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Não recebi financiamento Umbilical cable is one of the main systems for monitoring, powering, and supplying chemicals foroffshore oil and gas wells. Polyamide 11 (PA 11) composes the ducts for the chemical injection andcan suffer withseveral degradation processes. Little is known about the degradation resulting from the chemical contact between the applied products and the PA 11. Currently, the inherent viscosity is the analytical technique most used by the oil industry in monitoring the polyamide 11degradation, as it allows inferring about the polymeric molar mass. However, this technique makes use of toxic solvents, and generates hazardous waste. A more compliant alternative with the concepts of green chemistry and operational safety, is the use of rheological analyzes in a small amplitude oscillatory regime. This technique allows to evaluate changes in the molecular structure of the polymer, provides information on the molar mass distribution, storage module (G') and loss module (G''), does not use solvents and is an automatedand robust technique. In this sense, the objective of this work was to establish a correlation between the analysis of oscillatory rheometry with the inherent viscosity tomonitor the degradation of polyamide 11. It were analyzed polyamides with four different levels of degradation and two chemical products, A ( naphtha base, diesel oil, butoxyethanol and mercaptoethanol) and B (condensed aldolic base and ethanol), most used during oil and gas production as corrosion inhibitors and H2S scavengers, respectively. It was observed through the values of corrected inherent viscosity (VIC) and viscosimetric molar mass (̅̅̅̅) that extrusion reprocessing resulted in PA 11 with different molar masses possibly due to hydrolytic degradation, associated with polycondensation reactions. By analyzing the Cole-Cole curve, an increase in the molar mass distribution was observed. It was also possible to verify that the immersion time and the type of degrading chemical medium has a greater impact on the degradation of PA11. Since the Newtonian plateau was not identified in the viscosity curve as a function of frequency, an alternative to the Cox-rule Merz was the use of β, which showed a greater variation between the values obtained by VIC and by rheometry for the mostdegraded samples. A good correlation was found between rheometry and viscosity in solution, indicating that the methodology used can be used to measure the variation in the molar mass of the polyamide 11. O cabo umbilical é um dos principais sistemas de monitoramento, alimentação elétrica, e abastecimento de produtos químicos dos poços offshore de petróleo e gás.A poliamida 11 (PA 11) compõe os dutosdestinados à injeção de produtos químicos, e pode sofrer com diversos processos de degradação.Pouco se sabe sobre a degradação resultante do contato químico entreos produtos aplicados ea PA 11. Atualmente, aviscosidade inerenteé a técnica analítica maisutilizada pela indústria petrolífera nomonitoramentoda degradação da poliamida 11, porpossibilitar fazer inferências sobre a massa molar polimérica. Porém, essa técnica faz uso de solventes tóxicos, e gera resíduos perigosos. Uma alternativa mais complacente com os conceitos da química verdee de segurança operacional,é a utilização de análises reológicas em regime oscilatório de pequena amplitude. Essa técnicapermite avaliar mudanças na estrutura molecular do polímero, fornece informações sobre a distribuição da massa molar, módulo de armazenamento (G’) e módulo de perda (G’’), não faz uso de solventes e é uma técnica automatizada e robusta.Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi estabelecer uma correlação entre as análises de reometria em regime oscilatório com a viscosidade inerente com o intuito de monitoramento da degradação da poliamida 11. Foram analisadas poliamidas com quatrodiferentes níveis de degradação e dois produtos químicos, A(base nafta, óleo diesel, butoxietanol e mercaptoetanol)e B(base condensado aldólico e etanol), mais empregados durante a produçãode petróleo e gáscomo inibidores de corrosão e sequestrantes de H2S, respectivamente.Observou-se por meiodos valores de viscosidade inerente corrigida (VIC)e massa molar viscosimétrica (̅̅̅̅)que o reprocessamento porextrusão resultou em PA 11 com diferentes massas molarespossivelmente devido à degradaçãohidrolítica, associado a reaçõesde policondensação. Pela análise da curva de Cole-Cole, observou-se um alargamento na distribuição de massa molar. Também foi possível constatar que o tempo de imersãoe o tipo de meio químico degradantetem maior impacto na degradação da PA 11. Uma vez que não foi identificado o platô newtonianona curva de viscosidade em função da frequência,uma alternativa à regra de Cox-Merz foi a utilização deβ, que apresentou uma maior variação entre os valores obtidos por VIC e por reometria para as amostras mais degradadas. Foi encontrada boa correlação entre a reometria e a viscosidade em solução, indicando que a metodologia empregada pode ser utilizada para medir a variaçãomassa molar da poliamida 11.