Comportamento ótico de diversos materiais após exposição a radiação UVC
Abstract
Objetivo: Análise do comportamento ótico de alguns acrílicos aquando e após a exposição à radiação ultravioleta C. Métodos: A amostra foi constituída por 8 tipos de acrílicos, rígidos e flexíveis, tipicamente utilizados no embalamento na indústria alimentar e protetores de balcões e objetos. Haviam 2 peças de cada amostra sendo que uma foi exposta numa caixa escura e outra exposta numa caixa com lâmpadas emissoras de UVC, lâmpadas TUV T8 Philips. As peças foram expostas por intervalos de tempo idênticos nas respetivas caixas e entre cada exposição foi feita a medição de transmitância e da deformação provocada por um peso previamente definido. Foram realizadas medições após uma pausa na exposição ao UVC para verificar o quanto as peças alteravam as suas propriedades após a exposição a esta radiação. Resultados: Obtiveram-se dados de transmitância (%) para comprimentos de onda desde os 250 nm até 1000 nm; de modo a verificar a similaridade entre os resultados obtidos em cada medição foi calculado o índice de similaridade. Foram obtidos resultados da deformação provocada pelos pesos determinados previamente. Foi ainda obtido o valor do índice de branqueamento e amarelecimento das amostras; Conclusões: Este estudo mostrou que a exposição às lâmpadas emissoras de UVC provocam alterações na estrutura de alguns materiais, nomeadamente um caraterizado como protetor de radiação ultravioleta, afetando propriedades óticas e físicas como transmitância e resistência dos materiais. Verificou-se ainda que após uma pausa na exposição ao UVC determinadas peças continuaram a sofrer alterações na sua estrutura.
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Universidade do Minho Escola de Ciências Ana Filipa Lopes Bago Rodrigues dezembro de 2021 Comportamento ótico de diversos materiais após exposição a radiação UVC Ana Filipa Lopes Bago Rodrigues Comportamento ótico de diversos materiais após exposição a radiação UVC UMinho|2021
Universidade do Minho Escola de Ciências Ana Filipa Lopes Bago Rodrigues dezembro de 2021 Comportamento ótico de diversos materiais após exposição a radiação UVC Trabalho efetuado sob a orientação da Doutora Sandra Maria de Braga Franco Dissertação de Mestrado Mestrado em Optometria Avançada
ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-NãoComercial-SemDerivações CC BY-NC-ND https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
iii AGRADECIMENTOS Terminar esta fase do meu percurso académico não foi fácil, todavia, com empenho, dedicação, responsabilidade, persistência e com as melhores pessoas do meu lado tudo se consegue! Agradeço aos meus orientadores, Professora Doutora Sandra Franco e Professor Doutor João Linhares pela dedicação, empenho, disponibilidade, compreensão e partilha de conhecimentos. Muito obrigada! Um agradecimento especial ao Senhor Américo, colaborador da Universidade do Minho, pela disponibilidade, dedicação e empenho na elaboração de determinados equipamentos e acessórios que foram indispensáveis na realização deste trabalho. Obrigada! Agradeço aos meus pais, Rosa e Fernando, irmão e restante família por todo o apoio dado nos bons e maus momentos. Obrigada pela paciência, compreensão e pelas palavras de incentivo nas horas em que me senti desmotivada e perdida. Obrigada, por permitirem ser a pessoa que sou hoje e me ajudarem sempre! Agradeço também aos meus amigos, por toda a compreensão e paciência que tiveram. Obrigada! Agradeço também à Ana Catarina por toda a compreensão e ajuda. Muito grata, por tudo e por todos! “Conhecimento é poder!” Francis Bacon
iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho.
v Comportamento ótico de diversos materiais após exposição a radiação UVC RESUMO Objetivo: Análise do comportamento ótico de alguns acrílicos aquando e após a exposição à radiação ultravioleta C. Métodos: A amostra foi constituída por 8 tipos de acrílicos, rígidos e flexíveis, tipicamente utilizados no embalamento na indústria alimentar e protetores de balcões e objetos. Haviam 2 peças de cada amostra sendo que uma foi exposta numa caixa escura e outra exposta numa caixa com lâmpadas emissoras de UVC, lâmpadas TUV T8 Philips. As peças foram expostas por intervalos de tempo idênticos nas respetivas caixas e entre cada exposição foi feita a medição de transmitância e da deformação provocada por um peso previamente definido. Foram realizadas medições após uma pausa na exposição ao UVC para verificar o quanto as peças alteravam as suas propriedades após a exposição a esta radiação. Resultados: Obtiveram-se dados de transmitância (%) para comprimentos de onda desde os 250 nm até 1000 nm; de modo a verificar a similaridade entre os resultados obtidos em cada medição foi calculado o índice de similaridade. Foram obtidos resultados da deformação provocada pelos pesos determinados previamente. Foi ainda obtido o valor do índice de branqueamento e amarelecimento das amostras; Conclusões: Este estudo mostrou que a exposição às lâmpadas emissoras de UVC provocam alterações na estrutura de alguns materiais, nomeadamente um caraterizado como protetor de radiação ultravioleta, afetando propriedades óticas e físicas como transmitância e resistência dos materiais. Verificou-se ainda que após uma pausa na exposição ao UVC determinadas peças continuaram a sofrer alterações na sua estrutura. Palavras-chave: acrílicos; deformação; lâmpadas germicidas; radiação ultravioleta C; transmitância.
vi Optical behavior of different materials after exposure to UVC radiation ABSTRACT Objective: Analysis of the optical behavior of some acrylics when and after exposure to ultraviolet C radiation. Methods: The sample consisted of 8 types of acrylics, rigid and flexible, typically used in packaging in the food industry and protectors for counters and objects. There were 2 pieces of each sample, one was exposed in a dark box and the other exposed in a box with UVC emitting lamps, TUV T8 Philips lamps. The pieces were exposed for identical time intervals in the respective boxes and between each exposure the measurement of transmittance and deformation caused by a previously defined weight was taken. Measurements were taken after a break in UVC exposure to verify how much the pieces changed their properties after exposure to this radiation. Results: Transmittance data (%) were obtained for wavelengths from 250nm to 1000nm; in order to verify the similarity between the results obtained in each measurement, the similarity index was calculated. Results of the deformation caused by the previously determined weights were obtained. The whitening and yellowing index value of the samples was also obtained; Conclusions: this study showed that exposure to UVC emitting lamps causes changes in the structure of some materials, namely one characterized as a protector against ultraviolet radiation, affecting optical and physical properties such as transmittance and resistance of the materials. It was also found that after a break in exposure to UVC, certain pieces continued to undergo changes in their structure. Keywords: acrylics; deformation; germicidal lamps; transmittance; ultraviolet C radiation.
vii INDICE AGRADECIMENTOS ............................................................................................................................ iii Comportamento ótico de diversos materiais após exposição a radiação UVC ........................................ v RESUMO ............................................................................................................................................. v Optical behavior of different materials after exposure to UVC radiation ................................................. vi ABSTRACT ......................................................................................................................................... vi INDICE .............................................................................................................................................. vii ABREVIATURAS E ACRÓNIMOS............................................................................................................ x ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................................... xii ÍNDICE DE TABELAS ....................................................................................................................... xviii 1. REVISÃO DA LITERATURA ........................................................................................................... 1 Luz e espetro eletromagnético ........................................................................... 1 1.1 1.1.1.1 Luz ................................................................................................................................. 1 Radiação UV: aplicações e efeitos nocivos ......................................................... 4 1.2 1.2.1.1 Fontes de radiação UV geradas pelo Homem .................................................................. 7 1.2.1.2 Lâmpadas de vapor de mercúrio de baixa pressão (LP-Hg) .............................................. 8 1.2.1.3 Lâmpadas Excimer ......................................................................................................... 8 1.2.1.4 LEDS UVC ...................................................................................................................... 9 1.2.1.5 Lâmpada de arco............................................................................................................ 9 1.2.1.6 Lâmpada fluorescente .................................................................................................... 9 1.2.1.7 Luz de espectro totalluz Full spectrum (FSL).................................................................. 9 1.2.1.8 Lâmpadas de descarga de gás UV ................................................................................10 1.2.1.9 UVB de banda estreita ..................................................................................................10 1.2.1.10 Lâmpada sem elétrodo .........................................................................................10 1.2.1.11 Lâmpada ultravioleta TL-01 ..................................................................................10 1.2.1.12 Lâmpadas TL-12 Philips .......................................................................................10 1.2.1.13 ILTs de luz negra ..................................................................................................11
xiv ........................................................................................................................................................ 34 Figura 4.7 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para as peças 1; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). .............................................................................................. 36 Figura 4.8 Índices de branqueamento (A) e amarelecimento (B) obtidos para a peça 1; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 37 Figura 4.9 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 2; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). ................................................................................................................... 40 Figura 4.10 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 2; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 41 Figura 4.11 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 3; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). .............................................................................................. 44 Figura 4.12 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 3; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 45 Figura 4.13 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 4; Os resultados
xv obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). .............................................................................................. 49 Figura 4.14 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 4; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 50 Figura 4.15 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 5A; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). .............................................................................................. 53 Figura 4.16 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 5; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 54 Figura 4.17 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 6; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). .............................................................................................. 57 Figura 4.18 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 6; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 60 Figura 4.19 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 7 ; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças
xvi expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás); .............................................................................................. 61 Figura 4.20 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 7; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 64 Figura 4.21 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 8; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). .............................................................................................. 65 Figura 4.22 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 8; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. ............................................................................................. 68 Figura 4.23 Dados de transmitância obtidos após uma pausa na exposição ao UVC ao longo do tempo para o acrílico 3; T3, T4, T5 e T6 representa as medidas efetuadas após 0, 48, 55 e 62 dias desde a última exposição, respetivamente. .................................................................................................... 69 Figura 4.24 Dados de transmitância obtidos após uma pausa na exposição ao UVC ao longo do tempo para o acrílico 4; T3, T4, T5 e T6 representa as medidas efetuadas após 0, 48, 55 e 62 dias desde a última exposição, respetivamente. .................................................................................................... 70 Figura 4.25 Dados de transmitância obtidos após uma pausa na exposição ao UVC ao longo do tempo para o acrílico 5; T3, T4, T5 e T6 representa as medidas efetuadas após 0, 48, 55 e 62 dias desde a última exposição, respetivamente. .................................................................................................... 71 Figura 4.26 Dados de transmitância obtidos após uma pausa na exposição ao UVC ao longo do tempo para o acrílico 6; T3, T4, T5 e T6 representa as medidas efetuadas após 0, 48, 55 e 62 dias desde a
xvii última exposição, respetivamente. .................................................................................................... 72 Figura 4.27 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 3; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. ................................................................................................................................ 74 Figura 4.28 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 4; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UV. (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. ................................................................................................................................... 76 Figura 4.29 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 5A; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. ................................................................................................................................ 78 Figura 4.30 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 5B; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UV. (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. ................................................................................................................................... 79 Figura 4.31 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 7; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. ................................................................................................................................ 80 Figura 4.32 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para o material 8; medidas efetuadas na peça não exposta ao UVC (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. ............................................................................................................... 81
