Tese de Doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Orientador: Eliana Aparecida de Rezende Duek / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cherutti_Giselle_M.pdf: 10018129 bytes, checksum: f1dee789d5fd5395442f06833f2c1fa7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Um dos desafios da Engenharia Tecidual é o de promover um melhor funcionamento de órgãos e tecidos danificados por doenças ou traumas. Com o objetivo de desenvolver um dispositivo bifásico para futura regeneração dérmica e aplicação na Engenharia Tecidual e Medicina Regenerativa, cultivou-se células fibroblásticas da linhagem VERO sobre uma matriz dérmica suína acelular associada a um polímero biorreabsorvível, poli (L-ácido láctico) (PLLA), com adição de um plastificante, o trietil citrato de sódio (TCS). Para a realização da pesquisa, membranas PLLA-TCS e PLLA puro foram preparadas e caracterizadas através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Ensaio Dinâmico Mecânico pelo Módulo de Tração, Espectroscopia na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Ressonância Magnética Nuclear (RMN 13C e 1H), Ângulo de Contato e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Os resultados mostraram que as membranas de PLLA- TCS, tornaram-se porosas e mais hidrofílicas em relação as membranas de PLLA puro, o que aumentou sua interação com as células fibroblásticas. Após a associação das membranas de PLLA-TCS à derme suína, as amostras foram analisadas por meio de Técnicas Histológicas e Microscopia Confocal para avaliar a presença de fibras colágenas e sua organização no arcabouço. Em seguida realizou-se cultura de células fibroblásticas sobre o dispositivo bifásico após 24 horas e 2 dias de cultivo para ensaios de Viabilidade Celular, e posteriormente Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados obtidos pelos ensaios mecânicos e biológicos comprovaram que o material apresentou interação suporte-célula, principalmente devido a sua porosidade e afinidade celular apresentada pela composição estrutural da matriz dérmica, sendo atóxico às células VERO. O material atuou como substrato celular, sendo que a proliferação das células VERO foi maior em comparação com a placa de cultivo (controle), havendo infiltração celular. Concluí-se assim, que o dispositivo estudado apresenta potencial para ser utilizado como um substituto dérmico para implantes em áreas de queimaduras extensas, por ser altamente poroso, promovendo assim, maior migração, adesão e crescimento celular ao mesmo tempo em que o dispositivo é degradado pelo organismo. A capacidade de deformação apresentada pelo futuro substituto dérmico também auxilia em sua implantação, por facilitar o procedimento cirúrgico, que muitas vezes necessita distender um pouco o material para o total recobrimento da lesão; ou as movimentações naturais da pele após o implante. Além disso, o dispositivo minimiza as chances de contração do enxerto, por ser constituído por um componente dérmico / Abstract: One of the challenges of the Tissue Engineering is to promote a better functioning of organs and tissues damaged by diseases or traumas. With target for developing a biphasic device for future regeneration and dermal application in Tissue Engineering and Regenerative Medicine, fibroblasts from VERO cell line were cultivated on a porcine acellular dermal matrix associated to a bioresorbable polymer (PLLA) with the addition of a plasticizer (TCS). For this present study, PLLA-TCS membranes and pure PLLA were prepared and analyzed by means of characterization tests such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Dynamical Mechanical Analysis (DMA), Spectroscopy of the Fourier Transform Infrared, Nuclear Magnetic Ressonance (NMR 13C e 1H), Contact Angle and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The results showed that the PLLA-TCS, became porous and more hydrophilic compared to pure PLLA, which increased its interaction with the fibroblast cells. After the association of the PLLA-TCS to the porcine dermal matrix, the samples were analyzed by Histological Techniques and Confocal Microscopy to evaluate the presence of collagen fibers and their organization within scaffold. Afterwards, a culture of fibroblasts cell on the biphasic device was performed after 2 days and 24 hours of cultivation the Cellular Viability test was done and posteriorly Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of the biphasic device in relation to mechanical and biological tests showed the cell-support interaction, through the analysis of viability, cell morphology and structural organization of collagen fibers and polymer structure, are nontoxic to VERO cells. The material behaves as a cell substrate where proliferation of VERO cells and their infiltration was higher compared to the cell culture plate. It can therefore be concluded that the studied device has the potential to be used as a substitute for dermal implants in areas of extensive burns, for being highly porous, thus promoting increased migration, adhesion and cell growth while the device is degraded by the body. The device deformation capacity also helps in the substitute implantation for facilitating the surgical procedure which often need to stretch the material for coverage of the injury completely or natural movements of the skin after implantation. Furthermore, the device minimizes the chances of skin graft contraction as the gadget consists of a dermal component / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