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T18:29:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_CarinaDosSantosFernandes.pdf: 2448664 bytes, checksum: 98631c833a9b8dfc254148af14388f9e (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T18:29:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_CarinaDosSantosFernandes.pdf: 2448664 bytes, checksum: 98631c833a9b8dfc254148af14388f9e (MD5) Previous issue date: 2019-02-07 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro Polyamide 11 is a polymer widely used for coating slip interfaces to protect against friction wear, since it has a good combination of chemical, thermal and mechanical properties. The automotive industry uses parts coated with melted polyamide in the form of a continuous coating. This work evaluates the viability of the primary recycling of waste from the machining of polyamide 11 used as a coating, in the form of mixtures with the virgin polymer, in the proportions of 100/0, 85/15 and 75/25 virgin and recycled PA11, respectively. The methods of characterization of virgin and recycled samples and their combinations are based on thermal analyzes (thermogravimetric and differential scanning calorimetry), hardness, roughness and adhesion analysis, as well as tribological wear analyzes. The isothermal and non-isothermal crystallization kinetics of the virgin and recycled polyamide 11 indicated that the crystallization rate of the recycled material is higher than the virgin material. Melting and degradation temperatures were maintained for both materials. The uniformity and adhesion of the coating were satisfactory, keeping in line with the parameters required for the automotive application. The technique of analysis of the infrared absorption region (FTIR) showed that there was no damage to the polymer binding. The tribological analysis showed a different behavior for the two antagonist body roughness s employed. The incorporation of recycled material decreased wear and maintained the coefficient of friction. The primary recycling of the polyamide residue 11 is feasible and its use reduces the cost with the raw material and the damages caused by the inadequate disposal of this residue. A poliamida 11 é um polímero largamente utilizado para recobrimento de interfaces de deslizamento visando à proteção contra o desgaste sofrido pelo atrito, uma vez que apresenta uma boa combinação de propriedades químicas, térmicas e mecânicas. A indústria automotiva utiliza peças recobertas com poliamida fundida, na forma de um revestimento contínuo. Este trabalho avalia a viabilidade da reciclagem primária dos resíduos da usinagem da poliamida 11 utilizada como revestimento, na forma de misturas com o polímero virgem, nas proporções de 100/0, 85/15 e 75/25 de PA11 virgem e reciclada, respectivamente. Os métodos de caracterização das amostras virgem e reciclada, e suas combinações são baseados em análises térmicas (termogravimétrica e calorimetria diferencial de varredura), em análises de dureza, rugosidade e aderência, além de análises de desgaste por tribologia. A cinética de cristalização, isotérmica e não isotérmica, da poliamida 11 virgem e reciclada indicou que a taxa de cristalização do material reciclado é maior do que o material virgem. As temperaturas de fusão e degradação foram mantidas para ambos os materiais. A uniformidade e a aderência do revestimento foram satisfatórias, mantendo-se de acordo com os parâmetros exigidos para a aplicação automotiva. A técnica de análise da região de absorção no infravermelho (FTIR) mostrou que não houve danos na ligação do polímero. A análise tribológica mostrou um comportamento diferente para as duas rugosidades de contracorpo empregado. A incorporação do reciclado diminuiu o desgaste e manteve o coeficiente de atrito. A reciclagem primária do resíduo de poliamida 11 é viável e sua utilização reduz o custo com a matériaprima e os danos causados pelo descarte inadequado deste resíduo.

