doctoralThesis
Avaliação dos efeitos da irradiação gama em filmes de nanocompósitos da policaprolactona
Registro en:
PAULA, Marcos Vinícius da Silva. Avaliação dos efeitos da irradiação gama em filmes de nanocompósitos da policaprolactona. 2018. Tese (Doutorado em Ciências de Materiais) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2018.
Autor
PAULA, Marcos Vinícius da Silva
Institución
Resumen
A policaprolactona (PCL) é um polímero termoplástico, sintético. Sendo um polímero comercialmente disponível, biocompatível, biodegradável e com baixa temperatura de cristalização e fusão. Entretanto a PCL não possui propriedades termomecânicas adequadas para determinadas aplicações, o que pode vir a ser melhorado após a adição de nanopartículas (NPs) produzindo nanocompósitos (NCs) de matriz polimérica. Visando aplicações biomédicas e o setor de embalagem de alimentos nanopartículas de ZnO (ZnO NPs) e a silica mesoporosa (MCM-48 NPs) em dimensões nanométricas podem ser adicionadas com o intuito de melhorar as propriedadas da PCL. Contudo para tal utilização esses materiais necessitam serem esterilizados, a qual tem como prática comum, a exposição à irradiação gama na dose de 25 kGy. Sendo necessário avaliar os efeitos da exposição a irradiação sobre as propriedades dos materiais obtidos. Assim esta pesquisa teve como meta avaliar os efeitos da irradiação gama em filmes de nanocompósitos formados: pela PCL com ZnO NPs (PCL/ZnO NCs) e pela PCL com MCM-48 NPs (PCL/MCM-48). Visando uma maior dispersabilidade de MCM-48 NPs na matriz de PCL, foram avaliados também os NCs formados pela modificação superficial das MCM-48 NPs com poli(vinil álcool)(PCL/MCM-48-PVA) e 3-(aminopropil)trietoxisilano (PCL/MCM-48-NH₂). Os filmes obtidos pelo método de evaporação do solvente e expostos a irradiação gama na dose de 25 kGy, sendo avaliados por técnicas experimentais como espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), propriedades mecânicas e permeabilidade ao vapor de água. Para os filmes de PCL/ZnO NCs imagens de microscopia eletrônica de varredura e transmissão revelaram que agregados de ZnO NPs foram dispersos aleatoriamente na matriz polimérica. Os espectros de FT-IR demonstraram que a irradiação gama na dose de 25 kGy não causou alterações estruturais nas cadeias poliméricas. Os resultados de DRX mostraram que a irradiação gama não criou novas simetrias cristalinas nos NCs. A adição de ZnO NPs na matriz de PCL diminuiu a estabilidade térmica das amostras irradiadas e não irradiadas. Medidas de DSC revelaram que a cristalinidade dos filmes de PCL e PCL/ZnO NCs apresentou pequenas variações em todas as amostras antes e após a exposição à irradiação gama. Enquanto que os filmes de PCL/MCM-48, PCL/MCM-48-PVA, PCL/MCM-48-NH₂, possuíram espessuras médias de: 0,15; 0,15 e 0,16 mm, respectivamente. As imagens obtidas por MEV e MET revelaram a presença de agregados de NPs dispersos randomicamente na matriz de PCL. As amostras irradiadas na dose de 25 kGy apresentaram o mesmo comportamento espectral na região do infravermelho que as amostras não irradiadas, o que é indicativo da manutenção da estrutura química da PCL. O mesmo comportamento foi observado nos difratogramas das amostras irradiadas, indicando a manutenção do caráter semicristalino da PCL. O ensaio de DSC evidenciou variações marginais no percentual de cristalinidade para a maioria dos filmes avaliados. Sugerindo que a irradiação gama a 25 kGy é um método bem-sucedido para a esterilização dos filmes de NCs avaliados sem causar maiores alterações nas propriedades dos materiais. FACEPE Polycaprolactone (PCL) is a synthetic thermoplastic polymer. Being a commercially available, biocompatible, biodegradable and low temperature crystallization and melting polymer. However, PCL does not have adequate thermomechanical properties for certain applications, which can be improved after the addition of nanoparticles (NPs) producing polymer matrix nanocomposites (NCs). Aiming at biomedical applications and the food packaging sector, nanoparticles of ZnO (ZnO NPs) and mesoporous silica (MCM-48 NPs) in nanometric dimensions can be added in order to improve the properties of PCL. However for such use such materials need to be sterilized, which has as a common practice exposure to gamma irradiation at a dose of 25 kGy. It is necessary to evaluate the effects of irradiation exposure on the properties of the obtained materials. This study aimed to evaluate the effects of gamma irradiation on nanocomposite films: PCL with ZnO NPs (PCL/ZnO NCs) and PCL with MCM-48 NPs (PCL/MCM-48). In order to obtain a higher dispersibility of MCM-48 NPs in the PCL matrix, the NCs formed by the surface modification of MCM-48 NPs with poly (vinyl alcohol) (PCL / MCM-48-PVA) and 3- (aminopropyl) triethoxysilane (PCL / MCM-48-NH 2). The films obtained by the solvent evaporation method were exposed to gamma irradiation at a dose of 25 kGy and were evaluated by experimental techniques such as Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), mechanical properties and water vapor permeability. For the PCL/ZnO NCs films scanning and transmission electron microscopy images revealed that ZnO NPs aggregates were randomly dispersed in the polymer matrix. FT-IR spectra demonstrated that gamma irradiation at the 25 kGy dose did not cause structural changes in the polymer chains. The XRD results showed that gamma irradiation did not create new crystalline symmetries in the NCs. The addition of ZnO NPs in the PCL matrix decreased the thermal stability of irradiated and non-irradiated samples. DSC measurements revealed that the crystallinity of the PCL and PCL/ZnO NCs films showed small variations in all samples before and after exposure to gamma irradiation. While the PCL/MCM-48, PCL/MCM-48-PVA, PCL/MCM-48-NH₂ films had average thicknesses of: 0.15; 0.15 and 0.16 mm, respectively. The images obtained by MEV and MET revealed the presence of aggregates of NPs randomly dispersed in the PCL matrix. The samples irradiated at the dose of 25 kGy presented the same spectral behavior in the infrared region as the non-irradiated samples, which is indicative of the maintenance of the chemical structure of PCL. The same behavior was observed in the diffractograms of the irradiated samples, indicating the maintenance of the semi-crystalline character of PCL. The DSC test showed marginal variations in the percentage of crystallinity for most films evaluated. We suggest that gamma irradiation at 25 kGy is a successful method for the sterilization of NC films evaluated without causing major changes in material properties.