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Orientadores: Maria do Carmo Alberto-Rincon, Paulo Pinto Joazeiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T13:27:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_DeboraReginaMachado_D.pdf: 11484449 bytes, checksum: bfe84eec483f10c38fb1eb8fdfd9da3d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A utilização de biomateriais para a reparação de tecidos tem exigido o entendimento de seu comportamento in vivo. Com o intuito de avaliar a interação célula-polímero in vivo e in vitro, membranas de PLLA contendo 7% de plastificante tri-etil-citrato foram obtidas para análise pelo método de evaporação de solvente. Discos desse material foram implantados no tecido subcutâneo dorsal de ratos e retirados após um período de 2 a 180 dias de implante, processados para embebição em: a) parafina, para detecção de fibras reticulares; imunocitoquímica, utilizando-se anticorpos anti-vimentina, a-actina de músculo liso e anti-colágeno III; e análise morfométrica da incidência temporal de células gigantes; e b) resina k4M, para detecção ultraestrutural de filamentos de vimentina. Quanto à análise in vitro, fibrocondrócitos de menisco de coelhos foram extraídos e cultivados em membranas de PLLA e em lamínulas para avaliar a viabilidade da aplicação dessas membranas como substrato para crescimento celular. A análise in vitro foi realizada após 3, 8, 12, 15 e 18 dias de cultivo através de microscopia de luz e eletrônica de varredura. Os resultados da análise in vivo mostraram a deposição de fibras reticulares no interior da membrana, presença de grande número de fibroblastos e células endoteliais marcadas com anti-vimentina, além de células gigantes com expressão diferencial de vimentina e miofibroblastos na cápsula. Os resultados estatísticos da análise morfométrica da incidência temporal dessas células mostrou aumento gradual do número de células gigantes, bem como de núcleos ao longo do tempo, atingindo um platô nos períodos mais tardios após a implantação. A análise in vitro mostrou que os fibrocondrócitos aderem, diferenciam-se principalmente em células condrocíticas, e produzem grande quantidade de elementos fibrilares da matriz extracelular para formar um tecido fibroso altamente organizado que ocupa principalmente as bordas laterais e lisas da membrana. Na cultura de fibrocondrócitos em lamínulas, notou-se que as células adquirem uma morfologia predominantemente do tipo fibroblástica, com deposição de elementos fibrilares. Membranas de PLLA mostraram sustentar por um período maior a viabilidade de fibrocondrócitos in vitro, estimulando a formação de um tecido fibroso organizado, quando comparado a sistemas de cultivo em lamínulas / Abstract: The use of biomaterials for tissue repair has been demanding the understanding of his in vivo behavior. To evaluate the in vivo and in vitro polymer-cell interaction, PLLA membranes containing 7% of plasticizer were obtained by casting. Discs of this material were introduced in the subcutaneous dorsal tissue of mice and withdrawn after a period from 2 to 180 days of implant, processed by embedding in: a) paraffin, for detection of reticular fibers; immunocytochemistry, by using antibodies against vimentin, smooth muscle¿s a-actin, and type III collagen; and morphometric analysis of the temporary incidence of giant cells; and b) resin k4M for ultrastructural detection of vimentin filaments. For the in vitro analysis, fibrochondrocytes of rabbit¿s meniscus were extracted, and cultivated in membranes of PLLA and in glass coverslips to value the viability of the application of these membranes as substrate to cellular growth. The in vitro analysis was carried out after 3, 8, 12, 15 and 18 days of cultivation through light and electron microscopy. The results of the in vivo analysis showed the deposition of reticular fibers inside the membrane, presence of great number of fibroblasts and endothelial cells marked with anti-vimentin, besides giant cells with differential expression of vimentin, and myofibroblasts in the capsule. The statistical results of the morphometric analysis of the temporary incidence of these cells showed gradual increase of the giant cells number, as well as of nucleus number in