dissertações e a duplla titulação
Resumo: Nanocompósitos são materiais multifásicos em que pelo menos uma das fases constituintes tem dimensão inferior a 100 nm. Tais materiais têm despertado interesse científico e tecnológico devido ao seu caráter multifuncional e potencial para realizar únicas combinações de propriedades inatingíveis com materiais tradicionais. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia para a preparação de nanocompósitos funcionais e multifuncionais a base de borracha natural vulcanizada com diversas concentrações de nanopartículas cerâmicas ferroelétricas de niobato de potássio estrôncio KSr2Nb5O15(KSN) e paramagnéticas de ferrita de níquel-zinco Ni0,5Zn0,5Fe2O4 (NZF). As nanopartículas foram sintetizadas pela rota química denominada Método Poliol Modificado obtendo-se partículas com geometria aproximadamente esférica e tamanho igual a 15 nm para a fase niobato e 10 nm para a fase ferrita. Foram produzidos nanocompósitos vulcanizados utilizando um sistema de vulcanização a base de enxofre e um processo de prensagem a quente, hot pressing, com pressing, com parâmetros determinados vai ensaios de reometria. Ensaios mecânicos de tensão/deformação e tensão/compressão foram realizados e efeitos de reticulação combinados com efeitos de superfície das nanopartículas ocasionaram propriedades mecânicas 20% superiores frente as da borracha natural vulcanizada. Foi iniciado o desenvolvimento de quatro potenciais aplicações para os compósitos e nanocompósitos a base de borracha natural vulcanizada e os resultados preliminares são encorajadores. A saber: (i) Modulação das propriedades mecânicas dos compósitos utilizando campo magnético; (ii) Utilização dos nanocompósitos ferruelétricos e paramagnéticos como agentes de modulação do desenvolvimento de colônias de Leishmaniose brasiliense; (iii) Emprego de uma nova metodologia... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: Nanocomposites are multiphase materials in which at least one of the constituent phases is made up of nanoparticles with size less than 100 nm. These materials have attracted scientific and technological interest because its multifunctionaity and the possibility of unique combinations of properties not attainable with traditional materials. This present work is intended to develop a methodology for preparation of functional and multifunctional nanocomposites of vulcanized natural rubber with different concentration... (Completo abstract click electronic access below)
Doutor

Made available in DSpace on 2015-08-20T17:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-20T17:26:47Z : No. of bitstreams: 1 000844408_20200123.pdf: 201500 bytes, checksum: b24d7b49916a5f2728c18c6608fa6acc (MD5)
Os polímeros geralmente são muito conhecidos por serem materiais leves, flexíveis e de fácil processamento. Cada vez mais a área tecnológica tem a demanda dessas propriedades associadas a condutividade elétrica ajustável. Nessa perspectiva, há trabalhos que se empenham em associar Polímeros Condutores Intrínsecos (PCI) com matrizes de boa propriedade mecânica. Entre os PCI, o polipirrol (PPy) e a polianilina (PAni) têm se destacado devido à fácil síntese, alta estabilidade ambiental, alta condutividade (10 2 S/cm) e baixo custo dos monômeros. Uma das limitações nas aplicações tecnológica desses polímeros condutores está na sua pobre propriedade mecânica e baixa solubilidade. Uma das alternativas para contornar esses problemas é fazer a polimerizão in situ dos polímeros condutores na presença de um polímero com boas propriedades mecânicas. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi preparar blendas de borracha natural (BN) com PAni e BN com PPy através da polimerização in situ da anilina e do pirrol, respectivamente, no látex de seringueira, natural e prevulcanizado. Foram estudadas as propriedades morfológicas, estruturais, elétricas, mecânicas e térmicas dessas amostras. As análises dos espectros de infravermelho e UV-Vis- NIR evidenciaram a síntese, em meio látex, da polianilina no estado sal de esmeraldina (dopada) e do polipirrol no estado dopado. As blendas apresentaram condutividade elétrica na faixa de 10 -14 a 10 -2 S/cm que variou em função da razão borracha/monômero. Na maioria dos casos, obteve-se maior condutividade elétrica quando utilizou-se o látex prevulcanizado. A tensão na ruptura aumentou com a diminuição da razão de BN/monômero para as blendas obtidas a partir de látex natural e também de látex prevulcanizado. Para a mesma condição de síntese, a tensão de ruptura foi superior para as blendas obtidas a partir do látex...
