Síntese Do Poli-ácido Láctico a Partir Do Ácido Láctico

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<ul><li><p>UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS </p><p>FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA </p><p>SNTESE DO POLI-CIDO LCTICO A PARTIR DO CIDO LCTICO </p><p>PARA APLICAO BIOMDICA </p><p>Autor: ASTRID JULIANA RINCN LASPRILLA </p><p>Orientador: Prof. Dr. RUBENS MACIEL FILHO </p><p>Campinas - So Paulo Agosto de 2011 </p></li><li><p>UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS </p><p>FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA </p><p>REA DE CONCENTRAO DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS QUMICOS </p><p>ASTRID JULIANA RINCN LASPRILLA </p><p>Sntese do Poli-cido Lctico a partir do cido Lctico para Aplicao </p><p>Biomdica </p><p>Orientador: Prof. Dr. RUBENS MACIEL FILHO </p><p>Dissertao de Mestrado apresentada Faculdade de Engenharia Qumica como parte dos requisitos exigidos para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Qumica. </p><p>Campinas - So Paulo Agosto de 2011 </p></li><li><p>FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA </p><p> BIBLIOTECA DA REA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP </p><p> R741s </p><p>Rincn Lasprilla, Astrid Juliana </p><p> Sntese do Poli-cido Lctico a partir do cido </p><p>Lctico para Aplicao Biomdica / Astrid Juliana </p><p>Rincn Lasprilla. --Campinas, SP: [s.n.], 2011. </p><p> Orientador: Rubens Maciel Filho. </p><p> Dissertao de Mestrado - Universidade Estadual de </p><p>Campinas, Faculdade de Engenharia Qumica. </p><p> 1. Biotecnologia. 2. Biopolmeros. 3. Engenharia </p><p>tecidual. 4. Biocompatibilidade. 5. Polimerizao por </p><p>abertura de anel. I. Maciel Filho, Rubens. II. </p><p>Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de </p><p>Engenharia Qumica. III. Ttulo. </p><p>Ttulo em Ingls: Poly (lactid acid) synthesis from lactic acid for aplication in </p><p>biomedical devices </p><p>Palavras-chave em Ingls: Biotecnology, Biopolymers, Tissue engineering, </p><p>Biocompatibility, Ring opening polimerization </p><p>rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos Qumicos </p><p>Titulao: Mestre em Engenharia Qumica </p><p>Banca examinadora: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, Otvio Cavalette </p><p>Data da defesa: 24-08-2011 </p><p>Programa de Ps Graduao: Engenharia Qumica </p></li><li><p>v </p><p>Dissertao de Mestrado ou Tese de Doutorado defendida por Astrid Juliana Rincn Lasprilla e aprovada em 24 de agosto de 2011 pela banca examinadora constituda pelos doutores: </p></li><li><p>vi </p></li><li><p>vii </p><p>Este exemplar corresponde verso final da Dissertao de Mestrado em Engenharia Qumica. </p></li><li><p>viii </p></li><li><p>ix </p><p>Dedicatria </p><p>Dedico este trabalho a: </p><p>Deus, por todos os dons e benefcios recebidos na minha vida, por todos os seres </p><p>especiais que colocou no meu caminho para me ajudar, ensinar e por ter me permitido </p><p>culminar mais uma etapa com sucesso; como todas as noites, lhe agradeo por minha </p><p>vida e lhe dedico as minhas conquistas. </p><p>Aos meus queridos pais Aurora e George, que me deram a vida e no s o necessrio, </p><p>mas o melhor para viv-la. A eles devo toda a minha formao, por isso lhes pertence </p><p>esta vitria. </p><p> minha irm Carolina e meu irmo Jorge, que sempre curiosos, torceram por mim e </p><p>me motivaram em todos os momentos. </p><p>Ao meu amado corao, que cada dia ilumina minha existncia e est sempre </p><p>presente em cada momento, com quem compartilho minhas alegrias e tristezas, ao seu </p><p>lado, nunca nada fracasso, dedico-lhe este triunfo. </p><p>Aos meus amigos no Brasil, que forneceram condies e incentivo nesta campanha </p><p>longe de casa, e sempre me fizeram sentir em famlia, para eles este trabalho. </p></li><li><p>x </p></li><li><p>xi </p><p>Agradecimentos </p><p>Gostaria de agradecer sinceramente a todas aquelas pessoas, com as quais sem seu </p><p>apoio e colaborao no seria possvel ser realizado este trabalho. </p><p> Deus, pelo proporcionado, comeando pela minha vida e a de todos meus seres </p><p>amados. </p><p>Aos meus pais, pelo