Neste trabalho, foi estudada uma rota alternativa para síntese de poliuretanos sem a utilização de isocianatos (NIPU) por um processo de fabricação seguro e utilizando CO2 como insumo. A produção destes poliuretanos \"verdes\" ocorreu através da reação entre ciclocarbonatos e diaminas. A caracterização da estrutura química e a análise dos produtos da reação de formação dos poliuretanos foi possível com a utilização de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). Foram sintetizados também os ciclocarbonatos pela reação de cicloadição de CO2 ao grupo oxirano de uma resina epóxi e o co-catalisador (resinato de zinco) utilizado na obtenção dos carbonatos cíclicos. Para otimização da formação dos ciclocarbonatos desenvolveu-se um reator de síntese, o qual permitiu a análise do rendimento da reação em função dos parâmetros de síntese controlados: pressão de CO2, temperatura do meio reacional, tempo de síntese, gaseificação da resina epóxi com CO2 (por agitação mecânica ou sistema de refluxo de CO2) e fonte de aquecimento (convencional ou utilizando radiação de microondas). A estrutura química do carbonato obtido, o rendimento e os possíveis subprodutos da reação de cicloadição também foram analisados por FTIR e RMN. / Seeking to optimize the formation of ciclocarbonates, it was developed a reactor in a closed system (no atmospheric emissions of CO2) in which the parameters of synthesis could be controlled: CO2 pressure, temperature of the reaction medium, distribution and concentration of CO2 gas bubbles in epoxy resin. The development of the ciclocarbonate synthesis\'s reactor included new systems to improve the gas-liquid contact between the reactants (aerator and CO2 reflux system) and also a heating system using microwave radiation. It were synthesized in this research, the co-catalyst (zinc resinate), the ciclocarbonate under different conditions of: pressure, temperature, synthesis time, heating source, aeration and catalyst, and \"green\" polyurethanes by an alternative route instead of the use of isocyanates, which have potential in specific applications (control of properties through chemical structure of the polymer). The result of the carbonates formation reaction was analyzed by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and nuclear magnetic resonance (RMN) to obtain the carbonates\'s chemical structure\'s, yield and the reaction\'s by-products. Non-isocyanate polyurethanes (NIPU) were obtained from a manufacturing process and secure using CO2 as an input. The characterization of the chemical structure and the yield and by-product\'s analysis of the polyurethanes formation reaction also happened by FTIR and RMN.

Os PCBs, do inglês Polychlorinated Biphenyls (bifenilas policloradas), é o nome genérico dado à classe de compostos organoclorados resultante da reação do grupo bifenila com cloro anidro na presença de catalisador. São tóxicos, persistentes, bioacumulativos e representam o risco de provocar efeitos nocivos à saúde humana e ao meio ambiente. Grandes quantidades de PCBs foram produzidos em vários países entre 1927 e 1977. Nos Estados Unidos a proibição ocorreu em 1977. Utilizados como fluidos dielétricos em transformadores elétricos e capacitores em todo o mundo, comercialmente conhecidos como Ascarel, dentre outras denominações, tais como Aroclor, Pyralene, Clorophen, Inerteen, Asbestol e Kneclor. Devido à alta toxicidade, a produção e comercialização dos PCBs foram proibidas no mundo todo a partir de 1980. No Brasil, transformadores que tiveram o óleo mineral isolante, contaminado por PCBs, estando em uso ou em armazenamento, segundo os critérios da Norma ABNT NBR 13882, a destinação final do óleo isolante deverá ser feita por incineração e ou descontaminação a valores inferiores a 50mg/kg. Neste trabalho realizado no Instituto de Química de São Carlos - Universidade de São Paulo, desenvolveu-se um procedimento para a descontaminação de óleo contaminado com valor conhecido acima de 50mg/kg, por percolação em coluna contendo espuma de poliuretano derivada de óleo de mamona, produzida pelo Laboratório de Química Analítica e Tecnologia de Polímeros (GQATP), obtendo-se uma redução de 55% dos níveis de PCBs em óleo contaminado. As espumas foram funcionalizadas com tiodiglicol e polissulfeto de amônio, obtendo-se respectivamente 24% e 11% de redução dos níveis de PCBs em óleo contaminado. Observou-se que a espuma de poliuretano produzida pelo GQATP, funciona como um adsorvente eficaz na remoção de PCBs, e que a utilização de n-hexano na dessorção da espuma, permite remover praticamente todos os PCBs adsorvidos. Portanto, esses tipos de espumas podem servir como adsorventes altamente eficazes na remoção dos PCBs presentes nos óleos minerais isolantes e, portanto, contribuir significativamente para a proteção do meio ambiente. / PCBs, (polychlorinated biphenyls), is the generic name given to the class of organochlorine compounds resulting from the reaction of the biphenyl group with anhydrous chlorine in the presence of catalyst. They are toxic, persistent, bioaccumulative and pose the risk of causing harm to human health and the environment. Large quantities of PCBs were produced in several countries between 1927 and 1977. In the United States the prohibition occurred in 1977. Used as dielectric fluids in electrical transformers and capacitors in the world, commercially known as Ascarel, among other names such as Aroclor, Pyralene, Clorophen, Inerteen, and Asbestol Kneclor. Due to high toxicity, production and marketing of PCBs have been banned worldwide since 1980. In Brazil, transformers that had insulating mineral oil, contaminated with PCBs, while in use or in storage, according to the criteria of the Standard NBR 13,882, the final destination of insulating oil should be by incineration or decontamination and the values below 50mg/kg. In a previous work carried out at the Chemistry Institute of Sao Carlos - University of Sao Paulo, a procedure was developed for the decontamination of oil contaminated with known value above 50 mg / kg of percolation column containing polyurethane foam derived from castor oil produced Laboratory of Analytical Chemistry and Technology of Polymers (GQATP), resulting in a 55% reduction in the levels of PCBs in contaminated oil. Foams were functionalized with thiodiglycol and Ammonium polysulfide, yielding respectively 24% and 11% reduction in the levels of PCBs in contaminated oil. It was observed that the polyurethane foam produced by GQATP function as an effective adsorbent for removal of PCBs, and that the use of n-hexane desorption of the foam allows to remove virtually all PCBs adsorbed. So these types of foam can serve as highly efficient adsorbents for the removal of PCBs present in the insulating mineral oil, and thus contribute significantly to environmental protection.

