Application of ultrasound in twin-screw extrusion and microinjection molding: improvements of properties of processed materials and nanocomposites : polymers and biopolymers

Pla de Doctorat Industrial, Generalitat de Catalunya, Aplicat embargament fins el dia 22 de novembre de 2022The plastics industry is in constant evolution looking to improve the properties of new materials and performance in different applications. Currently, the environmental impact associated with the use of plastics is one of the main concerns for the society. It was reflected in regulations at European level such as SUP Directive, Green Deal or studies such as Patents for tomorrow's plastics by European Patent Office on the trends reflected in research on alternative materials to conventional plastic. In order to transfer these new and more sustainable alternatives to an industrial and realistic environment, first applied research has to be carried out on both the development and processes of the materials to optimize their performance. In this thesis study, applied research was carried out using ultrasound technology on different nanocomposites and their transformation processes. Advances in the application of ultrasound for different transformation processes have been studied previously to ensure the approach of the practical study. This study focuses on the application of ultrasound in the process of obtaining new formulations by compounding extrusion and in injection molding, specifically in microinjection. The application of nanotechnology in the development of new materials will allow an improvement in performance and will open a range of new possibilities and applications. To explore the potential of ultrasonic molding (USM) technology, a preliminary process stability study was performed with polypropylene. The evaluation was carried out from a mechanical point of view, in which it was shown that, with an optimization of the process parameters and a correct design approach of the components with the nodal point allow a stability close to production was allowed. To deepen into the potential of USM technology in synergy with new nanocomposite formulations, a comparative study with the conventional microinjection process was performed. Two different nanocomposites based on a biopolymer matrix of poly 3-hydroxybutyrate with Cloisite 20 (organic modification), and with Cloisite 116 (unmodified) were studied. This research reveals that the USM technology, is stable obtaining micro-pieces, maintaining the chemical structure of the initial biocomposite without degrading and homogeneously achieving an exfoliation of both nanoclays. Conventional microinjection did show slight changes in the level of degradation and chemical structure, highlighting that it was not possible to micro-mold samples of the material with the unmodified nanoclay. The stabilization of the compounding extrusion assisted by an ultrasound system has been studied, with a design of a single component that allows the new approach to work in continuous condition and on pre-industrial equipment. Due to the success of the new component, it was possible to carry out the study of new formulations of polypropylene loaded with two different nanoclays (Cloisite 20 and Garamite 1958) and glass bubbles. The new nanocomposites reached the mechanical properties of a conventional material used for door panels in the automotive sector, but with a reduced density. The aim was to demonstrate that it is possible to reduce the weight of plastic components used in the automotive industry and reduce CO2 emissions for a standard vehicle. The research carried out in this thesis work has opened a new field of application to nanocomposites for weight reduction with improved mechanical properties when high level of dispersion is reached. In addition, the potential of USM technology for micro-molding applications has been demonstrated, showing high stability without material degradation during the process, and good dispersion of nano-reinforcements.El sector del plástico está en continuo cambio en busca de mejorar sus propiedades y rendimiento en diferentes aplicaciones. Actualmente. el impacto ambiental asociado al uso de los plásticos es una de las principales preocupaciones en el ámbito social. Se puede ver reflejado en regulaciones a nivel europeo como SUP Directive. Green Deal o estudios como el que efectúa la Oficina de Patentes Europeas Patents for tomorrow's plastics sobre las tendencias que reflejan las investigaciones en materiales alternativos al plástico convencional. Para poder llevar a un ambiente industrial y realista estas nuevas alternativas más sostenibles. primero se ha de llevar a cabo una investigación aplicada tanto del desarrollo de los materiales como de los procesos que pueden optimizar su rendimiento. En este estudio de tesis se lleva a cabo una investigación aplicada sobre diferentes nanocompuestos y sus procesos de transformación que pueden ser mejorados con la tecnología de ultrasonidos. Se ha estudiado los avances en la aplicación de ultrasonidos para diferentes procesos de transformación con el objetivo de enfocar correctamente el estudio práctico. Este estudio centra la aplicación de los ultrasonidos en el proceso de obtención de nuevas formulaciones por extrusión compounding y en el moldeo por inyección, concretamente en microinyeccion. La aplicación de nanotecnología en el desarrollo de nuevos materiales permitirá una mejora del rendimiento y abrirá un abanico de nuevas posibilidades y aplicaciones. Para explorar el potencial de la tecnología de microinyección por ultrasonidos (USM}, se realizó un estudio preliminar de estabilidad del proceso con un polipropileno. La evaluación fue llevada a cabo desde un punto de vista mecánico, en el que se demostró que con una optimización de los parámetros de proceso y un enfoque de diseño correcto de los componentes que hacen intervenir el punto nodal, se puede alcanzar un nivel de estabilidad cercano a producción. Para profundizar en el potencial de la tecnología USM en sinergia con nuevas formulaciones de nanocompuestos, se realizó un estudio comparativo con el proceso de microinyección convencional. Dos nanocompuestos basados en una matriz del biopolímero poli 3-hidroxibutirato con Cloisite 20 (modificación orgánica). Y con Cloisite 116 (sin modificar) fueron estudiados. Este estudio revela que la tecnología USM además de ser estable en la obtención de micropiezas, mantiene la estructura química del biocompuesto inicial sin llegar a degradación y alcanzando homogéneamente la exfoliación de ambas nanoarcillas. La microinyección convencional si mostro ligeros cambios a nivel de degradación y estructura química, destacando que no fue posible micromoldear muestras del material con la nanoarcilla sin modificar. La estabilización del proceso de extrusión compounding asistida por ultrasonidos ha sido estudiado, diseñando un componente único que permite al sistema de ultrasonidos trabajar en régimen continuo en equipos preindustriales. Gracias al éxito del nuevo componente, se ha podido llevar a cabo el estudio de nuevas formulaciones de polipropileno argado con dos nanoarcillas diferentes (Cloisite 20 y Garamite 1958) y esferas huecas. Los nuevos nanocompuestos alcanzaron las propiedades mecánicas de un material empleado para paneles de puerta en el sector automoción, pero con una densidad reducida. El objetivo fue demostrar que se puede reducir el peso de los componentes plásticos empleados en automoción y reducir las emisiones de CO2 para un vehículo estándar. La investigación llevada a cabo en este trabajo de tesis ha permitido abrir un nuevo campo de aplicación a los nanocompuestos para reducción de densidad con buenas propiedades mecánicas cuando la dispersión es alta. Además, se ha demostrado el potencial de la tecnología USM para aplicaciones de micromoldeo, mostrando alta estabilidad sin degradación del material durante el proceso, y buena dispersión de los nano-refuerzos.Polímers i biopolímer