esforo, dedicao e presentes mais valiosos: a vida e o estudo. </p><p>Aos meus irmos, pelo apoio incondicional e pelo incentivo em todos os momentos da </p><p>minha vida. </p><p>Ao Guillermo, meu corao, pelo amor, carinho e compreenso, por ser amigo, colega e </p><p>heri, a quem admiro e adoro com toda a minha alma. </p><p>Ao Jaiver, por ser mais que um colega, mais que um amigo, por ser um irmo, pelo </p><p>carinho e presena em todo o momento, por aliviar minhas tristezas e festejar minhas </p><p>alegrias </p><p>Ao Vinicius e Marcele, meus queridos amigos brasileiros, por compartilhar comigo </p><p>tantas coisas: almoos, jantas, tardes, noites, finais de semana; tantos momentos, </p><p>memrias e s suas famlias, que me receberam com tanto carinho. </p><p>s minhas valiosas amigas, Silvia, Juliana, Albis e Natalia, que desde longe, estiveram </p><p>sempre presentes na minha vida com carinho e apoio inestimveis. </p><p>Aos meus amigos da Colmbia no Brasil, Lia, Kari, Olguita, Natis, Ruben, Hencho, </p><p>Jairo, Ana Maria, David, Julian, Laura, Jairo T., Mnica, Oscar, Yurany, Luisa, Sergio, </p><p>Laurita, entre outros, pela amizade e companhia nesta etapa, pelos bons momentos e </p><p>lembranas. </p></li><li><p>xii </p><p>Aos meus amigos brasileiros, Michelle, Ana, Tony, Marcio, pela amizade e </p><p>companheirismo durante este tempo que sempre ser inesquecveis. </p><p>Aos meus amigos de laboratrio Anderson, Aulus, Ana, pela amizade e preciosa </p><p>colaborao, pelas conversas, discusses e conselhos teis. </p><p> nossas mes na salinha, Paula e Ingrid, sempre prontas a ajudar todo em tudo que </p><p>fosse preciso. </p><p>Ao Andr, pela amizade, profissionalismo e conhecimentos transmitidos. </p><p>Aos colegas do LOPCA/BIOFABRIS/UNICAMP, Rodrigo, Milene, Betnia, Fernando, </p><p>Juliana S., Patrcia F., Profa. Roberta, Caroline P., pela amizade, ateno e </p><p>colaborao. </p><p>Ao professor Rubens, pela oportunidade, orientao, apoio, confiana e exemplo de </p><p>profissionalismo. </p><p>Aos professores, funcionrios da Faculdade de Engenharia Qumica, Departamento de </p><p>Processos Qumicos/ UNICAMP. </p><p>Aos membros da banca, Profa. Dra. Ceclia e Dr. Otvio, por ajudar a melhorar e </p><p>concluir minha dissertao </p><p>Hoje quisera ter as palavras de gratido que gostaria que cada um de vocs ouvissem, </p><p>mas para expressar um sentimento to grande, s existe uma simples palavra: </p><p>Obrigada . </p></li><li><p>xiii </p><p>As pessoas mais importantes na nossa vida, </p><p>so aquelas que esto sempre perto de ns, </p><p>mesmo que no estejam presentes. </p></li><li><p>xiv </p></li><li><p>xv </p><p>Resumo </p><p>Os recentes avanos em biomateriais, como polmeros biodegradveis e </p><p>bioreabsorvveis, juntamente com o desenvolvimento de novas tcnicas de </p><p>biofabricao, esto permitindo criar dispositivos mdicos que auxiliam na recuperao </p><p>de tecidos e/ou rgos danificados por traumas ou doenas, proporcionando melhor </p><p>qualidade de vida e sade pblica. O Poli (cido lctico) (PLA) , dentre os </p><p>biomateriais, um dos mais importantes para a produo destes dispositivos, devido s </p><p>suas propriedades e por ser produzido a partir do cido lctico, um cido orgnico de </p><p>origem biolgica, o qual pode ser sintetizado via fermentativa, utilizando acares </p><p>derivados de cana-de-acar, no qual o Brasil tem grande destaque mundial. O PLA </p><p>pode ser obtido por diferentes rotas, mas independente da rota utilizada, requer um </p><p>rigoroso controle de processo. As condies de operao deste tipo de sntese </p><p>influenciam amplamente as caractersticas finais do produto. Neste contexto, estudar o </p><p>comportamento do processo de produo de PLA necessrio para desenvolver </p><p>estratgias de controle que permitam escolher as condies operacionais para obter um </p><p>produto com as propriedades desejadas. Neste estudo, foi apresentada a sntese e </p><p>caracterizao de PLA por duas rotas convencionais: condensao direta de cido </p><p>lctico e sntese por abertura do anel a partir do lactdeo previamente sintetizado a </p><p>partir de cido lctico. Tambm foi realizada a anlise das variveis operacionais </p><p>(temperatura e tempo de