desenvolvimento de materiais híbridos com aplicações...
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Desenvolvimento de Materiais
Híbridos com Aplicações
Biomédicas
JULHO DE 2014
Prof. Joana Lancastre
Introdução
Os materiais híbridos são materiais constituídos por uma componente orgânica(polímero - PDMS) e uma componente inorgânica (alcóxido metálico - TEOS).
A parte orgânica confere ao material características como a flexibilidade, baixadensidade e insolubilidade.
A parte inorgânica confere ao material características como a fragilidade, dureza, transparência e estabilidade térmica.
Nestes materiais, o tipo de ligação que se estabelece entre os diferentescomponentes são do tipo covalente
Ligação covalente
PDMS TEOS
Procedimento Experimental
1 – Preparação das amostras
Prepararam-se 10 amostras com uma massa total de5g.
Todas as amostras continham igual percentagem dePDMS, de Teos e de PrZr (catalisador que melhora aspropriedades térmicas e mecânicas do material).
2 das amostras não possuíam qualquer adição decálcio (na forma de acetato de cálcio) – controlo.
Os sucessivos pares de amostras possuíamdiferentes quantidades de cálcio.
Seguidamente selou-se as amostras com azotogasoso para evitar a formação de radicais livres deoxigénio atmosférico e que estes interfiram nareação dos diferentes componentes.
Procedimento Experimental
2 – Cálculo dos débitos de dose e tempos necessários usando o programa UTR-dose rate Cálculo das taxas de doses atuais para cada posição e do tempo de
irradiação através do programa UTR-dose rate. Preencher a folha de requisição de investigação Colocar as amostras nas respetivas posições da caixa colocada na
grelha do irradiador de 60Co da Unidade de Tecnologias de Radiação (UTR).
Caracterização das Amostras por Análise
Térmica
3,1- Análise Termogravimétrica (TGA) A termogravimetria mede a perda de materal em função da temperatura sob uma
amostra controlada. As suas aplicações principais são a medida da térmica de umamaterial e a sua composição.
Esta técnica possibilita caracterizar uma vasta gama de materiais, além de polímeros e de materiais orgânicos e inorgânicos.
Caracterização das Amostras por Análise
Térmica
3,2- Análise de calorimetria de varrimento diferencial (DSC)
Esta técnica regista o fluxo de energia calorífrica associado a transições nosmateriais em função da temperatura. É um método de variação entálpica, no quala diferença de fornecimento de uma temperatura.
Estas medidas fornecem dados qualitativos e quantitativos em processosendotérmicos e em processos exotérmicos, permitindo obter informaçõesreferentes a alterações de propriedades física e químicas dos materiais.
Caracterização das Amostras por análise
térmica do Polímero Irradiado
Caracterização das Amostras por análise
térmica do Material Híbrido
Caracterização das Amostras por análise
térmica
No gráfico anterior observa-se que a temperatura de decomposição do polímero é 242°C.
A quantidade de resíduo foi de 0,2mg, pelo que podemos concluir que todo o polímero se decompôs uma vez que tem origem orgânica.
A temperatura de degradação do material híbrido é semelhante à do polímero, umavez que tem cálcio na composição.
No material híbrido a massa de resíduo é mais elevada, uma vez que apresenta umaparte inorgânica que se decompõem a temperaturas mais elevadas.
O DSC do polímero e do material híbrido apresentam um pico exotérmico quecorresponde à libertação de energia associada à quebra das ligações. No material híbrido o valor da energia exotérmica é superior à do polímero uma vez que tem uma componente inorgânica (Si, PrZr) o que faz aumentar a resistência térmica dos materiais.
Caracterização das amostras por espetroscopia de infravermelhos – FTIR
4 – Espetroscopia de infravemelhos
A espetroscopia de infravermelho mede a absorção de radiação infravermelha por ligações químicas num material.
A luz infravermelha, ao incidir numa molécula, provoca a excitação dos modos vibracionais. Quando a energia radiante corresponde à diferença entre dois níveis energéticos vibracionais a absorção ocorre.
Caracterização das amostras por espetroscopia de infravermelhos – FTIR
4.1- Procedimento para a preparação das amostras para a análise de FTIR
A análise das amostras por FTIR pode envolver dois métodos dependendo do tipo da amostra:
Se as amostras se apresentam em forma de pó, estas deverão ser preparadas pelométodo das pastilhas de KBr (brometo de potássio). As pastilhas são preparadasmisturando uma pequena quantidade da nossa amostra com KBr.
Os dois pós deverão ser pulverizados , misturados e prensados de modo a se obteruma pastilha o mais transparente possível e de aspectro vítreo.
Caracterização das amostras por espetroscopia de infravermelhos – FTIR
• Se a amostra for um filme ou em forma de gel, e se o equipamento tiver umacessório de ATR a amostra não precisa de qualquer preparação.
• O feixe de luz infravermelha passa pelo cristal de tal modo que reflete pelo menosuma vez na superfície interna que está em contacto com a amostra . Esta reflexãoforma uma onda evanescente que se estende até à amostra.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
703
2962
34
48
506
2962
2905 7
88
7008
64
502
1413
1944 6
61
1010
1081
1258
1412
2905
% T
ran
sm
itâ
nc
ia
Comprimento de onda (cm-1)
S33 irradiado
S33 não irradiado
Diminuição da intensidade na banda 2962 cm-1(estiramento C-H em CH3) devido à quebra de ligações pela radiação.
Diminuição da intensidade da banda 1268 e 788 cm-1 (CH3
balanço e CH3 rotação respetivamente) também devido à radiação.
A banda larga com 2 picos a 1010 e 1081 (estiramento simétrico e assimétrico do Si-O-Si respetivamente) tinha igual intensidade e depois da irradiação a intensidade diminuiu. Isto reflete o crescimento da rede por ligação cruzada.)
FTIR PDMS …
FTIR Material Híbrido
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0
20
40
60
80
100
120
%T
ran
sm
itâ
nc
ia
Comprimento de onda (cm-1)
0Ca
0.015Ca
33PDMS-66.85TEOS-0.15PrZr+xCa (wt%)
-OH
C-H estiramento no CH3
C-H balanço do CH3 na Si-CH3C
-H r
ota
çã
o d
o C
H3 e
m S
i-C
H3
Si-O-Si
C-H balanço em CH3
A banda de OH deve-se aoacetato de cálcio , uma vez queé bastante hidroscópio(absorve água) e por issoapresenta moléculas de H2O nasua superfície.
O FTIR não apresenta bandascaracterísticas de PrZr uma vezque este existe na amostra empequenas quantidades.
As restantes bandasobservadas devem-se aoPDMS.
Modos vibracionais
Estiramento simétrico Estiramento assimétrico
Torção (twist)
Tesoura (dobramento angular)
Balanço (wag) Rotação
Conclusões
Os materiais híbridos podem ser preparados por irradiação, em vez da
síntese química normal.
Antes destes materiais serem utilizados na área de biomateriais devem ser
caracterizados e testados.
A sua caracterização estrutural pode ser feita por TGA, DSC e FTIR.
No futuro estudos de bioatividade (ensaios SBF), de biocompatibilidade
(ensaios celulares) e de ensaios mecânicos devem ser realizados.
Este trabalho é financiado por Fundos FEDER através do Programa Operacional Factores de
Competitividade – COMPETE e por Fundos Nacionais através da FCT – Fundação para a Ciência e a
Tecnologia no âmbito do projeto RECI/AAG-TEC/0400/2012
Trabalho realizado
por:
• Diogo Faria
• João Faria
(convidado)
• Ricardo Carioca
• Salomé Neto