Estudo do envelhecimento térmico e fotoquímico de cimento asfáltico de petróleo por técnicas analíticas

dc.contributor.advisor1Lacerda Junior, Valdemar
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000282575443
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9819471276433138
dc.contributor.authorMadeira, Nata Carlos Lira
dc.contributor.referee1Filgueiras, Paulo Roberto
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000326171601
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1907915547207861
dc.contributor.referee2Romão, Wanderson
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000222546683
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9121022613112821
dc.contributor.referee3Castro, Eustaquio Vinicius Ribeiro de
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1055263403980509
dc.contributor.referee4Souza, Lindamara Maria de
dc.contributor.referee5Chinelatto Junior, Luiz Silvino
dc.date.accessioned2024-05-30T00:53:19Z
dc.date.available2024-05-30T00:53:19Z
dc.date.issued2022-03-17
dc.description.abstractThe construction of roads and highways is an activity that has been going on since antiquity. Knowing the chemical composition of asphalt is relevant for the elaboration of materials with higher quality and durability. The first chapter of this work consists of a study of raw CAP, aged by RTFOT. After these aging methods, part of the samples were submitted to heating in an oven at 80 ºC for 5, 10 and 15 days and another group to ST aging also for 5, 10 and 15 days. It was possible to obtain a characterization of the samples and observe that oxidation reactions occur during aging. However, the oven times varying in 5, 10, and 15 days did not present linearity in the data obtained, showing that this study for raw samples would not be so recommended and possibly, the temperature of 80 ºC could not be high enough to visualize the aging reactions. For an isolated understanding of the transformations that occur in the molecules present in the CAP composition, a study was carried out involving the thermal aging of 15 patterns of compounds present in the CAP, representing the saturated fractions (hexatriacontane, 5-α-cholestane), aromatics (hexamethylbenzene, coronene, and benzo[a]anthracene), nitrogen compounds (acridine, carbazole, bis(dicarboximide)), indole sulfur and compounds N,N′-Bis(3-pentyl)perylene-3,4,9,10 ( 2-naphthalenethiol, 4,6 diethyldibenzothiophene, and NDT) and acids (stearic, pentadecanoic and sinapinic acid). The thermal aging of the samples occurred in two ways: i) fixed temperature of 80 ºC, varying the time from 0 to 60 days, and ii) temperature varying from 80 to 140 ºC for a fixed time of 15 days. Sample analyzes were performed by FT-ICR MS, GC/MS, and 1H and 13C NMR. With the temperature fixed at 80 ºC, of the 15 standards studied, only the indole sample showed the presence of products generated during aging, after 15 days. With the temperature fixed at 80 ºC, of the 15 standards studied, only the indole sample showed the presence of products generated during aging, after 15 days. With a study varying the temperature and setting the time, from 100 ºC, 6 of the 15 patterns began to show the presence of products generated in aging, this behavior is more aggravated at the temperature of 140 ºC, where 11 of the 15 patterns showed the presence of aging products. This work demonstrates the degradation reactions (hexatriacontane, coronene, stearic, pentadecanoic and sinapinic acids), oxidation (hexatriacontane, indole, N,N′-Bis(3-pentyl)perylene-3,4,9,10-bis( dicarboximide), 4,6-diethyldibenzothiophene), polymerization (hexatriacontane, 2 naphthalenethiol, stearic, pentadecanoic and sinapinic acids), dehydrogenation (5-α cholestane), in addition, to complete volatilization (5-α-cholestane and hexamethylbenzene). The acridine, NDT, carbazole, and benzo[a]anthracene samples did not show any form of thermal aging products in the analyzes performed. The third chapter consisted of the application of the study of patterns in real samples, using the CAP samples carried out in the study of the first chapter, virgin and aged by RTFOT and RTFOT+ST. Analyzes were performed by FTIR and FT-ICR MS and the results showed that all fractions (including saturated and aromatic) showed the presence of oxidation with increased C=O bands and the presence of oxygenated classes. From these results, it was possible to propose the oxidation mechanisms of all classes
