Neste trabalho, foi estudado o comportamento reológico nos regimes de viscoelasticidade linear (VEL) e não linear (VENL) da mistura polimérica de polimetacrilato de metila/poliestireno (PMMA/PS), compatibilizada ou não com os copolímeros: estatístico P(S-co-MMA) (VEL e VENL) e bloco P(S-b-MMA) (VEL). No estudo do comportamento de VEL, ensaios de cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes (COPA) foram realizados utilizando-se um reômetro de tensão controlada. O comportamento de VEL das misturas poliméricas foi comparado com os modelos teóricos de Bousmina[1] e generalizado de Palierne[2]. Os tempos de relaxação das misturas poliméricas foram obtidos analisando o comportamento reológico no regime de VEL utilizando o software desenvolvido por Honerkamp e Weese[3]. Os tempos obtidos foram comparados com o modelo de Jacobs et al.[4]. O estudo do comportamento de VENL foi conduzido através de ensaios de relaxação de tensão utilizando-se um reômetro de deformação controlada. Os resultados do comportamento reológico no regime de VEL indicaram a presença de quatro tempos de relaxação, para as blendas compatibilizadas com P(S-co- MMA) (composições menores de 10% de fase dispersa e concentrações maiores de 4% de copolímero): dois picos relacionados às fases puras; F, relacionado com a relaxação das gotas da fase dispersa e o relacionado com a relaxação do compatibilizante na interface entre as fases matriz e dispersa. Os valores experimentais de F e foram utilizados para os cálculos de tensão interfacial () e do módulo complexo de interface () das blendas poliméricas compatibilizadas. Os resultados indicaram uma diminuição de com o aumento da concentração de copolímero. Os resultados do comportamento reológico no regime de VEL, para as blendas compatibilizadas com P(S-b-MMA), também apresentaram a presença de quatro tempos de relaxação. Observou-se que o aumento da adição de P(S-b-MMA) proporcionou uma redução no .. Os resultados de VENL de relaxação de tensão mostraram a presença de três fenômenos de relaxação, relacionados com: 1) as fases puras, 2) a relaxação das gotas da fase dispersa e um terceiro mais rápido. A adição de P(S-co-MMA) resultou numa diminuição do processo de relaxação das gotas da fase dispersa. / In this work, the dynamic behavior of polymethylmetacrylate/polystyrene (PMMA/PS) blends to which P(S-co-MMA) was added was studied. Several blend composition and copolymer concentrations were studied. The rheological behavior of blends was compared to Bousminas[1] and Paliernes generalized[2] models. The relaxation spectra of the blends were also inferred, and the results were analyzed in light of the analysis of Jacobs et al.[4]. The relaxation spectra of the blends with smaller dispersed phase (below 10 wt%) and larger copolymer concentrations (above 0.4 wt%) showed the presence of four relaxation times, two corresponding to the blend phases, F, corresponding to the relaxation of the shape of the dispersed phase of the blend, and , that can be attributed to the relaxation of Marangoni stresses tangential to the interface between the dispersed phase and matrix. The experimental values of F and were used to infer the interfacial tension () and the interfacial complex shear modulus () for the different blends, decreased with increasing copolymer concentration. decreased with increasing blend dispersed phase concentration and decreasing copolymer concentration. The predictions of Paliernes generalized model were found to corroborate the experimental data once the values of and found analyzing the relaxation spectra were used in the calculations. Bousminas model was found to corroborate the data only for larger dispersed phase concentration. The stress relaxation behavior of PMMA/PS blends with or without random copolymer addition, submitted to step shear strain experiments in the linear and nonlinear regime was studied. The effect of blend composition, viscosity ratio and random copolymer was evaluated. All blends presented three relaxation stages, a first relaxation which was attributed to the relaxation of the pure phases, a second one which was characterized by the presence of plateau and a third fast one.

