https://hdl.handle.net/1884/39733 Wed, 10 Jun 2026 18:41:22 GMT 2026-06-10T18:41:22Z https://hdl.handle.net/1884/101918 Desenvolvimento e aplicação de geradores de plasma frio para aprimoramento da adesão em papel kraft para embalagens Resumo: Entre os principais produtos industriais massivamente produzidos, as embalagens de papel já recebem destaque por suas reciclabilidade e biodegradabilidade, sendo frequentemente fabricadas empregando-se revestimentos repelentes para aumentar sua durabilidade em ambientes úmidos. É comum, porém, que o emprego de repelentes hidrofóbicos gere obstáculos para a adesão entre superfícies para a montagem adesiva das embalagens. Nesse contexto, este trabalho demonstra a concepção e a utilização de tecnologias de plasma frio para aprimorar a adesão entre camadas de embalagens constituídas de papel Kraft, reduzindo a necessidade de adesivos de origem petroquímica. Foram prototipados diferentes sistemas, operando descargas de barreira dielétrica (DBD) volumétrica e de superfície, que permitem diferentes regimes de descarga de plasma em pressão atmosférica, em sistema roll-to-roll, testando os tratamentos com amostra móvel e parada. O módulo gerador de plasma volumétrico (vDBD) alcançou uma densidade energética de 75 W/cm3. O módulo gerador de plasma em superfície (sDBD) alcançou uma densidade energética de 185 W/cm3. O plasma sDBD mostrou caráter mais difuso enquanto o plasma vDBD mostrou caráter filamentar. Os tratamentos foram feitos em pressão e ar atmosférico, com velocidades de 18 m/min e 6 m/min em roll-to-roll e tempo de 5 s de forma estática. Através de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), observou-se que tratamentos via vDBD geram punturações micrométricas (danos), impossibilitando aplicação em amostras estáticas, enquanto tratamentos sDBD são mais capazes de gerar etching nanoscópico na superfície dos materiais, sem causar danos similares aos observados para tratamentos vDBD. Tratamentos sDBD mostraram eficácia superior em aumentar a molhabilidade à água de amostras sem revestimento e eficácia similar ao tratamento vDBD para amostras com revestimento (redução na ordem de 6-8%). Amostras de papel Kraft revestidas se mostraram mais resistentes ao efeito do plasma pela presença de aditivos aromáticos e pela alta mobilidade molecular da superfície parafínica. Testes de delaminação T-Peel com adesivo acetato de polivinila demonstram a eficácia superior do plasma sDBD em sistema roll-to-roll para todas as amostras. Ensaios combinados de goniometria séssil e espectroscopia de foto elétrons excitados por raios-X expuseram mecanismos de hydrophobic ageing e efeitos preferenciais para a compatibilização de cada amostra. Os resultados apontam alta capacidade da tecnologia de plasma frio (principalmente sDBD) de atuar como solução para compatibilizar substratos lignocelulósicos hidrorrepelentes com adesivos à base de água, contribuindo para viabilizar a implementação de práticas ambientalmente amigáveis no setor industrial papeleiro; Abstract: Among the main mass-produced industrial products, paper packaging already stands out for its recyclability and biodegradability, frequently manufactured using repellent coatings to increase its durability in humid environments. However, the use of hydrophobic repellents commonly creates obstacles to adhesion between surfaces for packaging assembly. In this context, this work demonstrates the design and use of cold plasma technologies to improve adhesion between samples of Kraft paper, reducing the need for petrochemical-based adhesives. Different systems were prototyped, operating volumetric and surface dielectric barrier discharges (DBD), which allow different plasma discharge regimes at atmospheric pressure, in a roll-to roll system, testing the treatments with moving and stationary samples. The volumetric plasma generator module (vDBD) achieved an energy density of 75 W/cm3. The surface plasma generator module (sDBD) achieved an energy density of 185 W/cm3. The sDBD plasma showed a diffuse behaviour, while the vDBD plasma showed a filamentary one. The treatments were performed under atmospheric pressure and air, with speeds of 18 m/min and 6 m/min in roll-to-roll and a static time of 5 s. Through scanning electron microscopy (SEM) images, it was observed that vDBD treatments generate micrometric punctures (damage), making application to static samples impossible, while sDBD treatments are more capable of generating nanoscopic etching on the surface of the materials, without causing similar damage observed for vDBD treatments. The sDBD