dc.description.resumoA construção de estradas é uma atividade que ocorre desde a Antiguidade. Conhecer a composição química do asfalto é relevante para a elaboração de materiais com maior qualidade e durabilidade. O primeiro capítulo deste trabalho consiste em um estudo de CAP bruto, envelhecidos por RTFOT. Após esses método de envelhecimento, parte das amostras foram submetidas a aquecimento em estufa à 80 ºC por 5, 10 e 15 dias e outro grupo a envelhecimento ST também pelo tempo de 5, 10 e 15 dias . As análises das amostras ocorreu por FTIR, RMN e FT-ICR MS. Foi possível obter uma caracterização das amostras e observar que nos envelhecimentos ocorrem reações de oxidação. Porém, os tempos de estufa e envelhecimento ST variando em 5,10 e 15 dias não apresentaram uma linearidade nos dados obtidos, mostrando que esse estudo para amostras brutas não seria tão recomendado e possivelmente, a temperatura de 80 ºC poderia não ser alta o suficiente para visualização das reações de envelhecimento. Para compreensão de maneira isolada das transformações que ocorrem nas moléculas presentes na composição do CAP, foi realizado um estudo envolvendo o envelhecimento térmico de 15 padrões de compostos presentes no CAP, representando as frações de saturados (hexatriacontano, 5-α-colestano), aromáticos (hexametilbenzeno, coroneno e benzo[a]antraceno), compostos nitrogenados (acridina, carbazol, índole e N,N′-Bis(3 pentil)perileno-3,4,9,10-bis(dicarboximida)), sulfurados (2- naftalenotiol, 4,6 dietildibenzotiofeno e NDT) e ácidos (ácido esteárico, pentadecanoico e sinapínico). Os envelhecimentos térmicos dos padrões ocorreram de duas formas: i) temperatura fixa de 80 ºC, variando o tempo de 0 a 60 dias e ii) temperatura variando de 80 a 140 ºC por um tempo fixo de 15 dias. As análises dos padrões foram realizadas por FTICR MS, CG/MS e RMN de 1H e 13C. Com a temperatura fixa a 80 ºC, dos 15 padrões estudados, apenas a amostra indol mostrou a presença de produtos gerados durante o envelhecimento, a partir do tempo de 15 dias. Com estudo variando a temperatura e fixando o tempo, a partir de 100 ºC, 6 dos 15 padrões começaram a mostrar a presença de produtos gerados no envelhecimento, sendo esse comportamento mais agravado na temperatura de 140 ºC, onde 12 dos 15 padrões mostraram a presença de produtos de envelhecimento. Neste trabalho são demonstradas as reações de degradação (hexatriacontano, coroneno, ácidos esteárico, pentadecanoico e sinapínico), oxidação (hexatriacontano, indol, N,N′-Bis(3-pentil)perileno-3,4,9,10 bis(dicarboximida), 4,6- dietildibenzotiofeno), polimerização (hexatriacontano, 2 naftalenotiol, ácidos esteárico, pentadecanoico e sinapínico), desidrogenação (5-α colestano), além da volatilização completa (5-α-colestano e hexametilbenzeno). Os padrões de NDT, carbazol e benzo[a]antraceno não apresentaram nenhuma formação de produtos de envelhecimento térmico nas análises realizadas. O terceito capítulo consistiu na aplicação do estudo dos padrões em amostras reais, utilizando as amostras de CAP realizadas no estudo do primeiro capítulo, virgens e envelhecidas por RTFOT e RTFOT+ST. Foi realizado o fracionamento das amostras em saturados naftênicos-aromáticos, resinas e asfaltenos das frações virgens e envelhecidas, e, as frações não envelhecidas foram colocadas em estufa a 140 ºC por 15 dias. Foram realizadas análises por FTIR e FT-ICR MS e os resultados mostraram que todas as frações (inclusive saturados e aromáticos) apresentaram presença de oxidação com aumento de bandas C=O e presença de classes oxigenadas. A partir desses resultados foi possível propor os mecanismos de oxidação de todas as classes
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/15936
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectEnvelhecimento do CAP
dc.subjectFracionamento
dc.subjectPadrões
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleEstudo do envelhecimento térmico e fotoquímico de cimento asfáltico de petróleo por técnicas analíticas
dc.typedoctoralThesis

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