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ÁREAS DE PESQUISA
ENGENHARIA DE POLÍMEROS

 

A área de Engenharia de Polímeros engloba o desenvolvimento de materiais poliméricos, de aplicações desses materiais e de processos de polimerização. Polímeros são materiais muito versáteis, que podem ser usados em uma ampla gama de aplicações. Por exemplo, polímeros podem ser usados para produzir micropartículas para aplicações biomédicas, membranas para processos de separação e purificação de correntes de processo, filmes para a embalagem de alimentos, elementos condutores para a fabricação de sensores, dentre muitas outras aplicações. A versatilidade desses materiais está intimamente relacionada ao fato de que muitos reagentes (monômeros) podem ser usados como matérias-primas para a produção de produtos poliméricos. Além disso, as propriedades do produto final podem ser manipuladas durante as etapas de reação e processamento, de maneira que um único monômero pode gerar uma enorme quantidade de materiais diferentes. Finalmente, polímeros podem ser produzidos através de diferentes processos de transformação (massa, solução, suspensão, emulsão, fase gasosa, estado sólido, lama, bio-reações) em condições de operação muito distintas. Como consequência, o estudo de materiais poliméricos e dos processos de polimerização requer o desenvolvimento de ferramentas de engenharia bastante diversificadas, o que torna a pesquisa na área de Engenharia de Polímeros muito ativa.

A pesquisa na área de Engenharia de Polímeros está concentrada nas seguintes
linhas de investigação:

  • Desenvolvimento de novos materiais baseados em recursos naturais disponíveis e rotas bioquímicas;
  • Desenvolvimento de novos materiais para aplicações biomédicas e biotecnológicas;
  • Desenvolvimento de membranas poliméricas para a purificação e separação de correntes de processo;
  • Modelagem, simulação, otimização e controle de processos de polimerização;
  • Caracterização físico-química de suspensões e emulsões poliméricas.

LABORATÓRIOS

Existem atualmente diferentes espaços que se dedicam ao estudo dos materiais poliméricos e dos processos de polimerização:

1.         Laboratório de Permeação Através de Membranas
2.         Laboratório de Processos de Polimerização
3.         Laboratório de Bioprocessos
4.         Laboratório de Fenômenos Interfaciais
5.         Laboratório de Modelagem, Simulação e Controle de Processos

Todos estes laboratórios apresentam excelente infra-estrutura instrumental e analítica, sendo enumerados a seguir os principais equipamentos e instrumentos analíticos existentes em cada um deles. O grupo conta ainda com o apoio técnico e analítico dos laboratórios do IMA (Instituto de Macromoléculas) e do LADEQ-EQ (Laboratório de Engenharia Química da Escola de Química) através de colaborações docentes e envolvimento em projetos.

1 - LABORATÓRIO DE PERMEAÇÃO ATRAVÉS DE MEMBRANA

As principais atividades do laboratório permitem investigações voltadas a aplicações de  membranas seletivas em vários campos (seja em processos de separação, seja em  outros dispositivos que requeiram permeação controlada ou seletiva, como embalagens, tubulações, cápsulas, etc). Para tal, síntese e caracterização de membranas e polímeros são pesquisados, bem como são elaborados estudos visando a fabricação, montagem, testes e medidas de desempenho de módulos e outros dispositivos.
Re-instalado no prédio novo desde julho de 2000, o PAM conta com recursos modernos de instrumentação científica que permitem  a fabricação de membranas (por exemplo, extrusora para fibra oca) e sua caracterização físico-química e morfológica (microscopia eletrônica com análise de superfície, espectroscópios de IV, cromatografia em fase líquida e fase gasosa, analisadores térmicos,  entre outros) bem como de equipamentos para medir propriedades de transporte em várias operações com membranas (micro, ultra- e nanofiltração, osmose inversa, pervaporação, permeação gasosa, eletrodiálise, entre outros). Vários sistemas em escala piloto destas operações projetadas no laboratório são também disponíveis. Recursos mobilizados a partir de projetos como os de redes temáticas Petrobrás permitiram significativas modernizações instrumentais  durante 2007 (novo microscópio de varredura, novo sistema termo-mecânico para análise de polímeros).