xviii ÍNDICE DE TABELAS Tabela 3.1 Descrição das amostras selecionadas e respetivas caraterísticas e nomenclatura ............. 15 Tabela 4.1 Valores do índice de similaridade obtidos para a análise da variabilidade da repetibilidade das medidas efetuadas pelo examinador (%); Valores superiores a 90% significam que existe uma similaridade elevada. ........................................................................................................................ 32 Tabela 4.2 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 1; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 38 Tabela 4.3 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 38 Tabela 4.4 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. .................................................................... 39 Tabela 4.5 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 2; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 42 Tabela 4.6 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 42 Tabela 4.7 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. .................................................................... 43 Tabela 4.8 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o
xix início da atividade experimental para acrílico 3; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 46 Tabela 4.9 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 47 Tabela 4.10 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. .................................................................... 47 Tabela 4.11 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 4; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 51 Tabela 4.12 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 51 Tabela 4.13 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada; .................................................................... 52 Tabela 4.14 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 5B; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 55 Tabela 4.15 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 55 Tabela 4.16 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e
xx não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. .................................................................... 56 Tabela 4.17 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 6; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 58 Tabela 4.18 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 58 Tabela 4.19 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. .................................................................... 59 Tabela 4.20 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 7; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 62 Tabela 4.21 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 62 Tabela 4.22 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. .................................................................... 63 Tabela 4.23 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 8; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ................................ 66 Tabela 4.24 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta
xxi e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 66 Tabela 4.25 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada ............................................................................ 67 Tabela 4.26 Valores do índice de similaridade obtidos entre o tempo 3 e 6 das peças que apresentaram alterações na superfície após uma pausa na exposição ao UVC; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. ........................................................................... 69 Tabela 4.27 Descrição dos pesos utilizados para a medida da deformação em gramas. .................... 73 Tabela 4.28 Registo ao longo do tempo das medidas obtidas para a deformação. Os resultados apresentados são a média de 6 medições ± desvio padrão. .............................................................. 74 Tabela 4.29 Registo ao longo do tempo das medidas obtidas para a deformação após cessar a exposição a UVC. Os resultados apresentados são a média de 6 medições ± desvio padrão. ............. 75 Tabela 4.30 Registo ao longo do tempo das medidas obtidas para a deformação do acrílico 4 Os resultados apresentados são média de 6 medições ± desvio padrão. ................................................ 76 Tabela 4.31 Resultados obtidos entre tempos após a última exposição (T3) ao UVC e uma pausa na mesma (T6); Os resultados referem-se à peça exposta ao UVC do acrílico 4. ..................................... 77 Tabela 0.1 Resultados obtidos para análise estatística efetuada para o acrílico3; são apresentados os valores de p após comparação da peça exposta e não exposta ao UVC para cada tempo e entre tempos; Os dados apresentados são referentes ao tempo em que a peça era exposta ao UVC (entre T0 e T3). Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos ( p <0.05). .................... 90 Tabela 0.2 Resultados obtidos para análise estatística efetuada para o acrílico4; são apresentados os valores de p após comparação da peça exposta e não exposta ao UVC para cada tempo e entre tempos; Os dados apresentados são referentes ao tempo em que a peça era exposta ao UVC (entre T0 e T3). Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). .................... 92 Tabela 0.3 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada aos dados obtidos para o acrílico 5 da
xxii deformação aquando a exposição ao UVC, entre T0 e T3; os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). ............................................................................................ 93 Tabela 0.4 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada aos dados de deformação obtidos entre o T0 e T3 para o acrílico7; São apresentados os valores de p aquando a comparação entre a peça exposta e não exposta ao UVC para cada tempo e entre tempos; os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). ....................................................................................... 94 Tabela 0.5 Resultados da análise estatística efetuada quando se compara os dados de deformação para a peça exposta ao Não exposta ao UVC e ao UVC para cada tempo e entre tempos para o acrílico8; Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). ............... 96 Tabela 0.6 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada entre tempos após a última exposição ao UVC e uma pausa na mesma; Os resultados referem-se à peça exposta ao UVC do acrílico3; Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). ................................... 97 Tabela 0.7 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada entre tempos após a última exposição (T3) ao UVC e uma pausa na mesma (T6); Os resultados referem-se à peça exposta ao UVC do acrílico4; Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). ............... 98 Tabela 0.8 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada entre tempos após a última exposição ao UVC e uma pausa na mesma; Os resultados referem-se à peça exposta ao UVC do acrílico5; Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). ................................... 99
1 1. REVISÃO DA LITERATURA Luz e espetro eletromagnético 1.1 1.1.1.1 Luz O espetro eletromagnético carateriza-se por um conjunto de ondas eletromagnéticas. Cada fonte de luz emite radiação em forma de luz. Define-se luz como sendo radiação eletromagnética que possui características de onda e de partícula. O movimento ondulatório da mesma permite a qualificação pelo seu comprimento de onda (c.d.o), o qual corresponde à distância linear entre dois máximos, medido em nanómetros (nm), que corresponde a 10-9 metros (m) como se pode verificar na Figura 1.1 e pela sua frequência que corresponde ao número de vezes que os picos ocorrem num certo intervalo de tempo (∆t). O potencial energético da luz é inversamente proporcional ao comprimento de onda, de tal forma que a luz violeta com comprimento de onda igual a 380 nm é mais energética do que a luz vermelha cujo comprimento de onda é 700 nm. A luz é constituída por partículas de energia denominadas fotões, em que o conteúdo energético está intimamente relacionado com o comprimento de onda. A radiação eletromagnética (luz) é constituída por partículas de energia denominadas fotões que Figura 1.1 Representação gráfica de uma onda eletromagnética e respetivas caraterísticas.
8 que os limites de exposição não são excedidos. (Nield, 2020) Atividades como solda, atividades nas áreas médicas, farmacêutica e indústria alimentar têm como produto ou usam equipamentos que emitem radiação UV para tratamento de patologias e desinfeção de superfícies, ar e água. Deste modo, se não forem utilizados equipamentos de proteção construídos com materiais que sejam efetivamente resistentes a esta radiação os trabalhadores ficam expostos a este tipo de radiação e podem surgir a longo prazo problemas de saúde. Existem diversas fontes de luz que emitem este tipo de radiação. De seguida, são apresentados os mais usados. 1.2.1.2 Lâmpadas de vapor de mercúrio de baixa pressão (LP-Hg) Das fontes mais utilizadas destacam-se as lâmpadas de vapor de mercúrio de baixa pressão (LP-Hg) que são quase monocromáticas com quase 90% de emissão nos 254nm. São amplamente usadas devido às suas propriedades antimicrobianas, eficiência elétrica e baixo custo. Apesar de que o seu uso levanta várias preocupações sobre os perigos para olhos, pele e poluição ambiental causada pelo conteúdo de mercúrio, Hg. (Sellera et al., 2021) A partir desta perspetiva, outras fontes de luz surgiram como alternativa às LP-Hg tais como os LEDS emissores de UVC que apesar de terem um maior custo e níveis de eficiência energética baixa demonstraram também ser adequados para inativação microbiana e as lâmpadas Excimer , particularmente de cloreto de criptónio, KrCl. (Sellera et al., 2021) Atualmente, as lâmpadas LP-Hg são o método mais eficiente de geração de energia radiante germicida. Estas lâmpadas são eletricamente iguais às lâmpadas fluorescentes em tamanho e potência e requerem essencialmente o mesmo equipamento auxiliarbalastros. A diferença física entre ambas é que as lâmpadas fluorescentes não contêm fósforo e são construídas com um tipo especial de vidro que transmite cerca de 80% da UV gerada pela descarga de Hg nos 253,7nm. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.3 Lâmpadas Excimer As Lâmpadas Excimer são fontes quase monocromáticas que emitem mais de uma faixa da região UV dependendo do gás usado. Lâmpadas de Excimer de cloreto de criptónio (KrCl) mostraram produzir uma emissão significativa na região da UVC num comprimento de onda em torno de 222nm. A vantagem do KrCl é que a eficiência de desativação de bactérias e vírus nos 222nm aparenta ser aproximadamente o mesmo que a emissão em 270-280nm enquanto o efeito da emissão na pele
9 humana parece ser muito reduzido em comparação com a emissão de mercúrio de 253,7nm. É comumente usado em equipamentos utilizados no tratamento da psoríase, dermatite atópica e micoses. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.4 LEDS UVC Existem várias empresas produtoras de LEDS que emitem na região da UVC, geralmente nos 265-275nm e são usados na desinfeção de superfícies e do ar. A vida útil dos LEDS UVC costuma ser de 10 000h, ou seja, ligeiramente melhor do que as LP-Hg. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.5 Lâmpada de arco Lâmpadas de arco, também conhecidas como lâmpadas de descarga de gás, são compostas por dois elétrodos com plasma (o arco) entre eles; estes são selados dentro de uma câmara com gás, por exemplo, mercúrio ou xenônio. Quando a tensão é aplicada, os eletrões ficam excitados e ao retornarem ao estado fundamental e a luz é emitida. As lâmpadas de xenônio são usadas como simuladores solares. A lâmpada de arco foi a primeira eficaz fonte de luz artificial e atualmente é usada em equipamentos no tratamento de acne. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.6 Lâmpada fluorescente Segundo (Ahmad et al., 2017) as lâmpadas fluorescentes são as fontes terapêuticas de radiação UV mais utilizadas em dermatologia. São tubos de vidro cilíndricos revestidos com fósforo que contêm mercúrio. Quando a corrente é aplicada às extremidades dos tubos, o mercúrio é vaporizado para um estado superior e radiação é produzida quando o mercúrio cai para seu estado fundamental. Os fósforos revestindo o tubo atuam como cromóforos para fluorescência absorvendo a luz e, em seguida, reemitindo em comprimentos de onda mais longos. Dependendo dos fósforos há emissão de UVA, UVB ou luz visível. 1.2.1.7 Luz de espectro totalluz Full spectrum (FSL) A luz Full Spectrum (FSL) é um dispositivo desenvolvido para a fototerapia. Gera luz com comprimento de onda contínuo variando de 320-5000nm e tem sido usado em conjunto com um
10 emoliente, demonstrando eficácia no tratamento de dermatites. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.8 Lâmpadas de descarga de gás UV Estas são lâmpadas de arco especializadas que são carregadas com gases como argónio ou deutério que produzem UV. Esses tipos de lâmpadas são frequentemente usados em equipamentos de espectroscopia UV para análises químicas. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.9 UVB de banda estreita A radiação ultravioleta B de banda estreita (NBUVB) compreende os comprimentos de onda entre os 311 e 312nm e foi desenvolvida para o tratamento da psoríase e permite que uma menor dose de UV seja usada. NBUVB também é eficaz para o tratamento de dermatites e micoses. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.10 Lâmpada sem elétrodo Uma nova lâmpada sem elétrodo de descarga de micro-ondas (MDEL) foi produzida consistindo em três estruturas cilíndricas em camadas que é eficaz para quase total esterilização de bactérias em águas residuais por fotólise com o vácuo-UV emitido (185 nm) e luz UVC (254 nm). (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.11 Lâmpada ultravioleta TL-01 Esta lâmpada emite um espectro UV de banda estreita de 311 nm e tem mostrado eficácia no tratamento da psoríase. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.12 Lâmpadas TL-12 Philips Esta lâmpada ultravioleta de banda larga emite luz com comprimentos de onda entre os 270 nm e 350 nm cobrindo uma pequena quantidade de UVC, todo UVB, e um certo comprimento de onda de UVA. (Ahmad et al., 2017)
11 1.2.1.13 ILTs de luz negra Esta lâmpada UVA que foi originalmente desenvolvida em 1935 e usada na agricultura desde então, também é usada em armadilhas luminosas para insetos (ILTs). Atualmente é usada na indústria alimentar na produção de alimentos, em hospitais e em ambientes internos. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.14 Díodos emissores de luz ultravioleta Díodos emissores de luz (LEDS) são semicondutores que convertem a corrente elétrica numa estreita banda de luz em comprimentos de onda que variam de 274 nm a 1300 nm. Nas áreas médicas têm sido usados no aceleramento da cicatrização de feridas, tratamento de acne, colonoscopias e desinfeção de material médico. (Ahmad et al., 2017) 1.2.1.15 Lâmpada ultravioleta de onda curta Conhecida também como a lâmpada UVC ou germicida que emite radiação entre os 180 nm e 290 nm. Este é uma das lâmpadas mais utilizadas na investigação em produtos biológicos. Desempenhou um papel importante na compreensão do dano no ADN e o seu reparo com a UV de 254 nm. (Ahmad et al., 2017)
12 2. HIPÓTESE E OBJETIVO DE ESTUDO Introdução 2.1 O Sol assim como diversas fontes de luz artificial a que estamos expostos regularmente emitem energia radiante sobre todas as regiões do espectro eletromagnético desde ondas de rádio até radiação gama compreendendo UV, VIS e IV. (Dobbinson & Knight, 2001) Apesar de existirem meios de proteção adequados a UVC, e de esta radiação ser utilizada para desinfeção de superfícies pouco é o conhecimento sobre o efeito que esta radiação produz nas superfícies de materiais transparentes, utilizados como barreira de proteção. Assim, este trabalho surge para tentar avaliar o efeito da iluminação UVC na estabilidade e durabilidade dos materiais plásticos utilizados na proteção individual. A maioria dos indivíduos não fica exposto a UVC naturalmente uma vez que a UVC proveniente da luz solar é filtrada principalmente pela atmosfera e camada de O3. Assim, a maioria da exposição humana à UVC surge através de fontes artificiais que algumas atividades profissionais exigem, como soldadores e indivíduos que se ocupam com a desinfeção e esterilização de superfícies e objetos com lâmpadas germicidas. (Nield, 2020) Uma elevada exposição à radiação UV, nomeadamente UVC acarreta consigo alguns efeitos adversos na pele humana, materiais, alimentos entre outros, portanto a necessidade do conhecimento de materiais que sejam resistentes à UV para proteção individual é fundamental. Também vários materiais podem ser degradados por exposição de longo prazo à UV sem necessariamente produzir qualquer evidência visível de degradação. Hipóteses 2.2 A exposição à UVC provoca danos na estrutura e propriedades óticas dos materiais. Assim, será o acrílico transparente opaco ao UVC? Existirão determinados acrílicos que alterem as suas
13 propriedades como a cor com a exposição ao UVC? O tempo de exposição ao UVC altera a absorção do UVC nos materiais? Os acrílicos nomeados como “resistentes” ao UV serão resistentes a todas as componentes do UV? Objetivo 2.3 Este estudo tem como objetivo analisar o comportamento ótico e físico de alguns materiais aquando e após a exposição à UVC e assim conhecer um possível material que garanta uma proteção adequada aquando a exposição a este tipo de radiação e que mantenha as suas propriedades intrínsecas a longo prazo. Serão avaliadas propriedades óticas e físicas, nomeadamente transmitância e alteração da estrutura após exposição da radiação UVC ao longo do tempo.