Micro- and Nanotexturization of Liquid Silicone Rubber Surfaces by Injection Molding Using Hybrid Polymer Inlays

Micro- and nanotexturization of surfaces can give to the parts different advanced functionalities, such as superhydrophobicity, self-cleaning, or antibacterial capabilities. These advanced properties in combination with the biocompatibility of Liquid Silicone Rubber are an interesting approach for obtaining high-performance medical devices. The industrial production of surface textures in polymeric materials is through the replication technique, and the best option to attain a high production rate is injection molding. Moreover, its low viscosity during processing can provide an accurate replication capacity by the easy filling by capillarity of the microtextures. An innovative replicating technique for Liquid Silicone Rubber is presented by studying the replication of different shaped textures within a diameter range of between 2 and 50 mu m. The copying process consists in the overmolding of a textured polymeric inlay obtained by nanoimprint lithography. At the end of the process, a textured part is obtained, while the imprinted film remains in the mold. The injection molding parameters are optimized to increase the replication accuracy, and their effect on texture replicability is analyzed and discussed. Finally, it is shown that the textured surfaces improve their wettability behavior, which is a necessary and important characteristic in the development of biomedical devices

Robótica: aplicaciones en educación y en agricultura de precisión

En la UNNOBA se está trabajando desde hace tiempo en el desarrollo de un robot con fines educativos, que pueda ser usado como motivador en la enseñanza de programación imperativa a alumnos universitarios y de escuela secundaria. Posteriormente y de forma independiente surgió, a partir de la motivación de alumnos, la iniciativa para construir un robot autónomo con características de tipo hexápodo. La convergencia de estos dos proyectos vinculados al desarrollo y uso de robots ha culminado en la constitución un equipo de trabajo, dentro del Instituto de Investigación y Transferencia en Tecnología de la UNNOBA, específico sobre robótica, que persigue formar recursos humanos con los conocimientos técnicos para encarar este tipo de desarrollos vinculados con la robótica. Actualmente, se cuentan con prototipos de ambos tipos de robots y se está trabajando, siguiendo la metodología de prototipo incremental, en la próxima generación de los mismos, incorporando mejoras y corrigiendo errores observados en los prototipos actuales. El desarrollo del robot educativo se encuentra en una etapa avanzada. Se están estudiando aplicaciones para el robot hexápodo que aprovechen las características únicas de este tipo de robot aplicadas al agro.Eje: Innovación en Educación en InformáticaRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Nutrición parenteral domiciliaria en España, 2019: informe del Grupo de Nutrición Artificial Domiciliaria y Ambulatoria NADYA