Copolímeros, macromoléculas orgânicas ou inorgânicas com alta massa molar, consistem de unidades monômericas repetidas, unidas por ligações covalentes e que apresentam mais de um tipo de monômero. Neste trabalho estudamos três copolímeros constituídos por dois blocos distintos, isto é copolímeros dibloco, onde um dos blocos é constituído pelo polimetacrilato de metila, PMMA e o outro pelo polimetacrilato de N,N dimetilamino, PDMAEMA, e o homopolímero de PDMAEMA. A fórmula geral dos copolímeros dibloco estudados é PMMAm-b-PDMAEMAn onde o número de monômeros de cada bloco é representado pelos índices m e n. Os copolímeros PMMA1-b-PDMAEMA6,3 (MM, 54.200), PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558), o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555) e o homopolímero PDMAEMA (MM 41.614,9) tiveram suas massas molares e a razão entre os monômeros de cada bloco caracterizados por cromatografia de gel permeação, GPC, e NMR. Determinamos a concentração micelar crítica (CMC) dos copolímeros e verificamos, por RMN e fluorescência, o efeito da concentração e do pH na sua agregação. A interação dos copolímeros com vesículas unilamelares grandes, LUVs, preparadas com misturas de fosfatidilcolina, PC, e fosfatidilglicerol, PG, foi estudada em diferentes condições de pH e força iônica. A interação dos polímeros com as LUVs também foi estudada medindo-se o diâmetro hidrodinâmico e potencial zeta das LUVs na presença dos polímeros. Observou-se que, quando a razão polímero/lipídio é alta, os polímeros se ligam às LUVs, neutralizando completamente a carga das vesículas. Quando a concentração de LUVs é próxima à dos polímeros, forma-se uma rede que conduz à agregação e precipitação dos complexos. Estudamos o efeito dos polímeros na permeabilização de LUVs e vesículas unilamelares gigantes (GUVs) preparadas com misturas de PC:PG. Os copolímeros permeabilizaram as LUVs, dependendo da razão polímero/lipídio, do pH, força iônica e das características hidrofóbicas e hidrofílicas de cada copolímero. Quanto maior a porcentagem de PG nas LUVs maior a interação com os copolímeros. A ligação dos copolímeros às LUVs deve produzir segregação dos fosfolipídios negativos na bicamada das LUVs (i.e., separação lateral de fases) facilitando a permeabilização das vesículas. Demonstramos que os copolímeros se ligam à superfície das GUVs modificando a sua forma e levando ao rompimento das vesículas. Estes efeitos foram modulados pelo pH e a força iônica do meio. O efeito de permeabilização dos copolímeros foi correlacionado com as razões entre os blocos hidrofóbicos e hidrofílicos. Quando o copolímero tem uma maior fração de PDMAEMA, o bloco mais hidrofílico do copolímero, este efeito é mais evidente. A porcentagem de permeabilização, após um tempo definido, para copolímeros de mesma massa molar, como o PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558) e o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555), é muito maior com o copolímero com maior porção hidrofílica, o PMMA1-b-PDMAEMA3,0. O homopolímero DMAEMA também se mostrou eficiente na interação com as LUVs, porém menos que o PMMA1-b-PDMAEMA6,3.que possui maior numero de unidades DMAEMA e uma sequencia de monômeros de MMA. Demonstramos, nesta Tese, que o efeito de copolímeros sintéticos contendo regiões hidrofóbicas e hidrofílicas são bons modelos de peptídeos e proteínas permitindo avaliar quantitativamente o efeito dessas interações em modelos de membranas. / Copolymers are organic or inorganic macromolecules with high molecular weight, consisting of repeated monomer units joined by covalent bonds and exhibit more than one type of monomer. Here, we studied three copolymers consisting of two different blocks, i.e. diblock copolymers, where one block is constituted by methyl polymethacrylate, PMMA and other by polymethacrylate N, N-dimethylamino, PDMAEMA and a homopolymer PDMAEMA. The general formula of the diblock copolymers studied was PMMAm-b-PDMAEMAn where the number of monomers of each block is represented by indexes m and n. The PMMA1-b-PDMAEMA6,3 copolymers (MW, 54,200), PMMA1 PDMAEMA3,0-b (MW 27,558), the PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555) and PDMAEMA homopolymer (MW 41614.9) had their molecular weights and the ratio between the monomers of each block characterized by gel permeation chromatography, GPC, and NMR. The critical micelle concentration (CMC) of the copolymers was determined by fluorescence and the aggregation of the copolymers verified by NMR. The effect pH on the copolymers CMC was also determined. The interaction of copolymers with large unilamellar vesicles, LUV, prepared with mixtures of phosphatidylcholine, PC, and phosphatidylglycerol, PG, was studied under different conditions of pH and ionic strength. The interaction of the polymers with the LUVs was also studied measuring the hydrodynamic diameter and zeta potential of the LUVs in the presence of the polymers. It was observed that when the ratios polymer / lipid are high, the polymers bind to the LUVs, completely neutralizing the charge of the vesicles. When the concentration of LUVs is close to that of the polymers, it forms a network that leads to aggregation and precipitation of the complexes. We studied the effect of polymers in permeabilization LUVs and giant unilamellar vesicles (GUVs) prepared with PC:PG. The copolymers permeabilized the LUVs, depending on the ratio polymer / lipid, pH, ionic strength and the hydrophobic and hydrophilic characteristics of each copolymer. The higher the percentage PG LUVs lead to greater interaction with the copolymers. The binding of the copolymers to the LUVs with negative charge induced phase separation of phospholipids in the bilayer of LUVs (ie, lateral phase separation) facilitating the permeability of the vesicles. We demonstrate that copolymers bind to the surface of GUVs changing its shape and leading to rupture of vesicles. These effects are modulated by pH and ionic strength of the media. The permeabilization effect of the copolymers was correlated with the ratios of the hydrophobic and hydrophilic blocks. When the copolymer has a larger fraction of PDMAEMA, the more hydrophilic block copolymer, this effect is more evident. The percentage of permeabilization, after a set time, for the same molar mass copolymers such as b-PDMAEMA3,0 PMMA1 (MW 27,558) and PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555), is much more efficient with copolymer with greater hydrophilic portion, the b-PMMA1 PDMAEMA3,0. The DMAEMA homopolymer also proved efficient in interacting with the LUVs. We demonstrated that synthetic copolymers containing hydrophobic and hydrophilic regions are good models of peptides and proteins allowing quantitatively evaluate the effects of these interactions on model membranes

