Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

Diagnóstico de resíduos sólidos industriais em Santa Catarina a partir de manifestos de transporte de resíduos visando sua disposição final

2026-03-30T23:25:15Z

Diagnóstico de resíduos sólidos industriais em Santa Catarina a partir de manifestos de transporte de resíduos visando sua disposição final Carraro, Cristine Grasselli Para contribuir com melhorias na gestão de resíduos e promover o desenvolvimento sustentável, é essencial compreender as causas das quantidades de resíduos gerados e coletados. Essa identificação permite fomentar práticas adequadas de destinação, reduzindo o envio de resíduos aos aterros sanitários e incentivando a cultura da economia circular. Nesse modelo, os resíduos são reintegrados ao ciclo produtivo, contribuindo para a redução do desperdício e o uso mais eficiente dos recursos naturais. Neste contexto, foram analisados os dados de geração e destinação de resíduos sólidos industriais em Santa Catarina, no período de 2020 a 2021. A base da análise foram os Manifestos de Transporte de Resíduos e Rejeitos (MTRs) emitidos pelas empresas, cujos dados foram extraídos de relatórios oficiais do Instituto de Meio Ambiente do Estado de Santa Catarina (IMA/SC). Adotou-se como critério de seleção os resíduos de materiais inorgânicos não metálicos gerados em volumes iguais ou superiores a 100 toneladas por ano. A análise contemplou também a estimativa das emissões de CO2 equivalente associadas ao transporte dos resíduos entre as diferentes regiões do estado. Consideraram-se, para isso, fatores como distância percorrida, tipo de caminhão utilizado, volume transportado, consumo de combustível, além de custos relacionados à depreciação e encargos do serviço. Essa abordagem destaca a relevância de incorporar a avaliação das emissões de gases de efeito estufa (GEE) como parte integrante dos processos de gestão de resíduos. A legislação exige que cada movimentação de resíduos seja registrada em um MTR digital, detalhando o gerador, transportador e destinatário do resíduo, estes revelaram que as regiões de Blumenau, Criciúma e Joinville são as principais geradoras de resíduos, com significativa parte dos materiais destinados a aterros. Blumenau se destaca na geração de lodos de processos têxteis, enquanto Criciúma e Joinville produzem grandes quantidades de areia de fundição, oriundas de processos metalúrgicos. Identificou-se um potencial significativo para a reutilização dos materiais analisados, com destaque para a areia de fundição (ADF). Propõe-se seu aproveitamento em processos cerâmicos como substituto da matéria-prima proveniente de jazidas de quartzo, contribuindo para a redução da extração de recursos naturais e a minimização da pegada de carbono associada à cadeia produtiva. Além disso, foram levantados estudos de caso que demonstram aplicações da ADF na construção civil, incluindo sua utilização na produção de argamassas, blocos de vedação, concretos e em obras de pavimentação, reforçando a viabilidade técnica e ambiental dessa alternativa. Os resultados obtidos estão sendo disponibilizados ao público e aos profissionais dos setores produtivos e ambientais envolvidos, com o objetivo de incentivar a reciclagem e a reutilização dos resíduos industriais, promovendo uma gestão mais eficiente e sustentável dos recursos em Santa Catarina.; Abstract: To support improvements in waste management and promote sustainable development, it is essential to understand the causes behind the amounts of waste generated and collected. Identifying these factors enables the adoption of appropriate disposal practices, reducing the volume of waste sent to landfills and encouraging a culture of circular economy. In this model, waste is reintegrated into the production cycle, contributing to the reduction of waste and the more efficient use of natural resources. In this context, data on the generation and destination of industrial solid waste in Santa Catarina were analyzed for the period from 2020 to 2021. The analysis was based on the Waste Transport Manifests (MTRs) issued by companies, with data extracted from official reports published by the Environmental Institute of the State of Santa Catarina (IMA/SC). The study focused on non-metallic inorganic materials generated in volumes equal to or greater than 100 tons per year. The analysis also included an estimate of the CO2-equivalent emissions associated with transporting waste between different regions of the state. Factors considered included distance traveled, type of truck used, amount of material transported, fuel consumption, as well as depreciation and service-related charges. This approach highlights the importance of including greenhouse gas (GHG) emissions assessments as an integral part of waste management processes. Legislation requires that each waste movement be recorded in a digital MTR, detailing the waste generator, transporter, and recipient. The data revealed that the regions of Blumenau, Criciúma, and Joinville are the main waste-generating areas, with a significant portion of the materials being sent to landfills. Blumenau stands out for the generation of sludge from textile processes, while Criciúma and Joinville produce large quantities of foundry sand from metallurgical processes. A significant potential for the reuse of the analyzed materials was identified, especially for foundry sand (ADF). Its use is proposed in ceramic processes as a substitute for raw materials sourced from quartz deposits, which could reduce the extraction of natural resources and minimize the carbon footprint of the production chain. Additionally, case studies were identified demonstrating the application of ADF in the construction sector, including its use in the production of mortar, sealing blocks, concrete, and paving, further supporting the technical and environmental viability of this alternative. The results of this study are being made available to the public and professionals in the relevant production and environmental sectors, with the goal of encouraging the recycling and reuse of industrial waste and promoting more efficient and sustainable resource management in the state of Santa Catarina. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2025.