Os equinos são animais que, quando adultos, apresentam elevado peso corpóreo e ossos bastante resistentes para sustentar esse peso. Dessa forma, para que ocorra fratura nos ossos do cavalo é necessário um trauma de elevada energia resultando em fraturas cominutivas, que podem formar falhas ósseas impedindo o contato entre os fragmentos ósseos, o que compromete a estabilidade e resistência da osteossíntese. Devido à complexidade desse tipo de fraturas e aos implantes disponíveis apresentarem baixa resistência para o uso nessa espécie e devido a seu comportamento, o tratamento de fraturas em equinos apresenta baixos índices de sucesso. Dessa maneira, o uso de um material osteocondutor com resistência mecânica para o preenchimento dessas falhas poderia elevar a resistência da osteossíntese, levando a melhores índices de sucesso na correção dessas fraturas. O presente estudo teve como objetivo a avaliação biomecânica em laboratório de dois biomateriais substitutos ósseos no preenchimento de falha óssea. Para isso foram utilizados 30 ossos terceiro metacarpiano de equinos que foram submetidos a osteossíntese com placa LCP em sua face dorsal e criada uma falha óssea transversal completa de um centímetro na diáfise média. Dez dessas peças foram submetidas a ensaios biomecânicos não destrutivos até a carga de 1000N, onde foram avaliadas a rigidez, as deformações da peça inteira, da placa e do osso individualmente em diferentes regiões. As outras 20 dessas peças foram submetidas a ensaios destrutivos, onde foram avaliadas a carga e deformação suportada no limite elástico e no ponto de ruptura. Dessa forma, pôde-se observar que houve aumento na rigidez de 699,39N/mm para 2905,38N/mm e 4274,93N/mm devido ao preenchimento da falha com poliuretana de mamona e quitosana, respectivamente. A peça inteira teve sua deformação diminuída de 1,73mm para 0,5mm e 0,35 com carga de 1000N, devido ao preenchimento da falha com poliuretana de mamona e quitosana, respectivamente. A placa teve sua deformação diminuída de 2260,64µd para 320,25µd pelo preenchimento da falha com poliuretana de mamona e para 89,88µd com o preenchimento com quitosana durante a aplicação de 1000N. O osso próximo à falha sofreu maiores deformações tanto com poliuretana de mamona quanto com quitosana, contudo não apresentou maiores deformações em região distante da falha. A peça inteira teve aumento da carga suportada em seu limite elástico de 1008N para 8804N apenas com o preenchimento da falha com quitosana. A peça inteira teve sua deformação diminuída de 1,64mm para 1,26 no limite elástico apenas devido ao preenchimento da falha poliuretana de mamona. A peça inteira teve aumento da força suportada no momento de ruptura de 1660N para 15187N e 11012N com o preenchimento da falha com poliuretana de mamona e quitosana, respectivamente. A peça inteira teve sua deformação máxima no ponto de ruptura diminuída de 5,4mm para 2,16mm apenas com o preenchimento da falha com quitosana. / Adult horses are heavy animals equipped with bones strong enough to support their body weight. High energy trauma is required to produce comminuted fractures, where bone loss may prevent proper fracture reduction and compromise osteosynthesis resistance and stability. In horses, aside from behavioural issues, low success rates associated with comminuted fracture resolution may be due to the complexity of such fractures or the low resistance of bone implants. Therefore, osteoconductive biomaterials with good mechanical resistance would potentially benefit treatment outcomes. This ex vivo study evaluated the biomechanical behaviour of two bone surrogate biomaterials in experimental third metacarpal fractures in horses. Thirty equine third metacarpal bone specimens were submitted to dorsal LCP (locking compression plate) osteosynthesis following creation of a transverse 1 cm wide middiaphiseal defect. Defects were filled either with Ricinus communis polyurethane or calcium phosphate cement-chitosan composite. Ten specimens were submitted to non-destructive biomechanical testing under 1000N maximum load; construct stiffness, construct deformation and isolated deformation of LCP and third metacarpal bone in different regions were evaluated. The remaining 20 specimens were submitted to destructive biomechanical testing; maximum load and deformation within the elastic limit, and to failure were documented. Bone defect repair with RCP or CPC-chitosan composite increased construct stiffness from 699,39N/mm to 2905.38N/mm and 4274.93N/mm and decreased construct deformation under 1000N from 1.73mm to 0,5mm and 0.35 respectively. LCP deformation under 1000N decreased from 2260.64d to 320.25µd and from 2260.64µd to 89.88d following filling of the bone defect with RCP or CPC-chitosan composite respectively. Bone deformation around the defect increased following treatment with RCP or CPC-chitosan composite. However bone deformation away from the defect remained unchanged. Maximum load within the elastic limit increased from 1008N to 8804N when the experimental defect was filled with chitosan composite. Conversely, construct deformation within the elastic limit decreased from 1.64mm to 1.26mm following treatment with RCP. Maximum load to construct failure increased from 1660N to 15187N and 11012N following bone defect repair with RCP or calcium phosphate cement-chitosan composite respectively. However, construct maximum deformation decreased from 5.4mm to 2.16mm when calcium phosphate cement-chitosan composite was used.