14 3. MATERIAL E MÉTODOS Tipo de estudo 3.1 O estudo realizado trata-se de um estudo observacional, onde o observador não interfere nos resultados e apenas observa aquilo que ocorre. Trata-se ainda de um estudo prospetivo, não randomizado e não cego. O estudo foi realizado na Universidade do Minho recorrendo a equipamentos disponíveis na mesma instituição e com a colaboração dos orientadores mencionados. O procedimento experimental decorreu durante 6 semanas. Amostra 3.2 No presente trabalho foram utilizadas como amostras oito tipos de materiais utilizados no quotidiano, (Figura 3.1) no embalamento na indústria alimentar e em equipamentos de proteção individual. Estes são também utilizados em acrílicos protetores de balcões, viseiras e outro tipo de objetos de proteção. As amostras utilizadas (Figura 3.1) foram três acrílicos flexíveis, mais vulgarmente utilizados no embalamento de alimentos e cinco acrílicos rígidos transparentes de espessuras diferentes sendo um deles caraterizado como resistente ao UV e utilizado como protetor de montras para evitar a perda de cor de objetos e outros materiais expostos. Figura 3.1 Amostras selecionadas.
15 As diversas amostras foram numeradas como acrílicos 1 a 8 e havia duas peças de cada peça para que uma fosse exposta às lâmpadas emissoras de UVC e outra fosse mantida numa caixa escura, no mesmo intervalo de tempo e assim permitir posteriormente que fossem feitas comparações. Foram feitas medidas antes da exposição (T0), 7, 14 e 21 dias após a exposição, T1, T2 e T3 respetivamente. Para avaliar o efeito que a exposição ao UVC tem no material foi utilizada a peça A5A. Na Tabela 3.1 estão apresentadas a nomeação dada a cada material e as suas caraterísticas e nomenclatura. Tabela 3.1 Descrição das amostras selecionadas e respetivas caraterísticas e nomenclatura Amostra Material Nomeação 1 Acrílico flexível de cor verde A1 2 Acrílico flexível de cor branca A2 3 Acrílico rígido transparente de espessura 2mm A3 4 Acrílico rígido transparente de espessura 3mm A4 5 Acrílico rígido transparente de espessura 5mm A5A / A5B 6 Acrílico rígido transparente de espessura 10mm A6 7 Acrílico flexível transparente A7 8 Acrílico rígido transparente resistente ao UV A8 Análise estatística 3.3 Para a análise estatística recorreu-se ao programa informático Statistical Package for the Social Sciences versão 28, SPSS. Por ser um estudo de medidas repetidas utilizou-se o teste ANOVA para medidas repetidas, onde se considera que, para um valor de p <0,05 há um resultado estatisticamente significativo. Procedimento experimental 3.4 Para garantir que o procedimento realizado em cada peça fosse constante ao longo do tempo e da sua manipulação foram elaborados protocolos de utilização e manuseamento de cada um dos
16 equipamentos utilizados na análise da transmitância e deformação das peças acrílicas. Os protocolos elaborados descrevem processo de medição de transmitância e deformação física e podem ser consultados na secção Anexos. Para a medição da transmitância, quantidade de luz que atravessa um material sem sofrer absorção ou reflexão, utilizou-se um espetrofotómetro de bancada, o modelo UVPC 3101 PC-UV-VISNIR, Shimadzu, Kyoto, Japão e registou-se a transmitância em função do comprimento de onda. Por se tratar de um procedimento estático foi efetuada apenas uma medida para cada peça. Para a medição da deformação utilizou-se um equipamento que permite através da adição de pesos medir a variação em mm conforme o peso colocado (Figura 3.10). Em cada medição foram feitas 6 medidas por se tratar de um procedimento que a cada mínimo movimento provoca enviesamento nos resultados. A deformação é uma mudança na forma de um material devido a uma força aplicada. As forças aplicadas podem ser de tração, compressão, flexão ou torção. Dependendo do tipo de material, tamanho e das forças aplicadas, vários tipos de deformação podem decorrer, nomeadamente deformação elástica, deformação plástica e fratura. A deformação elástica é reversível uma vez que quando deixam de ser aplicadas forças o material retorna à forma original. Geralmente materiais elásticos apresentam uma faixa de deformação elevada. Termoplásticos e metais macios têm uma deformação elástica moderada e cerâmicas, cristais e plásticos termofixos duros quase não sofrem deformação elástica. A deformação plástica não é reversível, ou seja, o material após a(s) força (s) aplicadas não volta ao seu estado inicial. Geralmente um objeto que apresente uma deformação plástica terá primeiro sofrido deformação elástica. Os termoplásticos têm uma faixa bastante grande de deformação plástica, assim como os metais dúcteis como cobre, prata e ouro. Plásticos rígidos, borrachas, cristais e cerâmicas têm faixas mínimas de deformação plástica. A fratura também não é reversível. Após aplicada uma determinada força é ultrapassada a deformação elástica e plástica e ocorre quebra do material. Todos os materiais sofrem fraturas dependendo das forças aplicadas. Para a descrição das propriedades elásticas de objetos que são esticados ou comprimidos, um parâmetro importante é a proporção da tensão à deformação, um parâmetro denominado módulo de
17 Young do material que pode ser obtido, tendo-se conhecimento de outras caraterísticas do material, através de medições como a efetuada neste trabalho. Tal como efetuado por (Complex, 1800) que através de um procedimento idêntico e outras caraterísticas calcularam o módulo de Young para o ferro, alumínio e aço. Em (Cantor & Dewitt, 2018) é também mostrado como calcular o módulo de Young de um fio de aço por um procedimento idêntico. Para comparar e analisar a semelhança entre os dados obtidos na medição da transmitância de cada medida calculou-se o índice de similaridade (SI) e o índice de branqueamento e amarelecimento. Para o SI espera-se que à medida que o tempo de exposição aumenta se obtenham valores cada vez menores e para o índice de branqueamento espera-se uma diminuição dos mesmo e aumento do índice de amarelecimento. Para a análise da variabilidade da repetibilidade das medições efetuadas pelo examinador recorreu-se também a este cálculo esperando-se obter valores próximos dos 90% demonstrando a elevada similaridade entre os espetros. O índice de similaridade (Wan et al., 2002), SI, é utilizado para determinar se dois espetros são iguais ou diferentes. É calculado pela equação: 𝑆𝐼= √∑(𝑖−𝑖0 𝑖+𝑖0×100)2 𝑁 ( 1 ) que permite o cálculo do índice de similaridade, SI. As diferenças na intensidade do sinal para dois compostos (i e i0) são divididos pela soma das mesmas intensidades e onde N é o número de comprimentos de onda que devem ser usados na comparação. Onde, i e i0 correspondem os valores e transmitância obtidos e N o número de comprimentos de onda a comparar. Para esta equação, é obtido um resultado em percentagem onde quanto mais próximo do 100 mais distintos os espetros são entre si e quanto mais próximos do 0, mais idênticos são entre si. No presente estudo, este cálculo foi efetuado para comparar espetros dois a dois onde, i0 representa os valores obtidos para um determinado espetro num determinado intervalo de tempo, i para o outro espetro que se pretende comparar no mesmo intervalo de tempo e N representa o número de
24 Figura 3.5 Caixa de iluminação com porta aberta e lâmpadas inativas. As lâmpadas utilizadas, TUV T8 da Philips, são lâmpadas UVC utilizadas na desinfeção e esterilização de superfícies, objetos, ar e água devido às suas propriedades germicidas. Segundo o fabricante tratam-se de lâmpadas com extremidade duplas que emitem de forma quase constante ao longo das 9000 horas de vida útil UV. A lâmpada no seu interior contem mercúrio e fósforo. O mercúrio com a passagem de eletrões, emite radiação no comprimento de onda do UV. Esta radiação entra em contacto com o fosforo e excita-o. Este com a energia recebida reemite energia em comprimentos de onda da luz visível, tipicamente vista como luz branca, como a do caso deste estudo. Relativamente aos dados fornecidos pelo fabricante, cada lâmpada tem uma potência de 15,5W, uma corrente de 0.335A e uma tensão de 55V. O conteúdo de mercúrio é de 2mmHg. A radiação UVC tem uma potência de 4.9W. (Philips, 2020) Figura 3.6 Dados fornecidos do fornecedor relativamente às lâmpadas emissoras de UVC; Há um pico de emissão máximo nos 250 nm (zona do UVC) e alguns picos de emissão na zona do visível e infravermelho.