these cells along the time, reaching a plateau in the late periods after the implantation. The in vitro analysis showed that the fibrochondrocytes adhere to the membrane, and that they differentiates mainly in chondrocytic cells, and produce large amount of extracellular matrix fibers to form a highly organized fibrous tissue that occupies principally the side and smooth edges of the membrane. In the fibrochondrocytes culture in glass coverslips, it was noticed that the cells acquire a predominantly fibroblastic-like morphology, with deposition of matrix fibers. Membranes of PLLA sustained the in vitro fibrochondrocytes viability for a bigger period of time, stimulating the formation of a fibrous organized tissue when compared to glass coverslips cultivation systems / Doutorado / Histologia / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Orientador: Eliana Aparecida de Rezende Duek / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T14:13:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bernatavicius_SergioTadeu_D.pdf: 9695068 bytes, checksum: b175be32480fc6743e11297c6d6f38fa (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Um dos pontos que deve ser considerado de difícil solução no Brasil é a perda dentinária. Vários materiais tem sido estudados para minimizar o problema, mas nenhum atende às necessidades de tal aplicação. Nesse sentido, o objetivo do presente avaliar a biocompatibilidade do Poli (L-ácido láctico), PLLA, contendo BMP-2 no tratamento de grandes perdas de dentina onqe pode ou não ocorrer a exposição da polpa dental, casos onde a exposição leva ao tratamento endodontico ou exodontia. Para tanto, foram realizados estudos in vivo em coelhos e humanos, ambos aprovados pelo Comitê de Ética ém Pesquisa da Universidade Estadual de Campinas parecer número 04512006. Os estudos em coelhos foram realizados utilizando-se 'çle um modelo experimental onde foi implantado as microesferas contendo BMP-2 nos incisivos centrais e após 7,20, 40, e 60 dias os dentes foram cortados e submetidos à análise histológica. Após 7 dias de implante, verificou-se regiões centrais de hipocalcificações em relação ao implante e formação de pontos de dentina. Não foi localizado processo inflamatório em função da utilização dos implantes. Após 20 dias verificou-se que a calcificação começa por áreas globulosas que crescem e se fundem, porém o processo muitas vezes é imperfeito, resultando áreas de matriz orgânica não calcificada; são as áreas interglobulares. Após 40 dias, verificou-se a formação de tecido de normalidade o que demonstra a eficácia das microesferas com BMP-2 como material reparador. A análise in vivo em humanos se fez necessária para avaliar a resposta frente à aplicação do material, seu efeito antiinflamatório e analgésico em casos de exposição pulpar e grande perda dentinária, além da avaliação do retomo da função ao elemento dental, ou seja, controle da dor e possibilidade de mastigação normal. Observou-se após 60 dias que todos os pacientes implantados não apresentaram dor a nenhum dos testes realizados e mantinham a vitalidade pulpar, as microesferas com BMP-2 aqui também se mostraram eficazes no controle antiinflamatório e infeccioso. O estudo in vivo indicou que as microesferas de PLLA contendo BMP-2 apresentam grande potencial para serem utilizadas para aplicação em questão, já que o material favorece a formação de uma neodentina e controla os processos inflamatório e infeccioso / Abstract: One of the points that it should be considered of difficult solution in Brazil, is the loss dentine. Several materiaIs have been studied to minimize the problem, but none assists to the needs of such application. In that sense, the objective of the present to evaluate the biocompatibility of the Poly (L-lactide acid), PLLA, contends BMP-2 in the treatment of great de~tin losses where cannot or not to happen the exhibition of the dental pulp, cases where the exhibition takes to the treatment endodontic or exodontia. For so much, studies in was accomplished In vivo in rabbits and hurnans, both approved by the Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Estadual de Campinas to seem number 045/2006. The studies in rabbits were accomplished being used of an experimental model where it was implanted the microesferas contends BMP-2 in the incisive central and after 7, 20, 40, and 60 days the teeth were cut and submitted to the analysis histological. After 7 days of it implants, it was verified central areas of hipocalcification in relation to the it implants and forrnation of dentin points. Inflammatory process was not located in function of the use of the implants. After 40 days the one was verified that the calcification begins for areas interglobules that grow and they are founded, even so the process a lot of times it is imperfect, not resulting areas of organic matrix not calcified; they are the