As fraturas em equinos são responsáveis por grande prejuízo financeiro devido às dificuldades encontradas para instituir seu tratamento nessa espécie, principalmente em animais adultos. Entre as dificuldades técnicas no tratamento de fraturas em equinos estão a alta resistência óssea, que acarreta fraturas com grande transmissão de energia, e a escassez de materiais e técnicas de osteossíntese específicos para a espécie, gerando mau prognóstico em muitos casos. Estas fraturas, quando cominutivas acarretam em falhas ósseas, criando um espaço entre os fragmentos de maior tamanho e ainda extensa lesão de tecidos adjacentes, o que dificulta e prolonga o tempo de consolidação óssea. Atualmente a terapia com células tronco vem sendo bastante estudada em ortopedia, contudo o ambiente onde essas células são depositadas determina o caminho para onde elas vão se diferenciar. Para a utilização de células tronco em ortopedia, estas devem sem implantadas junto a um suporte tridimensional, por exemplo os biopolímeros, que além de fornecer um meio para a multiplicação e diferenciação dessas células, também deve apresentar características biomecânicas semelhantes ao tecido a ser reparado, que no caso da ortopedia é o tecido ósseo. O objetivo desse estudo foi avaliar as propriedades biomecânicas de dois biopolímeros a poliuretana de mamona com carbonato de cálcio e uma formulação de quitosana com fosfato de cálcio. Foram preparadas duas formulações diferentes de cada biopolímero, em corpos de prova cilíndricos de 12 mm de comprimento e 6 mm de diâmetro, sendo: poliuretana de mamona porosa e compacta, e quitosana com secagem a 38 e 60 graus Celsius. Essas formulações foram submetidas a ensaios compressivos nos momentos 3, 24, 48 e 72 horas após o preparo e avaliadas quanto sua resistência à compressão, deformação relativa e módulo de elasticidade. A poliuretana de mamona compacta apresentou o maior valor de resistência à compressão (45,805 N/mm2) após 48 horas. A fórmula de quitosana com secagem a 38oC apresentou a menor deformação relativa (3,952 %) após 72 horas de preparo e o maior valor de módulo de elasticidade encontrado foi na poliuretana de mamona compacta após 72 horas (1354,284 N/mm2). Sendo assim a poliuretana de mamona compacta apresenta maior resistência à compressão do que o osso esponjoso de terceiro metacarpiano equino e semelhante aos substitutos ósseos comerciais mais resistentes. A fórmula de quitosana 38oC apresentou valores similares aos observados no osso esponjoso equino. Podemos concluir com esses dados que a poliuretana de mamona compacta e a fórmula de quitosana 38oC apresentam características biomecânicas desejáveis nos materiais para enxerto ósseo. / Equine fractures are responsible for great economic losses due to difficulties in establishing their treatment, mainly regarding adult animals. Among technical difficulties faced in the equine fractures treatment, there are high bone strenght, which results in high energy fractures and the lack of materials and specific osteosynthesis techniques for the specimen, resulting bad prognostic in many cases. When cominutives, these fractures result in bone gaps, creating spaces between bigger fragments and still extensive surrounding tissue damages, which difficults and extends time for bone consolidation. Nowadays, therapy with steam cells is focused in orthopedy, but environment where these cells are established determines the path they will take. For the use of steam cells in orthopedy, they must be implanted together with a tridimensional support such as biopolymers which, besides offering conditions for replication and differentiation of these cells, they must present biomechanic characteristics similar to the tissue to be healed, which is the bone. The target of this study was to evaluate biomechanic properties of two biopolymers, a castor oil polyurethane with calcium carbonate and a formulation of chitosan with calcium phosphate. Two different formulations of each biopolymer were prepared, in cilindric parts of 12mm lenght and 6mm diameter: porous and compact castor oil polyurethane, and chitosan drying at 38oC and 60oC. These formulations were submitted to compressed tests at 3, 24 and 72 hours after preparation and evaluated for compressive strenght, relative deformation and modulus of elasticity. The compact castor oil polyurethane presented greater compressive value (45,805 N/mm2) after 48 hours. Chitosan formulation drying at 38oC presented lower relative deformation (3,952%) 72 hours after prepared, and the highest value for modulus of elasticity found was compact castor oil polyurethane after 72 hours (1354,284 N/mm2). Thus, compact castor oil polyurethane presents higher compressive strenght than trabecular bone of the third equine metacarpal and similar to strenghter comercial bone grafts. The formulation chitosan 38oC presented similar values to those observed in equine trabecular bone. With these data, we can conclude that the compact castor oil polyurethane and the formulation of chitosan 38oC present desirable biomechanic characteristics in materials for bone grafts.