RESUMEN Objetivo: comunicar los datos de nutrición parenteral domiciliaria (NPD) obtenidos del registro del grupo NADYA-SENPE (www.nadyasenpe.com) del año 2019. Material y métodos: análisis descriptivo de los datos recogidos de pacientes adultos y pediátricos con NPD en el registro NADYA-SENPE desde el 1 de enero al 31 de diciembre de 2019. Resultados: se registraron 283 pacientes (51,9 %, mujeres), 31 niños y 252 adultos procedentes de 47 hospitales españoles, lo que representa una tasa de prevalencia de 6,01 pacientes/millón de habitantes/año 2019. El diagnóstico más frecuente en los adultos fue “oncológico paliativo” y “otros” (21,0 %). En los niños fue la enfermedad de Hirschsprung junto a la enterocolitis necrotizante, las alteraciones de la motilidad intestinal y la pseudoobstrucción intestinal crónica, con 4 casos cada uno (12,9 %). El primer motivo de indicación fue el síndrome del intestino corto tanto en los niños (51,6 %) como en los adultos (37,3 %). El tipo de catéter más utilizado fue el tunelizado tanto en los niños (75,9 %) como en los adultos (40,8 %). Finalizaron 68 episodios, todos en adultos: la causa más frecuente fue el fallecimiento (54,4 %). Pasaron a la vía oral el 38,2 %. Conclusiones: el número de centros y profesionales colaboradores con el registro NADYA va incrementándose. Se mantienen estables las principales indicaciones y los motivos de finalización de la NPD

Nutrición parenteral domiciliaria en España 2018. Informe del Grupo de Nutrición Artificial Domiciliaria y Ambulatoria NADYA

Objetivo: comunicar los datos de nutrición parenteral domiciliaria (NPD) obtenidos del registro del grupo NADYA-SENPE (www.nadya-senpe.com) del año 2018. Material y métodos: análisis descriptivo de los datos recogidos de pacientes adultos y pediátricos con NPD en el registro NADYA-SENPE del 1 de enero al 31 de diciembre de 2018. Resultados: se registraron 278 pacientes (54, 7% mujeres), 23 niños y 255 adultos, procedentes de 45 hospitales españoles, lo que representa una tasa de prevalencia de 5, 95 pacientes/millón de habitantes/año 2018. El diagnóstico más frecuente en adultos fue “oncológico paliativo” (22, 0%), seguido de “otros”. En niños fue la enfermedad de Hirschsprung junto con la enterocolitis necrotizante, con cuatro casos (17, 4%). El primer motivo de indicación fue síndrome de intestino corto tanto en niños (60, 9%) como en adultos (35, 7%). El tipo de catéter más utilizado fue el tunelizado tanto en niños (81, 0%) como en adultos (41, 1%). Finalizaron 75 episodios, la causa más frecuente fue el fallecimiento (52, 0%) y el paso a vía oral (33, 3%). Conclusiones: el número de centros y profesionales colaboradores en el registro de pacientes que reciben NPD se mantiene estable, así como las principales indicaciones y los motivos de finalización de la NPD. Aim: To communicate home parenteral nutrition (HPN) data obtained from the HPN registry of the NADYA-SENPE group (www.nadya-senpe.  com) for the year 2018. Material and methods: Descriptive analysis of the data collected from adult and pediatric patients with HPN in the NADYA-SENPE group registry from January 1st, 2018 to December 31st, 2018.  Results: There were 278 patients from 45 Spanish hospitals (54.7% women), 23 children and 255 adults, which represent a prevalence rate of 5.95 patients/million inhabitants/year 2018. The most frequent diagnosis in adults was “palliative cancer” (22.0%), followed by “others”. In children it was Hirschsprung’s disease together with necrotizing enterocolitis, with four cases (17.4%). The first indication was short bowel syndrome in both children (60.9%) and adults (35.7%). The most frequently used type of catheter was tunneled in both children (81.0%) and adults (41.1%). Ending 75 episodes, the most frequent cause was death (52.0%) and change to oral feeding (33.3%). Conclusions: The number of centers and collaborating professionals in the registry of patients receiving HPN remains stable, as well as the main indications and reasons for termination of HPN