25 Segundo os dados do fabricante a lâmpada emite maioritariamente nos 250nm, zona de UV particularmente UVC. Apresenta alguns picos, de menor amplitude entre os 300 e 550nm (Figura 3.6). Figura 3.7 Espetrofotómetro portátil utilizado para avaliar a veracidade dos dados fornecidos pelo fornecedor; adaptado de (Avaspec-ulscl-evo, 2018). Com o objetivo de verificar a veracidade dos dados fotométricos fornecidos pelo fabricante fezse a medição das lâmpadas para verificar a luz e a radiação emitida pelas mesmas. Esta medição foi feita por um espetrofotómetro portátil, AvaspectULS2048CLEVO representado na Figura 3.7 (Avaspec-ulscl-evo, 2018). Os resultados estão representados abaixo na seguinte representação gráfica, Figura 3.8. Figura 3.8 Espetro de emissão das lâmpadas UVC utilizadas neste trabalho, em unidades de número de fotões por unidade de área, avaliado entre os 175 nm e 1175 nm. É notório o pico de emissão nos 254 nm (UVC), picos de emissão na zona do visível que permite indicar que a lâmpada está em funcionamento e picos no infravermelho próximo devido ao calor emitido. 0 10000 20000 30000 175,000 375,000 575,000 775,000 975,000 1175,000 Fotoncount (número de fotões detetados) Comprimento de onda (nm) Espectro obtido após a medição das lâmpadas da caixa
26 Pela Figura 3.8, verificam-se a existência de um pico elevado na zona da radiação visível. Apresenta alguns picos elevados na zona do UV e na zona do infravermelho. O apresentado na zona do infravermelho demonstra que as lâmpadas emitem energia na forma de calor, havendo por isso a possibilidade de aquecimento das amostras. Para se observar e focar-mo nos na radiação de maior interesse para este estudo, radiação UV, construi-se a seguinte representação gráfica que representa apenas o espetro na radiação UV, como mostra a Figura 3.9. Figura 3.9 Espetro de emissão das lâmpadas UVC utilizadas neste trabalho, em unidades de número de fotões por unidade de área, avaliado entre os 175nm e os 400nm (zona do UV). Há um pico máximo nos 254 nm (puramente UVC) e alguns picos nos 300nm e 350nm. Pela Figura 3.9 observa-se um espetro monocromático apresentando um pico máximo nos 254nm, aproximadamente demonstrando que emite radiação puramente UVC. 3.4.1.5 Medição da deformação do material Para avaliar o efeito que a radiação UVC tem na estrutura das amostras utilizou-se um equipamento que através da adição de um peso nos quantifica a deformação que o material sofre através de uma escala em milímetros (Figura 3.13). Aqui, quanto mais altos os valores obtidos, menos resistente é o material, ou seja, maior a deformação que o material sofre. E, quanto mais baixos os 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 175,000 225,000 275,000 325,000 375,000 Fotoncount (número de fotões detetados) Comprimento de onda (nm) Análise do espetro obtido após medição das lâmpadas(região do UV)
27 valores, mais resistente é a peça pois menor é a deformação que a mesma sofre. Figura 3.10 Instrumento utilizado para medir a deformação provocada por determinados pesos no material. Para analisar este parâmetro, definiu-se previamente os pesos (Figura 3.11) a aplicar durante toda a atividade experimental a cada peça de forma a cada semana avaliar-se com o mesmo peso e assim poderem se fazer comparações e demonstrar se há efeito ou não na estrutura causado pela radiação. A peça foi colocada como demonstrado na Figura 3.12 com um suporte para que as medidas Figura 3.11 Demonstração dos pesos utilizados para medir a deformação nas peças.
28 Figura 3.12 Demonstração de como é colocada a peça para ser efetuada a medição. Figura 3.13 Relógio comparador. Escala utilizada no equipamento. fossem feitas de forma centrada e com possibilidade de apoio periférico por forma a permitir deformação e diminuir os erros associados. Foram feitas marcas no suporte para que a peça fosse colocada sempre na mesma posição, aproximadamente. Para evitar marcas de sujidade e “dedadas” nas amostras houve o cuidado de no manuseamento das mesmas pegar nelas pelas extremidades. Por ser um equipamento em que o mínimo movimento em seu redor implicaria uma alteração no resultado foram realizadas 6 medições consecutivas em cada peça e a cada semana tendo o cuidado de quando se retira e volta a colocar a peça esta ficar sempre em posição idêntica à medição anterior. Foi registado para cada amostra, A3, A4, A5, A7 e A8, medidas do T0 ao T3. No final deste tempo como haviam determinadas peças que apresentavam alterações na sua superfície, optou-se por prolongar as medidas e assim fazer uma análise após uma pausa na exposição ao UVC das peças 3, 4 e 5. Ao longo da atividade experimental foi feito o registo fotográfico das alterações observáveis a “olho nu” nas amostras. Foi feita a análise estatística verificando para cada tempo a significância estatística entre os dados obtidos para a peça exposta e a mantida no escuro e para cada tempo comparou-se e analisou-se a significância estatística comparando os tempos, isto é, entre tempo 0 e 1, tempo 0 e 2, tempo 0 e 3, tempo 1 e 2, tempo 1 e 3 e tempo 2 e 3.
29 Figura 4.1 Valores de transmitância obtidos (%) para 1 medidas consecutivas e respetiva média para acrílico 1; primeira medida efetuada (pontos a azul), segunda medida efetuada (pontos a vermelho), terceira medida efetuada (pontos a verde), média das medidas (pontos sem preenchimento); Peça não exposta ao UVC assinalada com A; Peça que seria exposta na fase seguinte ao UVC assinaladas com B. 4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Teste da variabilidade da repetibilidade das medições 4.1 efetuadas pelo examinador Para validar a repetibilidade das medições apresentam-se, neste subcapítulo, os resultados obtidos das medidas de transmitância, nas Figura 4.1 à Figura 4.4. Para reforçar os resultados obtidos e para se obter uma conclusão relativamente a esta hipótese calculou-se também o índice de similaridade, apresentado na Tabela 4.1. 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico 1: peça não exposta A1_0_A A1_0_B A1_0_C média A 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico 1: peça para expor A1L_0A A1L_0B A1L_0C média B
30 Figura 4.2 Valores de transmitância obtidos (%) para 3 medidas consecutivas e respetiva média para acrílico 2; primeira medida efetuada (pontos a azul), segunda medida efetuada (pontos a vermelho), terceira medida efetuada (pontos a verde), média das medidas (pontos sem preenchimento); Peça não exposta ao UVC assinalada com A; Peça que seria exposta na fase seguinte ao UVC assinaladas com B. 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico2: peça para expor A2L_0_A A2L_0_B A2L_0_C média A 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico2: peça não exposta A2_0_A A2_0_B A2_0_C média B
31 Figura 4.3 Valores de transmitância obtidos (%) para 3 medidas consecutivas e respetiva média para acrílico 3; primeira medida efetuada (pontos a azul), segunda medida efetuada (pontos a vermelho), terceira medida efetuada (pontos a verde), média das medidas (pontos sem preenchimento); Peça não exposta ao UVC assinaladas com A; Peça que seria exposta na fase seguinte ao UVC assinaladas com B. 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico3: peça para expor A3L_0_A A3L_0_B A3L_0_C média 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico3: peça não exposta A3_0_A A3_0_B A3_0_C média A B
32 Tabela 4.1 Valores do índice de similaridade obtidos para a análise da variabilidade da repetibilidade das medidas efetuadas pelo examinador (%); Valores superiores a 90% significam que existe uma similaridade elevada. Valores do índice de Similaridade (SI) obtidos entre medidas para cada peça (%) A1 A2 A3 A7 Primeira medição com segunda 99,22 99,00 98,73 99,38 Primeira mediação com terceira 99,20 98,99 98,75 99,37 Segunda medição com terceira 99,27 99,13 99,715 99,37 Pela análise dos resultados obtidos através da Tabela 4.1 e pelas representações gráficas (Figura 4.1 à Figura 4.4) das três medidas consecutivas efetuadas e média das mesmas verifica-se que, para as amostras testadas se obtém valores do índice de similaridade, SI, que rondam os 99%, isto é, os espetros obtidos apresentam uma semelhança elevada entre si. Figura 4.4 Valores de transmitância obtidos (%) para 3 medidas consecutivas e respetiva média para acrílico 7; primeira medida efetuada (pontos a azul), segunda medida efetuada (pontos a vermelho), terceira medida efetuada (pontos a verde), média das medidas (pontos sem preenchimento); Peça não exposta ao UVC assinalada com A; Peça que seria exposta na fase seguinte ao UVC assinaladas com B. 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico7 peça não exposta A7_0_A A7_0_B A7_0_C média 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico7 peça para expor A7L_0_A A7L_0_B A7L_0_C média A B
33 Este resultado permitiu aferir que fazer três medidas diferentes consecutivas e posteriormente utilizar a média das mesmas ou fazer apenas uma só medida os resultados obtidos seriam semelhantes e sem grandes discrepâncias. Assim, pelos resultados obtidos e por esta medida ser estática foi permitido que na fase seguinte do estudo se pudesse fazer apenas uma medida para cada amostra. Transmitância 4.2 Ao longo desta secção, são apresentados os resultados para a transmitância obtidos ao longo do tempo e que correspondem às medidas efetuadas nas amostras com 0 dias (T0) de exposição, 7 dias (T1), 14 dias (T2) e 21 dias (T3). Para as peças 3 a 6 são ainda apresentados os resultados obtidos para as medições realizadas depois de permanecerem no escuro depois de terem sido expostas à radiação UVC. Estas medições foram efetuadas 48 dias (T4), 55 dias (T5) e 62 dias (T6) depois de terminada a exposição à radiação. Para a peça 5 havia ainda uma terceira peça, nomeada como 5A que permitiu fazer uma repetição das medidas, para garantir dados, uma vez que os dados obtidos de T0 a T3, por erros de medida, nas primeiras medições não foram conclusivos. No entanto, com o seguimento da atividade verificou-se que a peça A5B após a pausa na exposição apresentou alterações na sua estrutura. Assim, para avaliar o efeito que a pausa na exposição tem no mesmo material foi utilizado a peça 5B. Foram calculados os índices de similaridade comparando o espetro da peça exposta ao UVC e o da mantida no escuro para cada tempo e o índice de similaridade obtido quando comparado o espetro da peça exposta ao UVC e a não exposta ao longo do tempo por intervalos de comprimentos de onda. Foram ainda calculados os índices de similaridade entre os espectros obtidos no início da experiência e no período final para cada peça e o índice de similaridade obtido pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental.