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:17:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mallmann_EvandroStoffels_D.pdf: 6938040 bytes, checksum: 62f9a270b9176d5f25c36b7cc816fd8d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O funcionamento inadequado ou a perda de funções totais ou parciais de um órgão ou tecido, resultante de doenças ou traumas é, atualmente, um dos mais importantes e preocupantes problemas de saúde pública no mundo, atingindo um número muito significativo da população. Assim, torna-se necessário construir novos dispositivos de apoio e materiais que possibilitem uma melhor qualidade de vida aos pacientes. Este projeto de pesquisa, vinculado ao Projeto Temático intitulado "Instituto Nacional de Ciência & Tecnologia em Biofabricação: Síntese de Biomateriais, Simulação e Processos ¿ Biofabris" (Processo FAPESP n° 2008/57860-3) objetiva a produção de poliuretanos (PUs) em bancada e em unidade experimental de polimerização a partir de fontes renováveis (óleo de mamona), que apresentem características de baixa toxicidade, biocompatibilidade e/ou biodegradabilidade adequadas para serem empregados como biomateriais para aplicações médicas. Neste trabalho foram preparados PUs em diferentes proporções de isocianatos (HDB e HDT) e poliol (ácido ricinoléico). A caracterização físico-química das amostras foi realizada através das seguintes técnicas: calorimetria diferencial exploratória, análise termogravimétrica, espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura, microtomografia de raio-X e análise termodinâmico-mecânica. A partir das análises de calorimetria diferencial exploratória, foi possível determinar a natureza dos mecanismos de reação e a cinética envolvida na síntese dos PUs. Os resultados de espectroscopia na região do infravermelho indicaram os tipos de ligações presentes nos PUs e, as análise termogravimétrica mostraram as temperatura de decomposição dos materiais. Através da microscopia eletrônica de varredura verificou-se a morfologia estrutural de superfície dos PUs e, com a microtomografia de raio X pôde-se determinar a porosidade e o diâmetro médio dos poros das amostras, indicando que quanto maior a quantidade de isocianato, maior a rigidez do material. A partir das análises dinâmico-mecânicas foi possível definir as temperaturas de transição vítrea. Os PUs, na forma de scaffolds , foram submetidos a testes de citotoxicidade in vitro para avaliar a potencialidade desses biomateriais serem aplicados na área médica. A avaliação por toxicidade direta dos biomateriais produzidos foi positiva, indicando que apenas uma amostra apresentou caráter citotóxico às células pelo teste do MTT.Também foram realizadas simulações computacionais no software ANSYS CFX® onde foi possível verificar a distribuição de calor na síntese de PUs gerado pela incidência de laser de CO2 / Abstract: The malfunctioning or the loss of partial or total function of an organ or a tissue resulting from diseases or traumas is currently one of the most important and serious health problems in the world, reaching a very significant number of people. Thus, it is necessary to build new support devices and materials which contribute to enhance patient health quality. This research project, linked to the Thematic Project "National Institute of Science & Biomanufacturing Technology: Synthesis of Biomaterials, Simulation and Process - Biofabris"(FAPESP Process No. 2008/57860-3), aims the production of polyurethanes (PUs) at both benchtop scale and in an experimental polymerization unit from renewable sources (castor oil) with adequate characteristics as low toxicity, biocompatibility and/or biodegradability in order to be employed as biomaterials. In this study, PUs were synthesized with different proportions of isocyanates (HDB and HDT) and polyol (ricinoleic acid). The physical and chemical characterizations of the samples were carried out with the following techniques: differential scanning calorimetry; thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscope, X-ray microtomography and dynamic mechanical thermal analysis. With the differential scanning calorimetry analysis it was possible to determine the nature of reaction mechanisms and the kinetics involved in PUs synthesis. The results of the infrared spectroscopy showed the bond types in PUs and the thermogravimetric analysis pointed out the decomposition temperature of the materials. Through scanning electron microscopy the PUs structural morphology was verified and the X-ray microtomography determined porosity and average pore size of the samples, indicating that higher isocyanate quantities improve material rigidity. From dynamic mechanical analysis it was possible to define the glass transition temperature. The PUs, in shape of scaffolds, were submitted to in vitro cytotoxicity tests to assess the potential of these biomaterials being applied in the medical field. The direct toxicity evaluation of the produced biomaterials was positive, since only one sample presented cytotoxic behavior towards cells in the MTT assays. Computer simulations were also performed in software ANSYS CFX® where it was possible to investigate the distribution of heat in the synthesis of PUs generated by the incidence of CO2 laser / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T01:54:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gabriel_LaisPellizzer_M.pdf: 5324144 bytes, checksum: db5dda252e7fd4dca271cbc2a42ac48b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Poliuretanos (PUs) têm sido largamente usados em dispositivos biomédicos devido às propriedades físicas e mecânicas, mostrando excelente compatibilidade