areas interglobules. After 40 days, the forrnation of norrnality tissue was verified that demonstrates the effectiveness of the microspheres with BMP-2 as reparative material. The analysis in vivo in humans if made necessary to evaluate the answer front to the application of the material, its effect antiinflammatory and analgesic in cases of exhibition pulp and great loss dentine, besides the evaluation of the retum of the function to the dental element, that is to say, control of the pain and possibility of normal mastication. It was observed after 60 days that all the implanted patients didn't present pain to none of the accomplished tests and they maintained the vitality pulpar, the microspheres with BMP-2 here was shown also effective in the control antiinflammatory and infectious. The study in vivo it indicated that the microspheres of PLLA contends BMP-2 they present great potential for they be used for application in subject, since the material favors the formation of a neodentine and it controls the inflammatory and infectious processes / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_MilenaSavioli_D.pdf: 3945173 bytes, checksum: acae59a0572d443eb01b61664f7b95cd (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Atualmente, o conceito de sustentabilidade vem ganhando cada vez mais espaço e com ele os desafios de melhorar os processos industriais. O uso dos microrreatores surge como uma opção atraente e com potencial para atender às diversas e crescentes exigências ambientais e econômicas. Por outro lado, o mau funcionamento ou a perda de funções totais ou parciais de um órgão ou tecido resultante de doenças ou traumas, é um dos mais importantes e preocupantes problemas de saúde pública, atingindo um número significativo de pessoas em todo o mundo. Dessa forma, o principal objetivo dessa tese foi o desenvolvimento, fabricação e avaliação de microrreator capaz de realizar a síntese de polimerização do poli (L-ácido láctico) (PLLA) utilizado como implantes biomédicos. Para o cumprimento desse objetivo, foi necessário avaliar separadamente as condições de síntese e as rotas de obtenção do PLLA. O rota escolhida de polimerização para ser desenvolvida em microrreator foi a policondensação direta. Os produtos foram gerados e caracterizados por diferentes técnicas de análise. Os resultados mostraram semelhança entre os dois produtos e sua avaliação citotóxica permitiu confirmar sua aplicação com biomaterial. Pode-se concluir que o microrreator proposto apresentou-se com grande potencial na realização da polimerização do PLLA por policondensação direta do ácido láctico / Abstract: Currently, the concept of sustainability has been gaining more space and with it the challenges of improving industrial processes. The use of microreactors emerges as an attractive and potential option to meet the diverse and growing environmental and economic requirements. Furthermore, the malfunction or loss of total or partial functions of an organ or tissue resulting from disease or trauma is a major concern and public health problems, achieving a significant number of people worldwide. Thus, the main objective of this thesis was the development, manufacture and evaluation of microreactor capable of performing the synthesis of polymerization of poly (L-lactic acid) (PLLA) used as biomedical implants. To fulfill this objective, it was necessary to separately evaluate the conditions of synthesis and routes of obtaining the PLLA. The route chosen for polymerization with microreactor to be developed was in direct polycondensation. The products were generated and characterized by different analysis techniques. The results showed similarity between the two products and their cytotoxic evaluation confirmed their application with biomaterial. It can be concluded that the idea of microreactor proposed has been presented with great potential in fulfilment of the polymerization of the PLLA by direct polycondensation of lactic acid / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Marcos Akira d'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:23:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezPerea_GeraldineNancy_M.pdf: 1196408 bytes, checksum: 1a7f7c5e1320ddfd713867dbc7a1d5b6 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho consiste na obtenção pelo método de eletrofiação, de microfibras poliméricas e microfibras reforçadas com nanopartículas de hidroxiapatita. Este método foi utilizado, pois propicia a produção de membranas microporosas que possuem um grande potencial de aplicação na área de engenharia tecidual, especificamente em aplicações para regeneração óssea. Este trabalho teve como objetivo principal produzir fibras poliméricas com a intenção de comparar suas características com o nanocompósito de fibras poliméricas e nanopartículas de hidroxiapatita como reforço. Trabalhou-se com o poli(L-ácido