40 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico2 peça não exposta 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico2 peça exposta UVC T0 T1 T2 T3 Com isto, verifica-se que à medida que o tempo de exposição aumenta, os espetros de transmitância apresentaram diferenças mais significativas uma vez que o espetro da peça mantida no escuro manteve-se aproximadamente equivalente em todas as medições. Assim a única variável foi o espetro de transmitância associado à peça exposta. Desta forma, pode dizer-se que as maiores diferenças para esta peça começam a surgir a partir do T2, particularmente na zona do UVA, uma vez que as maiores diferenças apresentadas surgem nos comprimentos de onda entre os 321-400nm. 4.2.1.3 Acrílico 2 Na Figura 4.9 estão apresentados os resultados de transmitância referentes ao acrílico 2 obtidos para a peça mantida no escuro e a peça exposta ao UVC. Figura 4.9 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 2; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). A B
41 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 Índice de amarelecimento (%) Tempo Índice de amarelecimento do acrílico2 UVC Escuro Figura 4.10 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 2; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. Na Figura 4.10 estão apresentados os resultados obtidos para o índice de branqueamento e amarelecimento do acrílico 2. Numa análise observacional dos resultados de transmitância obtidos para os tempos 0, 1, 2 e 3 do acrílico 2 (Figura 4.9) observa-se que tanto para a peça que foi mantida no escuro como a que foi exposta não existem alterações. -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 Índice de branqueamento (%) Tempo Índice de branqueamento do acrílico2 A B
42 Tabela 4.5 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 2; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Numa análise mais detalhada recorrendo aos valores obtidos para o índice de similaridade, comparando o T0 e T3, pela Tabela 4.5, verifica-se, com surpresa, um índice de similaridade baixo (SI=39.48%) para a peça mantida no escuro, demonstrando que houve alterações na peça com a não exposição ao UVC. Este resultado demonstra que as diferenças encontradas surgem na zona do infravermelho uma vez que para os comprimentos de onda analisados (250-750nm) se obtém valores de índice de similaridade elevada (Tabela 4.6). É encontrado um resultado inesperado também para a peça exposta ao UVC, pois obtém-se um índice de similaridade de 38.06%, demonstrando uma similaridade baixa, facto que não é coerente com os dados da Figura 4.9. Tabela 4.6 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Valores de SI obtidos pela comparação entre espetros da peça exposta e a peça não exposta para cada tempo (%) 250-1000nm 250-450nm 451-580nm 580-750nm TEMPO 0 63.41 98.28 99.60 98.20 TEMPO 1 66.91 94.32 96.83 96.76 TEMPO 2 91.11 95.48 96.44 96.50 TEMPO 3 64.50 95.93 97.52 97.15 Comparando-se os espetros da peça exposta e não exposta para cada tempo (Tabela 4.6) verifica-se que no início da atividade (T0), para todos os comprimentos de onda, um índice de similaridade de 63.41% que demonstra que os espetros são diferentes, o que não é expectável pois tratam-se de peças de materiais iguais pelo que seria de esperar uma semelhança elevada entre os espetros. Analisando de forma repartida os comprimentos de onda verifica-se que nos intervalos analisados são semelhantes. Assim, podemos dizer que as diferenças encontradas se devem a Semana 1 (T1-T0) Semana 2 (T2-T0) Semana 3 (T3-T0) Não exposta ao UVC 37.10 37.41 39.48 UVC 36.83 39.17 38.06
43 comprimentos de onda superiores a 750 nm. Esses valores não serão aqui apresentados uma vez que a relação sinal ruído existente é muito elevada. Para o tempo 1, verifica-se, que para todos os comprimentos de onda, o índice de similaridade é de 66.91% (Tabela 4.6), ou seja, os espetros apresentam entre si maiores semelhanças quando comparado com o T0. Analisando de forma detalhada os intervalos de comprimentos de onda verificase que as maiores diferenças são encontradas nos comprimentos de onda entre 250-450nm, zona dos UV, no entanto, calculando os índices de similaridade para cada componente do UV verifica-se as maiores diferenças, ainda que poucas, são encontradas nas gamas dos UVB com um índice de similaridade de 97.94% (Tabela 4.7). Tabela 4.7 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Para o tempo 2 obtém-se um índice de similaridade de 91.11% (Tabela 4.6), ou seja, os espetros da peça mantida no escuro e da exposta são semelhantes. Analisando de forma repartida os valores de índice de similaridade verifica-se que são obtidos valores de, aproximadamente, 95% que demonstra a existência de uma similaridade elevada tanto para quando se avaliam os comprimentos de onda das 3 componentes do UV (Tabela 4.7) como quando se avaliam dos 250 – 450 nm, 451580 nm e 580-750 nm. Para o tempo 3 obtém-se um índice de similaridade de 64.50% (Tabela 4.6) quando se avaliam todos os comprimentos de onda, ou seja, os espetros são um pouco diferentes. Analisando os índices de similaridade por gamas de comprimentos de onda verifica-se que as diferenças mais acentuadas, ainda que ligeiras, são encontradas para os comprimentos de onda 250-450nm, gama dos UVs. Para cada componente do UV obtém-se um índice de similaridade de 95.13%, 96.19% e 96.01% respetivamente para UVA, B e C, demonstrando que as maiores diferenças são encontradas para a Valores de SI obtidos pela comparação entre a peça exposta e não exposta para o grupo dos UVs (%) 321-400nm 291-320nm 250-290nm TEMPO 0 98.22 97.94 98.6 TEMPO 1 93.27 94.83 93.89 TEMPO 2 95.03 95.97 95.08 TEMPO 3 95.13 96.19 96.01
44 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico3 peça exposta UVC T0 T1 T2 T3 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico3 peça não exposta componente do UVA (Tabela 4.7). Analisando os índices de branqueamento e amarelecimento verifica-se que para a peça mantida no escuro que há um aumento do índice de branqueamento e amarelecimento do tempo 0 para o tempo 1 e para o restante tempo se mantém constante, como mostram os gráficos da Figura 4.10. Para a peça exposta observa-se um aumento do índice de branqueamento a partir do tempo 0 até ao tempo 1 mantendo-se, depois, constantes (Figura 4.10). Para o índice de amarelecimento há um aumento do tempo 0 para 1 e depois mantém-se praticamente constante, tal como mostra a Figura 4.10. 4.2.1.4 Acrílico 3 Figura 4.11 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 3; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). B A
45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 índice de branqueamento (%) Tempo Índice de branqueamento do acrílico3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 Índice de amarelecimento (%) Tempo Índice de amarelecimento do acrílico3 UVC Escuro Figura 4.12 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 3; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. Na Figura 4.11 estão apresentados os resultados de transmitância referentes ao acrílico 3 obtidos para a peça mantida no escuro e a peça exposta ao UVC. Na Figura 4.12 estão apresentados os resultados obtidos para o índice de branqueamento e amarelecimento do acrílico 3. B A
46 Analisando os dados de transmitância obtidos, para a peça mantida no escuro, (Figura 4.11) observa-se que há uma ligeira diminuição da transmitância à medida que a atividade experimental vai decorrendo para os comprimentos de onda a partir dos 400 nm, podendo ser comprovado pelo SI obtido quando se compara T0 e T3 desta peça (SI=97.55%), demonstrando que esta peça, mesmo com a não exposição ao UVC, vai sofrendo alterações na sua estrutura que afetam a transmitância. Para a peça exposta ao UVC observa-se uma diminuição da transmitância ao longo do tempo para todos os comprimentos de onda comprovado pelo índice de similaridade obtido, SI=75.89% (Tabela 4.8), demonstrando a existência de diferenças entre os dados no início e fase final da atividade. Não podemos concluir que estas diferenças se devam à exposição ao UVC, uma vez que, a peça mantida no escuro apresenta alterações. Tabela 4.8 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 3; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Semana 1 (T1-T0) Semana 2 (T2-T0) Semana 3 (T3-T0) Não exposta ao UVC 98.64 99.10 97.55 UVC 76.10 76.80 75.89 Para esta peça, no tempo 0, efetuando a comparação e calculando o SI da peça exposta ao UVC e a não exposta obtém-se uma semelhança elevada, de 98.48% (Tabela 4.9), tal como esperado. Analisando os comprimentos de onda de forma repartida verifica-se que a menor similaridade é obtida para a gama dos comprimentos de onda dos 250-450nm, gama dos UV (Tabela 4.9). Analisando por gamas dos UV de forma repartida também se verifica que as maiores diferenças encontradas são na zona do UVB, com uma similaridade de 95.90% (Tabela 4.10).
47 Tabela 4.9 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Para o tempo 1, verifica-se, para todos os comprimentos de onda que entre a peça exposta e a mantida no escuro há uma diminuição da similaridade dos espetros pois é obtido um SI de 77.46% (Tabela 4.9). Analisando de forma repartida os comprimentos de onda e os índices de similaridade obtidos verifica-se que é na zona dos UV que existe maior diferença pois é obtido um índice de similaridade de 56.40% (Tabela 4.9). Analisando a similaridade para cada componente do UV, pela Tabela 4.10 verifica-se que, para esta peça, todos os valores obtidos são inferiores a 80%, no entanto, a gama do UVC é a que apresenta uma similaridade menor, 22.01%, demonstrando que as alterações afetam a transmitância nesta zona do espetro. Tabela 4.10 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Para o tempo 2, obtém-se um SI de 77.45% (Tabela 4.9) para todos os comprimentos de onda, ou seja, há uma diminuição da similaridade entre espetros face ao tempo 1, ainda que ligeira. Analisando de forma repartida os comprimentos de onda observa-se que mais uma vez a gama dos UV é a que menor similaridade apresenta (SI=56.36%) nomeadamente a zona dos UVC, com um SI de 21.27% (Tabela 4.10). Valores de SI obtidos pela comparação entre espetros da peça exposta e a peça não exposta para cada tempo (%) 250-1000nm 250-450nm 451-580nm 580-750nm TEMPO 0 98.48 97.10 99.91 99.86 TEMPO 1 77.46 56.40 97.81 99.14 TEMPO 2 77.45 56.36 99.22 99.46 TEMPO 3 77.03 55.58 99.01 98.47 Valores de SI obtidos pela comparação entre a peça exposta e não exposta para o grupo dos UVs (%) 321-400nm 291-320nm 250-290nm TEMPO 0 97.06 95.90 96.42 TEMPO 1 78.12 41.97 22.01 TEMPO 2 75.76 45.84 21.27 TEMPO 3 73.50 44.98 20.96
48 Para o tempo 3, há uma diminuição do SI comparativamente ao tempo 2 (SI=77.45%) e a menor similaridade existe para a gama dos UV (SI=56.36%) (Tabela 4.9) particularmente UVC (SI=20.96%) (Tabela 4.10). Assim, podemos concluir que à medida que a exposição às lâmpadas emissoras de UVC aumenta há uma diminuição da similaridade entre espetros em todos os comprimentos de onda, particularmente UVA. A peça 3, que sofreu exposição ao UVC apresentou alterações na sua cor, tornando-se mais amarela, à medida que a atividade foi decorrendo tal como se pode observar na Figura 4.6 . Pela Figura 4.12 observa-se que o índice de branqueamento se mantém constante para ambas as peças. Relativamente ao amarelecimento verifica-se um aumento do mesmo para a peça exposta ao UVC, tal como esperado. 4.2.1.5 Acrílico 4 Na Figura 4.13 estão apresentados os resultados de transmitância referentes ao acrílico 4 obtidos para a peça mantida no escuro e a peça exposta ao UVC.
49 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico4 peça não exposta 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico4 peça exposta UVC T0 T1 T2 T3 Figura 4.13 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 4; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). Na Figura 4.14 estão apresentados os resultados obtidos para o índice de branqueamento e amarelecimento do acrílico 4. Observando os dados de transmitância obtidos (Figura 4.13) observa-se que para a peça mantida no escuro não há diferenças ao longo do tempo, tal como esperado, pois não é esperado que houvessem alterações com a não exposição ao UVC. O mesmo pode ser comprovado pelo índice de similaridade elevado obtido quando se comparam os tempos 0 e 3 da peça não exposta ao UVC (SI=98.00%) (Tabela 4.11). Para a peça exposta ao UVC observa-se uma ligeira diminuição da transmitância, comprovada pelo índice de similaridade obtido no valor de 89.80%, demonstrando diferenças. B A
56 Para o tempo 3, analisando todos os comprimentos de onda obtém-se uma similaridade de 72.50%, onde a gama dos UVs é a com menor semelhança, com um SI de 46.74% e particularmente o grupo dos UVB é o que mais diferenças apresenta, com uma similaridade de apenas, 5,13% (Tabela 4.16). Tabela 4.16 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Valores de SI obtidos pela comparação entre a peça exposta e não exposta para o grupo dos UVs (%) 321-400nm 291-320nm 250-290nm TEMPO 0 99.18 98.51 98.56 TEMPO 1 39.82 4.57 94.01 TEMPO 2 38.36 4.77 94.91 TEMPO 3 38.01 5.13 94.63 Assim, podemos inferir que esta peça, quando exposta ao UVC apresenta alterações na transmitância, afetando principalmente os comprimentos de onda do UVB. Como se pode verificar pela Figura 4.6 observa-se que a peça exposta ao UVC sofreu alterações na sua coloração, obtendo um tom mais amarelado à medida que a atividade decorreu. Pelos resultados obtidos do índice de branqueamento e amarelecimento, apresentados na Figura 4.16, observa-se, a peça mantida no escuro, apresenta um índice de branqueamento e amarelecimento constante, tal como esperado e que a peça exposta ao UVC sofreu um aumento do índice de amarelecimento, tal como esperado. 4.2.1.7 Acrílico 6 Na Figura 4.17 estão apresentados os resultados de transmitância referentes ao acrílico 6 obtidos para a peça mantida no escuro e a peça exposta ao UVC. Através de uma análise observacional da Figura 4.17 observa-se que, para a peça mantida no escuro não existem alterações na transmitância com a não exposição ao UVC, comprovado pelo índice de similaridade elevado, de 98.63% obtido.
57 Figura 4.17 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 6; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico6 peça não exposta 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico6 peça exposta UVC T0 T1 T2 T3 Para uma análise mais detalhada, fez-se a comparação entre a peça não exposta e a exposta ao UVC para cada tempo (Tabela 4.17) Para a peça exposta às lâmpadas emissora de UVC observa-se uma ligeira diminuição da transmitância, demonstrada também pela diminuição da similaridade obtida pelo valor de SI, de 96.44%. A B
58 Tabela 4.17 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 6; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Semana 1 (T1-T0) Semana 2 (T2-T0) Semana 3 (T3-T0) Não exposta ao UVC 91.79 98.99 98.63 UVC 91.40 96.85 96.44 Assim, para T0, analisando todos os comprimentos de onda observa-se que existe uma similaridade de 100% (Tabela 4.18). Este valor é obtido porque o examinador usou os mesmos dados do T0 para o escuro e para o UVC após concluir num estudo de médias que se podiam considerar idênticos. Para o T1, há um SI de 97.62% (Tabela 4.18) para todos os comprimentos de onda, no entanto, analisando os grupos dos comprimentos de onda verifica-se que para o grupo dos UVs é onde se observa uma menor semelhança, com um valor de SI 96.10% mais precisamente o UVA com um SI de 95.29% (Tabela 4.19). Para T2, verifica-se uma diminuição da similaridade comparativamente ao tempo 1 obtendo-se um SI no valor de 96.94% (Tabela 4.18) sendo que o comprimento de onda mais afetado é desde os 451-580nm. Para T3 há novamente uma diminuição da similaridade para 72.50% sendo o grupo dos UV onde se verifica uma menor similaridade (SI=94.16%). Analisando os grupos do UV verifica-se que a menor similaridade é observada para os UVA (SI=92.44%) (Tabela 4.19). Tabela 4.18 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Valores de SI obtidos pela comparação entre espetros da peça exposta e a peça não exposta para cada tempo (%) 250-1000nm 250-450nm 451-580nm 580-750nm TEMPO 0 100.00 100.00 100.00 100.00 TEMPO 1 97.62 96.10 97.76 98.52 TEMPO 2 96.94 99.64 97.66 98.64 TEMPO 3 72.50 46.74 99.37 99.42
59 Tabela 4.19 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Valores de SI obtidos pela comparação entre a peça exposta e não exposta para o grupo dos UVs (%) 321-400nm 291-320nm 250-290nm TEMPO 0 100.00 100.00 100.00 TEMPO 1 95.29 98.15 98.02 TEMPO 2 93.15 98.57 98.67 TEMPO 3 92.44 98.53 98.58 Na Figura 4.18 estão apresentados os resultados obtidos para o índice de branqueamento e amarelecimento do acrílico 6. Para esta peça, verifica-se através do índice de branqueamento e amarelecimento (gráficos da Figura 4.18), que para a peça mantida no escuro os valores se mantêm constantes entre T0 e T3. Para a peça exposta ao UVC verifica-se uma diminuição do índice de branqueamento e aumento do índice de amarelecimento tal como esperado uma vez que a peça apresentou alterações na sua cor, apresentando um tom mais amarelo como se pode observar na Figura 4.6 .
60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 índice de branqueamento (%) Tempo Índice de branqueamento do acrílico6 0 20 40 60 80 100 T0 T1 T2 T3 índice de amarelecimento (%) Tempo Índice de amarelecimento do acrílico6 UVC Escuro Figura 4.18 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 6; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. 4.2.1.8 Acrílico 7 Na Figura 4.19 estão apresentados os resultados de transmitância referentes ao acrílico 7 obtidos para a peça mantida no escuro e a peça exposta ao UVC. A B
61 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico7 peça não exposta 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico7 peça exposta UVC T0 T1 T2 T3 Figura 4.19 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 7 ; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás); Pelos gráficos da Figura 4.19 observa-se que há uma ligeira diminuição da transmitância ao longo do tempo para a ambas as peças sendo que a diminuição mais evidente ocorre na peça exposta ao UVC. Comparando T0 e T3 (Tabela 4.20) para a peça não exposta ao UVC demonstra-se uma similaridade elevada, de 95.81%, apresentando que a não exposição ao UVC não provoca grandes alterações na transmitância deste tipo de material. Já para a peça exposta ao UVC obtém-se um SI menor, de 91.53% (Tabela 4.20), tal como esperado, uma vez que as diferenças são mais notáveis. Calculando o índice de similaridade obtido pela comparação entre a peça não exposta e exposta ao UVC (Tabela 4.21) para cada tempo obtém-se que, para T0, há uma grande similaridade entre os espetros obtidos, cerca de 99.00%, tal como esperado. A B
62 Tabela 4.20 Valores obtidos para o índice de similaridade (%) pela comparação entre cada tempo e o início da atividade experimental para acrílico 7; Semana 1 – comparação entre espetros do tempo 1 e 0; Semana 2 – comparação entre espetros do tempo 2 e 0; Semana 3 – comparação entre tempos 3 e 0; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Semana 1 (T1-T0) Semana 2 (T2-T0) Semana 3 (T3-T0) Não exposta ao UVC 91.36 94.54 95.81 UVC 85.43 92.58 91.53 Para o tempo 1, há uma diminuição da similaridade, para 92.64% o que demonstra que após a primeira semana de exposição às lâmpadas emissoras de UVC surgiram alterações e que as mesmas são mais acentuadas no grupo de comprimentos de onda dos UV (SI=85,79%) nomeadamente UVB (SI=77.01%) (Tabela 4.22). Para o tempo 2, há um aumento da similaridade para 96.92%, no entanto o grupo dos UV continua a ser o que menos semelhança apresenta (SI=94.28%). Para o tempo 3, há novamente uma diminuição da similaridade para 95.02% continuando a haver uma menor similaridade para o grupo dos UVs (SI=91.10%). Tabela 4.21 Valores do índice de similaridade obtido pela comparação entre espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Valores de SI obtidos pela comparação entre espetros da peça exposta e a peça não exposta para cada tempo (%) 250-1000nm 250-450nm 451-580nm 580-750nm TEMPO 0 99.37 98.85 99.90 99.94 TEMPO 1 92.64 85.79 99.57 99.49 TEMPO 2 96.92 94.28 98.43 99.67 TEMPO 3 95.02 91.10 6.23 97.99 Assim, podemos concluir que ao longo dos tempos 0, 1, 2 e 3 há sempre uma diminuição da transmitância para este tipo de material quando exposto ao UVC e que as maiores alterações surgem no 1º período de exposição.
63 Tabela 4.22 Valores do índice de similaridade obtidos pela comparação dos espetros da peça exposta e não exposta ao longo do tempo, por intervalos de comprimentos de onda dos UVs; Valores superiores a 90% significa a existência de uma similaridade elevada. Valores de SI obtidos pela comparação entre a peça exposta e não exposta para o grupo dos UVs (%) 321-400nm 291-320nm 250-290nm TEMPO 0 99.80 98.41 97.84 TEMPO 1 94.00 77.01 76.50 TEMPO 2 91.51 97.58 98.12 TEMPO 3 86.94 96.11 98.44 Pela Figura 4.20 observa-se que, para a peça mantida no escuro, o índice de branqueamento amarelecimento se mantêm constantes. Para a peça exposta ao UVC verifica-se um ligeiro aumento do índice de amarelecimento.
64 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 índice de branqueamento (%) Tempo Índice de branqueamento do acrílico7 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T0 T1 T2 T3 índice de amarelecimento (%) Tempo Índice de amarelecimento do acrílico7 UVC Escuro Figura 4.20 Índices de branqueamento e amarelecimento obtidos para a peça 7; Gráfico A corresponde ao índice de branqueamento; Gráfico B representa o índice de amarelecimento; as linhas azúis representam o resultado obtido para a peça mantida no escuro; as linhas a lilás representam o resultado para a peça exposta ao UVC. 4.2.1.9 Acrílico 8 Na Figura 4.21 estão apresentados os resultados de transmitância referentes ao acrílico 8 obtidos para a peça mantida no escuro e a peça exposta ao UVC. B A
65 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico8 peça exposta T0 T1 T2 T3 Figura 4.21 Dados de transmitância obtidos (%) ao longo do tempo para a peça 8; Os resultados obtidos para a peça mantida no escuro está assinalado com A; Os resultados obtidos para as peças expostas ao UVC está assinalado com B; Medidas efetuadas no tempo 0 (pontos a azul); medidas efetuadas no tempo 1 (pontos a vermelho); medidas efetuadas no tempo 2 (pontos a verde); medidas efetuadas no tempo 3 (pontos a lilás). Analisando os gráficos da Figura 4.21 observa-se que, para a peça mantida no escuro, não há alterações na transmitância à medida que a atividade experimental decorre. Já para a peça exposta ao UVC observa-se uma ligeira diminuição da transmitância. Recorrendo ao cálculo do SI e fazendo a comparação do T0 e T3 para a peça mantida no escuro obtém-se um SI de 81.96% (Tabela 4.23) que demonstra haver uma ligeira diferença entre os espetros o que nos leva a incitar que a não exposição ao UVC provoca alterações na transmitância deste tipo de material. Para a peça exposta ao UVC obtém-se um SI de 65.96% que demonstra que as exposições às lâmpadas emissoras de UVC provocam alterações na transmitância. Comparando a peça exposta com a não exposta, no tempo 0, obtém-se um SI de 99% que 0 20 40 60 80 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico8 peça não exposta B A
72 0 50 100 250 500 750 1000 Transmitância (%) Comprimento de onda (nm) Acrílico 6 peça exposta UVC T3 T4 T5 T6 Figura 4.26 Dados de transmitância obtidos após uma pausa na exposição ao UVC ao longo do tempo para o acrílico 6; T3, T4, T5 e T6 representa as medidas efetuadas após 0, 48, 55 e 62 dias desde a última exposição, respetivamente. Pelo gráfico da Figura 4.26 verifica-se que desde T3 a T6 não parecem surgir grandes alterações na transmitância deste material. Analisando os índices de similaridade calculados verifica-se que, comparando o T3 com o T4, intervalo de tempo em que não houve exposição ao UVC, se obtém um índice de similaridade de 67.08%, demonstrando uma diminuição da similaridade dos espetros. Comparando T4 com T5 e T5 com T6 obtém-se os valores 97.65% e 95.02%, respetivamente, demonstrando uma maior semelhança entre espetros. Estes valores podem ser consultados na Tabela 4.26. Assim, podemos dizer que mesmo após a exposição a peça continua a sofrer alterações e que as mesmas surgem ao longo dos primeiros 48 dias após a última exposição ao UVC. Com base nos resultados obtidos de transmitância após uma pausa na exposição ao UVC verificam-se que, para as amostras avaliadas neste parâmetro, acrílico A3, A4, A5B e A6, as peças mesmo após a exposição às lâmpadas continuam a sofrer alterações que afetam a transmitância, nomeadamente a sua diminuição, tal como esperado devido ao estado das peças comprovado pela Figura 4.5.
73 Deformação 4.3 Os registos efetuados ao longo do tempo dos dados obtidos da deformação estão apresentados ao longo desta secção. Para cada acrílico que se realizaram medidas de deformação é apresentada, para além da tabela com os valores obtidos, uma representação gráfica com a representação dos dados e os valores obtidos pela análise estatística. Na secção Anexos encontram-se tabelados os valores obtidos em toda a análise estatística realizada. Os pesos definidos para cada peça estão apresentados na Figura 3.11. Tabela 4.27 Descrição dos pesos utilizados para a medida da deformação em gramas. Peça Peso(g) Pesos utilizados (da Figura 3.11) A3 295.80 A+B+C A4 394.30 A+B+C+D A5A 591.30 A+B+C+D+E+F A5B 591.30 A+B+C+D+E+F A7 98.6 A A8 591.30 A+B+C+D+E+F Não foi possível obter resultados das amostras A1, A2 e A6 pois as amostras 1 e 2 são acrílicos flexíveis e o próprio peso do suporte deforma a peça e a obtenção de resultados é limitada. A peça 6, por ter uma espessura elevada não se consegue colocar no local devido e a recolha de dados fica limitada. Para a peça 5B foram feitas medições do T0 a T6 no entanto só foram utilizadas as medidas de T3 a T6 pois as primeiras medições, por erros de medida, foram inconclusivas. Assim, efetuaram-se segundas medições para uma peça idêntica, nomeada como 5A para se obterem dados de T0 a T3. 4.3.1.1 Acrílico 3 De seguida são apresentados os dados da deformação obtidos para o acrílico 3 (Tabela 4.28 e Figura 4.27). Fazendo uma análise observacional dos dados registados na Tabela 4.28, observa-se que, para
74 a peça que foi mantida no escuro, houve um aumento dos valores entre o tempo T0 e T3 ( p = 0,004). Para a peça que foi exposta à radiação UVC observa-se um aumento dos valores ao longo do tempo ( p > 0,05) mantendo-se o valor constante a partir de T2 ( p = 0,852). Tabela 4.28 Registo ao longo do tempo das medidas obtidas para a deformação. Os resultados apresentados são a média de 6 medições ± desvio padrão. Deslocamento (mm) p T0 T1 T2 T3 Escuro 0.195±0.017* 0.205±0.018 0.208±0.011 0.213±0.009* * 0,004 UVC 0.206±0.015a,b,c 0.243±0.018a,d,e 0.220±0.016b,d,f 0.221±0.010c,e,f a < 0,001; b 0,027; c 0,012; d 0,007; e 0,005; f 0,852 p 0.409 0.008 0.256 0.365 Figura 4.27 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 3; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. Pelos resultados obtidos na análise estatística verifica-se que, embora o comportamento seja diferente ao longo do tempo, apenas para o tempo T1, há diferenças estatisticamente significativas entre os valores obtidos para a deformação, com um valor de p = 0.008. Portanto, podemos deduzir que mesmo quando não exposta à luz, houve alterações na estrutura da peça em causa, nomeadamente, uma diminuição da sua resistência justificada pelo aumento dos valores obtidos e que esta alteração só se começa a observar 231 horas depois de a peça ser mantida em situação de obscuridade. Quando sujeita a radiação UVC, o material da peça
75 estudada sofre alterações na sua estrutura, nomeadamente uma diminuição da resistência, logo após 77 horas da primeira exposição. Estes resultados parecem sugerir que a exposição à radiação UVC parece acelerar o processo de alteração na resistência do material. Analisando agora os dados registados após as semanas que se seguiram à exposição à radiação UVC, (Tabela 4.29) observa-se que desde o T3 (última exposição ao UVC) até ao T4 há um aumento dos valores (p = 0,002), e que estes se mantêm durante as semanas seguintes (p > 0,05) Tabela 4.29 Registo ao longo do tempo das medidas obtidas para a deformação após cessar a exposição a UVC. Os resultados apresentados são a média de 6 medições ± desvio padrão. Deslocamento (mm) p T3 T4 T5 T6 0.221±0.010a,b,c,d 0.277±0.022a,d,e 0.259±0.015b,d,f 0.263±0.009c,e,f a 0,002; b 0,002; c 0,001; d 0,233; e 0,946; f 0,999 Assim, verifica-se que para este tipo de material que mesmo após terminada a exposição à radiação UVC houve alterações significativas na estrutura da peça nomeadamente uma diminuição da sua resistência da mesma. tal como esperado pelas alterações observadas e registadas na Figura 4.5. 4.3.1.2 Acrílico 4 De seguida são apresentados os resultados obtidos para o acrílico 4 (Tabela 4.30 e Figura 4.28). Através dos valores obtidos verifica-se que, no tempo 1, comparando a peça mantida no escuro e a exposta ao UVC existem diferenças estatisticamente significativas ( p =0.032), assim como no tempo 3 ( p =0.020). Fazendo-se a análise para cada peça entre tempos verifica-se que para a peça mantida no escuro há alterações estatisticamente significativas entre o tempo 0 e tempo 2, entre o tempo 1 e tempo 2 e entre o tempo 2 e 3, isto é, para a peça mantida no escuro, verifica-se uma diminuição na resistência do material a partir de 77 horas de exposição ao escuro e após a 2ºsemana há um aumento da resistência da mesma. No entanto, comparando os valores obtidos no inico da atividade (T0) com os obtidos na fase final da exposição (T3) os valores observados são semelhantes.
76 Para a peça exposta às lâmpadas emissoras de UVC verifica-se uma significância estatística entre os tempos T0 e T3 (p = < 0.001), entre o tempo T1 e T3 ( p =0.000) e entre o tempo T2 e T3 ( p =0.003). Tabela 4.30 Registo ao longo do tempo das medidas obtidas para a deformação do acrílico 4 Os resultados apresentados são média de 6 medições ± desvio padrão. Deslocamento (mm) p T0 T1 T2 T3 Escuro 0.108±0.015a,b,c 0.108±0.090a,d,e 0.128±0.014b,d,f 0.113±0.013c,e,f a 0,999; b 0,006; c 0,267; d 0,01; e 0,296; f 0,018 UVC 0.113±0.018a,b,c 0.123±0.009a,d,e 0.111±0.013b,d,f 0.091±0.013c,e,f a 0,118; b 0,659; c <0,001; d 0,080; e <0,001; f 0,003 p 0,64 0,032 0,081 0,020 Figura 4.28 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 4; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UV. (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. Assim, podemos deduzir, que na última semana de exposição (T3), há um aumento da resistência do material da peça justificado pela diminuição estatisticamente significativa dos valores e que estas alterações só se manifestam após 154 horas de exposição à radiação UVC. No entanto não podemos concluir que se deva efetivamente à exposição ao UVC pois a peça mantida no escuro também apresentou alterações significativas na sua estrutura. Observando os dados registados na Tabela 4.31 verifica-se que desde a última exposição à
77 radiação UVC (T3) houve um aumento dos valores registados de T3 para T4 (p = 0,007). Assim, podemos concluir que para este material a pausa na exposição também provoca alterações na resistência da peça nomeadamente a sua diminuição tal como é observado na Figura 4.28 , um aumento da fragilidade da peça. Tabela 4.31 Resultados obtidos entre tempos após a última exposição (T3) ao UVC e uma pausa na mesma (T6); Os resultados referem-se à peça exposta ao UVC do acrílico 4. Deslocamento (mm) p T3 T4 T5 T6 0.091±0.013a,b,c 0.124±0.008a,d,e 0.130±0.010b,d,f 0.263±0.009c,e,f a 0,007; b 0,142; c <0,001; d 0,999; e 0,999; f 0,418 4.3.1.3 Acrílico 5A Como se pode observar no gráfico da Figura 4.29, para esta peça, verifica-se que, para a peça mantida no escuro, registou-se uma diminuição estatisticamente significativa dos valores medidos da 1º para a 3ª semana (p = 0,003). No entanto, no final da semana T3, o valor obtido é semelhante ao seu valor inicial. Para a peça exposta ao UVC, só se verificam alterações estatisticamente significativas entre os tempos T0 e T2 ( p =0.037). O valor obtido na última semana de exposição não apresenta diferenças estatisticamente significativas em relação ao valor obtido inicialmente (T0). Analisando, para cada tempo, a diferença encontrada entre cada peça deste material verificase que só são encontradas diferenças estatisticamente significativas para o tempo 3 ( p =0.003). Para esta medida, o valor encontrado para a peça exposta à radiação UVC é maior do que o encontrado para a que permaneceu no escuro.
78 Figura 4.29 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 5A; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. Assim, conclui-se que a não exposição ao UVC da peça provocou um aumento da resistência da peça a partir de 77 horas de exposição. Relativamente à exposição às lâmpadas emissoras de UVC conclui-se que provocaram uma diminuição na resistência do material a partir da 2º semana de exposição (154 horas de exposição). Posto estes resultados não podemos inferir que as alterações verificadas se devam à exposição ao UVC uma vez que a peça mantida no escuro também sofreu alterações. 4.3.1.4 Acrílico 5B Observando os dados registados na Figura 4.30 verifica-se que não foram registadas alterações estatisticamente significativas, quer para a placa exposta à radiação UVC quer para aquela que permaneceu no escuro, nas primeiras 3 semanas do estudo (T0 a T3). No entanto, após retirada da radiação e colocada no escuro (T4 a T6) observa-se que para esta peça, foi registado um aumento estatisticamente significativas no valor medido entre os instantes T5 (0.043 ± 0.007 mm) e T6 (0.056 ± 0.007 mm) ( p =0.045).
79 Assim, conclui-se que após terminada a exposição ao UVC foi registada uma diminuição da resistência da peça e que estas alterações apenas são significativas 55 dias após a última exposição. Figura 4.30 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 5B; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UV. (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. 4.3.1.5 Acrílico 7 Observando os dados obtidos da Figura 4.31, verifica-se que para a peça mantida no escuro, os valores vão sofrendo alterações ao longo do tempo. No final da 1º semana há um ligeiro aumento dos valores (p = 0,018), depois, na semana T2 há uma diminuição significativa no deslocamento medido (variação de 0,319 mm), voltando-se a registar um aumento significativo (p = 0,002) de 0,264 mm entre os tempos T2 e T3. O valor obtido em T3 não difere estatisticamente do valor obtido em T0 (p > 0,05).
80 Figura 4.31 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para a peça 7; medidas efetuadas na peça mantida no escuro (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. Para a peça exposta às lâmpadas emissoras de UVC verifica-se que após a 1º semana de exposição os valores mantêm-se constantes, mas após 77 horas de exposição há uma diminuição significativa (p < 0,001) no deslocamento de 0,280 mm, mantendo-se o valor na medida realizada em T3. Assim, comparando a peça não exposta com a exposta ao UVC deste material verifica-se que no tempo T0, há diferenças estatisticamente significativas ( p < 0.001) o que não era esperado uma vez que ambas as peças são do mesmo material e foram sujeitas até esta fase às mesmas condições. No tempo T2, após 154 horas do início da exposição observam-se diferenças estatisticamente significativas ( p < 0.001) obtendo-se um deslocamento inferior para a placa que esteve exposta à radiação UVC. Analisando para cada peça as variações existentes entre tempos verificam-se que para a peça mantida no escuro há diferenças estatisticamente significativas entre o T0 e T1 e entre o T0 e T2 com valores de p iguais a 0.018 e 0.000, respetivamente. Ou seja, para este material a não exposição ao UVC provoca alterações na estrutura do material nomeadamente logo após o 1º período de exposição (77 horas) há uma diminuição da resistência do material. Após as 77 horas e com a 2ºexposição há um aumento da resistência estatisticamente
81 Figura 4.32 Valores médios para a deformação (mm) para as 6 medidas consecutivas para o material 8; medidas efetuadas na peça não exposta ao UVC (barras a azul); medidas efetuadas para a peça exposta ao UVC (barras a vermelho); as linhas a preto apresentadas representam as barras de erro associadas a cada medida. significativa e com a 3º e último período de exposição volta a surgir uma diminuição da resistência. Para a peça exposta ao UVC verifica-se que entre o T0 e T2 há uma diminuição dos valores estatisticamente significativa ( p =0.000) assim como de T0 para T3 ( p =0.006). De T1 para T2 uma diminuição ( p =0.000). Assim, podemos dizer que a peça exposta ao UVC sofreu alterações na sua resistência à deformação tal como a peça exposta na caixa escura. No entanto, no final da 3ª semana a placa exposta à radiação apresentava uma maior resistência do que aquela que permaneceu no escuro. Devido às alterações observadas em ambas as condições, não podemos concluir que a alteração na resistência do material se deve à exposição à radiação UVC pois a peça mantida no escuro também sofreu alterações. 4.3.1.6 Acrílico 8 Os resultados encontrados para o acrílico 8 encontram-se resumidos no gráfico da Figura 4.32.
88 12Selecionar START 13Após terminar cada medida guardar os dados, para tal: selecionar File Save As→ selecionar pasta 1MOAUVC (a pasta está em C:\1MOAUVC; antes de fazer Save As seleccionar o "channel" a gravar. Por defeito estará sempre selecionada primeira medida (channel 0), por isso será necessário ir ajustando os "channel" para gravar a file correta; → Save→ Exit (após isto, verificar na pasta se guardou efetivamente) ; neste passo terá de ser dado um nome ao ficheiro de acordo com o seguinte: indicar o material e o n da peça (A-acrílico, L-lente, H-haste), indicar a medida temporal (se é no 1ºdia, 2ºdia…), indicar a medida numérica (a-primeira medição daquela amostra, b-2ºmedição da amostra, c-3ºmedida da amostra) EX: A1_1_a significa que se avaliou a peça de acrílico 1, no 1ºdia e a 1ºmedição. 14Retirar a peça do espetrofotómetro, voltar a colocar da mesma forma que foi colocada na medida anterior e repetir a medição (3 medições); repetir passo 13 entre cada medida; 15Após 3 medições da mesma peça e guardar os dados entre cada medição, retirar a peça e colocar a peça seguinte (para cada peça fazer 3 medições e repetir passo 13 entre cada medida); com os passos 14 e 15 vamos testar o erro associado à repetibilidade das medidas 16Após cada 8 medições é necessário exportar os dados, para tal: File→ Data Translation→ ASCI export→ (Verificar se os documentos se encontram nas pastas com a extensão *.dat) selecionamos os dados a exportar→ Save As 17Fechar o programa, desligar o espetrofotómetro e desligar o PC; Notas: Numa fase inicial registar a ordem das amostras; colocar os objetos sempre na mesma posição; para cada peça fazer 3 medições e entre medições guardar os dados;
89 Anexo IIProtocolo de utilização para o equipamento de avaliação de deformação 1Definir uma zona de bancada onde colocar o instrumento; 2Ajustar o instrumento; 3Colocar a peça a avaliar no suporte; 4Colocar o suporte de pesos na posição correta e encaixado na amostra; 5Colocar a “zeros”; 6Colocar o(s) peso(s) pré-definidos; 7Anotar a medida obtida; ter atenção ao sentido de rotação da escala, e registar a variação corretamente. 8Após a primeira medida, levantar o peso, verificar se a escala está a zero, voltar a colocar o peso; repetir 6 vezes; 9Anotar os valores; de cada medida, ou seja, para cada peso serão necessários 6 registos. Este número mais elevado é para compensar a variabilidade de medição. O instrumento é bastante sensível a oscilações (pancadas na mesa) que a variabilidade vai ser grande. Ao termos várias medidas vamos poder saber qual o valor da variabilidade da medida (média + desvio padrão) e com isso perceber se se as diferenças são estatisticamente significativas ou não e assim verificar o erro associado à medida;
90 ANEXO IIIResultados obtidos para análise estatística dos dados de deformação das diversas peças Tabela 0.1 Resultados obtidos para análise estatística efetuada para o acrílico3; são apresentados os valores de p após comparação da peça exposta e não exposta ao UVC para cada tempo e entre tempos; Os dados apresentados são referentes ao tempo em que a peça era exposta ao UVC (entre T0 e T3). Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos ( p <0.05). Acrílico 3: Análise estatística entre a peça exposta e não exposta para cada tempo Tempo Variável 1 Variável 2 Diferença média entre variáveis Erro p 0 Não exposta ao UVC UVC -0,008 0,010 0,409 1 Não exposta ao UVC UVC -0,038* 0,011 0,008 2 Não exposta ao UVC UVC -0,010 0,009 0,256 3 Não exposta ao UVC UVC -0,005 0,006 0,365 Acrílico 3: Análise estatística entre tempos para cada peça exposta e não exposta Peça Tempo(s) Diferença média entre variáveis Erro p Não exposta ao UVC 0 1 -0,008 0,007 0,285 2 -0,012 0,005 0,051 3 -0,018* 0,005 0,004 1 0 0,008 0,007 0,285 2 -0,004 0,007 0,591 3 -0,010 ,006 0,149 2 0 0,012 0,005 0,051 1 0,004 0,007 0,591 3 -0,006 0,004 0,211 3 0 0,018* 0,005 0,004 1 0,010 0,006 0,149 2 0,006 0,004 0,211 UVC 0 1 -0,038* 0,007 0,000 2 -0,014* 0,005 0,027 3 -0,015* 0,005 0,012 1 0 0,038* 0,007 0,000 2 0,023* 0,007 0,007 3 0,023* 0,006 0,005 2 0 0,014* 0,005 0,027 1 -,023* 0,007 0,007
91 3 -0,001 0,004 0,852 3 0 0,015* 0,005 0,012 1 -0,023* 0,006 0,005 2 0,001 0,004 0,852
92 Tabela 0.2 Resultados obtidos para análise estatística efetuada para o acrílico4; são apresentados os valores de p após comparação da peça exposta e não exposta ao UVC para cada tempo e entre tempos; Os dados apresentados são referentes ao tempo em que a peça era exposta ao UVC (entre T0 e T3). Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). Acrílico 4: Análise estatística entre a peça exposta e não exposta para cada tempo Tempo Variável 1 Variável 2 Diferença média entre variáveis p 0 Não exposta ao UVC UVC -0,005 0,640 1 Não exposta ao UVC UVC -0,014* 0,032 2 Não exposta ao UVC UVC 0,017 0,081 3 Não exposta ao UVC UVC 0,023* 0,020 Acrílico 4: Análise estatística entre tempos para cada peça exposta e não exposta Amostra Tempos Diferença média entre variáveis p Não exposta ao UVC 0 1 1,388E-17 1,000 2 -0,019* 0,006 3 -0,005 0,267 1 0 -1,388E-17 1,000 2 -0,019* 0,010 3 -0,005 0,296 2 0 0,019* 0,006 1 0,019* 0,010 3 0,014* 0,018 3 0 0,005 0,267 1 0,005 0,296 2 -0,014* ,018 UVC 0 1 -0,009 0,118 2 0,003 0,659 3 0,023* 0,000 1 0 0,009 0,118 2 0,012 0,080 3 0,032* 0,000 2 0 -0,003 0,659 1 -0,012 0,080 3 0,020* 0,003 3 0 -0,023* 0,000 1 -0,032* 0,000 2 -0,020* 0,003
93 Tabela 0.3 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada aos dados obtidos para o acrílico 5 da deformação aquando a exposição ao UVC, entre T0 e T3; os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). Acrílico 5A: Análise estatística entre a peça exposta e não exposta para cada tempo Tempo Variável 1 Variável 2 Diferença média entre variáveis p 0 Não exposta ao UVC UVC -0,002 0,604 1 Não exposta ao UVC UVC -0,003 0,590 2 Não exposta ao UVC UVC -0,009 0,129 3 Não exposta ao UVC UVC -0,013* 0,003 Acrílico 5A: Análise estatística entre tempos para cada peça exposta e não exposta Amostra Tempos(s) Diferença média entre variáveis p Não exposta ao UVC 0 1 -0,012 0,131 2 -0,005 1,000 3 0,003 1,000 1 0 0,012 0,131 2 0,007 0,131 3 0,016* 0,003 2 0 0,005 1,000 1 -0,007 0,131 3 0,008 0,310 3 0 -0,003 1,000 1 -0,016* 0,003 2 -0,008 0,310 UVC 0 1 -0,013 0,131 2 -0,012* 0,037 3 -0,008 0,464 1 0 0,013 0,131 2 0,001 1,000 3 0,005 0,816 2 0 0,012* 0,037 1 -0,001 1,000 3 0,004 1,000 3 0 0,008 0,464 1 -0,005 0,816 2 -0,004 1,000
94 Tabela 0.4 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada aos dados de deformação obtidos entre o T0 e T3 para o acrílico7; São apresentados os valores de p aquando a comparação entre a peça exposta e não exposta ao UVC para cada tempo e entre tempos; os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). Acrílico 7: Análise estatística entre a peça exposta e não exposta para cada tempo Tempo Variável 1 Variável 2 Diferença média entre variáveis p 0 Não exposta ao UVC UVC -0,187* 0,000 1 Não exposta ao UVC UVC -0,072 0,157 2 Não exposta ao UVC UVC -0,182* 0,000 3 Não exposta ao UVC UVC 0,082 0,404 Acrílico 7: Análise estatística entre tempos para cada peça exposta e não exposta Amostra Tempos Diferença média entre variáveis p Não exposta ao UVC 0 1 -0,095* 0,018 2 0,223* 0,000 3 -0,040 0,560 1 0 0,095* 0,018 2 0,318* 0,000 3 0,055 0,349 2 0 -0,223* 0,000 1 -0,318* 0,000 3 -0,263* 0,002 3 0 0,040 0,560 1 -0,055 0,349 2 0,263* 0,002 UVC 0 1 0,020 0,566 2 0,228* 0,000 3 0,228* 0,006 1 0 -0,020 0,566 2 0,208* 0,000 3 0,208* 0,004 2 0 -0,228* 0,000
95 1 -0,208* 0,000 3 -5,551E-17 1,000 3 0 -0,228* 0,006 1 -0,208* 0,004 2 5,551E-17 1,000
96 Tabela 0.5 Resultados da análise estatística efetuada quando se compara os dados de deformação para a peça exposta ao Não exposta ao UVC e ao UVC para cada tempo e entre tempos para o acrílico8; Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). Acrílico 8: Análise estatística entre a peça exposta e não exposta para cada tempo tempo Variável 1 Variável 2 Diferença média entre variáveis p 0 Não exposta ao UVC UVC -0,002 0,794 1 Não exposta ao UVC UVC -0,013 0,057 2 Não exposta ao UVC UVC -0,004 0,491 3 Não exposta ao UVC UVC -0,019* <0,001 Acrílico 8: Análise estatística entre tempos para cada peça exposta e não exposta acrílico 8 Tempo (s) Diferença média (I-J) p Não exposta ao UVC 0 1 -0,002 1,000 2 0,010 0,121 3 0,018* 0,019 1 0 0,002 1,000 2 0,012 0,427 3 0,020* 0,038 2 0 -0,010 0,121 1 -0,012 0,427 3 0,008 0,423 3 0 -0,018* 0,019 1 -0,020* 0,038 2 -0,008 0,423 UVC 0 1 -0,013 0,179 2 0,008 0,392 3 0,001 1,000 1 0 0,013 0,179 2 0,021* 0,029 3 0,014 0,209 2 0 -0,008 0,392 1 -0,021* 0,029 3 -0,007 0,818 3 0 -0,001 1,000 1 -0,014 0,209 2 0,007 ,818
97 Tabela 0.6 Resultados obtidos pela análise estatística efetuada entre tempos após a última exposição ao UVC e uma pausa na mesma; Os resultados referem-se à peça exposta ao UVC do acrílico3; Os resultados assinalados com * são os estatisticamente significativos (p<0.05). Acrílico 3: Análise estatística entre tempos após a última exposição ao UVC e uma pausa na mesma Acrílico 3 Tempo (s) Diferença média entre variáveis p UVC 3 4 -0,056* 0,002 5 -0,038* 0,002 6 -0,042* 0,001 4 3 0,056* 0,002 5 0,018 0,233 6 0,013 0,946 5 3 0,038* 0,002 4 -0,018 0,233 6 -0,004 1,000 6 3 0,042* 0,001 4 -0,013 0,946 5 0,004 1,000