No presente trabalho, foram preparados painéis rígidos compostos de polpa celulósica e nanofibras de celulose (NFC), utilizando como materiais aglomerantes o poli (metacrilato de metila) (PMMA) e uma resina acrílica comercial, empregados em suspensões aquosas do material celulósico e emulsões dos polímeros aglomerantes. Foi desenvolvido um novo método para a preparação dos materiais compósitos baseados em um processo de co-precipitação, onde o reforço de fibras de celulose e o polímero em emulsão são coagulados e isolados da fase aquosa. Foram investigadas misturas de resina/fibra contendo 25%, 50% e 75% de fibras em massa. O grande desafio encontrado foi a obtenção de dispersões homogêneas das fibras nas matrizes acrílicas, uma vez que a natureza hidrofílica da celulose em relação a natureza hidrofóbica das matrizes geralmente leva a separação entre os componentes e a formação de materiais heterogêneos. O processo estudado neste trabalho, conduziu à formação de placas espessas e homogêneas que foram moldadas por prensagem à quente. Os materiais foram caracterizados por meio de ensaios de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), ensaio dinâmico mecânico (DMA), ensaio de tração, absorção de água e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As micrografias obtidas por MEV mostraram uma boa dispersão e adesão interfacial das NFC com os materiais acrílicos. Os ensaios de DMA e ensaios de tração evidenciaram o efeito de reforço superior NFC em relação a polpa celulósica. O comportamento dos compósitos obtidos com as NFC foi muito superior do que comportamento dos painéis obtidos com a polpa de celulose. O método desenvolvido para a produção de placas de polímeros acrílicos com altos teores de fibras de celulose se mostrou eficaz, sendo demonstrado o potencial das NFC como material de reforço. / In this work, there were prepared rigid panels of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and a commercial acrylic resin reinforced with wood pulp and cellulose nanofibers (NFC). Wood pulp and cellulose nanofibers were used from its aqueous suspensions and the thermoplastic polymers used as emulsions. A new method for the preparation of composite materials based on a co-precipitation in which the reinforcement fibers of cellulose and polymer emulsion were coagulated and isolated from the aqueous phase has been developed. Thus, mixtures of resin/fiber containing 25%, 50% and 75% by weight fibers have been investigated. The challenge found to obtain homogenous dispersion of fibers in an acrylic resin matrix, since the hydrophilic nature of the cellulose compared to hydrophobic nature of matrices usually leads to separation of the components and the formation of heterogeneous materials. The process studied in this work led to the formation of thick and homogeneous composites in which were molded by hot pressing. The materials was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) thermogravimetric analysis (TGA), dynamical mechanical analysis (DMA), tensile testing, water absorption and scanning electron microscopy (SEM). The SEM micrographs showed good dispersion and interfacial adhesion of NFC with acrylic materials. DMA tests and tensile tests showed higher reinforcing effect NFC in relation to pulp. The method developed for the production of acrylic polymers panels with high cellulose fibers content is effective, being demonstrated the potential of NFC as reinforcing material. The behavior of the panels obtained with NFC was very behavior of the composites obtained from the wood pulp cellulose.

O grafeno, uma das formas alotrópicas do carbono, tem ganho grande valorização no meio científico e industrial devido às suas propriedades excepcionais. Por apresentar condutividade elétrica correspondente a do cobre e condutividade térmica, dureza e resistência superiores a todos os outros materiais existentes, faz-se necessário à busca por melhores, mais eficientes e produtivos métodos de obtenção do mesmo. Um dos métodos mais utilizados atualmente, conhecido como método de Hummers, consiste na oxidação da grafita por tratamentos ácidos e posterior redução (química ou térmica). No entanto, o rendimento do processo, geralmente, não gera quantidade de material suficiente para preparo de compósitos poliméricos utilizando equipamentos tradicionais de mistura, como extrusoras. Os compósitos poliméricos com grafeno apresentam aumento na estabilidade térmica e dimensional de peças injetadas, quando comparado à mesma peça sem carga, podendo ser usado como retardante de chama e também, por garantir maior condutividade elétrica ao polímero, pode ser usado em touch screens e células solares flexíveis. Frente a estas possibilidades, faz-se necessário aperfeiçoar o método de Hummers, tornando-o mais eficaz e produtivo. Alguns parâmetros da cinética química da reação do óxido de grafite (GO), os métodos de remoção dos ácidos residuais do processo, as técnicas de redução dos grupos oxigenados e o método de obtenção do material seco para posterior incorporação no polímero foram avaliados neste trabalho. Três métodos de oxidação da grafita foram estudados e os materiais obtidos foram comparados ao GO comercial, e dois métodos de redução (química com NaBH4 e térmica à várias temperaturas e taxas de aquecimento) do GO foram testados. Os GOs e os óxidos de grafeno reduzidos (GORs) foram caracterizados com o auxílio das técnicas de espectroscopia Raman, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria de raios X por energia dispersiva (EDS) e difração de raios-X (DRX). Os resultados mostraram que a cinética da reação de GO não é linear, pois foram obtidos óxidos com características diferentes, utilizando-se a mesma proporção de reagentes pelos métodos A e C. A filtração ou a diálise, utilizadas para remover os resíduos ácidos do tratamento, e a estufa ou a liofilização, utilizadas para obter os materiais secos, não interferiram nas propriedades finais dos GOs e dos GORs. Por fim, a redução química e o choque térmico a 700 °C se mostraram os métodos mais adequados para obter grafeno quimicamente modificado com boas propriedades e maior rendimento. Os compósitos obtidos através de um misturador interno foram caracterizados com ensaios mecânicos (tração e impacto), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os resultados obtidos indicaram a má dispersão das cargas no polímero, o que pode ser confirmado pela presença de aglomerados nas análises morfológicas e pelas propriedades mecânicas