treatments showed superior effectiveness in increasing the water wettability of uncoated samples and similar effectiveness to vDBD treatment for coated samples (reduction on the order of 6-8%). Coated Kraft paper samples proved more resistant to the effects of plasma due to the presence of aromatic additives and the high molecular mobility of the paraffinic surface. T-Peel delamination tests with PVA adhesive demonstrated the superior effectiveness of sDBD plasma in a roll-to-roll system for all samples. Combined sessile goniometry and XPS assays revealed hydrophobic aging mechanisms and preferential effects for the compatibility of each sample. The results indicate a high capacity of cold plasma technology (mainly sDBD) to act as a solution for making water-repellent lignocellulosic substrates compatible with water-based adhesives, contributing to the feasibility of implementing environmentally friendly practices in the paper industry Orientador: Prof. Dr. Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori; Banca: Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori (Presidente da Banca), Andrey Pereira Acosta e Rogerio Valentim Gelamo; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Materiais. Defesa : Curitiba, 12/12/2025; Inclui referências; Área de concentração: Engenharia e Ciências dos Materiais Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/101918 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98906 Desenvolvimento e avaliação experimental de membranas de polpa de celulose com celulose microfibrilada (MFC) como alternativa sustentável para filtragem de ar Resumo: Diante do crescimento urbano, da poluição atmosférica e do aumento de doenças respiratórias associadas à permanência em ambientes fechados, há uma crescente demanda por sistemas de filtração de ar mais eficientes e ambientalmente sustentáveis. Embora filtros HEPA apresentem alta eficiência, sua produção baseada em fibras de vidro levanta preocupações quanto ao impacto ambiental. Este trabalho propõe o uso de membranas à base de polpa de celulose e celulose microfibrilada (MFC) como alternativa sustentável. Diferentes métodos de processamento e secagem foram aplicados com o objetivo de controlar a morfologia, a permeabilidade e as propriedades das membranas. A amostra tratada com acetona, mesmo utilizando apenas secagem em estufa, apresentou a maior área superficial específica (102 m²/g), sem necessidade de técnicas de secagem refinadas. Já as membranas produzidas com a combinação de acetona e álcool isopropílico apresentaram os melhores resultados de permeabilidade (na ordem de 10-2 m²) e eficiência de retenção de partículas, variando de 80% a 94%. Além disso, a adição de tanino às amostras promoveu modificações estruturais importantes, com aumento da porosidade, da permeabilidade e melhora das propriedades mecânicas. Os resultados demonstram a viabilidade técnica dessas membranas tanto para aplicações em sistemas de filtração de ar quanto como suporte alimentar funcional. O estudo evidencia o potencial dessas membranas como solução sustentável e versátil frente aos desafios atuais da filtração de ar e abre caminho para futuras otimizações na produção e aplicação desses materiais; Abstract: Due to urban growth, air pollution, and the increase in respiratory diseases associated with remaining in closed environments, there is a growing demand for more efficient and environmentally sustainable air filtration systems. Although HEPA filters offer high efficiency, their production based on fiberglass raises concerns regarding environmental impact. This study proposes the use of membranes made from cellulose pulp and microfibrillated cellulose (MFC) as a sustainable alternative. Different processing and drying methods were applied to control the morphology, permeability, and properties of the membranes. The sample treated with acetone, even using only oven drying, exhibited the highest specific surface area (102 m²/g), without the need for refined drying techniques. Membranes produced with a combination of acetone and isopropyl alcohol showed the best permeability results (on the order of 10-2 m²) and particle retention efficiency ranging from 80% to 94%. Additionally, the incorporation of tannin into the samples led to significant structural changes, increasing porosity and permeability while also improving mechanical properties. The results demonstrate the technical feasibility of these membranes for both air filtration systems and functional food packaging applications. The study highlights the potential of these membranes as a