The polymers are generally known to be very lightweight materials, flexible and easy processing. Each year, more and more the technology area has the demand for these properties associated with adjustable electrical conductivity. From this perspective, there are studies that seek to associate intrinsically conducting polymers (ICP) with polymer matrices that has good mechanical property. Among those ICP, polypyrrole (PPy) and polyaniline (PAni) has received much attention due to easy of synthesis, high environmental stability, high conductivity (10 2 S/cm) and low cost of monomers. However, they have poor mechanical property and low solubility. An alternative to overcome these problems is to make in situ polymerization of the conductive polymer in the presence of another polymer that possesses good mechanical properties. In this way, the aim of this study was to obtain natural rubber (NR) composites with PAni and NR with PPY by in situ polymerization of aniline and pyrrole, respectively, in the natural and prevulcanized natural rubber latex. Morphological, structural, electrical, mechanical and thermal properties these samples were studied. Analysis of infrared and UV-Vis-NIR spectra showed the polyaniline and polypyrrole are in doped state. The electrical conductivity of the composites showed to be dependent on the ratio rubber/ monomer, staying in the range of 10 -14 to 10 -2 S/cm. In most cases, higher conductivity occurred when prevulcanized latex was used. The strain at break of the composites increases with decreasing rubber/monomer ratio. For the same synthesis conditions the strain at break was higher to the composites obtained from prevulcanized latex. In some polymerization condition it was evident the occurrence of encapsulation of prevulcanized rubber particles with the conducting polymers mainly to low rubber/monomer ratio

Orientador: José Antonio Malmonge
Banca: Darcy Hiroe Fujii Kanda
Banca: Fauze Ahmad Aouada
Banca: Cristiane Reis Martins
Banca: Nara Regina de Souza Basso
Resumo: Os polímeros geralmente são muito conhecidos por serem materiais leves, flexíveis e de fácil processamento. Cada vez mais a área tecnológica tem a demanda dessas propriedades associadas a condutividade elétrica ajustável. Nessa perspectiva, há trabalhos que se empenham em associar Polímeros Condutores Intrínsecos (PCI) com matrizes de boa propriedade mecânica. Entre os PCI, o polipirrol (PPy) e a polianilina (PAni) têm se destacado devido à fácil síntese, alta estabilidade ambiental, alta condutividade (10 2 S/cm) e baixo custo dos monômeros. Uma das limitações nas aplicações tecnológica desses polímeros condutores está na sua pobre propriedade mecânica e baixa solubilidade. Uma das alternativas para contornar esses problemas é fazer a polimerizão in situ dos polímeros condutores na presença de um polímero com boas propriedades mecânicas. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi preparar blendas de borracha natural (BN) com PAni e BN com PPy através da polimerização in situ da anilina e do pirrol, respectivamente, no látex de seringueira, natural e prevulcanizado. Foram estudadas as propriedades morfológicas, estruturais, elétricas, mecânicas e térmicas dessas amostras. As análises dos espectros de infravermelho e UV-Vis- NIR evidenciaram a síntese, em meio látex, da polianilina no estado sal de esmeraldina (dopada) e do polipirrol no estado dopado. As blendas apresentaram condutividade elétrica na faixa de 10 -14 a 10 -2 S/cm que variou em função da razão borracha/monômero. Na maioria dos casos, obteve-se maior condutividade elétrica quando utilizou-se o látex prevulcanizado. A tensão na ruptura aumentou com a diminuição da razão de BN/monômero para as blendas obtidas a partir de látex natural e também de látex prevulcanizado. Para a mesma condição de síntese, a tensão de ruptura foi superior para as blendas obtidas a partir do látex...