inferiores dos compósitos. / The graphene, one of the carbon allotropes, has received a great valorization in the scientific and industrial areas due its exceptional properties. Its electrical conductivity corresponds to copper ones and its thermal conductivity, hardness and strength are superior to known existent material properties. For this reason, it is necessary to search for a more efficient and productive method of obtaining. One of the most used methods nowadays is the Hummers method, it is based on graphite oxidation via acid treatment and also on chemical and thermal reduction. However, the yield of the process generally does not generate sufficient amount of material for preparing polymer composites using traditional mixing equipment such as extruders. Polymeric composites graphene have increased thermal and dimensional stability of molded parts compared to the same part without load, can be used as a flame retardant and also to ensure higher electrical conductivity to the polymer, can be used in touch screens and flexible solar cells. Faced to these possibilities, it is necessary to search for improvements to Hummers method, making it more effective and productive. Evaluating the chemical kinetic from the reaction of graphite oxide (GO), the removal manners from the residual acids from the process, the reduction technician from the oxygenated functional groups and the obtention method of the dry material to posterior incorporation in to the polymer, were evaluated in this work. Three oxidation methods have been performed and compared to GO commercial, and three reduction methods (chemical with NaBH4 and thermal to 550 °C and 1000 °C) have been tested. The GOs and the graphene oxide reduced (GORs) were characterized by Raman Spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopic (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The results showed that the reaction kinetic from the GO is not linear, because it has been obtained oxides with different characteristics, using the same reagents proportion in two methods (A and C). The filtration or the dialysis, used to remove the acids residues from the treatment, and the drying oven or the freeze drying, used to obtain the dry material, didn\'t interfere in the final properties of the GOs and GORs. Finally, the chemical reduction and the thermal shock at 700 ° C proved the most suitable methods for chemically modified graphene with good properties and increased yield. The composites obtained through an internal mixer were characterized with mechanical tests (tensile and impact), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimetry (DSC). Results indicated poor dispersion of the fillers in the polymer, which can be confirmed by the presence of agglomerates in the morphological analysis and the inferior mechanical properties of the composites.

Neste trabalho, foram obtidos compósitos poliméricos de Óxido de Grafite (GO) incorporado em Poli(metaclilato de metila) (PMMA). A obtenção do Óxido de Grafite foi realizada por dois diferentes métodos: método de Hummers modificado e método de Staudenmaier. Em seguida, foi ainda adicionada uma etapa secundária de tratamento térmico à 1000 ºC nos GOs obtidos a fim de expandir as lamelas de grafite e remover os grupos funcionais aderidos durante o ataque ácido do grafite. As cargas obtidas foram caracterizadas com o auxílio das técnicas de Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia Raman, Espectroscopia Vibracional no Infravermelho (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Microscopia de Força Atômica (AFM), constatando a formação do Óxido de Grafite por ambos os métodos, e ainda a expansão das folhas após o tratamento térmico. O estudo comparativo dos compósitos de matriz polimérica com 1, 3 e 5 % de concentração de GO antes do tratamento térmico e 1 e 3 % após o tratamento térmico foi realizado com o objetivo de entender a contribuição nas propriedades reológicas do polímero com a adição da carga de GO. Os compósitos poliméricos foram obtidos através de um misturador interno, variando-se o método de adição da carga na matriz polimérica via solvente ou via moinho - para estudar a melhor dispersão da carga na matriz. Os compósitos PMMA/GO foram caracterizados por Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET); e por ensaios reológicos de Varredura de Deformação, Varredura de Tempo, e Cisalhamento Oscilatório de Pequenas Amplitudes (COPA). Os resultados reológicos apresentaram um aumento da viscosidade complexa tanto na Varredura de Tempo, quanto no COPA. De acordo com a metodologia adotada, ainda não foi possível verificar o aumento crescente da viscosidade complexa a baixas frequências. Este aumento de viscosidade indicaria que o Óxido de Grafite formou uma rede tridimensional, cuja percolação impede que as cadeias poliméricas relaxem completamente. / In this study, composites of graphite oxide (GO) in poly(methyl methacrylate) (PMMA) were obtained. Obtaining of graphite oxide was performed by two potential methods by literature: modified Hummers method and Staudenmaier method; Then, a secondary GOs obtained heat treatment step - at 1000° C - was added in order to expand the graphite flakes and remove functional groups attached during the acid attack of graphite. The reinforcement obtained by both methods were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, Infra Red Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), confirming the formation of Graphite Oxide by both methods, and also the expansion of the leaves after the heat treatment. Then, a comparative study of the polymer matrix composites with 1, 3 and 5 % concentration of oxides graphite before the heat treatment and 1 and 3 % after the heat treatment was performed in order to understand the contribution to the rheological properties of the polymer with the addition of GO reinforcement. The composites were obtained by internal mixer, varying the load adding method in the polymeric matrix - via mill and via solvent - to study the best dispersion of GO in the matrix. The samples were characterized by Gel Permeation Ghromatography (GPC), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM); and rheological measurements of Deformation Scan, Time Sweep, and Small Amplitude Oscillatory Shear (SAOS). The rheological results showed an increase in complex viscosity at both Time Sweep, as in SAOS. However, it was not possible to verify the increase of complex viscosity at low frequencies, that would indicate that graphite oxide form a three-dimensional arrangement, which prevents the percolation of the polymer chains, letting them to relax completely.