lático) (PLLA) e nanopartículas de hidroxiapatita (HA) produzidas pelo processo sol-gel. As fibras e os nanocompósitos foram caracterizados pelos seguintes métodos: microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). As fibras obtidas apresentaram diâmetros na faixa de 1 a 10 micrômetros. O objetivo de produzir membranas a partir de soluções de PLLA e nanocompósito PLLA/HA por eletrofiação foi atingido / Abstract: This work consists in obtaining polymeric microfibers and microfibers reinforced with nanoparticles of hydroxyapatite by the method of electrospinning. This method was used because it allows the production of microporous membranes that have great potential like application in tissue engineering, specifically in applications for bone regeneration. This work aimed to produce polymer fibers with the intention to compare their characteristics with the nanocomposite fibers with hydroxyapatite nanoparticles as reinforcement. The polymer used was poly (L-lactic acid) (PLLA) and nanoparticles of hydroxyapatite (HA) produced by the sol-gel process. The fibers and nanocomposites were characterized by the following methods: scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), spectroscopy in the region of Fourier transform infrared (FTIR). The fibers obtained presented diameters in the range 1 to 10 micrometers. The goal of producing membranes from solutions of PLLA and nanocomposite PLLA / HA by electrospinning was reached / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_JulianadeFaria_M.pdf: 1753771 bytes, checksum: 3b8feb2d517bd09db69f780a2292e100 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os avanços na medicina moderna, odontologia e engenharia aliados ao aumento da expectativa de vida, permitiram o desenvolvimento de técnicas de biomanufatura e biomateriais que geram uma melhor qualidade de vida. Essas técnicas devem permitir a imitação de estruturas vivas, tanto em forma como em função, tornando possível substituir tecidos defeituosos ou faltantes. Nesse contexto, o estudo e aplicação de poliésteres bioreabsorvíveis como suporte de crescimento celular (ou scaffolds) na engenharia tecidual tem se mostrado uma área muito promissora de pesquisa. Dentre os poliésteres bioreabsorvíveis comumente utilizados, o poli(ácido láctico) (PLA) ocupa posição de destaque devido a sua excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. O PLA é um termoplástico de alta resistência e é degradado no corpo por simples hidrólise do éster em uma taxa que pode ser controlada. A forma mais comum de se obter PLA de alta massa molecular é via polimerização por abertura de anel do dímero cíclico do ácido láctico, também conhecido como lactide, e o catalisador mais utilizado atualmente é o octoato de estanho ou Sn(Oct)2. Porém, a fim de possibilitar a síntese de um material isento de metais, a utilização de enzimas como catalisadores tem despertado o interesse de estudiosos. Além de serem consideradas atóxicas, as enzimas viabilizam a polimerização sob condições brandas em relação à pressão, temperatura e pH. O objetivo desse trabalho foi fazer um estudo prospectivo sobre as técnicas existentes para a síntese do PLA e sintetizálo a partir de uma rota química, utilizando Sn(Oct)2 como catalisador, e outra enzimática utilizando o biocatalisador Lipase B para futuramente obter biodispositivos para utilização na engenharia tecidual. A massa molecular do polímero foi obtida por GPC e sua estrutura química foi confirmada por FTIR. As propriedades térmicas foram estudadas por DSC e TGA. O PLA obtido a partir da rota química atingiu massa molecular equivalente a 8353 g/mol após 7h de reação a 160°C com 0,1% de Sn(Oct)2. Para a rota enzimática, foi constatado que a policondensação foi mais eficaz em relação à técnica de abertura de anel do lactide e um polímero com massa molecular igual a 1719 g/mol foi obtido depois de 77h de reação a 70°C com 0,5% de Lipase B. Em um comparativo de custos de fabricação, a rota química se mostrou mais atrativa em um primeiro momento, porém foi comprovado que com a reutilização da Lipase B, a polimerização enzimática pode ser viabilizada economicamente / Abstract: The advances in modern medicine, dentistry and engineering, combined with the increase of life expectancy, have allowed the development of techniques for biomanufacturing and biomaterials that create a better life quality. These techniques should enable the mimicking of living structures, both in form and function, making it possible to replace defective or missing tissues. In this context the study and application of bioresorbable polyesters as scaffolds in tissue engineering has shown a very promising area of research. Poly(lactic acid), PLA, stands out among the commonly used bioresorbable polyesters due to its excellent biocompatibility and mechanical properties. PLA is a thermoplastic, high strength and is degraded