Abstract: The polymers are generally known to be very lightweight materials, flexible and easy processing. Each year, more and more the technology area has the demand for these properties associated with adjustable electrical conductivity. From this perspective, there are studies that seek to associate intrinsically conducting polymers (ICP) with polymer matrices that has good mechanical property. Among those ICP, polypyrrole (PPy) and polyaniline (PAni) has received much attention due to easy of synthesis, high environmental stability, high conductivity (10 2 S/cm) and low cost of monomers. However, they have poor mechanical property and low solubility. An alternative to overcome these problems is to make in situ polymerization of the conductive polymer in the presence of another polymer that possesses good mechanical properties. In this way, the aim of this study was to obtain natural rubber (NR) composites with PAni and NR with PPY by in situ polymerization of aniline and pyrrole, respectively, in the natural and prevulcanized natural rubber latex. Morphological, structural, electrical, mechanical and thermal properties these samples were studied. Analysis of infrared and UV-Vis-NIR spectra showed the polyaniline and polypyrrole are in doped state. The electrical conductivity of the composites showed to be dependent on the ratio rubber/ monomer, staying in the range of 10 -14 to 10 -2 S/cm. In most cases, higher conductivity occurred when prevulcanized latex was used. The strain at break of the composites increases with decreasing rubber/monomer ratio. For the same synthesis conditions the strain at break was higher to the composites obtained from prevulcanized latex. In some polymerization condition it was evident the occurrence of encapsulation of prevulcanized rubber particles with the conducting polymers mainly to low rubber/monomer ratio
Doutor

O presente trabalho teve como motivação investigar a viabilidade na utilização de polióis, produzidos a partir da oxidação induzida de óleo de soja comercial e utilizar estes como precursores na síntese de revestimentos híbridos de poliuretano-ureia. O óleo de soja foi escolhido por ter baixo custo, ser oriundo de fontes renováveis e apresentar em sua molécula locais com potencialidade para modificação química. Os polióis produzidos por oxidação induzida foram caracterizados por titulometria, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear do próton 1H (RMN 1H), cromatografia por permeação em gel (GPC) para identificar a formação de grupos hidroxila em sua molécula e determinar o tempo adequado de oxidação do óleo. Após serem caracterizados, os polióis foram utilizados na síntese de revestimentos híbridos de poliuretano-ureia para serem utilizados na proteção de superfícies metálicas. Os precursores utilizados na síntese foram o óleo de soja oxidado durante 24 h (OSO-24h), óleo de soja oxidado durante 48 h (OSO-48h), 4,4'-difenil metano diisocianato (MDI), 3-aminopropil trimetoxisilano (APTMS). As análises de FTIR dos revestimentos híbridos revelaram a presença de grupos Si-O-Si, indicando a formação de uma rede híbrida, a qual também foi identificada pela análise de espectroscopia de ressonância magnética nuclear do próton 29Si (RMN 29Si), quando foi verificada a presença de estruturas T0, T1, T2 e T3 (onde o índice 0, 1, 2 ou 3 indica o número de grupos de siloxanos ligados ao átomo de silício). O mapa composicional obtido por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) revelou que as amostras contendo aminosilano apresentam estruturas com separação de fase; isto aconteceu devido à diferença na taxa relativa de formação dos grupos ureias frente aos grupos uretanos. As análises de difração de raios X (DRX) exibem um perfil típico de materiais amorfos e a técnica de espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revela que os domínios rígidos possuem formatos esféricos com tamanhos entre 1-6 nm. Os revestimentos aplicados em substratos metálicos foram aprovados nos testes de adesão, resistência ao impacto e flexibilidade segundo as normas da sociedade americana de testes e materiais (ASTM), entretanto, o ensaio de névoa salina revelou que os revestimentos sem o aminosilano apresentam maior resistência à corrosão, em comparado com os materiais híbridos, em virtude da formação de uma fase rica em silício, a qual atua como inicializadora da reação de corrosão.
Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-10-17T15:37:27Z No. of bitstreams: 1 Tese Pedro Antonio Ourique.pdf: 4145729 bytes, checksum: 0326f707659828778e2d95c67c9e81c9 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-10-17T15:37:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Pedro Antonio Ourique.pdf: 4145729 bytes, checksum: 0326f707659828778e2d95c67c9e81c9 (MD5) Previous issue date: 2016-10-17
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS.