reao), assim como seus efeitos sobre as caractersticas do </p><p>produto, atravs dos testes de polimerizao realizados e da anlise das propriedades </p><p>dos polmeros obtidos. O projeto foi realizado em trs partes: sntese do polmero, </p><p>caracterizao deste e comparao dos resultados obtidos pelos dois mtodos. As </p><p>duas rotas de polimerizao do cido lctico resultaram ser adequadas para a obteno </p><p>do PLA a partir de cido lctico nas condies estudadas. </p></li><li><p>xvi </p></li><li><p>xvii </p><p>Abstract </p><p>Recent advances in biomaterials as biodegradable and bioabsorbable polymers, along </p><p>with the development of new biomanufacturing techniques, are allowing to create </p><p>medical devices that assist in tissue and/or organs repair damaged by trauma or </p><p>disease, providing a better quality of life and public health. The Poly (Lactic Acid) (PLA) </p><p>is, among the biomaterials, one of the most important for the production of these devices </p><p>due to its properties and because it is produced from lactic acid, an organic acid of </p><p>biological origin, which can be synthesized through fermentation using sugars derived </p><p>from sugar cane, in which Brazil has great global leadership. The PLA can be obtained </p><p>by different routes, but independent from that used, it requires a rigorous process </p><p>control. The operating conditions of this kind of synthesis largely influence the final </p><p>characteristics of the product. In this context, studying the behavior of the production </p><p>process of PLA is required to develop control strategies that allow choosing the </p><p>operating conditions for a product with the desired properties. In this study is presented </p><p>the synthesis and characterization of PLA by two conventional routes: direct </p><p>condensation of lactic acid and ring opening synthesis of lactide previously synthesized </p><p>from lactic acid. Also carried out analysis of the operating variables (temperature and </p><p>reaction time), as well as its effects on the characteristics of the product through of the </p><p>polymerization tests performed and the analysis of the properties of polymers. The </p><p>project was undertaken in three parts: polymer synthesis, characterization and </p><p>comparison of the results obtained by two methods. The two routes of lactic acid </p><p>polymerization were adequate for obtaining the PLA from lactic acid under the </p><p>conditions studied. </p></li><li><p>xviii </p></li><li><p>xix </p><p>Sumrio </p><p>Epgrafe .......................................................................................................................... xii </p><p>Resumo .......................................................................................................................... xv </p><p>Abstract .........................................................................................................................xvii </p><p>Sumrio ......................................................................................................................... xix </p><p>Listas de Figuras .......................................................................................................... xxv </p><p>Listas de Tabelas .........................................................................................................xxix </p><p>Nomenclatura ...............................................................................................................xxxi </p><p>Captulo 1- Introduo .................................................................................................... 33 </p><p>1.1. Objetivos ........................................................................................................... 34 </p><p>1.2. Organizao do Trabalho .................................................................................. 35 </p><p>Captulo 2- Biomateriais e Biofabricao ....................................................................... 37 </p><p>2.1 Introduo ......................................................................................................... 