Desgaste in vitro de insertos acetabulares de UHMWPE: caracterização morfológica e química de partículas submicrométricas e ensaios biológicos de resposta inflamatória

2026-03-27T23:25:57Z

Desgaste in vitro de insertos acetabulares de UHMWPE: caracterização morfológica e química de partículas submicrométricas e ensaios biológicos de resposta inflamatória Lima, Suzan Xavier Um dos principais efeitos adversos que levam à revisão de próteses totais de quadril é a soltura asséptica, frequentemente precedida por osteólise induzida pela liberação de partículas de desgaste do componente polimérico do implante. Este trabalho investigou, in vitro, a atividade biológica de partículas de desgaste submicrométricas (<1 µm) provenientes de insertos acetabulares de polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) convencional e com diferentes graus de reticulação, com o objetivo de avaliar possíveis diferenças na resposta biológica entre fabricantes e explorar uma eventual correlação entre resposta celular e morfologia dos debris. As partículas foram obtidas por ensaio de desgaste em simulador de marcha humana para articulação de quadril, em 0,5; 2 e 4 milhões de ciclos. Antes dos ensaios, os insertos de quatro fabricantes foram caracterizados quanto às propriedades físico-químicas, com ênfase no estado de oxidação no material virgem. A coleta das partículas seguiu as normas ABNT NBR ISO 14242-1 e 14242-2. A caracterização, isolamento e classificação morfológica basearam-se nas normas ASTM F1877 e ABNT NBR ISO 17853, com separação por tamanho utilizando membranas filtrantes de policarbonato (1,0 µm e 0,1 µm). A atividade biológica foi avaliada utilizando células humanas THP-1, por meio da quantificação de mediadores pró-inflamatórios (IL-8, IL-10, IL-12, IL-1ß, IL-6 e TNF-a), associados à ativação de respostas inflamatórias imunes. Os resultados físico-químicos indicaram que os materiais dos fabricantes MI e ZI apresentaram maiores índices de oxidação inicial relacionado a exposição à radiação gama, os quais se associaram a maior frequência de partículas na faixa de 0,3 - 0,6 µm nos ciclos de 0,5 e 2 milhões, sugerindo influência do método de esterilização por radiação gama no comportamento oxidativo e na geração de debris. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas na perda de massa entre os fabricantes, tampouco diferenças consistentes nas morfologias das partículas ao longo dos ciclos de desgaste. Entretanto, análises descritivas indicaram tendências: maior perda de massa e maiores tamanhos médios de partículas para os fabricantes MI e BI, enquanto o fabricante ZI apresentou tendência a menor perda de massa e menores tamanhos médios. Do ponto de vista biológico, o fabricante ZI apresentou, em todos os ciclos de ensaio, maiores níveis de IL-8 após 48 horas de exposição. Embora a análise estatística não tenha demonstrado diferenças significativas na morfologia das partículas entre fabricantes, observou-se predominância descritiva de partículas fibrilares para BI, floculares para MI e arredondadas para ZI, sendo este último associado aos menores diâmetros equivalentes circulares (ECD) em todos os ciclos. Em conjunto, os resultados sugerem que diferenças nas características físico-químicas iniciais dos materiais podem influenciar o perfil de geração de partículas de desgaste e modular a resposta inflamatória in vitro, mesmo na ausência de diferenças estatisticamente significativas em parâmetros globais de desgaste.; Abstract: One of the main adverse effects that lead to the revision of total hip prostheses is aseptic loosening, often preceded by osteolysis induced by the release of wear particles from the polymeric component of the implant. This work investigated, in vitro, the biological activity of submicrometric wear particles (<1 µm) originating from acetabular inserts of conventional ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and with different degrees of crosslinking, with the objective of evaluating possible differences in the biological response between manufacturers and exploring a possible correlation between cellular response and debris morphology. The particles were obtained by wear testing in a human gait simulator for hip joint articulation, at 0.5; 2 and 4 million cycles. Before the tests, the inserts from four manufacturers were characterized regarding their physicochemical properties, with emphasis on the oxidation state in the virgin material. The collection of particles followed the standards ABNT NBR ISO 14242-1 and 14242-2. The characterization, isolation and morphological classification were based on the standards ASTM F1877 and ABNT NBR ISO 17853, with size separation using polycarbonate filter membranes (1.0 µm and 0.1 µm). The biological activity was evaluated using human THP-1 cells, through the quantification of pro-inflammatory mediators (IL-8, IL-10, IL-12, IL-1ß, IL-6 and TNF-a), associated with the activation of immune inflammatory responses. The physicochemical results indicated that the materials from manufacturers MI and ZI presented higher initial oxidation indices related to exposure to gamma radiation, which were associated with a higher frequency of particles in the 0.3 - 0.6 µm range in the cycles of 0.5 and 2 million, suggesting influence of the gamma radiation sterilization method on oxidative behavior and on the generation of debris. No statistically significant differences were observed in mass loss between manufacturers, nor consistent differences in particle morphologies throughout the wear cycles. However, descriptive analyses indicated trends: greater mass loss and larger mean particle sizes for manufacturers MI and BI, while manufacturer ZI showed a tendency toward lower mass loss and smaller mean sizes. From a biological point of view, manufacturer ZI presented, in all test cycles, higher levels of IL-8 after 48 hours of exposure. Although the statistical analysis did not demonstrate significant differences in particle morphology between manufacturers, a descriptive predominance of fibrillar particles was observed for BI, floccular for MI and rounded for ZI, the latter being associated with the smallest equivalent circular diameters (ECD) in all cycles. Taken together, the results suggest that differences in the initial physicochemical characteristics of the materials may influence the profile of wear particle generation and modulate the inflammatory response in vitro, even in the absence of statistically significant differences in global wear parameters. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2026.