  1. Microscópio Eletrônico de Varredura (Fugiwara)
  2. DSC-7 (Perkin Elmer)
  3. TGA-7 (Perkin Elmer)
  4. TMA-7 (Perkin Elmer)
  5. TAC-7 (Perkin Elmer)
  6. GSA-7 (Perkin Elmer)
  7. INTRACOOLER (Perkin Elmer)
  8. AD4 (Perkin Elmer)
  9. Bomba Isocrática510 (Waters)
  10. Detector de Índice de Refração410 (Waters)
  11. Detector Fotodiodos PDA994 (Waters)
  12. Injetor Manual7125 (Waters)
  13. Câmara de Aquecimento de Colunas CHM (Waters)
  14. Módulo de Controle de Temperatura TCM (Waters)
  15. Detector de índice de refração (Shimadzu/CG)
  16. Agitadores mecânicos (IKA)
  17. Agitadores magnéticos (Ika/Framo)
  18. Shaker (Nova Ética)
  19. Bombas de vácuo (Verder/ Edwards)
  20. Bombas peristálticas (CG)
  21. Ultra som (CG)
  22. Plantas piloto de Pervaporação (GFT)
  23. Banhos de refrigeração (Cole Parmer)
  24. Viscosímetro (Brookfield)
  25. Osmômetro
  26. Cromatógrafos gasosos (Crompack/Perkin Elmer/CG)
  27. Balanças semi analíticas (Metler)
  28. Estabilizadores de tensão (Zael/ Zeiss/Opinion/Activel)
  29. Balança digital (Zael/ Zeiss/Opinion/Activel
  30. Balança digital (Ohau)
  31. GPC/HPLC: Cromatógrafo em Fase Líquida - SHIMADZU (SINC)
  32. DSC: Calorímetro de Varredura Diferencial - Perkin-Elmer
  33. TGA: Analisador Termogravimétrico - Perkin-Elmer
  34. DMA: Analisador Mecânico Dinâmico - Perkin-Elmer
  35. FTIR: Espectrômetro de Infravermelho com Transformada de Fourier - Perkin-
    Elmer
  36. Microscópio Eletrônico de Varredura - FEI
  37. Medidor de teor de óleos e graxas - HORIBA (INSTRUMED)

2 - LABORATÓRIO DE PROCESSOS DE POLIMERIZAÇÃO (LMSCP)

Esse espaço, que integra a recente linha de pesquisa em Engenharia de Polímeros, está também vinculado às atividades do Laboratório de Modelagem, Simulação e Controle de Processos. Nesse laboratório são desenvolvidos estudos relacionados à produção de polímeros e ao monitoramento e controle de sistemas de polimerização. Vários processos de interesse industrial são estudados teórica e experimentalmente, como as reações radicalares, as reações catalisadas por catalisadores organometálicos, as reações funcionais (policondensações), etc. Aqui também são desenvolvidos materiais para uso em aplicações biomédicas, como a embolização e a produção de tecidos ósseos artificiais. O laboratório tem a tradição de conduzir estudos inovadores que estimulam a interação com o setor privado e a produção de significativo número de patentes. O laboratório conta com a seguinte infraestrutura básica:

  1. Agitador IPAS inteligente, com interfaces de comunicação de entrada e saída
  2. Balanças Analíticas (Ainsworth/Bel)
  3. Balanças digitais (Gehaka BG 1000/Helmac HM 1000)
  4. Banhos de aquecimento (Haake DC3/Fisher Scientific isotemp 2028p)
  5. Banho de aquecimento e refrigeração (Lauda E 100/Tecnal TE-184/3)
  6. Banho de refrigeração (PolyScience KR-30a)
  7. Bombas de vácuo (Quimis Q355B/Marvac B2/Speed)
  8. Bombas dosadoras (Prominent Gamma/L)
  9. Bombas peristalticas (Masterflex)
  10. Câmara seca (Innovative Technology)
  11. Câmera digital (Nikon Coolpix 995)
  12. Centrifuga a disco BI-DCP
  13. Cromatógrafo gasoso (Varian 3350)
  14. Densímetro em linha (Anton Paar)
  15. Destilador de água (Quimis Q341)
  16. Estufas de aquecimento (Quimis Q-314)
  17. Estufa para esterilização (Icamo Modelo 3)
  18. Estufas com aquecimento e circulação de ar (Quimis Q 317B/De Leo)
  19. Estufas à vácuo (Precision/Cole-Parme)
  20. Forno Mufla (Erro Eletronic)
  21. Freezer (Continental/Cônsul)
  22. Geladeira (Cônsul)
  23. GPC: Forno ThermaSphere TS-430, Detector RI2000F, Bomba Konik
  24. Medidor de Condutividade Tecnopon MCA-150
  25. Medidor de pH Tecnopon MPA 210
  26. Medidor de vazão (National Instruments)
  27. Microcomputadores
  28. Microscópio óptico (Nikon SMZ-800)
  29. Infravermelho próximo em linha (NirSystems)
  30. Placas de aquecimento e agitação (Corning/Fisaton)
  31. Reatores (Parr/BüchiGlass)
  32. Sistema de aquisição de dados (National Instruments)
  33. Ultrasson (Brasec)
  34. Viscosímetro em linha (Brookfield TT-220 705)

3 - LABORATÓRIOS DE BIOPROCESSOS

A partir de 1986, através de um trabalho conjunto com o Departamento de Bioquímica do Instituto de Química da UFRJ, iniciou-se uma nova linha de atuação no PEQ versando sobre produção e utilização de enzimas de interesse industrial. O suporte experimental desta pesquisa foi dado com a criação do Laboratório de Tecnologia Enzimática. Em 1994, novas pesquisas com foco na otimização e controle de bioprocessos foram incorporadas à área com a criação do Laboratório de Bioprocessos,   abrangendo o cultivo de microrganismos e sua utilização em processos de produção de produtos de interesse industrial. Em 2008, os laboratórios foram unificados de forma a facilitar o desenvolvimento integrado de novos produtos e processos de base biotecnológica. Com a unificação, o conceito do Laboratório mudou, passando a ser um laboratório multidisciplinar, em que, além de pesquisas clássicas em biotecnologia, pesquisas integradas realizadas em parceria com profissionais de outras áreas do conhecimento possam ser desenvolvidas. Dentre estas pesquisas citam-se os desenvolvimentos de micro-partículas contendo biofármaco, de membranas de transporte facilitado e de dispositivos biossensores.