37 </p><p>2.2 Desenvolvimento ............................................................................................... 37 </p><p>2.3 Concluses ....................................................................................................... 51 </p><p>Captulo 3 - Conceitos Fundamentais do Poli (cido lctico) ......................................... 53 </p><p>3.1 Introduo ......................................................................................................... 53 </p><p>3.2 Desenvolvimento ............................................................................................... 53 </p><p>3.3 Concluses ....................................................................................................... 66 </p><p>Captulo 4: Materiais e Mtodos ..................................................................................... 67 </p></li><li><p>xx </p></li><li><p>xxi </p><p>4.1. Introduo ......................................................................................................... 67 </p><p>4.2. Metodologia ....................................................................................................... 67 </p><p>4.3. Sistema Experimental para a Polimerizao do PLA ........................................ 68 </p><p>4.4. Tcnicas de Caracterizao dos Produtos ........................................................ 72 </p><p>Captulo 5: Sntese Poli (cido lctico) por Policondensao ........................................ 77 </p><p>5.1. Introduo ......................................................................................................... 77 </p><p>5.2. Desenvolvimento Experimental ......................................................................... 77 </p><p>5.2.1. Montagem do sistema de Policondensao direta ..................................... 77 </p><p>5.2.2. Sntese do PLA. .......................................................................................... 78 </p><p>5.3. Resultados da Sntese por DP de cido Lctico ............................................... 79 </p><p>5.3.1. Resultados dos testes iniciais ..................................................................... 79 </p><p>5.3.2. Resultados dos polmeros PLA................................................................... 85 </p><p>5.4. Concluses ....................................................................................................... 95 </p><p>Captulo 6: Sntese de PLA por Abertura de Anel .......................................................... 97 </p><p>6.1. Introduo ......................................................................................................... 97 </p><p>6.2. Desenvolvimento Experimental ......................................................................... 98 </p><p>6.3. Resultados da sntese por ROP ...................................................................... 100 </p><p>6.4. Concluses ..................................................................................................... 113 </p><p>Capitulo 7: Comparao dos polmeros obtidos por PD e ROP ................................... 115 </p><p>7.1. Comparao estrutural via FTIR ..................................................................... 115 </p></li><li><p>xxii </p></li><li><p>xxiii </p><p>7.2. Comparao das propriedades trmicas obtidas por DSC ............................. 115 </p><p>7.3. Comparao das anlises de MEV/EDS ......................................................... 116 </p><p>7.4. Concluses ..................................................................................................... 117 </p><p>Capitulo 8: Concluses e Sugestes para Prximos Trabalhos ................................... 119 </p><p>8.1. Concluses ..................................................................................................... 119 </p><p>8.2. Sugestes para Trabalhos Futuros ................................................................. 120 </p><p>Referncias Bibliogrficas ............................................................................................ 122 </p></li><li><p>xxiv </p></li><li><p>xxv </p><p>Listas de Figuras </p><p>Figura 1. Diagrama de blocos da metodologia do projeto. ..............</p></li></ul>