Motivation of the work was to investigate the synthesis of polyols obtained from air induced oxidation of the commercial soybean oil and use these as precursors in the preparation of polyurethane-urea hybrid coatings. Soybean oil is a feedstock that has low cost, and it comes from renewable sources. This molecule has the potential for chemical modification and use in different applications. The synthesized polyols were characterized by titration, FTIR, 1H NMR and GPC for evaluation formation of hydroxyl groups in oxidized soybean oil. After characterization polyols, were used in the synthesis of polyurethane-urea hybrid coatings for use in metal surfaces protection. The monomers used in the synthesis of hybrid coatings were oxidized soybean oil for 24 h (OSO-24), oxidized soybean oil for 48 h (OSO-48h), 4,4'-diphenyl methane diisocyanate (MDI), 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS). FTIR analysis of the hybrid coatings revealed the presence of Si-O-Si bands, indicating the formation of a hybrid network, which was also identified by 29Si NMR, showing the formation of structures T0, T1, T2 and T3. SEM analysis and compositional map generated by EDS indicate that the samples with APTMS presented phase separated structures; this occurred during the difference in the relative rate of formation of urea groups when compared to urethane groups. On the other hand, the synthesized materials were amorphous and had rigid spherical shape domains with sizes between 16 nm. The films produced, when used as coatings, exhibited satisfactory mechanical behavior and excellent adhesion to metal substrates. However, its corrosion resistance is limited during of the formation of silicon rich phases.

Orientador: Antônio Carlos Guastaldi
Banca: Sandra Helena Pulcinelli
Banca: Luis Geraldo Vaz
Banca: Jorge Enrique Rodriguez Chanfrau
Banca: Gildásio de Cerqueira Daltro
Resumo: A engenharia de tecidos é um campo que aplica os princípios de engenharia e ciências biológicas para desenvolver substitutos biológicos que restauram, mantém ou melhoram o tecido ou a função do órgão por inteiro. A presente tese estudou arcabouços (scaffolds) produzidos com celulose bacteriana/fosfato de cálcio voltados para a regeneração óssea. Foram analisados a modificação do processo de fermentação da celulose bacteriana com moléculas naturais (sulfato de condroitina e ácido hilaurônico), modificações físicas superficiais empregando-se irradiação gamma na celulose bacteriana e método biomimético para formação de fosfato de cálcio na superfície da membrana, posteriormente foram testados os biomateriais com células do ovário de hamster chineses (CHO-K1 cells). A modificação com moléculas naturais alterou a carga superficial e a cristalinidade das membranas, a modificação física alterou também propriedades físico-químicas de superfície, interferindo no processo de deposição de fosfato de cálcio. Os fosfatos de cálcio testados pelo método biomimético (SBFs 1 e 3), tiveram resultados melhores quanto a sua incorporação na superfíce das membranas não irradiadas de celulose bacteriana e seus nanocompósitos.