  1. Sistema para eletroforese de proteínas (Hoefer - mini VE)
  2. Sistema para eletroforese de DNA (Hoefer - HE 33)
  3. Termociclador (Eppendorf - Mastercycler Personal)
  4. Incubador digital (Boekel - Mod. 133730)
  5. Cabeça de aquecimento (Fisher Scientific)
  6. Balança (Gehaka - BG 200)
  7. Balança analítica (Shimadzu AX 200)
  8. Balança (Ohaus - Explorer E 14130)
  9. Biomixer (Nalgene - B7GO3)
  10. Banho de refrigeração (Haake B3 - DC 3)
  11. Banho de Refrigeração (Nova Ética)
  12. pHmetro (Mettler Toledo - MP 220)
  13. Espectrofotômetro (Spectronic - Spectronic 20 D+)
  14. Espectrofotômetro (Shimadzu UV mini 1240)
  15. Centrífuga (Jouan - CR 3i)
  16. Centrífuga (Sigma 4K15)
  17. Estufa de crescimento bacteriológico (Nova Ética)
  18. Coletor de amostra (Pharmacia Biotech)
  19. Cromatógrafo gasoso (Instrumentos Científicos C.G. Ltda.  - CG 37)
  20. Cromatógrafo gasoso (Varian – CP 3380)
  21. Sistema de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (Varian)
  22. Bomba Isocrática ProStar (Varian – Modelo 210)
  23. Índice de Refração (Varian – Modelo 350)
  24. Incubador rotatório (Nova Ética - Mod. 430)
  25. Microscópio Ótico (Nikon YS 100)
  26. Fermentador (B. Braun Biotech International – Biostat B)
  27. Sonicador (Fisher Scientific – Modelo 100)
  28. Bombas peristálticas (Cole Parmer – Masterflex)
  29. Rotaevaporador (Fisaton)
  30. Mesa Rotatória (B. Braun Biotech International – Biostat B)
  31. Câmara de Fluxo Laminar (Labconco – Classe II)
  32. Espectrofotômetro (Shimadzu -  UV- 2201)
  33. Fermentador (New Brunswick Scientific  - Bioflo III)
  34. Titulador automático (Mettler -  DL21)
  35. Titulador de Karl Fisher (Mettler  - DL18)
  36. Incubador rotatório (New Brunswick Scientific -  G24 (2)
  37. Câmara climática (Nova Ética -  Mod.420CLD)
  38. Câmara de fluxo laminar (Pachane)
  39. Ultrapurificador de água (Continental Water Systems Corporation -  
     ModuPure Plus)
  40. Sistema de cromatografia líquida de alta resolução  (Waters)
  41. Refratômetro diferencial (Waters 410) Tunable Absorbance
  42. Detector (Waters 486) HPLC Pump (Waters Model 510)
  43. Cromatógrafo gasoso (Chrompack - CP 9000)
  44. pHmetro (Mettler Toledo - 320 pH Meter)
  45. Balança analílita (Mettler - AE 260) Balança (Gehaka - BG 8000)
  46. Centrífuga (Revan - 14000 D) Autoclave vertical (Phoenix)
  47. Banho de  ultra-som (Thornton - T 50)
  48. Estufa de crescimento bacteriológico  (Fabe-Primar - Mod. 216)
  49. Estufa de crescimento bacteriológico  (Quimis)
  50. Estufa (Quimis)
  51. Placas de aquecimento e agitação (Corning)
  52. Banhos de aquecimento e recirculação
  53. Sonicador Modelo
  54. Além do  espaço já ocupado por esses laboratórios no CETER, ampliação dos
     mesmos (em cerca de 75 m2 ) encontra-se em fase de acabamento na
     ampliação do CETER.

4 - LABORATÓRIO DE FENÔMENOS INTERFACIAIS

Aparentemente estáticas, as superfícies são locais de grandes e importantes eventos. Os fenômenos presentes são de grande importância em várias áreas do conhecimento. A compreensão desses fenômenos e suas aplicações nas mais diversas áreas têm sido objeto de estudo do grupo de Fenômenos Interfaciais. Este grupo teve origem na integração de 3 outras áreas do Programa de Eng. Química (Cinética e Catálise, Processos de Separação com Membranas e Processos Biotecnológicos) e foi criado para estabelecer uma colaboração interdisciplinar, capaz de identificar as semelhanças e peculiaridades nos fenômenos interfaciais presentes nos inúmeros sistemas estudados. O êxito dos trabalhos desenvolvidos, o forte estreitamento com outras áreas do PEQ e da COPPE, o vasto campo de aplicação dos fenômenos de interface e as novas perspectivas que se delinearam desde a criação do grupo têm impulsionado as pesquisas e, recentemente, motivaram o ingresso no PEQ de um novo docente para a área de Fenômenos Interfaciais, a Profa. Helen Conceição Ferraz. As atividades de pesquisa estão centradas no Laboratório de FI, localizado na ampliação do CETER, ocupando uma área de cerca de 60 m2. O laboratório conta com a seguinte infraestrutura básica:

  1. Tensiômetro
  2. Medidor de Potencial Zeta
  3. Balança de Langmuir
  4. Gerador de Ultra-som
  5. Cromatógrafo Gasoso
  6. Titulado Automático
  7. Microscópio de Angulo de Brewster

5 - LABORATÓRIO DE MODELAGEM, SIMULAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS

Os alunos têm à disposição computadores de uso pessoal em salas destinadas especificamente aos estudos numéricos e de modelagem de processos. Particularmente, a sala G-130, com 40 m2 e dois ambientes separados por um mezanino, apresenta computadores pessoais de última geração usados para estudos computacionais. Além disso, os computadores estão conectados ao Núcleo de Computação Eletrônica da UFRJ, com acesso aos computadores de grande porte (IBM e UNISYS). Por sua vez, supercomputadores da linha CRAY, instalados na COPPE, colocam à disposição dos alunos do PEQ o que há de mais avançado na área. Em termos aproximados, devido às rápidas mudanças que ocorrem nessa área, e levando em conta que existe uma ampla faixa de situações em termos de idade (obsolescência) das máquinas, o grupo conta cerca de 150 microcomputadores, 50  impressoras e 10 scanners. É importante notar que a infraestrutura computacional precisa de permanente renovação e, conseqüentemente, são realizados esforços continuados para conseguir esse objetivo, incluindo aquisição de equipamentos e licenças de programas científicos e utilitários.

O estabelecimento de um convênio específico entre a Petrobras e a UFRJ levou à criação do Laboratório de Desenvolvimento de Software para Otimização e Controle de Processos – LADES, vinculado ao LMSCP. O laboratório, dedicado ao desenvolvimento de procedimentos computacionais para aplicações industriais, ocupa uma área de 100 m2 nos Blocos I (I-140) e G (G-130) do Centro de Tecnologia da UFRJ. Este laboratório conta com 10 estações de trabalho de bancada com periféricos, além de cópias legalizadas  dos principais pacotes simuladores comerciais.

Docentes

  • Alberto Claudio Habert
  • Argimiro Resende Secchi
  • Cristiano Piacsek Borges
  • Enrique Luis Lima
  • Evaristo Chalbaud Biscaia Jr.
  • Helen Conceição Ferraz
  • José Carlos Pinto
  • Príamo Albuquerque Melo Jr.
  • Tito Lívio Moitinho Alves

Professores Colaboradores

  • Márcio Nele (EQ/UFRJ)

  • A área de Engenharia de Polímeros mantém atividades conjuntas de ensino e
    pesquisa com outros centros no Brasil e no exterior, dentre os quais podem
    ser citados:

    Brasil:

    Escola de Química da UFRJ;
    Instituto de Macromoléculas da UFRJ;
    Instituto de Química da UFRJ;
    Instituto Militar de Engenharia;
    Universidade do Estado de São Paulo;
    Universidade Federal da Bahia;
    Universidade Federal do Paraná;
    Universidade Federal de Pernambuco;
    Universidade Federal do Rio Grande do Norte;
    Universidade Federal de Santa Catarina;
    Universidade Tiradentes;
    Braskem S.A.;
    Chemtech;
    CENPES - Centro de Pesquisas da Petrobrás;
    Dentsply Latin America;
    FirstLine;
    IQT – Indústrias Químicas Taubaté;
    Nitriflex Resinas;
    Suzano Petroquímica.

    Exterior:

    CNIC - Centro Nacional de Investigación Científica, Havana, Cuba;
    Queen's University, Kingston, Canadá;
    Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven, Holanda;
    Universidad del Pais Vasco, San Sebastián, Espanha;
    Universidad Nacional del Sur, Bahia Blanca, Argentina;
    Universitè de Lyon, Lyon, França ;
    SABIC, Riad, Arábia Saudita.


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