sanguínea, e alguns com propriedades antibacterianas. A síntese de poliuretanos a partir de recursos renováveis tem sido estudada academicamente e industrialmente e reconhecida como viável. Scaffolds para engenharia tecidual devem ter adequados tamanhos de poros e exibir uma matriz 3D apropriada para adesão celular, proliferação e infiltração na estrutura porosa, para formar uma estrutura biodegradável, biocompatível e rígida ou flexível para ser implantada no paciente. O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo de poliuretanos baseados em açaí, Euterpe oleracea Mart., uma semente natural da região Amazônica Brasileira, e um biureto alifático poliisocianato (HDB), em um reator sob diferentes condições de temperatura e pressão, e para aumentar a bioatividade do scaffold foram incorporadas nanopartículas de hidroxiapatita (HA), com o intuito de obter suporte celular para engenharia tecidual. No presente trabalho, espumas porosas de poliuretano foram sintetizadas e investigadas usando diferentes técnicas: Estereomicroscopia, Microscopia Eletrônica de Varrredura (MEV), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Análise Termogravimétrica (TGA), Microtomografia de Raios X, Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Teste de Compressão. Os resultados mostraram que o material é apropriado para uso como dispositivos biomédicos porque ele contém alta porosidade, poros abertos, interconectados e bem distribuídos pelo scaffold, com uma porosidade média de 66%, ideal para crescimento celular. Os estudos por FT-IR mostraram que o isocianato foi completamente consumido na reação. Os estudos por TGA/DTG indicaram que a degradação do material inicia em 233 oC. Os testes de compressão indicaram que o polímero está dentro da faixa de resistência aplicada a biomateriais. Esses resultados contribuem com o desenvolvimento de PU baseados em açaí para aplicações na medicina e engenharia / Abstract: Polyurethanes (PU) have been used in biomedical devices due to physical and mechanical properties, showing excellent blood compatibility, and some antibacterial properties. The synthesis of polyurethane from renewable resources has been studied academically and industrially, and recognized as viable. Scaffolds for tissue engineering must have adequate porous size and should exhibit an appropriate three-dimensional matrix for cell adhesion, proliferation and infiltration into the porous structure, to form a biodegradable, biocompatible and rigid or flexible structure to be implanted into the patient. The aim of this work is to present a study of polyurethanes based on acai, Euterpe oleracea Mart., a natural seed from the Amazon Region of Brazil, and aliphatic polyisocyanate biuret (HDB), in a batch reactor under different conditions of temperature and pressure, and to improve the bioactivity of the scaffold were incorporated nanoparticles of hydroxyapatite (HA), in order to obtain cellular support for tissue engineering. In the present work porous polyurethane foams were synthesized and investigated using different techniques: Stereomicroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Microcomputed Tomography (microCT), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Compression Tests. The results showed that the material is appropriate for use as biomedical devices because it contains high porosity, open, interconnected and well-distributed pores structures throughout the scaffold, with an average porosity of 66%, ideal for the cell growth. The studies by FT-IR showed that the isocyanate was completely consumed in the reaction. The TGA/DTG study indicated that the material degradation starts at 233 oC. The compression tests indicated that the polymer is in the range of values pre-established attributed to biomaterials. These results contribute to the development of PU based on acai for applications in medicine and engineering / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Carmen Gilda Barroso Tavares Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:23:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_SabinadaMemoriaCardosode_D.pdf: 7127568 bytes, checksum: 0ebd83d085ffff7fe81cf8749ab309fb (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A coesão de um grupo de profissionais de diversas áreas onde haverá troca de informações para a concretização de um biomaterial é fator decisivo para reunir todos os requisitos necessários de caracterizações físicas, químicas e biológicas e assim garantir biocompatibilidade e biofuncionalidade, associadas à interação entre o tecido vivo e o biomaterial. Scaffold biodegradável que combina a bioatividade de hidroxiapatita (HA) e a degradabilidade ajustável de matriz de poliuretano (PU) obtido a partir do PVAl foi desenvolvido nesta pesquisa e submetido à caracterizações morfológicas, mecânicas e biológicas. Este novo tipo de scaffold não é tóxico, apresenta interconexão de poros e microporos nas paredes dos poros, boa resistência mecânica e boa ativação de crescimento celular, propriedades que satisfazem as exigências do uso clínico. As análises através de microscopia eletrônica de varredura mostram além da conexão de poros as nanopartículas de hidroxiapatita distribuídas de maneira uniforme na matriz do bionanocompósito. Os valores médios de resistêcia à compressão da matriz e do bionanocompósito foram próximos de 60 MPa tanto para PVAl-PU como para PVAl-PU/HA com 25% de HA, e 105 MPa