Análise da degradação de peças de poli (tereftalato de etileno glicol) (PETG) fabricadas por FFF: efeito da radiação UV e absorção de água

2026-02-23T23:48:12Z

Análise da degradação de peças de poli (tereftalato de etileno glicol) (PETG) fabricadas por FFF: efeito da radiação UV e absorção de água Gama, Mailyn de Almeida Prado Dias O poli (tereftalato de etileno glicol) (PETG) vem ganhando destaque na manufatura aditiva por extrusão de filamento fundido (FFF) devido à sua printabilidade, estabilidade dimensional e resistência relativa à degradação ambiental, tornando-se uma alternativa promissora para a produção de peças funcionais. Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de filamentos comerciais de PETG disponíveis no mercado brasileiro, bem como investigar os efeitos de degradação em meio aquoso e sob radiação ultravioleta (UV) nas propriedades e na estrutura do material impresso. Inicialmente, três marcas de filamento foram caracterizadas quanto às propriedades térmicas (TGA, DSC), químicas (FTIR), mecânicas (tração, DMA) e reológicas, além de ensaios de printabilidade qualitativa. Todos os materiais apresentaram comportamento compatível com o esperado para o PETG, mas diferenças de viscosidade e dispersão de resultados indicaram desempenho variável entre fornecedores. O filamento da marca B foi selecionado para os estudos de degradação por apresentar melhor relação custo-benefício, avançando para os estudos de degradação, onde foi realizado a impressão de corpos de prova por FFF. No estudo de imersão a 70 °C por dez semanas, em água destilada e salina, observou-se baixa absorção de água (< 1 %) e aumento na resistência à tração de aproximadamente 4 %, associado à relaxação de tensões e maior coesão interlaminar, sem indícios de degradação. Na exposição à radiação UV por até 1000 h, o PETG manteve sua estrutura amorfa e estabilidade térmica, apresentando variações discretas na Tg (85?88 °C) e aumento da resistência mecânica (~ 18 %), atribuídos a rearranjos físicos interlaminares induzidos pela temperatura da câmara (~ 50 °C). As análises de FTIR, DRX e DSC confirmaram ausência de reticulação ou degradação significativa, enquanto a colorimetria indicou amarelamento perceptível apenas após 800?1000 h de exposição. De forma geral, os resultados confirmam que o PETG apresenta elevada resistência à radiação UV e à umidade, mantendo suas propriedades estruturais e mecânicas sob condições aceleradas de envelhecimento, reforçando seu potencial para aplicações externas e em ambientes marinhos, desde que o processo de impressão seja conduzido com controle rigoroso dos parâmetros de extrusão e fluxo.; Abstract: Poly (ethylene terephthalate glycol) (PETG) has been gaining prominence in Fused Filament Fabrication (FFF) due to its good printability, dimensional stability, and relative resistance to environmental degradation, making it a promising material for functional components. This work aimed to evaluate the performance of commercial PETG filaments available in the Brazilian market and to investigate the effects of degradation under aqueous and ultraviolet (UV) exposure on the structure and properties of printed specimens. Initially, three filament brands were characterized through thermal (TGA, DSC), chemical (FTIR), mechanical (tensile, DMA), and rheological analyses, along with qualitative printability tests. All materials exhibited behavior consistent with typical PETG; however, differences in viscosity and data dispersion indicated variable performance among suppliers. The filament from brand B was selected for the degradation studies due to its better cost-to-performance ratio. Proceeding to the degradation studies, in which test specimens were manufactured by FFF. In the water immersion test at 70 °C for ten weeks, both in distilled and saline media, samples showed low water uptake (< 1%) and a slight increase in tensile strength (~ 4%), attributed to stress relaxation and enhanced interlayer cohesion, with no evidence of chemical degradation. Under UV exposure for up to 1000 h, PETG maintained its amorphous structure and thermal stability, presenting only minor variations in glass transition temperature (85?88 °C) and a moderate increase in tensile strength (~ 18%), likely related to interfacial rearrangements induced by the chamber temperature (~ 50 °C). FTIR, XRD, and DSC analyses confirmed the absence of crosslinking or significant degradation, while colorimetry indicated perceptible yellowing only after 800?1000 h of exposure. Overall, the results demonstrate that PETG exhibits excellent resistance to UV radiation and moisture, preserving its structural and mechanical integrity under accelerated aging conditions. These findings reinforce PETG?s potential for outdoor and marine applications, provided that the FFF process is conducted with careful control of extrusion and flow parameters to ensure consistency and reliability of the printed parts. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2025.

YSZ/NiO membranes manufactured by aqueous tape casting and freeze drying

2026-02-23T23:19:32Z

YSZ/NiO membranes manufactured by aqueous tape casting and freeze drying Rocha, Bruno Assis da Resumo: O presente trabalho tem como objetivo desenvolver, investigar e caracterizar uma rota de processamento para a fabricação de componentes de SOFC suportadas no ânodo, especialmente o eletrólito, o ânodo funcional e o ânodo estrutural. Combinando colagem de fita aquosa e liofilização, foi possível obter fitas verdes finas e flexíveis e, ao mesmo tempo, gerar poros altamente direcionados nos ânodos estruturais. Também foram testadas diferentes técnicas de colagem, como impressão em tela e colagem manual de fitas. As suspensões foram avaliadas por seu comportamento reológico, comparando os efeitos da variação da composição, chegando a um comportamento pseudoplástico. A liofilização foi realizada com o auxílio de nitrogênio líquido para promover o congelamento rápido. No entanto, a velocidade de congelamento foi tão alta que os poros direcionais não se formaram perfeitamente. Uma condição de congelamento diferente também foi testada, com uma velocidade de congelamento menor, o que proporcionou um resultado melhor. As fitas verdes foram avaliadas por seus aspectos morfológicos, com o objetivo de obter fitas flexíveis, resistentes e sem defeitos. Uma nova técnica de delaminação foi desenvolvida para separar as fitas do filme de suporte, usando ácido esteárico. Como resultado, as fitas foram removidas com muito mais facilidade, em comparação com o uso de spray de silicone. As fitas foram unidas por montagem a vácuo, o que proporcionou uma boa união, dispensando, assim, o uso de técnicas de laminação. Por fim, as fitas montadas tiveram seu material orgânico removido e foram sinterizadas por meio de uma técnica de contenção, o que levou à sua quebra. Foram feitas imagens de MEV para avaliar a morfologia dos poros, a qualidade da montagem e a espessura das fitas. Para obter uma das matérias-primas para a fabricação do ânodo, o óxido de níquel foi sintetizado pela rota sol-gel, obtendo-se um pó altamente cristalino, conforme demonstrado pelos resultados de DRX.; Abstract: The present work aims to develop, investigate, and characterize a processing route for anode-supported SOFC components manufacturing, particularly, electrolyte, functional, and structural anode. Combining aqueous tape casting and freeze drying, it was possible to obtain thin and flexible green tapes, while generating highly directional pores within structural anodes. Different casting techniques were also tested, such as screen printing and manual tape casting. The suspensions were assessed by their rheological behavior, comparing the effects of varying composition, reaching a pseudoplastic behavior. Freeze-drying was performed with the aid of liquid nitrogen to promote fast freezing. However, the freezing velocity was so high that the directional pores were not perfectly formed. A different freezing condition was also tested, at a lower freezing speed, which provided a better result. The green tapes were evaluated by their morphological aspects, aiming for flexible, resistant, and defect-free tapes. A new delamination technique was developed to separate the tapes from the carrier film, by using stearic acid. As a result, the tapes were much more easily removed, when compared to using silicone spray. The tapes were joined by vacuum assembling, which provided a good bond, thus, dismissing the use of lamination techniques. Finally, the assembled tapes were debinded and sintered by using a constraining technique, which led to their breakage. SEM images were taken to assess pores morphology, assembling quality, and thickness of the tapes. To obtain one of the raw materials for anode manufacturing, nickel oxide was synthesized by sol-gel route, obtaining a highly crystalline powder, as shown by XRD results. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2024.