Clonal chromosomal mosaicism and loss of chromosome Y in elderly men increase vulnerability for SARS-CoV-2

The pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2, COVID-19) had an estimated overall case fatality ratio of 1.38% (pre-vaccination), being 53% higher in males and increasing exponentially with age. Among 9578 individuals diagnosed with COVID-19 in the SCOURGE study, we found 133 cases (1.42%) with detectable clonal mosaicism for chromosome alterations (mCA) and 226 males (5.08%) with acquired loss of chromosome Y (LOY). Individuals with clonal mosaic events (mCA and/or LOY) showed a 54% increase in the risk of COVID-19 lethality. LOY is associated with transcriptomic biomarkers of immune dysfunction, pro-coagulation activity and cardiovascular risk. Interferon-induced genes involved in the initial immune response to SARS-CoV-2 are also down-regulated in LOY. Thus, mCA and LOY underlie at least part of the sex-biased severity and mortality of COVID-19 in aging patients. Given its potential therapeutic and prognostic relevance, evaluation of clonal mosaicism should be implemented as biomarker of COVID-19 severity in elderly people. Among 9578 individuals diagnosed with COVID-19 in the SCOURGE study, individuals with clonal mosaic events (clonal mosaicism for chromosome alterations and/or loss of chromosome Y) showed an increased risk of COVID-19 lethality

Nutrición parenteral domiciliaria en España 2018. Informe del Grupo de Nutrición Artificial Domiciliaria y Ambulatoria NADYA

Aim: To communicate home parenteral nutrition (HPN) data obtained from the HPN registry of the NADYA-SENPE group (www.nadya-senpe.  com) for the year 2018. Material and methods: Descriptive analysis of the data collected from adult and pediatric patients with HPN in the NADYA-SENPE group registry from January 1st, 2018 to December 31st, 2018.  Results: There were 278 patients from 45 Spanish hospitals (54.7% women), 23 children and 255 adults, which represent a prevalence rate of 5.95 patients/million inhabitants/year 2018. The most frequent diagnosis in adults was “palliative cancer” (22.0%), followed by “others”. In children it was Hirschsprung’s disease together with necrotizing enterocolitis, with four cases (17.4%). The first indication was short bowel syndrome in both children (60.9%) and adults (35.7%). The most frequently used type of catheter was tunneled in both children (81.0%) and adults (41.1%). Ending 75 episodes, the most frequent cause was death (52.0%) and change to oral feeding (33.3%). Conclusions: The number of centers and collaborating professionals in the registry of patients receiving HPN remains stable, as well as the main indications and reasons for termination of HPN.Objetivo: comunicar los datos de nutrición parenteral domiciliaria (NPD) obtenidos del registro del grupo NADYA-SENPE (www.nadyasenpe. com) del año 2018. Material y métodos: análisis descriptivo de los datos recogidos de pacientes adultos y pediátricos con NPD en el registro NADYA-SENPE del 1 de enero al 31 de diciembre de 2018. Resultados: se registraron 278 pacientes (54,7% mujeres), 23 niños y 255 adultos, procedentes de 45 hospitales españoles, lo que representa una tasa de prevalencia de 5,95 pacientes/millón de habitantes/año 2018. El diagnóstico más frecuente en adultos fue “oncológico paliativo” (22,0%), seguido de “otros”. En niños fue la enfermedad de Hirschsprung junto con la enterocolitis necrotizante, con cuatro casos (17,4%). El primer motivo de indicación fue síndrome de intestino corto tanto en niños (60,9%) como en adultos (35,7%). El tipo de catéter más utilizado fue el tunelizado tanto en niños (81,0%) como en adultos (41,1%). Finalizaron 75 episodios, la causa más frecuente fue el fallecimiento (52,0%) y el paso a vía oral (33,3%). Conclusiones: el número de centros y profesionales colaboradores en el registro de pacientes que reciben NPD se mantiene estable, así como las principales indicaciones y los motivos de finalización de la NPD