PVAl-PU/HA com 33% de HA. Após 24 horas de implante o biomaterial PVAl-PU/HA já apresentou em observação por MEV, detalhe de células aderidas, sugestivas provavelmente de células de fibroblasto, espraiamento com formação de uma camada celular compacta e homogênea e após 14 dias do implante foi observada a interação do biomaterial com as camadas do tecido subcutâneo e a invasão do crescimento celular pelos poros interconectados do scaffold. Portanto o scaffold desenvolvido neste trabalho é indicado com expectativas promissoras para implantes ósseos / Abstract: The cohesion of a group of professionals from many areas, exchanging information to concretize a bio material, is a crucial factor to gather all of the requirements of physical, chemical, and biological characterization and therefore ensure biocompatibility and bio functionality, associated to the interaction of the living tissue and the biomaterial. In this research it was developed and subjected to morphological, mechanical and biological characterization, a biodegradable scaffold that combines the bioactivity of hydroxyapatite (HA) and the adjustable degradability of polyurethane matrix (PU) obtained from the PVA1. This new kind of Scaffold is non toxic, has interconnected pores and micropores at the pore's wall, great mechanical resistance and great cellular growing activation. These properties meet the clinical use requirements. The scanning electronic microscopy analysis shows, beside the pore connection, the hydroxyapatite microparticles arranged evenly in the bionanocomposite. The medium values of compression resistance of the matrix and of the bionanocomposite were close to 60 MPa for PVA1-PU well as PVA1-PU/HA with 25% of HA, and 105 MPa PVA1-PUH/HA with 33% of HA. After 24 hours of insertion, the biomaterial PVA1-PU/HA presented as seen in MEV observation, adherent cells, probably coming from fibroblast cells, spreading with a cellular compact and homogeneous layer and, after 14 days of the insertion, it was observed the biomaterial interaction with the layers of the subcutaneous tissue and the invasion of the cellular growing through the scaffold's interconnected pores. Therefore, the osseous scaffold is indicated with promissing expectations to implants / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: Lucia Helena Innocentini Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:31:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Talamoni_JoaoRoberto_M.pdf: 3179199 bytes, checksum: 8fe9d391161838e5f0a3bd3360ef2652 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Anualmente, são produzidas cerca de 110 milhões de toneladas de plásticos no mundo, e pelo menos a metade desta quantidade é rapidamente descartada sem qualquer cuidado, permanecendo em aterros e na natureza por décadas, gerando um custo ambiental muito alto. Na tentativa de minimizar este problema, muitos cientistas passaram a investir em pesquisas na tentativa de descobrir materiais que substituam estes plásticos e que ao mesmo tempo sejam ambientalmente amigáveis, ou seja, quando em contato com o solo e em ambientes propícios, estes novos materiais se degradem rapidamente. Muitas linhas de pesquisas trabalham com polímeros de origem natural, outras com síntese microbiológica, porém, uma das linhas de pesquisas mais forte neste sentido é a síntese e modificação de poliésteres alifáticos, que sabidamente possuem boas propriedades de biodegradação. Assim, o objetivo deste trabalho foi sintetizar, caracterizar e modificar um poliéster alifático com boas propriedades de biodegradação. Partiu-se de monômeros conhecidos, como o ácido adípico e o monoetileno glicol, e ainda usou-se outros materiais para tentar melhorar as propriedades dos polímeros sintetizados, como o glicerol e o diisocianato de hexametileno, este último usado para se obter poliésteres-uretanos de massa molar maior, menor cristalinidade e de mais fácil biodegradação. Todas as amostras obtidas foram caracterizadas via medições de suas massas molares por Cromatografia por Permeação em Gel e Viscosidade Intrínseca, e ainda mediuse a efetividade das reações através da Espectroscopia por Infravermelho. Também determinou-se as temperaturas de cristalização e de fusão através da Calorimetria Diferencial Exploratória e a perda de massa através de Análise Termogravimétrica. Ainda, acompanhou-se o processo de biodegradação através de fotos e microscopia ótica. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que a síntese de poliésteres alifáticos requer muitos cuidados para que se obtenha materiais com boas propriedades de aplicação, e que as modificações via isocianato, obtendo-se poliésteres-uretanos, é um caminho bastante interessante para a melhoria destas propriedades, e ainda, pode-se concluir que a síntese destes materiais é bastante promissora para se obter materiais / Abstract: Annually, about 110 millions of tons of plastics are produced around the world, and at least haIf of this amount is wasted speciaIly in landfills, remaining there for decades, causing high1y environmental costs. In order to solve this problem, many scientists are performing researches trying to create new materiaIs with adequate properties to replace these plastics and at the same time, materiaIs that are environmentally mends, and can be degraded when in contact with soil and under adequate conditions. Many researchers are working with natural polymers, others with