Doutor

Dans cette thèse, nous étudions un métamatériau inspiré de la paille de blé pour l'absorption parfaite du son. Une botte de paille estidéalisée comme un milieu poreux anisotrope, composé d’un arrangement périodique très concentré de tubes creux cylindriques. L’approche théorique de ce métamatériau repose sur l'homogénéisation asymptotique à deux échelles d'un réseau perméable de résonateursparfaitement rigides dont la physique est enrichi par des résonances internes. Les principales caractéristiques de ce milieu poreux sont lacompressibilité effective négative autour de la résonance du tube et la réduction drastique de la vitesse de propagation du son (slowsound) à très basse fréquence. Une configuration optimale est conçue, basée sur la condition de couplage critique, pour laquelle la fuited’énergie du système résonnant ouvert est parfaitement compensée par les pertes intrinsèques induites par les pertes viscothermiques.Des mesures en tube à impédance sont effectuées sur des échantillons fabriqués par impression additive pour valider les résultatsthéoriques. Nous montrons que ce métamatériau est un absorbeur sub-longueur d'onde capable d’une absorption parfaite à très bassefréquence et d'introduire une quasi-bande interdite autour de la résonance du tube. De plus, la nature anisotrope de ce matériau conduit àune absorption globalement élevée à basse fréquence et ce pour toutes les incidences. Cette étude offre la possibilité de concevoir unabsorbeur acoustique sélectif en angle et en fréquence. Pour conclure, les résultats de cette thèse montrent que la paille est un boncandidat pour une absorption acoustique parfaite
Straw-inspired metamaterials for sound absorption are investigated in this Thesis. A straw stack is idealized as a highly concentratedresonant anisotropic porous medium constituted of a periodic arrangement of densely packed cylindrical hollow tubes. The approach tothis metamaterial relies on the two-scale asymptotic homogenization of a permeable array of perfectly rigid resonators, where the physicsis further enriched by tailoring inner resonances. The main features of such sound absorbing medium are the possibility for the effectivecompressibility to become negative around the tube resonance and the drastic reduction of the effective sound speed (slow sound) at verylow frequency in the system. Moreover, an optimal configuration for sound absorption is designed, based on the critical couplingcondition, in which the energy leakage out of the open resonant system is perfectly compensated by the intrinsic losses induced by thevisco-thermal losses both in the anisotropic matrix and in the resonators. Impedance tube measurements are performed on 3-D printedsamples with controlled parameters to validate the theoretical results. This metamaterial is a sub-wavelength absorber that can achievetotal absorption at a very low frequency and possesses a quasi-band-gap around the tube resonance. Furthermore, the anisotropic nature ofthe configuration gives rise to high absorption at low-frequency range for all incidences and diffuse field excitation. It paves the way tothe design of angular and frequency selective sound absorber. To conclude, the results of this Thesis show that straw is a good candidatefor perfect sound absorption

This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.
Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Materials Science and Engineering, 2019
Cataloged from student-submitted PDF version of thesis.
Includes bibliographical references.
Discovering, designing, and developing a novel material is an arduous task, involving countless hours of human effort and ingenuity. While some aspects of this process have been vastly accelerated by the advent of first-principles-based computational techniques and high throughput experimental methods, a vast ocean of untapped historical knowledge lies dormant in the scientific literature. Namely, the precise methods by which many inorganic compounds are synthesized are recorded only as text within journal articles. This thesis aims to realize the potential of this data for informing the syntheses of inorganic materials through the use of data-mining algorithms. Critically, the methods used and produced in this thesis are fully automated, thus maximizing the impact for accelerated synthesis planning by human researchers.
There are three primary objectives of this thesis: 1) aggregate and codify synthesis knowledge contained within scientific literature, 2) identify synthesis "driving factors" for different synthesis outcomes (e.g., phase selection) and 3) autonomously learn synthesis hypotheses from the literature and extend these hypotheses to predicted syntheses for novel materials. Towards the first goal of this thesis, a pipeline of algorithms is developed in order to extract and codify materials synthesis information from journal articles into a structured, machine readable format, analogous to existing databases for materials structures and properties. To efficiently guide the extraction of materials data, this pipeline leverages domain knowledge regarding the allowable relations between different types of information (e.g., concentrations often correspond to solutions).
Both unsupervised and supervised machine learning algorithms are also used to rapidly extract synthesis information from the literature. To examine the autonomous learning of driving factors for morphology selection during hydrothermal syntheses, TiO₂ nanotube formation is found to be correlated with NaOH concentrations and reaction temperatures, using models that are given no internal chemistry knowledge. Additionally, the capacity for transfer learning is shown by predicting phase symmetry in materials systems unseen by models during training, outperforming heuristic physically-motivated baseline stratgies, and again with chemistry-agnostic models. These results suggest that synthesis parameters possess some intrinsic capability for predicting synthesis outcomes. The nature of this linkage between synthesis parameters and synthesis outcomes is then further explored by performing virtual synthesis parameter screening using generative models.
