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Orientador: Prof. Dr. Demétrio Jackson dos Santos Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2019. Embalagens flexíveis para alimentos, obtidas pelo processo de laminação, são usualmente constituídas de um conjunto de filmes de diferentes materiais, como camadas de polímeros e alumínio unidas por uma fina camada de adesivo de poliuretano (PU). Este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos da relação NCO:OH dos precursores de PU e a composição superficial do substrato de alumínio, em função do envelhecimento térmico, na adesão e no comportamento mecânico de embalagens flexíveis. A cinética de cura e variação dos grupos químicos dos adesivos foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e refratometria ótica por modulação de temperatura, no qual foi observado que a cura do adesivo ocorre após 24 horas, em três etapas distintas. As alterações da composição superficial dos substratos de alumínio, resultantes do envelhecimento, foram caracterizadas por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, sendo verificado o aumento da camada de hidróxido de alumínio com o tempo de envelhecimento. Efeitos da modificação superficial do Al na adesão foram estudados por microscopia de força atômica e medidas de ângulo de contato, indicando que não há mudanças significativas da rugosidade do alumínio, enquanto a molhabilidade da superfície aumenta com o envelhecimento. O comportamento mecânico da junção adesiva foi investigado por ensaios mecânicos de peeling e o mecanismo de falha foi caracterizado utilizando FTIR e microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão de energia de raios X, tendo ocorrido a falha coesiva do substrato em todos os laminados. Também foi analisada a composição química do adesivo próximo à interface formada com a superfície de alumínio, utilizando a técnica de espectroscopia de massa de tempo de voo por íons secundários, sendo possível observar a formação da ligação química entre os materiais. A partir desses resultados, foi possível avançar no entendimento para a redução dos eventos de delaminação em embalagens flexíveis e para a compreensão dos fundamentos de adesão envolvidos nestas interfaces. Flexible laminated food packaging obtained by the lamination process usually consists of a combination of different films materials, usually layers of polymers and aluminum joined by a thin layer of polyurethane (PU) adhesive. When the interactions between the films (adhesion) are weak, the mechanical properties of the joint are usually not enough to maintain the union, and the delamination of the material may occur and compromise the product¿s quality. The delamination can be avoided by understanding the effects of materials properties, study of the aluminum and polyurethane surface, adhesion and mechanical strength of the laminated packages. This work aims to investigate the effects of the PU adhesive¿s NCO:OH ratio and the aluminum substrate surface composition in the adhesion and mechanical behavior of flexible packages, as a function of thermal aging. The kinetics of the adhesive cure and variation of chemical groups were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and temperature modulated optical refractometry, which showed that the adhesive cure occurs after 24 hours in three distinct stages. Changes in the surface composition of the aluminum substrates were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and showed an increase of the aluminum hydroxide layer with aging time. Effects of surface modification of Al were studied by atomic force microscopy and contact angle, indicating that no significant changes in aluminum roughness and an increase in the surface wettability with aging time. The mechanical behavior of the laminates adhesive junction was investigated by mechanical peeling tests and the failure mechanism was characterized using FTIR and scanning electron microscopy - energy dispersive X-ray spectroscopy showing a cohesive failure of the Al substrate. We also studied the determination of the PU composition near its interface with the aluminum surface using the techniques of time-of-flight mass spectroscopy by secondary ions, where it was seen the formation of the chemical bonds between the materials. From these results, we took one step forward to the understanding of the fundamentals of adhesion involved in these interfaces.

Neste trabalho aplica‐se o método sem malha natural neighbour radial point interpolation method (NNRPIM) à análise unidimensional de vigas laminadas, considerando a teoria de Timoshenko. O NNRPIM combina o conceito matemático dos vizinhos naturais com a interpolação radial pontual. Os diagramas de Voronoï permitem impor a conectividade nodal e construir a malha de fundo para efeitos de integração, por intermédio das células de influência. É apresentada a construção das funções de interpolação NNRPIM, sendo, para estas, usada a função de base radial multiquadrática. As funções de interpolação geradas possuem continuidade infinita e a propriedade de delta Kronecker, o que facilita a imposição das condições de fronteira, uma vez que estas podem ser impostas com o método da imposição direta, tal como no método dos elementos finitos (FEM). De modo a obter o campo de deslocamentos e de deformações, a teoria de deformação de Timoshenko para vigas sujeitas a esforços transversos é considerada. Vários exemplos numéricos de vigas isotrópicas e vigas laminadas são apresentados de modo a demonstrar a convergência e a exatidão da aplicação proposta. Os resultados obtidos são comparados com soluções analíticas disponíveis na literatura. In this work, a meshless method, “natural neighbour radial point interpolation method” (NNRPIM), is applied to the one‐dimensional analysis of laminated beams, considering the theory of Timoshenko. The NNRPIM combines the mathematical concept of natural neighbours with the radial point interpolation. Voronoï diagrams allows to impose the nodal connectivity and the construction of a background mesh for integration purposes, via influence cells. The construction of the NNRPIM interpolation functions is shown, and, for this, it is used the multiquadratic radial basis function. The generated interpolation functions possess infinite continuity and the delta Kronecker property, which facilitates the enforcement of boundary conditions, since these can be directly imposed, as in the finite element method (FEM). In order to obtain the displacements and the deformation fields, it is considered the Timoshenko theory for beams under transverse efforts. Several numerical examples of isotropic beams and laminated beams are presented in order to demonstrate the convergence and accuracy of the proposed application. The results obtained are compared with analytical solutions available in the literature.