in the body by simple hydrolysis of the ester at a rate that can be controlled. The most common way to obtain high molecular mass PLA is by ring-opening polymerization of the lactic acid cyclic dymer, lactide, and currently the widely used catalyst for biomedical purposes is Stannous Octoate or Sn(Oct)2. However, in order to enable the synthesis of a metal-free material, the use of enzymes as catalysts has attracted the interest of researchers. In addition to being considered non-toxic, the enzyme enables the polymerization under mild conditions with regard to pressure, temperature and pH. The aim of this work was to make a prospective study on the existing techniques for the synthesis of PLA and synthesize it from a chemical route, using Sn(Oct)2 as catalyst, and from a enzymatic route using the biocatalyst Lipase B for future development of biodevices to be used in tissue engineering. The polymer molecular mass was obtained by GPC and its chemical structure was confirmed by FTIR. Thermal properties were studied by DSC and TGA. PLA obtained from the chemical route reached molecular mass equivalent to 8353g.mol-1 after 7 hours of reaction at 160°C with 0,1% Sn(Oct)2. For the enzymatic route, it was found that the polycondensation was more effective compared to the technique of ring opening of lactide and polymer with a molecular mass of 1719g.mol-1 was obtained after 77 hours reaction time at 70°C with 0,5% of Lipase B. Comparing manufacturing costs, chemical route were more attractive at first, but it was proven that with Lipase reuse enzymatic polymerization can be economically viable / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Ana Rita Morales, Otávio Cavalett / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T19:01:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CosatedeAndrade_MarinaFernandes_M.pdf: 2991365 bytes, checksum: df7e463a288c5c88feea3df3157d956a (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este projeto teve como objetivo realizar uma Avaliação do Ciclo de Vida comparando três formas de destinação do poli(ácido láctico) (PLA) e estudar a reciclagem deste polímero, que pode ser mecânica ou química. A reciclagem mecânica foi realizada por duas extrusões do PLA. No segundo processamento, o polímero proveniente da primeira extrusão foi dividido em duas partes, sendo que uma porção recebeu adição de um extensor de cadeia comercial. As amostras obtidas foram caracterizadas por Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), Cromatografia por Permeação em Gel (GPC), Índice de Fluidez, Análise Termogravimétrica (TGA), ensaio de resistência ao impacto Izod e ensaio de tração. Os resultados obtidos mostraram que o número de extrusões diminuiu a massa molar, o índice de fluidez e a estabilidade térmica e aumentou a cristalinidade do polímero. A presença do extensor de cadeia causou a recuperação dessas propriedades. Além disso, o módulo de elasticidade e o alongamento na ruptura sofreram alterações importantes com o aumento da cristalinidade do material. A reciclagem química foi realizada pela hidrólise do PLA, que gera ácido láctico, e posteriormente pela polimerização do ácido láctico, em que é obtido novamente PLA, através da policondensação direta. O ácido láctico foi caracterizado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e o rendimento da reação obtido foi acima de 95%. O PLA polimerizado foi identificado por Espectroscopia do Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e sua massa molar foi medida por Cromatografia por Permeação em Gel (GPC). Os resultados da Avaliação do Ciclo de Vida para os métodos e categorias estudados mostraram que a reciclagem mecânica apresentou o menor impacto ambiental, seguida pela reciclagem química e pela compostagem. Dentre as formas de reciclagem, o insumo mais importante foi o consumo de energia elétrica / Abstract: This project aimed to conduct a Life Cycle Assessment comparing three forms of poly(lactic acid) (PLA) disposal and to study the mechanical and chemical recycling of this polymer. Mechanical recycling was performed by two extrusions of PLA. In the second extrusion, part of the material was processed with a commercial chain extender. The samples were characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Gel Permeation Chromatography (GPC), Melt Flow Index, Thermogravimetric Analysis (TGA), Izod test and Tensile test. The results showed that the molecular weight, Melt Flow Index and thermal stability decreased and the crystallinity degree of the polymer increased with the extrusion number. The presence of a chain extender recovered these properties. Furthermore, Young modulus and elongation at break undergo important changes with the crystallinity increase. The chemical recycling was performed by hydrolysis reaction, which produced lactic acid. PLA was obtained through the direct condensation polymerization from lactic acid monomer. Lactic acid was characterized by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and the reaction yield was above 95%. The polymerized PLA was identified by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Gel Permeation Chromatography (GPC). Considering the methods and impact categories studied, the Life Cycle Assessment showed that mechanical recycling had the lowest environmental impact, followed by chemical recycling and composting. Among the forms of recycling, the most important input was the electricity consumption / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