polymers synthesized through microbiologicaI conditions, and others are working with the synthesis and modification of aIiphatic polyesters, which are known since decades that they are good biodegradable materiaIs. The objective of this work is the synthesis, characterization and modification of aIiphatic polyesters with good biodegradable properties. It was used known monomers for the synthesis, like adipic acid and ethylene glycol, and others materiaIs to improve properties, like glycerol and hexamethylene diisocyanate, this last one was used to obtain a polyester-urethane, with high molecular weight and lower degree of crystallization, improving its ability to degrade. All samples synthesized were characterized by Gel Permeation Chromatography and Intrinsic Viscosity to measure their molecular weight, and the effectiveness of the reactions were followed by Fourier-Transform Infrared Spectroscopy. Melting and Glass Transition temperatures and Crystallization behavior were measured through Differential Scanning Calorimetry. Using Thermogravimetry measurements, the loss of mass of all samples with temperature was measured. The biodegradation process was followed by periodical photos and with Optical Microscopy. The final results showed that the synthesis of aliphatic polyesters need to be carefully carried out to achieve materials with good properties, and the extension of these aliphatic polyesters with isocyanates is a viable way to increase properties of these materials, but it is possible to conc1ude that the synthesis of such materials is a very promising field to have biodegradable materials / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

A l'heure actuelle, de nombreuses entreprises commercialisent des matériaux polyuréthanes pour diverses applications. Le polyuréthane se place au sixième rang des polymères les plus produits au monde. Néanmoins, ces matériaux sont préparés à partir de monomères dangereux : les isocyanates. Ces derniers sont toxiques ou même parfois CMR (Cancérigène, Mutagène, Reprotoxique) et représentent un danger pour l'environnement, le formulateur et l'utilisateur. Pour protéger leurs employés et consommateurs et dans le cadre de la législation REACH, Bostik et Arkema, les deux entreprises du consortium CYRRENAS financé par l’Agence Nationale de la Recherche, visent à substituer les isocyanates dans les polyuréthanes et ainsi former des matériaux Non-Isocyanate PolyUrethane (NIPU). Parmi les différentes voies d’accès aux NIPUs, la voie novatrice carbonate cyclique/amine a été envisagée afin de synthétiser des matériaux polyhydroxyuréthanes (PHU). Une étude approfondie par des analyses spectrométriques (RMN) et thermiques (DSC) sur des réactions modèles entre des mono-carbonates cycliques et des mono-amines ont permis de mettre en évidence les paramètres influençant la réactivité ainsi que les limitations de cette technologie. Ce manuscrit s’intéresse également à l’élaboration de matériaux PHU, à leurs propriétés mécaniques, thermomécaniques et d'adhésion sur différents supports. Le polyuréthane est également très largement employé sous forme de mousses flexibles et rigides qui représentent 2/3 du marché mondial des matériaux polyuréthane. Dans cette optique, les premières mousses PHUs ont été élaborées et caractérisées. Enfin, dans le but de pallier la limitation de la synthèse des PHUs, une nouvelle approche de formulation de matériaux a été mise au point à partir de pré-polymères amino-téléchéliques contenant des groupements hydroxyuréthanes et des extendeurs de chaîne bio-sourcés. Les matériaux résultant de cette formulation sont appelés H-NIPUs. / Polyurethane ranks as the sixth most produced polymer in the world. Nevertheless, these materials are obtained from harmful monomers: isocyanates. Isocyanates are toxic and sometimes CMR (Carcinogenic, Mutagenic, Reprotoxic) and represent a danger for the environment, the formulator and the final user. To protect their employees and consumers and in the context of the REACH regulation , Bostik and Arkema, the two companies of the consortium CYRRENAS funded by the Agence Nationale de la Recherche, target the substitution of isocyanates in polyurethanes and thus the production of Non-Isocyanates Polyurethane (NIPU) materials. Among the different access routes to NIPUs, the innovative cyclic carbonate/amine way was considered in order to synthesize polyhydroxyurethane (PHU) materials. A detailed study by spectrometric (NMR) and thermic (DSC) analyses on model reactions between mono-cyclic carbonates and mono-amines allowed to bring to light the parameters influencing the reactivity as well as the limitations of this technology. This manuscript also focuses on the elaboration of flexible and rigid PHU materials, on their thermal, mechanical, thermomechanical and adhesive properties on different substrates. The polyurethane is also very largely employed in flexible and rigid foams which represent 2/3 of the worldwide market. In this context, the first PHU foams were synthesized and thermally and mechanically characterized. Finally, with the objective to circumvent the limitations of the PHU synthesis, a new approach for the formulation of polyurethanes without isocyanates was developed from aminotelechelic prepolymers containing hydroxyurethane moieties and biobased epoxidized compounds used as chain extenders. The materials resulting from this formulation are called H-NIPUs.