Este trabalho está baseado no desenvolvimento do compósito poli(metacrilato de metila) (PMMA) microfibra de biovidro 45S5® (BV) com porosidade para aplicação direcionada a implantes ósseos. O PMMA é um material do tipo bioinerte amplamente utilizado na fabricação de implantes. O biovidro 45S5® é um biomaterial bioativo classe-A, que significa ser capaz de integração com tecidos moles e ósseos. O presente trabalho objetiva a conjugação das propriedades destes dois materiais em um conceito que introduz microfibra de biovidro 45S5® e porosidade em uma matriz de PMMA na busca de um material com elevada osteointegração e que permita a manufatura de implantes com adequada resistência a carregamentos mecânicos. Foram manufaturados e avaliados fisicamente e in vivo corpos de prova de PMMA com introdução de 20% de microfibra de biovidro (densos e porosos a 80%), corpos de PMMA com introdução de hidroxiapatita (densos e porosos a 80%) e de PMMA (densos e porosos a 80%) para controle. Foram realizados testes mecânicos de compressão e de flexão a três pontos para medidas de resistência e rigidez. Também foram realizadas medidas da microdureza Vickers e da densidade das amostras. Os resultados médios obtidos da tensão de escoamento e módulo elástico para os corpos de prova com introdução de 20% de microfibra de biovidro nos ensaios de compressão foram de 44 MPa e 1403 MPa respectivamente para as amostras densas e de 8 MPa e 13 MPa para as amostras porosas e nos ensaios de flexão foram de 48 MPa e 8129 MPa para os corpos densos e de 5 MPa e 97 MPa para os corpos porosos. A modelagem matemática a partir dos resultados permite a determinação antecipada da formulação para o atendimento específico de cada proposta de implante. Os implantes ensaiados in vivo com adição de microfibra de Biovidro 45S5® foram os que apresentaram os melhores resultados em integração óssea e controle da inflamação local. / This work is based on the development of poly(methyl methacrylate) (PMMA) - bioglass 45S5® microfibers composite with porosity for bone implants application. PMMA is a bioinert material widely used in the manufacture of biological implants. The 45S5® bioglass is a bioactive class-A biomaterial which indicates ability to integrate with bone and soft tissues. The present study aims to combine the properties of these two materials on a concept that introduces bioglass 45S5® microfibers and porosity in a matrix of PMMA in order to find a material with high bone integration and capable of manufacture implants with adequate resistance to mechanical loads. Samples of PMMA with the introduction of 20% of bioglass microfiber (dense and 80% of porous), PMMA with introduction of hydroxyapatite (dense and 80% of porous), and PMMA (dense and 80% of porous) for control were fabricated and evaluated both physically and in vivo. Mechanical tests such as compression and three points bending have been performed for measurements of strain and stiffness. Measurements of Vickers microhardness and density of the samples also were performed. The average results of yield stress and elastic modulus for the samples with the introduction of 20% microfiber bioglass in compression tests were 44 MPa and 1403 MPa respectively for dense samples and 8 MPa and 13 MPa for porous samples and in bending tests were 48 MPa and 8129 MPa for dense bodies and 5 MPa and 97 MPa for the porous bodies. The mathematical modeling based on the results allows the early determination of the formulation to meet the specific needs of each implant proposal. The implants tested in vivo with addition of 45S5® bioglass microfiber presented the best results in bone integration and control of local inflammation when compared with all the other groups with the scaffold presence.

Neste trabalho, foi estudado o comportamento reológico nos regimes de viscoelasticidade linear (VEL) e não linear (VENL) da mistura polimérica de polimetacrilato de metila/poliestireno (PMMA/PS), compatibilizada ou não com os copolímeros: estatístico P(S-co-MMA) (VEL e VENL) e bloco P(S-b-MMA) (VEL). No estudo do comportamento de VEL, ensaios de cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes (COPA) foram realizados utilizando-se um reômetro de tensão controlada. O comportamento de VEL das misturas poliméricas foi comparado com os modelos teóricos de Bousmina[1] e generalizado de Palierne[2]. Os tempos de relaxação das misturas poliméricas foram obtidos analisando o comportamento reológico no regime de VEL utilizando o software desenvolvido por Honerkamp e Weese[3]. Os tempos obtidos foram comparados com o modelo de Jacobs et al.[4]. O estudo do comportamento de VENL foi conduzido através de ensaios de relaxação de tensão utilizando-se um reômetro de deformação controlada. Os resultados do comportamento reológico no regime de VEL indicaram a presença de quatro tempos de relaxação, para as blendas compatibilizadas com P(S-co- MMA) (composições menores de 10% de fase dispersa e concentrações maiores de 4% de copolímero): dois picos relacionados às fases puras; F, relacionado com a relaxação das gotas da fase dispersa e o relacionado com a relaxação do compatibilizante na interface entre as fases matriz e dispersa. Os valores experimentais de F e foram utilizados para os cálculos de tensão interfacial () e do módulo complexo de interface () das blendas poliméricas compatibilizadas. Os resultados indicaram uma diminuição de com o aumento da concentração de copolímero. Os resultados do comportamento reológico no regime de VEL, para as blendas compatibilizadas com P(S-b-MMA), também apresentaram a presença de quatro tempos de relaxação. Observou-se que o aumento da adição de P(S-b-MMA) proporcionou uma redução no .. Os resultados de VENL de relaxação de tensão mostraram a presença de três fenômenos de relaxação, relacionados com: 1) as fases puras, 2) a relaxação das gotas da fase dispersa e um terceiro mais rápido. A adição de P(S-co-MMA) resultou numa diminuição do processo de relaxação das gotas da fase dispersa. / In this work, the dynamic behavior of polymethylmetacrylate/polystyrene (PMMA/PS) blends to which P(S-co-MMA) was added was studied. Several blend composition and copolymer concentrations were studied. The rheological behavior of blends was compared to Bousminas[1] and Paliernes generalized[2] models. The relaxation spectra of the blends were also inferred, and the results were analyzed in light of the analysis of Jacobs et al.[4]. The relaxation spectra of the blends with smaller dispersed phase (below 10 wt%) and larger copolymer concentrations (above 0.4 wt%) showed the presence of four relaxation times, two corresponding to the blend phases, F, corresponding to the relaxation of the shape of the dispersed phase of the blend, and , that can be attributed to the relaxation of Marangoni stresses tangential to the interface between the dispersed phase and matrix. The experimental values of F and were used to infer the interfacial tension () and the interfacial complex shear modulus () for the different blends, decreased with increasing copolymer concentration. decreased with increasing blend dispersed phase concentration and decreasing copolymer concentration. The predictions of Paliernes generalized model were found to corroborate the experimental data once the values of and found analyzing the relaxation spectra were used in the calculations. Bousminas model was found to corroborate the data only for larger dispersed phase concentration. The stress relaxation behavior of PMMA/PS blends with or without random copolymer addition, submitted to step shear strain experiments in the linear and nonlinear regime was studied. The effect of blend composition, viscosity ratio and random copolymer was evaluated. All blends presented three relaxation stages, a first relaxation which was attributed to the relaxation of the pure phases, a second one which was characterized by the presence of plateau and a third fast one.

Este trabalho está baseado no desenvolvimento do compósito poli(metacrilato de metila) (PMMA) microfibra de biovidro 45S5® (BV) com porosidade para aplicação direcionada a implantes ósseos. O PMMA é um material do tipo bioinerte amplamente utilizado na fabricação de implantes. O biovidro 45S5® é um biomaterial bioativo classe-A, que significa ser capaz de integração com tecidos moles e ósseos. O presente trabalho objetiva a conjugação das propriedades destes dois materiais em um conceito que introduz microfibra de biovidro 45S5® e porosidade em uma matriz de PMMA na busca de um material com elevada osteointegração e que permita a manufatura de implantes com adequada resistência a carregamentos mecânicos. Foram manufaturados e avaliados fisicamente e in vivo corpos de prova de PMMA com introdução de 20% de microfibra de biovidro (densos e porosos a 80%), corpos de PMMA com introdução de hidroxiapatita (densos e porosos a 80%) e de PMMA (densos e porosos a 80%) para controle. Foram realizados testes mecânicos de compressão e de flexão a três pontos para medidas de resistência e rigidez. Também foram realizadas medidas da microdureza Vickers e da densidade das amostras. Os resultados médios obtidos da tensão de escoamento e módulo elástico para os corpos de prova com introdução de 20% de microfibra de biovidro nos ensaios de compressão foram de 44 MPa e 1403 MPa respectivamente para as amostras densas e de 8 MPa e 13 MPa para as amostras porosas e nos ensaios de flexão foram de 48 MPa e 8129 MPa para os corpos densos e de 5 MPa e 97 MPa para os corpos porosos. A modelagem matemática a partir dos resultados permite a determinação antecipada da formulação para o atendimento específico de cada proposta de implante. Os implantes ensaiados in vivo com adição de microfibra de Biovidro 45S5® foram os que apresentaram os melhores resultados em integração óssea e controle da inflamação local. / This work is based on the development of poly(methyl methacrylate) (PMMA) - bioglass 45S5® microfibers composite with porosity for bone implants application. PMMA is a bioinert material widely used in the manufacture of biological implants. The 45S5® bioglass is a bioactive class-A biomaterial which indicates ability to integrate with bone and soft tissues. The present study aims to combine the properties of these two materials on a concept that introduces bioglass 45S5® microfibers and porosity in a matrix of PMMA in order to find a material with high bone integration and capable of manufacture implants with adequate resistance to mechanical loads. Samples of PMMA with the introduction of 20% of bioglass microfiber (dense and 80% of porous), PMMA with introduction of hydroxyapatite (dense and 80% of porous), and PMMA (dense and 80% of porous) for control were fabricated and evaluated both physically and in vivo. Mechanical tests such as compression and three points bending have been performed for measurements of strain and stiffness. Measurements of Vickers microhardness and density of the samples also were performed. The average results of yield stress and elastic modulus for the samples with the introduction of 20% microfiber bioglass in compression tests were 44 MPa and 1403 MPa respectively for dense samples and 8 MPa and 13 MPa for porous samples and in bending tests were 48 MPa and 8129 MPa for dense bodies and 5 MPa and 97 MPa for the porous bodies. The mathematical modeling based on the results allows the early determination of the formulation to meet the specific needs of each implant proposal. The implants tested in vivo with addition of 45S5® bioglass microfiber presented the best results in bone integration and control of local inflammation when compared with all the other groups with the scaffold presence.

Copolímeros, macromoléculas orgânicas ou inorgânicas com alta massa molar, consistem de unidades monômericas repetidas, unidas por ligações covalentes e que apresentam mais de um tipo de monômero. Neste trabalho estudamos três copolímeros constituídos por dois blocos distintos, isto é copolímeros dibloco, onde um dos blocos é constituído pelo polimetacrilato de metila, PMMA e o outro pelo polimetacrilato de N,N dimetilamino, PDMAEMA, e o homopolímero de PDMAEMA. A fórmula geral dos copolímeros dibloco estudados é PMMAm-b-PDMAEMAn onde o número de monômeros de cada bloco é representado pelos índices m e n. Os copolímeros PMMA1-b-PDMAEMA6,3 (MM, 54.200), PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558), o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555) e o homopolímero PDMAEMA (MM 41.614,9) tiveram suas massas molares e a razão entre os monômeros de cada bloco caracterizados por cromatografia de gel permeação, GPC, e NMR. Determinamos a concentração micelar crítica (CMC) dos copolímeros e verificamos, por RMN e fluorescência, o efeito da concentração e do pH na sua agregação. A interação dos copolímeros com vesículas unilamelares grandes, LUVs, preparadas com misturas de fosfatidilcolina, PC, e fosfatidilglicerol, PG, foi estudada em diferentes condições de pH e força iônica. A interação dos polímeros com as LUVs também foi estudada medindo-se o diâmetro hidrodinâmico e potencial zeta das LUVs na presença dos polímeros. Observou-se que, quando a razão polímero/lipídio é alta, os polímeros se ligam às LUVs, neutralizando completamente a carga das vesículas. Quando a concentração de LUVs é próxima à dos polímeros, forma-se uma rede que conduz à agregação e precipitação dos complexos. Estudamos o efeito dos polímeros na permeabilização de LUVs e vesículas unilamelares gigantes (GUVs) preparadas com misturas de PC:PG. Os copolímeros permeabilizaram as LUVs, dependendo da razão polímero/lipídio, do pH, força iônica e das características hidrofóbicas e hidrofílicas de cada copolímero. Quanto maior a porcentagem de PG nas LUVs maior a interação com os copolímeros. A ligação dos copolímeros às LUVs deve produzir segregação dos fosfolipídios negativos na bicamada das LUVs (i.e., separação lateral de fases) facilitando a permeabilização das vesículas. Demonstramos que os copolímeros se ligam à superfície das GUVs modificando a sua