Deep neural networks (variational autoencoders) are trained to learn low-dimensional representations of synthesis routes on augmented datasets, created by aggregated synthesis information across materials with high structural similarity. This technique is validated by predicting ion-mediated polymorph selection effects in MnO₂, using only data from the literature (i.e., without knowledge of competing free energies). This method of synthesis parameter screening is then applied to suggest a new hypothesis for solvent-driven formation of the rare TiO₂ phase, brookite. To extend the capability of synthesis planning with literature-based generative models, a sequence-based conditional variational autoencoder (CVAE) neural network is developed. The CVAE allows a materials scientist to query the model for synthesis suggestions of arbitrary materials, including those that the model has not observed before.
In a demonstrative experiment, the CVAE suggests the correct precursors for literature-reported syntheses of two perovskite materials using training data published more than a decade prior to the target syntheses. Thus, the CVAE is used as an additional materials synthesis screening utility that is complementary to techniques driven by density functional theory calculations. Finally, this thesis provides a broad commentary on the status quo for the reporting of written materials synthesis methods, and suggests a new format which improves both human and machine readability. The thesis concludes with comments on promising future directions which may build upon the work described in this document.
by Edward Soo Kim.
Ph. D.
Ph.D. Massachusetts Institute of Technology, Department of Materials Science and Engineering

Dottorato di Ricerca in Ingegneria dei Materiali e delle Strutture, Ciclo XXIV,a.a. 2008-2011
Nel presente lavoro, svolto nell’ambito del dottorato di ricerca, si è affrontato l’argomento della progettazione strutturale sostenibile attraverso lo studio di un sistema di rinforzo costituito da materiali a basso impatto ambientale. È stata analizzata, in particolare, la possibilità di sviluppo di un nuovo composito a matrice cementizia da impiegare nel campo della riabilitazione strutturale e dell’adeguamento sismico come rinforzo esterno di elementi in muratura. La fase fibrosa è rappresentata anch’essa da materiali non convenzionali ed eco-sostenibili, composti da fibre naturali di canapa e di lino nella forma di nastri e tessuti uni e bi-direzionali. Riguardo l’uso dei sistemi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix), costituiti da leganti inorganici idraulici in sostituzione delle resine epossidiche dei più tradizionali FRP (Fiber Reinforced Polymer), numerosi sono ormai gli studi sperimentali presenti nella letteratura scientifica che li vedono accoppiati a fibre di natura sintetica (vetro, carbonio, PBO, etc.). Tali indagini hanno dimostrato buone caratteristiche di adesione alla muratura, buona resistenza alle alte temperature e, con un’opportuna scelta della fase di rinforzo, buone caratteristiche meccaniche. Meno apprezzabile è risultata invece la compatibilità con le fibre. Prove sperimentali di delaminazione eseguite su murature e/o su elementi resistenti in laterizio/pietra rinforzati, hanno evidenziato, infatti, la frequenza di una modalità di crisi per perdita di aderenza tra la matrice e l’elemento di rinforzo. Il problema dello “scollamento” delle fibre dall’adesivo (debonding) è alla stregua del fenomeno del distacco del materiale composito dalla parte superficiale del supporto murario (peeling, tipico dei sistemi con FRP), poiché entrambe le tipologie di rottura si manifestano all’interfaccia tra gli strati impedendo al materiale di rinforzo di lavorare al massimo delle proprie prestazioni a trazione. Nell’ambito delineato, la scelta di impiegare fibre lunghe naturali (NF) in sostituzione delle fibre artificiali sintetiche comunemente impiegate nel campo dei rinforzi strutturali con compositi rappresenta un’innovazione assoluta. Si tratta di materiali con modeste caratteristiche meccaniche ed elastiche ma del tutto paragonabili alle fibre di vetro di medie prestazioni. L’attività sperimentale condotta per il presente studio ha avuto lo scopo di indagare preliminarmente la compatibilità di tali fibre con una matrice cementizia specifica per sistemi di consolidamento esterno e, successivamente, di valutare l’efficacia del materiale composito ottenuto (NFRCM) quando applicato a elementi in muratura di mattoni pieni sottoposti ad azioni di taglio nel piano. Più specificamente, dopo una prima fase di caratterizzazione a trazione dei nastri, affiancata a una campagna di prove di tipo pull-out su elementi in laterizio fibrorinforzati, si è proceduto a una serie di prove di compressione diagonale su campioni di muratura privi di rinforzo e su campioni rinforzati, consentendo di rilevare l’efficacia del rinforzo in termini di capacità resistente e rigidezza al taglio. Le strisce di materiale composito sono state applicate su ambo le superfici regolarizzate dei pannelli murari secondo le disposizioni geometriche in diagonale e a reticolo a maglie quadrate. Le prove di aderenza e quelle di taglio nel piano sono state ripetute utilizzando un tessuto in fibre di vetro immerso nella stessa matrice in cui sono state impregnate le fibre naturali, allo scopo di eseguire un confronto con i materiali di rinforzo comunemente impiegati nei sistemi FRCM. Alla campagna sperimentale, infine, è stata accostata un’analisi numerica atta a fornire dei modelli capaci di descrivere il comportamento sperimentale esibito dai provini murari durante le prove di laboratorio. In particolare, i pannelli sono stati discretizzati all’interno del codice di calcolo LMGC90 e le strisce di composito modellate tenendo conto solo della modalità di rottura a trazione delle fibre nell’ipotesi di perfetta aderenza al supporto murario. Il codice risulta essere particolarmente adatto alla modellazione della muratura, basandosi su un metodo agli elementi distinti (DEM) che adotta un algoritmo di risoluzione completamente implicito (Non Smooth Dynamic Contact method). In particolare, esso è utilizzato per modellare il comportamento globale di sistemi discreti considerando il comportamento dinamico proprio di ogni componente in interazione con gli altri elementi. Le analisi numeriche risultano in buon accordo con le risultanze sperimentali, mostrando la validità di questo primo approccio di modellazione numerica per la muratura rinforzata. Parole chiave: Muratura, Rinforzo, FRCM, Fibre naturali, Compressione diagonale,Modellazione
Università degli Studi della Calabria

La riduzione dell’impatto ambientale dei materiali da costruzione ad ogni fase del ciclo di vita dell’edificio, a partire dal processo di estrazione delle materie prime, passando per la produzione, il trasporto, la posa in opera, la dismissione e smaltimento, unitamente alla quantità di risorse naturali ed energetiche impiegate e alla quantità di rifiuti prodotti ad ogni fase del ciclo produttivo, risulta essere uno degli obiettivi chiave dello sviluppo sostenibile. Nuove politiche e linee di indirizzo si rivelano dunque necessarie per la sopravivenza del pianeta, cercando risposte che non si limitino a operare sulle quantità, ma di intervenire invece sulla qualità dei processi di produzione e sul recupero di materiali ai quali è possibile dare una seconda vita, riducendo gli sprechi e utilizzando al meglio le risorse, avvicinandosi sempre di più ad un modello economico “circolare” basato su policy di rientro che vedono nei rifiuti e negli scarti industriali, delle risorse materiali per una nuova produzione. Alla luce di ciò, la presente Ricerca dottorale si inserisce nell’ambito delle innovazioni di processo e di prodotto, a partire dalla constatazione della necessità di un approccio progettuale che ponga in primo piano l’eco-efficienza non solo dei materiali da costruzione, ma anche dei processi che ne portano alla produzione, all’ utilizzo e alla dismissione. In particolare il presente lavoro di Tesi affronta la tematica dell’efficienza energetica ed ecologica in architettura sotto il profilo dei materiali da costruzione, analizzando le possibilità di utilizzo di rifiuti e materiali di scarto industriale, al fine di proporre soluzione che siano in grado di razionalizzare l’uso delle materie prime seconde e di diminuire l’impatto ambientale in campo edilizio. E’ stata indagata nello specifico l’area dei materiali Bio-compositi derivanti da scarti di produzione provenienti dall’industria agro-alimentare e tessile, visti come alternativa naturale ai tradizionali materiali da costruzione, in quanto sono in grado di ridurre l’impatto sull’intero ciclo di vita degli interventi che ne fanno uso, nell’ottica di un sistema edilizio quanto più possibile prefabbricato, disassemblabile e compostabile, che contribuisca alla riduzione del quantitativo di rifiuti prodotti e alla diminuzione della domanda di materie prime.