Industriellement, les problématiques d‘adhésion polymère/métal se rencontrent dans de nombreux secteurs tels que l'industrie automobile, ou les applications aéronautiques et électroniques. Les polyuréthanes (PU) sont fréquemment utilisés comme adhésifs structuraux, et sont obtenus à partir de polyols provenant de la pétrochimie (polyester et polyéther polyols). Cependant, ces produits ont des inconvénients notables sur le plan écologique car ils sont produits à partir de ressources non renouvelables, ils peuvent également générer une pollution de l'environnement, et leurs matières premières de départ sont d‘une part de plus en plus coûteuses et d‘autres part amenées à se raréfier dans les années à venir. Le caoutchouc naturel (NR) est une alternative intéressante aux polyols de synthèse car il est issu d‘une ressource végétale (hévéa), renouvelable et abondante, et également car il présente des propriétés mécaniques intéressantes. De plus, il peut être facilement modifié chimiquement, afin notamment d‘apporter des groupements hydroxyle capables de réagir ensuite avec des fonctions isocyanate pour former un polyuréthane. Dans ce travail, le polyisoprène hydroxytéléchélique (HTPI) ayant une fonctionnalité en hydroxyle de 2 a été synthétisé avec succès par époxydation contrôlée suivie de coupure oxydante de polyisoprène de hautes masses, puis réduction sélective des oligoisoprènes carbonyltéléchéliques obtenus. Ces HTPI de différentes masses molaires (1000-8000 g mol-1) ont été obtenus de façon reproductible. Des modifications chimiques ont été effectuées par époxydation à différents taux (10-60% EHTPI). Les différentes microstructures de ces oligomères ont été mises en évidence par FT-IR, RMN and SEC. Leurs propriétés thermiques ont été déterminées par ATG et DSC. Les propriétés de surface (énergie de surface, microscopie optique) et les propriétés d‘adhésion (test de clivage) de différents matériaux ont été caractérisées. Les échantillons à base de HTPI pur (sans époxyde) présentent un niveau d‘adhésion élevé. Des taux d‘époxydation proches de 30-40% permettent d‘obtenir des performances adhésives intéressantes. D‘autre part, l‘effet de la masse molaire est faible(cependant, une masse molaire plus élevée entraîne globalement une meilleure adhérence). Le niveau d‘adhérence observé est similaire à ceux mesurés pour des adhésifs structuraux utilisés dans l‘industrie automobile ou aéronautique. Le test de clivage est un test d‘adhérence sévère pour un joint adhésif, et les faibles propagations de fissures observées pour certaines formulations permettent d‘escompter des développements industriels prometteurs pour ces nouveaux polymères. / Industrially, metal/polymer adhesion is involved in a wide range of industries such as automotive industry, or aeronautic and electronic applications. Polyurethanes (PU) are frequently used as structural adhesives, and are based from polyols obtained from petrochemical products (polyester and polyether polyols). However, these products have some disadvantages as they are non-renewable resources, they may cause environmental pollution, and they tend to be exhausted in the near future. Natural rubber (NR) is an interesting choice to use as a starting material in PU synthesis, due to the fact that they are renewable source, abundant polymer and they have interesting mechanical properties and can be chemically modified. In this work, hydroxytelechelic polyisoprene (HTPI) having a hydroxyl functionality of 2 was successfully performed via controlled epoxidation and cleavage of high molecular weight polyisoprene, following by a selective reduction reaction of the obtained carbonyltelechelicoligoisoprenes. These HTPI with different molecular weights (1000-8000 g mol-1) were reproducible obtained. Chemical modifications on HTPI were performed by various percentage of epoxidation (10-60%, EHTPI). The different microstructures of these oligomers were evidenced by the characterization techniques FT-IR, NMR, SEC. Their thermal properties were also investigated by TGA and DSC.Surface properties (surface energy, optical microscopy) and adhesion properties (wedge test) of different materials have been characterized. To resume adherence results, pure HTPI samples (without any epoxy group) present a very high adhesion level. Epoxidation degrees close to 30-40% allow to obtain interesting adhesive performance. Elsewhere, the effect of molecular weight is slight (nevertheless, a higher Mn of HTPI induces globally a better adherence). The adherence level is similar to whose measured for structural adhesive used in car or aeronautic industry. The wedge test is a severe adherence test, and the low crack propagation observed for some formulations underlines promising industrial developments for this new polymers.