Nutrición parenteral domiciliaria en España 2018. Informe del Grupo de Nutrición Artificial Domiciliaria y Ambulatoria NADYA

Aim: to communicate home parenteral nutrition (HPN) data obtained from the HPN registry of the NADYA-SENPE group (www.nadya-senpe. com) for the year 2018. Material and methods: descriptive analysis of the data collected from adult and pediatric patients with HPN in the NADYA-SENPE group registry from January 1st, 2018 to December 31st, 2018. Results: there were 278 patients from 45 Spanish hospitals (54.7 % women), 23 children and 255 adults, which represent a prevalence rate of 5.95 patients/million inhabitants/year 2018. The most frequent diagnosis in adults was " palliative cancer" (22.0 %), followed by "others". In children it was Hirschsprung's disease together with necrotizing enterocolitis, with four cases (17.4 %). The first indication was short bowel syndrome in both children (60.9 %) and adults (35.7 %). The most frequently used type of catheter was tunneled in both children (81.0 %) and adults (41.1 %). Ending 75 episodes, the most frequent cause was death (52.0 %) and change to oral feeding (33.3 %). Conclusions: the number of centers and collaborating professionals in the registry of patients receiving HPN remains stable, as well as the main indications and reasons for termination of HPN

Application of ultrasound in twin-screw extrusion and microinjection molding: improvements of properties of processed materials and nanocomposites : polymers and biopolymers

Pla de Doctorat Industrial, Generalitat de CatalunyaThe plastics industry is in constant evolution looking to improve the properties of new materials and performance in different applications. Currently, the environmental impact associated with the use of plastics is one of the main concerns for the society. It was reflected in regulations at European level such as SUP Directive, Green Deal or studies such as Patents for tomorrow's plastics by European Patent Office on the trends reflected in research on alternative materials to conventional plastic. In order to transfer these new and more sustainable alternatives to an industrial and realistic environment, first applied research has to be carried out on both the development and processes of the materials to optimize their performance. In this thesis study, applied research was carried out using ultrasound technology on different nanocomposites and their transformation processes. Advances in the application of ultrasound for different transformation processes have been studied previously to ensure the approach of the practical study. This study focuses on the application of ultrasound in the process of obtaining new formulations by compounding extrusion and in injection molding, specifically in microinjection. The application of nanotechnology in the development of new materials will allow an improvement in performance and will open a range of new possibilities and applications. To explore the potential of ultrasonic molding (USM) technology, a preliminary process stability study was performed with polypropylene. The evaluation was carried out from a mechanical point of view, in which it was shown that, with an optimization of the process parameters and a correct design approach of the components with the nodal point allow a stability close to production was allowed. To deepen into the potential of USM technology in synergy with new nanocomposite formulations, a comparative study with the conventional microinjection process was performed. Two different nanocomposites based on a biopolymer matrix of poly 3-hydroxybutyrate with Cloisite 20 (organic modification), and with Cloisite 116 (unmodified) were studied. This research reveals that the USM technology, is stable obtaining micro-pieces, maintaining the chemical structure of the initial biocomposite without degrading and homogeneously achieving an exfoliation of both nanoclays. Conventional microinjection did show slight changes in the level of degradation and chemical structure, highlighting that it was not possible to micro-mold samples of the material with the unmodified nanoclay. The stabilization of the compounding extrusion assisted by an ultrasound system has been studied, with a design of a single component that allows the new approach to work in continuous condition and on pre-industrial equipment. Due to the success of the new component, it was possible to carry out the study of new formulations of polypropylene loaded with two different nanoclays (Cloisite 20 and Garamite 1958) and glass bubbles. The new nanocomposites reached the mechanical properties of a conventional material used for door panels in the automotive sector, but with a reduced density. The aim was to demonstrate that it is possible to reduce the weight of plastic components used in the automotive industry and reduce CO2 emissions for a standard vehicle. The research carried out in this thesis work has opened a new field of application to nanocomposites for weight reduction with improved mechanical properties when high level of dispersion is reached. In addition, the potential of USM technology for micro-molding applications has been demonstrated, showing high stability without material degradation during the process, and good dispersion of nano-reinforcements.El sector del plástico está en continuo cambio en busca de mejorar sus propiedades y rendimiento en diferentes aplicaciones. Actualmente. el impacto ambiental asociado al uso de los plásticos es una de las principales preocupaciones en el ámbito social. Se puede ver reflejado en regulaciones a nivel europeo como SUP Directive. Green Deal o estudios como el que efectúa la Oficina de Patentes Europeas Patents for tomorrow's plastics sobre las tendencias que reflejan las investigaciones en materiales alternativos al plástico convencional. Para poder llevar a un ambiente industrial y realista estas nuevas alternativas más sostenibles. primero se ha de llevar a cabo una investigación aplicada tanto del desarrollo de los materiales como de los procesos que pueden optimizar su rendimiento. En este estudio de tesis se lleva a cabo una investigación aplicada sobre diferentes nanocompuestos y sus procesos de transformación que pueden ser mejorados con la tecnología de ultrasonidos. Se ha estudiado los avances en la aplicación de ultrasonidos para diferentes procesos de transformación con el objetivo de enfocar correctamente el estudio práctico. Este estudio centra la aplicación de los ultrasonidos en el proceso de obtención de nuevas formulaciones por extrusión compounding y en el moldeo por inyección, concretamente en microinyeccion. La aplicación de nanotecnología en el desarrollo de nuevos materiales permitirá una mejora del rendimiento y abrirá un abanico de nuevas posibilidades y aplicaciones. Para explorar el potencial de la tecnología de microinyección por ultrasonidos (USM}, se realizó un estudio preliminar de estabilidad del proceso con un polipropileno. La evaluación fue llevada a cabo desde un punto de vista mecánico, en el que se demostró que con una optimización de los parámetros de proceso y un enfoque de diseño correcto de los componentes que hacen intervenir el punto nodal, se puede alcanzar un nivel de estabilidad cercano a producción. Para profundizar en el potencial de la tecnología USM en sinergia con nuevas formulaciones de nanocompuestos, se realizó un estudio comparativo con el proceso de microinyección convencional. Dos nanocompuestos basados en una matriz del biopolímero poli 3-hidroxibutirato con Cloisite 20 (modificación orgánica). Y con Cloisite 116 (sin modificar) fueron estudiados. Este estudio revela que la tecnología USM además de ser estable en la obtención de micropiezas, mantiene la estructura química del biocompuesto inicial sin llegar a degradación y alcanzando homogéneamente la exfoliación de ambas nanoarcillas. La microinyección convencional si mostro ligeros cambios a nivel de degradación y estructura química, destacando que no fue posible micromoldear muestras del material con la nanoarcilla sin modificar. La estabilización del proceso de extrusión compounding asistida por ultrasonidos ha sido estudiado, diseñando un componente único que permite al sistema de ultrasonidos trabajar en régimen continuo en equipos preindustriales. Gracias al éxito del nuevo componente, se ha podido llevar a cabo el estudio de nuevas formulaciones de polipropileno argado con dos nanoarcillas diferentes (Cloisite 20 y Garamite 1958) y esferas huecas. Los nuevos nanocompuestos alcanzaron las propiedades mecánicas de un material empleado para paneles de puerta en el sector automoción, pero con una densidad reducida. El objetivo fue demostrar que se puede reducir el peso de los componentes plásticos empleados en automoción y reducir las emisiones de CO2 para un vehículo estándar. La investigación llevada a cabo en este trabajo de tesis ha permitido abrir un nuevo campo de aplicación a los nanocompuestos para reducción de densidad con buenas propiedades mecánicas cuando la dispersión es alta. Además, se ha demostrado el potencial de la tecnología USM para aplicaciones de micromoldeo, mostrando alta estabilidad sin degradación del material durante el proceso, y buena dispersión de los nano-refuerzos.Postprint (published version