forma e levando ao rompimento das vesículas. Estes efeitos foram modulados pelo pH e a força iônica do meio. O efeito de permeabilização dos copolímeros foi correlacionado com as razões entre os blocos hidrofóbicos e hidrofílicos. Quando o copolímero tem uma maior fração de PDMAEMA, o bloco mais hidrofílico do copolímero, este efeito é mais evidente. A porcentagem de permeabilização, após um tempo definido, para copolímeros de mesma massa molar, como o PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558) e o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555), é muito maior com o copolímero com maior porção hidrofílica, o PMMA1-b-PDMAEMA3,0. O homopolímero DMAEMA também se mostrou eficiente na interação com as LUVs, porém menos que o PMMA1-b-PDMAEMA6,3.que possui maior numero de unidades DMAEMA e uma sequencia de monômeros de MMA. Demonstramos, nesta Tese, que o efeito de copolímeros sintéticos contendo regiões hidrofóbicas e hidrofílicas são bons modelos de peptídeos e proteínas permitindo avaliar quantitativamente o efeito dessas interações em modelos de membranas. / Copolymers are organic or inorganic macromolecules with high molecular weight, consisting of repeated monomer units joined by covalent bonds and exhibit more than one type of monomer. Here, we studied three copolymers consisting of two different blocks, i.e. diblock copolymers, where one block is constituted by methyl polymethacrylate, PMMA and other by polymethacrylate N, N-dimethylamino, PDMAEMA and a homopolymer PDMAEMA. The general formula of the diblock copolymers studied was PMMAm-b-PDMAEMAn where the number of monomers of each block is represented by indexes m and n. The PMMA1-b-PDMAEMA6,3 copolymers (MW, 54,200), PMMA1 PDMAEMA3,0-b (MW 27,558), the PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555) and PDMAEMA homopolymer (MW 41614.9) had their molecular weights and the ratio between the monomers of each block characterized by gel permeation chromatography, GPC, and NMR. The critical micelle concentration (CMC) of the copolymers was determined by fluorescence and the aggregation of the copolymers verified by NMR. The effect pH on the copolymers CMC was also determined. The interaction of copolymers with large unilamellar vesicles, LUV, prepared with mixtures of phosphatidylcholine, PC, and phosphatidylglycerol, PG, was studied under different conditions of pH and ionic strength. The interaction of the polymers with the LUVs was also studied measuring the hydrodynamic diameter and zeta potential of the LUVs in the presence of the polymers. It was observed that when the ratios polymer / lipid are high, the polymers bind to the LUVs, completely neutralizing the charge of the vesicles. When the concentration of LUVs is close to that of the polymers, it forms a network that leads to aggregation and precipitation of the complexes. We studied the effect of polymers in permeabilization LUVs and giant unilamellar vesicles (GUVs) prepared with PC:PG. The copolymers permeabilized the LUVs, depending on the ratio polymer / lipid, pH, ionic strength and the hydrophobic and hydrophilic characteristics of each copolymer. The higher the percentage PG LUVs lead to greater interaction with the copolymers. The binding of the copolymers to the LUVs with negative charge induced phase separation of phospholipids in the bilayer of LUVs (ie, lateral phase separation) facilitating the permeability of the vesicles. We demonstrate that copolymers bind to the surface of GUVs changing its shape and leading to rupture of vesicles. These effects are modulated by pH and ionic strength of the media. The permeabilization effect of the copolymers was correlated with the ratios of the hydrophobic and hydrophilic blocks. When the copolymer has a larger fraction of PDMAEMA, the more hydrophilic block copolymer, this effect is more evident. The percentage of permeabilization, after a set time, for the same molar mass copolymers such as b-PDMAEMA3,0 PMMA1 (MW 27,558) and PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555), is much more efficient with copolymer with greater hydrophilic portion, the b-PMMA1 PDMAEMA3,0. The DMAEMA homopolymer also proved efficient in interacting with the LUVs. We demonstrated that synthetic copolymers containing hydrophobic and hydrophilic regions are good models of peptides and proteins allowing quantitatively evaluate the effects of these interactions on model membranes

Esta dissertação avaliou a reação de amidação de poli(metacrilato de metila) (PMMA) comercial de massa molecular de 90000 g/mol (determinado por viscosimetria) com alilamina. A reação foi estudada a temperatura ambiente e sob refluxo. A reação apresentou baixos índices de conversão, 0,5 %, tanto após 24 dias, a temperatura ambiente, quanto sob refluxo por 2 horas. Experimentos executados sob refluxo por períodos maiores apresentaram diminuição no índice de conversão. Todos os experimentos foram acompanhados pela análise elementar e FT-IR e RMN-1H. O material derivatizado foi epoxidado pelo tratamento com ácido m-cloro-perbenzóico (AMCPB) seguido de tratamento com ácido periódico gerado in situ (NaIO4/HCl). Todos os produtos preparados foram submetidos à análise térmica apresentando, em sua maioria, um aumento na Tg relativa ao PMMA / This dissertation valued the reaction of amidation of the commercial poly(methyl methacrylate)(PMMA) of molecular mass of 90000 g/mol (determinated by viscosimetric method) with allylamine. The reaction was studied the room temperature and reflux. The reaction there presented low rates of conversion, 0,5 %, so much after 24 days the room temperature all that under reflux for 2 hours. Experiments executed under reflux for bigger periods presented reduction in the conversion rate. All the experiments were accompanied by the elementary analysis and FT-IR and NMR-1H. The material derivatizated was epoxidated for the treatment with m-chloro-perbenzoic acid following of treatment with periodic acid produced in situ (NaIO4/HCl). All the prepared products were subjected the thermal analysis presenting, in his majority, an increase in the relative Tg to the PMMA