sustainable and versatile solution to current air filtration challenges and paves the way for future production and application optimizations Orientador: Prof Dr. José Pedro Mansueto Serbena; Coorientador: Dr. Washington Luiz Esteves Magalhães; Banca: José Pedro Mansueto Serbena (Presidente da Banca), Andrey Pereira Acosta, Marcia Regina Beux, Cristiane Vieira Helm e Keli Fabiana Seidel; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais (PIPE). Defesa : Curitiba, 04/07/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98906 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98207 Estudo de celulose microfibrilada incorporada com cloreto de potássio aplicada como matriz sólida dopante em transistores orgânicos eletroquímicos Resumo: Este trabalho investigou o uso potencial de celulose microfibrilada (MFC) incorporada com cloreto de potássio (MFC:KCl) como matriz sólida dopante em transistores orgânicos de porta eletrolítica. Para tal, construíram-se transistores compostos por eletrodos interdigitados de ouro como fonte e dreno, com um filme fino de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) como canal semicondutor, uma placa de tungstênio como eletrodo de porta e a MFC:KCl umedecida em água deionizada como eletrólito. Para comparar com um dispositivo de referência, um transistor similar, mas com eletrólito de KCl solubilizado em água e retido em polidimetilsiloxano (PDMS) foi caracterizado sob as mesmas condições. Com o objetivo de estudar o efeito de outros materiais como eletrodos fonte e dreno, o mesmo experimento foi realizado usando eletrodos interdigitados de óxido de estanho dopado com índio (ITO) como eletrodo para a fonte e o dreno. Acaracterização elétrica envolveu medidas de corrente por tensão simples, curva de transferência e voltametria cíclica. Além disso, também foram realizadas medidas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Raios-X por Dispersão de Energia (EDS) para caracterizar a morfologia ecomposiçãodasmembranasdeMFCeMFC:KCl. Osresultadosobtidosmostraram que a membrana de MFC serve como material de contenção, sem afetar significativamente o desempenho do transistor. Em relação às medidas com MFC:KCl e KCl solubilizado em água, os resultados indicaram que a amostra composta por MFC:KCl umedecida em água como eletrólito exibiu maior estabilidade no desempenho do transistor, quando comparado à amostra de referência. A resposta para esse ganho de estabilidade foi revelada ao se analisar as medidas de voltametria cíclica, que mostraram que a membrana é capaz de reduzir a janela de potencial para operar o dispositivo e atenua os efeitos de hidrólise no eletrólito. Outro detalhe que mostra a melhora na estabilidade dos dispositivos contendo MFC:KCl é que a membrana propicia uma barreira física capaz de retardar reações químicas entre o eletrodo de porta e o eletrólito, ao contrário do que foi observado nas amostras contendo KCl solubilizado em água. Assim, essa pesquisa demonstra a viabilidade de MFC com sais incorporados aplicados como matriz sólida dopante para transistores orgânicos eletroquímicos; Abstract: This work investigates the potential use of microfibrillated cellulose (MFC) incorporated with potassium chloride (MFC:KCl) as a solid doping matrix in electrolyte-gated transistors. To this end, transistors were constructed composed of interdigitated gold electrodes as source and drain electrodes, a thin film of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the semiconductor channel, a tungsten plate as the gate electrode, and MFC:KCl hydrated with deionized water as the electrolyte. To compare with a reference device, a similar transistor was fabricated, but with KCl dissolved in water as the electrolyte and retained within polydimethylsiloxane (PDMS), and characterized under the same conditions. To study the effect on another material, the same experiment was performed using interdigitated indium tin oxide (ITO) as source and drain electrodes. The electrical characterization involved measurements of current-voltage sweeps, transfer curves, and cyclic voltammetry. Furthermore, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) were used to characterize the morphology and composition of the MFCandMFC:KCl membranes. The results obtained showed that MFC membrane serves as a contention material, without affecting significantly the transistor’s performance. In relation to MFC:KCl moistened in water and KCl solubilized in water measurements, the results indicated that the sample with MFC:KCl moistened in water as electrolyte had bigger stability and performance on the transistor, when compared with the reference sample. The answer for this gain of stability was revealed analying the cyclic voltammetry measurements, that showed that the membrane is capable of reducing the device’s potential of the necessary operating window and mitigates hydrolysis on the electrolyte. Another detail that shows the improvement of the device’s stability is that MFC:KCl membrane has a physical barrier capable of delay chemical reactions between the gate electrode and the electrolyte, in reverse of what it was seen in KCl solubilized in water samples. Thus, this research demonstrates the viability of MFC incorporated with salts applied as solid doping matrix in electrolyte-gated transistors Orientador: José Pedro Mansueto Serbena; Coorientadora: Keli Fabiana Seidel; Banca: José Pedro Mansueto Serbena (Presidente da Banca), César Augusto Dartora, Carlos César Bof Bufon e Keli Fabiana Seidel; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 30/07/2025; Inclui referências; Área de concentração: Física da Matéria Condensada Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98207 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98322 Síntese e caracterização de pontos de carbono de lignina kraft e lignina pirolítica Resumo: A valorização de subprodutos lignocelulósicos em biorrefinarias impulsiona o desenvolvimento de pontos de carbono (CDs), nanomateriais sustentáveis com fotoluminescência ajustável e biocompatibilidade. Esta tese foca na lignina kraft como precursor estratégico, abordando desafios de padronização e eficiência. Inicialmente, revisa-se criticamente a lignina como fonte de CDs, discutindo avanços, dopagem e influência da origem botânica. Experimentalmente, otimizou-se a síntese hidrotérmica de CDs dopados com etilenodiamina via planejamento composto central e análise de superfície de resposta, identificando temperatura, massa de lignina e dopante como fatores-chave para rendimento quântico. A simulação de uma planta industrial confirmou viabilidade técnica e econômica em escala comercial, com redução de 88% nos custos em capacidade =10 t/ano. Estratégias integradas hidrotérmica-sonoquímica aumentaram a sustentabilidade ao aproveitar resíduos. Os CDs de lignina kraft destacaram-se na detecção óptica de Fe2?/Cu²? e apresentaram baixa citotoxicidade, enquanto a lignina pirolítica mostrou se precursor alternativo viável. Conclui-se que a padronização metodológica, otimização de rotas e valorização de ligninas técnicas são essenciais para produção sustentável e escalável de CDs, fortalecendo a bioeconomia e a nanotecnologia verde; Abstract: The valorization of lignocellulosic byproducts in biorefineries drives the development of carbon dots (CDs), sustainable nanomaterials with tunable photoluminescence and biocompatibility. This thesis focuses on kraft lignin as a strategic precursor, addressing challenges in standardization and efficiency. It begins with a critical review of lignin as a CD source, discussing advances, doping strategies, and the influence of botanical origin. Experimentally, the hydrothermal synthesis of ethylenediamine-doped CDs was optimized using central composite design and response surface methodology, identifying temperature, lignin mass, and dopant proportion as key factors for quantum yield. Simulation of an industrial plant confirmed technical and economic viability at commercial scale, demonstrating an 88% cost reduction for capacities =10 t/year. Integrated hydrothermal-sonochemical strategies enhanced sustainability by utilizing process residues. Kraft lignin-derived CDs exhibited high selectivity for optical detection of Fe2?/Cu²? and low cytotoxicity, while pyrolytic lignin proved viable as an alternative precursor. The results demonstrate that methodological standardization, route optimization, and valorization of technical lignins are essential for sustainable and scalable CD production, strengthening the bioeconomy and green nanotechnology Orientador: Prof. Dr. Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori; Coorientador: Prof. Dr. Washington Luís Esteves Magalhães e Prof(a).Dr(a) Graciela Ines Bolzon Muniz; Banca: Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori (Presidente da Banca), Marco Antonio Schiavon, Rilton Alves de Freitas, Andrey Pereira Acosta, Maiara de Jesus Bassi, Graciela Ines Bolzon de Muniz e Washington Luiz Esteves Magalhães; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 15/07/2025; Inclui referências; Área de concentração: Engenharias Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98322 2025-01-01T00:00:00Z