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

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T18:30:44Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_VictorGuilhermeAmaralSpringer.pdf: 3130650 bytes, checksum: 6e389c129eaefc67ef29944d570fae10 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T18:30:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_VictorGuilhermeAmaralSpringer.pdf: 3130650 bytes, checksum: 6e389c129eaefc67ef29944d570fae10 (MD5) Previous issue date: 2015-10-05 Sliding systems with interface formed by low alloy steels and various polymers are widely used in the automotive industry in torque transmission systems subjected to axial loading. Usually these systems are coupled to steering systems and interact almost directly with the final user of the vehicle. To know the most severe wear conditions which these systems are submitted and attempt to overcome them, the tribological analysis was proposed on tribometer of the pin-on-disk type, on an interface formed by SAE 1020 steel with polyamide 11 in distilled water, 5 wt% aqueous solution of sodium chloride and 184,21 g/l natural sand aqueous solution in accordance with the automotive technical standards VW PV1210: 2010-02 and VW PV2982: 2013-07. The tests were performed at frequencies of 3.0 Hz and 1.5 Hz with a fixed amount of rotation of 10,000 cycles. The corrosion potential on open circuit was monitored throughout the test and the wear rate was calculated. It was highlighted higher friction coefficients, higher wear rates and higher corrosion potential amplitudes in samples assayed in sand solution; with milder values for the samples tested in distilled water and intermediate values for samples tested with sodium chloride solution. Sistemas deslizantes com interface formada com aços baixa liga e polímeros variados são vastamente utilizados na indústria automotiva em sistemas de transmissão de torque submetidas à carregamento axial. Geralmente esses sistemas são acoplados aos sistemas de direção e interagem quase diretamente com o usuário final do veículo. Para conhecer as condições de desgaste mais severas as quais esses sistemas são submetidos e tentar minimiza-las, foi proposta a análise tribológica, em tribômetro do tipo pino-no-disco, da interface aço SAE 1020 com poliamida 11 em água destilada, solução aquosa com 5% em massa de cloreto de sódio e solução aquosa com 184,21 g/l. de areia natural, de acordo com as normas técnicas automotivas VW PV1210:2010-02 e VW PV2982:2013-07. Os ensaios foram realizados em frequências de 3,0 Hz e 1,5 Hz com quantidade fixada em 10.000 ciclos de rotação. O potencial de corrosão em circuito aberto foi monitorado ao longo dos ensaios e a taxa de desgaste foi calculada. Foram evidenciados maiores coeficientes de atrito, maiores taxas de desgaste e maiores amplitudes de potencial de corrosão nas amostras ensaiadas em solução de areia; com valores mais brandos para as amostras ensaiadas em água destilada e valores intermediários para as amostras ensaiadas em solução de cloreto de sódio.

Não recebi financiamento The depth at which explores offshore oil grew abruptly, forcing the advancement of technology in relation to the knowledge acquired so far. For the risers operating conditions, subject to internal relatively low pressures, but exposed to high traction levels, the failure of the tensile armor connection due to disruption of the outer plastic layer has been appointed as the main failure mode to be investigated. The breakdown of protective layers allows the passage of corrosive solutions (gas and sea water) into the duct, accelerating the degradation process by the combination of factors associated with fatigue and corrosion. As a result, the verification of useful life of these risers is becoming increasingly important, justifying the development of reliable methods of inspection and high technologies that increase the estimated life of the components. In this study, the effects of the surface chemical modification of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles and their addition into polyamide 11 (PA11) on the mechanical, dynamic-mechanical, and tribological properties of PA11/TiO2 nanocomposites were investigated, aiming the use in the outer plastic layer of offshore risers. The nanoparticles were incorporated by means of two different processes: by extrusion and by internal mixer Haake. The results led to the conclusion that the incorporation of titanium dioxide nanoparticles (TiO2) in a polyamide 11 (PA11) matrix has promising application potential in increasing the life cycle of the outer layer, especially with regard to increased the wear resistance. However, this conclusion is valid only if an appropriate dispersive and distributive mixing is obtained, since the differences between modified and non-modified composites are more strongly influenced by the dispersion of load than by the chemical compatibility between the PA 11 matrix and the modifier. A profundidade na qual se passou a explorar o petróleo no mar cresceu de forma abrupta, forçando o avanço da tecnologia em relação ao conhecimento adquirido até então. Para as condições de operação dos risers, tubos utilizados na prospecção de petróleo no fundo do mar, a falha da armadura de tração na conexão devido ao rompimento da camada plástica externa tem sido apontada como o principal modo de falha a ser investigado. A ruptura das camadas protetoras permite a passagem de soluções corrosivas (gases e água do mar) para o interior do duto, acelerando o processo de degradação através da combinação de fatores associados a fadiga e corrosão. A verificação da vida útil desses risers vem se tornando cada vez mais importante, justificando o desenvolvimento de metodologias confiáveis de inspeção e altas tecnologias que aumentem a estimativa de vida dos componentes. Neste trabalho foram avaliados os efeitos da modificação química superficial utilizando o 3-aminopropil- trimetoxi-silano (APTMS) e da quantidade de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) incorporada por meio de dois modos de processamentos distintos (extrusão e mistura em Haake) em uma matriz polimérica de poliamida 11 (PA11) objetivando a utilização do nanocompósito na camada plástica externa de tubos flexíveis utilizados em operações offshore. Os resultados levaram à conclusão de que a incorporação de nanopartículas de dióxido de titânio em matriz de poliamida 11 possui potencial de aplicação promissor no aumento da vida útil da camada externa, principalmente no que tange ao aumento da resistência ao desgaste e manutenção da flexibilidade. Essa conclusão é válida desde que uma mistura distributiva e dispersiva adequada seja obtida, isso porque as diferenças entre os compósitos modificados e não modificados são mais fortemente influenciadas pela dispersão da carga do que pela compatibilidade química entre o modificador e a matriz de PA11.

The aim of this project was to create a sandwich composite material from renewable sources combining good mechanical and thermal insulation properties. To this end, polyamide 11 (PA 11) was used as matrix and jute fiber as reinforcement. The PA 11 is a thermoplastic polymer from renewable sources, made from castor oil, known for its properties against chemical agents. The jute fiber is the second most cultivated natural fiber in the world and is also inexpensive. The sandwich composite created from a thermopressing. The jute mesh was used impregnated of PA 11 in some cases. Several composites were created, varying the pressure, temperature and time. After the characterization, it was noted an increase on the bending modulus, bending stress and Young’s modulus of all composites in relation to a reference. The jute prepreg also resulted in increased stiffness of the composites. The sandwich composite showed gains of at least 3 times the maximum bending stress compared to the reference, and modulus in bending was also an increase in this ratio, showing that the composite is promising for constructions applications., Aliando boas propriedades mecânicas e de isolação térmica. Para isso, a poliamida 11 (PA 11) foi utilizada como matriz e a fibra de juta, como reforço. A PA 11 é um polímero termoplástico de origem renovável, fabricado a partir de óleo de mamona, conhecida por suas propriedades contra agentes químicos. A fibra de juta é a segunda fibra natural mais cultivada no mundo e é igualmente barata. O material compósito sanduíche foi criado a partir de uma termoprensa. A malha de juta foi utilizada pré-impregnada de PA 11 em alguns casos. Diversos compósitos foram criados, variando-se a pressão, tempo e temperatura. Após a caracterização, notou-se um aumento do módulo em flexão, tensão em flexão e módulo de Young de todos os compósitos em relação à uma referência, a pré-impregnação da juta também resultou em maior rigidez dos compósitos. O compósito sanduíche apresentou ganhos de no mínimo 3 vezes em tensão na flexão máxima em comparação à referência, e módulo em flexão teve também um aumento dessa proporção, mostrando que o compósito é promissor.

O potencial da técnica de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e acessório de reflexão total atenuada (FTIR-ATR) foi avaliado para o monitoramento da degradação da poliamida 11 (PA-11) usada em dutos flexíveis. As amostras foram submetidas a envelhecimento em reatores com pressão controlada e atmosfera inerte. Os corpos de prova foram imersos em água deionizada (pH 7), nas temperaturas de 110, 120 e 140 ºC por um período de até 50 dias. A técnica recomendada para monitoramento da degradação da PA-11 é a viscosimetria, através de medidas da viscosidade inerente corrigida (VIC) e a análise termogravimétrica (TGA). O comportamento observado para a VIC e TGA durante o envelhecimento possibilitou a construção de modelos que correlacionam com a técnica de FTIR-ATR. A partir dos resultados de FTIR-ATR, a variação na intensidade da banda atribuída à fase amorfa, 1161 cm-1, possibilitou o monitoramento do envelhecimento quando associamos a técnica a modelos quimiométricos como o de regressão dos mínimos quadrados parciais, PLS. Portanto, a técnica FTIR-ATR pode ser uma nova alternativa no monitoramento da degradação hidrolítica da PA-11, eliminando assim o uso de solventes orgânicos tóxicos e reduzindo, consequentemente, o tempo de análise. The potential of the infrared spectroscopy with the attenuated total reflection technique (FTIR-ATR) was evaluated to monitor degradation of polyamide 11, PA-11, applied in flexible pipes. The samples were subjected to aging on reactors with controlled pressure and atmosphere. The samples were immersed in deionized water, pH 7, at temperatures of 110, 120 and 140 ºC over a period of up to 50 days. The typical technique recommended for monitoring PA-11 degradation is viscometry from inherent viscosity corrected (VIC) and thermogravimetric (TGA) measurements. TGA and VIC results allowed the use of chemometric models that can be related to FTIR-ATR spectra, with assignment of a band to the amorphous phase (1161 cm-1) of PA-11. The chemometric model generated from PLS data was satisfactory in predicting the aging of PA-11. Therefore, FTIR-ATR can be used as a new analytical methodology to monitor PA-11 degradation, thus eliminating the use of toxic organic solvents and reducing the time required for the analysis.

O processo para obtenção de uma camada polimérica hidrofílica sobre um componente polimérico pode ser basicamente dividido em: tratamento de superfície do substrato, aplicação e cura do revestimento. O tratamento de superfície se faz necessário em função da grande diferença de polaridade comumente apresentada entre os materiais que compõem este conjunto e da baixa energia livre de superfície inerente aos principais materiais utilizados como substrato, fatores estes que dificultam a adesão entre eles. Neste trabalho foi avaliada a influência da técnica de tratamento de superfície através de exposição à chama sobre a tentativa de aumento da energia livre de superfície de tubos de poliamida 11. Amostras foram submetidas ao tratamento durante 5, 10, 20, 30 e 60 segundos, e posteriormente caracterizadas por goniometria, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de infravermelho e resistência ao risco da camada depositada. Amostras não tratadas foram analisadas como parâmetro de controle das modificações. Os resultados mostraram um aumento da molhabilidade e rugosidade da superfície, além de uma melhoria na adesão da camada hidrofílica após o tratamento. The process of obtaining a hydrophilic polymer coating on a polymeric component or product can be basically divided into: the substrate surface treatment, the coating application and the cross-linking. The substrate surface treatment is crucial due to the possible large difference in polarity between the polymers and the substrate materials, which commonly have low free surface energy and may severely hamper adhesion. This study evaluated the influence of flame surface treatment for the attempt of increasing the free energy surface of polyamide 11 tubes. Samples were submitted to treatment for 5, 10, 20, 30 and 60 seconds, and subsequently characterized by goniometry, scanning electron microscopy, infrared spectroscopy and scratch resistance of the deposited layer. Untreated samples were analyzed as a control parameter of the changes. The results showed an increase in wettability and surface roughness, and also an improvement in the adhesion of the hydrophilic coating after treatment.