El uso de envases plásticos, constituidos por materiales poliméricos derivados del petróleo, se ha extendido en muchas aplicaciones debido a su disponibilidad a gran escala, bajo coste de producción, gran versatilidad y buenas propiedades barrera. Sin embargo, representan un importante impacto medioambiental y una fuente enorme de generación de residuos de difícil eliminación. Como respuesta a este problema se ha planteado la prevención de la contaminación ambiental mediante el uso de biopolímeros como el poli(ácido láctico), PLA. Tras el uso de estos productos, el PLA puede ser recuperado a través de procesos mecánicos (triturado-transformación térmica) o químicos (hidrólisis), o bien ser depositado junto con la materia orgánica para la formación de compost. Además de los estudios intensivos de la biodegradabilidad del PLA en condiciones de compostaje, la estabilidad térmica y el comportamiento durante la degradación térmica cobran importancia para la transformación, aplicación, y el reciclado térmico. La aplicación de la tecnología de pirólisis al tratamiento de residuos ha ganado aceptación en la industria. La pirólisis de residuos de PLA puede ser económica y medioambientalmente atractiva. Para estudiar los cambios estructurales de los materiales, la pirólisis es una técnica analítica mucho más sensible que las técnicas térmicas analíticas utilizadas comúnmente como termogravimetría (TGA), o calorimetría diferencial de barrido (DSC). La combinación de la pirólisis acoplada a cromatografía de gases y con el espectrómetro de masas (Py-GC-MS), resulta una herramienta ventajosa para la caracterización de polímeros. La pirolisis produce compuestos volátiles los cuales pueden ser identificados y también cuantificados. De esta manera, la Py-GC-MS resulta una técnica analítica muy útil para obtener información sobre las reacciones química de degradación de los polímeros inducidas por la temperatura, puede proporcionar información de la cinética de descomposición de los polímeros y de la composición de los productos obtenidos de la degradación térmica. El PLA es un bipoliéster obtenido de la polimerización del ácido láctico. Es un polímero termoplástico biodegradable, que puede obtenerse a partir de productos agrícolas simples como el maíz. En la actualidad el PLA se encuentra disponible en el mercado en aplicaciones prácticas como cubiertos, platos, tazas, tapas, bolsas, films, y aplicaciones de envasado de alimentos. El PLA ha cobrado especial interés debido su disponibilidad en el mercado, bajo coste, y su potencial para reemplazar a otros polímeros derivados del petróleo, como poliestireno o polietilentereftalato, utilizados en el envasado de alimentos. El PLA se reconoce como seguro en aplicaciones de envasado de alimentos, clasificado como GRAS (Generally Recognized As Safe) por la FDA. El uso de PLA se encuentra limitado debido a que presenta algunas restricciones en cuanto a sus propiedades barrera, mecánicas, y térmicas. En este sentido, la alta fragilidad del PLA limita tanto su capacidad de proceso como sus aplicaciones y una manera de mejorar el comportamiento mecánico del PLA es mediante la adición de plastificantes. No obstante, la adición de plastificante como modificadores del PLA se encuentra limitada por los requisitos de su aplicación final. Así, para el envasado de alimentos sólo se pueden añadir plastificantes no tóxicos y aprovados para el contacto con alimentos. Para modificar al PLA también se ha estudiado la mezcla con otros polimeros, en este sentido el Polihidroxibutirato (PHB), es capaz de aumentar la cristalinidad del PLA. El PHB es un polímero biodegradable, biocompatible, de regular cristalinidad y moderada resistencia mecánica, utilizado en varias aplicaciones, como por ejemplo, en la fabricación de envases plásticos biodegradables. Al obtenerse a partir de fuentes de carbono naturales renovables, como maíz representa un material biodegradable prometedor para reemplazar otros polímeros sintéticos. / Arrieta, MP. (2014). Films de PLA y PLA-PHB plastificados para su aplicación en envases de alimentos. Caracterización y análisis de los procesos de degradación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39338 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales