Desenvolvimento de microcápsulas ativadas por radiação solar para aplicação em painéis cerâmicos exteriores

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, António David Martins
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/40209
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais
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spelling Desenvolvimento de microcápsulas ativadas por radiação solar para aplicação em painéis cerâmicos exterioresDevelopment of microcapsules with insecticide activated by solar radiation and their application in exterior ceramic panelsEngenharia e Tecnologia::Engenharia dos MateriaisDissertação de mestrado integrado em Engenharia de MateriaisO desenvolvimento de microcápsulas poliméricas tem vindo a crescer nos últimos anos, e as suas aplicações são cada vez mais variadas. Neste projeto pretende-se desenvolver microcápsulas poliméricas com repelente de mosquitos no seu interior, que será libertado sob radiação solar através de reações fotocatalíticas promovidas por nanopartículas de dióxido de titânio à superfície das microcápsulas. Pretende-se ainda alargar o leque de aplicações desta tecnologia, aplicando a mesma a painéis cerâmicos da empresa Revigrés. O trabalho foi divido em três partes, começando pela síntese das microcápsulas poliméricas contendo óleo de citronela com propriedades repelentes de mosquitos, seguida da produção das nanopartículas com propriedades fotocatalíticas e por fim a aplicação do produto no cerâmico e sua caracterização. Numa fase inicial do projeto foram sintetizadas microcápsulas de poliamida, que já tinham sido produzidas anteriormente na Universidade do Minho. No entanto, os resultados mostraram que este tipo de polímero não conferia resistência mecânica suficiente para a aplicação pretendida. Com base nestes testes preliminares realizaram-se ensaios utilizando outros polímeros para a parede das microcápsulas, na tentativa de obter um produto com melhores propriedades mecânicas. Foram sintetizadas microcápsulas de ureia-formaldeído e melanina-ureia-formaldeído, utilizando vários parâmetros durante o processo de síntese, sem resultados satisfatórios. Por fim, após diversos estudos, foi possível produzir microcápsulas com parede de poliuretano que apresentaram excelentes propriedades mecânicas. Para a caracterização das microcápsulas foram utilizadas as técnicas de microscopia ótica e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). A segunda fase do projeto incidiu na produção e caraterização de materiais fotocatalíticos, nomeadamente nanopartículas de dióxido de titânio. O método utilizado foi a síntese por sol-gel seguida de um tratamento hidrotérmico. Foram produzidas seis amostras, dopadas e não dopadas com azoto utilizando diferentes pH durante a produção das mesmas. Para aferir a capacidade fotocatalítica das nanopartículas, foram realizados ensaios de degradação do corante azul-demetileno e ensaios de fluorescência para quantificar a produção de radicais livres, resultantes do processo de fotocatálise. Realizaram-se também ensaios de refletância para determinar a energia de hiato do dióxido de titânio, bem como ensaios BET para determinar a área de superfície específica e ainda ensaios de difração de raios-X para analisar cristalograficamente as amostras. Procedeu-se à funcionalização das microcápsulas com as nanopartículas e à sua análise. As microcápsulas finais foram submetidas a ensaios de Cromatografia Gasosa acoplada a Espetrometria de Massa (GC-MS) para determinar se efetivamente ocorria libertação do óleo de citronela, utilizado como agente de repelência. Foram comparados os resultados entre cápsulas sem e com nanopartículas, bem como cápsulas sem e com nanopartículas submetidas a radiação UV. Os resultados mostraram que microcápsulas funcionalizadas com as nanopartículas de dióxido de titânio e submetidas as radiação obtiveram uma maior eficiência de libertação de repelente do que as outras amostras. Na fase seguinte deste projeto, as microcápsulas foram depositadas no cerâmico. De notar que o cerâmico funcionalizado com as microcápsulas não liberta repelente por um tempo ilimitado, pelo que se tinha como objetivo encontrar um método de deposição simples, que permita a posterior aplicação periódica pelo utilizador final. Assim, foi utilizada uma pistola de ar comprimido capaz de dispersar as cápsulas no painel. De modo a pulverizar as mesmas no cerâmico foi necessário dispersá-las numa solução com um ligante de modo a garantir que as mesmas se ligavam ao cerâmico. Utilizaram-se dois tipos de ligantes encontrados no mercado, o Baypret® USV e Baypret® PU, dissolvidos a várias concentrações em água e álcool. Concluiu-se que a melhor solução foi a Baypret® USV a 20% de concentração, pois obteve uma melhor dispersão das cápsulas e o melhor aspeto final. Por fim, as cápsulas foram testadas em mosquitos vivos, no Instituto de Higiene e Medicina Tropical em Lisboa. Foi testada a capacidade repelente das cápsulas, bem como a sua capacidade dissuasora de oviposição. Estes testes permitiram concluir que as microcápsulas têm um efeito repelente e capacidade dissuasora de oviposição nos mosquitos, mostrando que as mesmas são efetivamente capazes de libertar o conteúdo no seu interior.The development of polymeric microcapsules has grown in the past few years, with more and more applications. In this project we intend to develop polymeric microcapsules with insecticide, which will be released through photocatalytic reactions promoted by titanium dioxide nanoparticles present in the surface of the capsules. Also, we intend to broad the number of applications for this technology, applying it to ceramic panels produced by Revigrés. The following work was divided in three parts, being the first the development of microcapsules with citronella oil, a common insecticide in their interior, followed by the production of the nanoparticles, and ending in the final applications of the product in the ceramic. In the first phase of the project polyamide microcapsules were produced, since this type of capsules was already being investigated in the University of Minho and the production parameters were already well known. The results were not as expected due to the low mechanical resistance of this capsules, which would cause them to collapse when applied to the ceramic. So, other types of capsules were produced using different polymers, such as urea-formaldehyde and melamine-urea-formaldehyde with no satisfactory results. After several weeks of studies and uses of different polymers, polyurethane capsules were produced with enough mechanical strength to be used in the ceramics. Optical and scanning electron microscopy were used to characterize the capsules. The second phase was focused in the production and characterization of the titanium dioxide nanoparticles. This were produced using sol-gel method, followed by hydrothermal treatment. Six samples were produced, three of which were doped with nitrogen, using different pH values during the production. To evaluate the nanoparticles photocatalytic ability, photocatalytic degradation of methylene blue aqueous suspension and 7-hydroxycoumarin fluorescence test took place. Also, reflectance tests were made to evaluate the gap energy of titanium dioxide, as well as BET to assess the specific surface area and X-ray diffraction to analyse the crystallography of the samples. The next step was to functionalise the capsules with the nanoparticles and analyse them. The capsules were submitted to gas-chromatography coupled with mass-spectroscopy to determine if there was release of the insecticide to the environment. Four samples were studied: (i) simple microcapsules, (ii) microcapsules submitted to ultraviolet radiation, (iii) microcapsules functionalised with the nanoparticles and (iv) microcapsules functionalised with the nanoparticles and submitted to ultraviolet radiation. The results were promising, since the functionalised capsules submitted to radiation showed a great improvement in the quantity of released product. In the last stage of this project the ceramic plates were coated with the capsules. Note that the microcapsules coating doesn’t realise insecticide trough an unlimited time, and an occasional coating must be done by the final user. So, the coating process should be simple and anyone should be able to do it. As such, the chosen process was done using a compressed air gun. This process is very simple, cheap and fast. Two types of binders were used to assure the binding of the capsules to the wall. Baypret® USV and Baypret® PU dissolved in different concentrations in water and alcohol were used. The best solution, was 20% Baypret® USV dissolved in alcohol, as it had the best dispersion and final look. Lastly, the microcapsules were tested in mosquitos, at Tropical Higyne and Medicine Institute in Lisbon. Their repelent and oviposition dissuasion effects were tested. Is was concluded that, the capsules have a repellent effect as well as an opposition distortion effect, showing that there are, in fact, capable of release the product inside.Tavares, C. J.Universidade do MinhoRibeiro, António David Martins20152015-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/40209porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:00:46Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/40209Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:50:37.681148Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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