Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T09:52:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcuz_Nadia_M.pdf: 2618186 bytes, checksum: bf57e53a2d504fb7eb70931387caa188 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O tratamento por plasma térmico de resíduos hospitalares gera como subproduto um material vitrocerâmico com alto poder de bloquear radiação ultravioleta e infravermelho próximo. A composição deste material apresenta como elementos majoritários cálcio, silício, ferro, alumínio e oxigênio. O objetivo deste trabalho é compreender a cinética de devitrificação das múltiplas fases do vitrocerâmico pelo controle do tratamento térmico e o seu efeito na absorção de radiação ultravioleta. Determinou-se por análise térmica diferencial as temperaturas de fusão e recristalização. Amostras vítreas obtidas por fusão a 1300 °C seguido por resfriamento rápido foram tratadas termicamente para induzir a devitrificação. Através da técnica de difração de raios-X identificou-se três estruturas cristalinas, Mg(Al,Fe)2O4, Ca(Ti,Mg,Al)(Si,Al)2O6 e NaAlSiO4, e determinou-se o tamanho médio e quantidade dos cristalitos presentes nessas fases com as diferentes temperaturas de tratamento térmico. As fases cristalinas formadas exercem influência na absorção óptica na faixa de ultravioleta, possibilitando a aplicação deste vitrocerâmico como agente ativo em bloqueadores ultravioleta comerciais. Medidas de transmitância óptica mostraram que o crescimento das fases Ca(Ti,Mg,Al)(Si,Al)2O6 e NaAlSiO4 induziram um fator de redução de 55% para 6% nos valores de transmitâncias ópticas no espectro ultravioleta (290 a 400 nm). A relevância deste trabalho revela-se no controle da formação das fases cristalinas do material que contribuem efetivamente na absorção da radiação ultravioleta / Abstract: A glass-ceramic material generated by plasma treatment of hospital waste has a remarkable property to block ultraviolet and near infrared radiation. The main composition elements of such a glass-ceramic are: calcium, silicon, iron, aluminum and oxygen. The objective of the present research is to understand the kinetics of devitrification of multiple phases by the control of thermal treatment conditions, and their effect on the ultraviolet absorption. The melting and crystallization temperatures of the glass-ceramic material were determined by differential thermal analysis. Vitreous samples were obtained by melting the as-received material at 1300 °C, followed by quenching. Afterwards, samples were thermally treated, inducing controlled crystallization. By X-ray diffraction technique, three crystalline phases were identified: Mg(Al,Fe)2O4, Ca(Ti,Mg,Al)(Si,Al)2O6 and NaAlSiO4. Average size and concentration of the crystallites were also determined. The formed crystalline phases have strong influence in the optical absorbance at ultraviolet band, which allows this glass-ceramic to be used as an active agent in commercial ultraviolet blockers. Optical transmittance measurements showed that the growth of nano-order crystalline phases Ca(Ti,Mg,Al)(Si,Al)2O6, and NaAlSiO4 reduced the optical transmittance from a factor of 55% to 6% at the ultraviolet band (290 to 400 nm). The relevance of this work is shown on the effect of size and concentration of crystalline phases, that contributes to the optical absorption of ultraviolet radiation / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS. / In the project carried out, crosslinks were formed in high density and high molecular weight polyethylene, grade HS5103, through peroxide and silane reticulation processes, aiming to evaluate the effects of the introduction of crosslinks in thermal and mechanical properties of this PEAD. Mixtures between HS103 and organic peroxides, 2,5-Bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane (DHBP) and dicumyl peroxide (DCP) have been produced and analyzed for the evaluation of the effect of types of peroxide in reticulation and PEAD properties and to determine both concentration and type of the peroxide to be used as silane reticulation initiation agent. Melt flow index (MFI), capillary rheometry, xylem polymer extraction (gel content), thermogravimetric analysis (TGA), differential canning calorimetry (DSC) and traction tests were carried out for peroxide mixtures characterization. The results indicated increase of viscosity with the increase of the concentration of peroxide, being DHBP the one with the highest increase level; there have been no relevant changes concerning mechanical properties and there has been an increase in the crystallinity levels, mostly in DCP samples. After the assessment of the former results, for the samples to be reticulated through silane, graphitization of different concentrations of Vinyltrimethoxysilane (VTMS) was carried out, together with 0.01%p/p of DCP, adding 0.05%p/p of a catalyst; later, reticulation was carried out in water. The samples produced were characterized by gel content tests, dynamic-mechanical analysis (DMA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), TGA, sliding and traction wear tests. In the silane samples, formation of crosslinks was gradual, showing 8% of gel to the sample with com 0.5%p/p of VTMS to 57 % to the sample with 1.5% p/p of silane, the highest concentration used. The dynamic-mechanical analysis (DMA) showed an increase of density in crosslinks and storing mode after fusion temperature with silane content, converging with gel content results. FTIR analysis showed there has been graphitization and crosslink formations in PEAD HS5103. A significant increase has not been observed concerning the limit of resistance for the modified PEAD. Besides, sliding wear tests indicated an increase of resistance to the wear of samples reacted to VTMS.

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS. / In the project carried out, crosslinks were formed in high density and high molecular weight polyethylene, grade HS5103, through peroxide and silane reticulation processes, aiming to evaluate the effects of the introduction of crosslinks in thermal and mechanical properties of this PEAD. Mixtures between HS103 and organic peroxides, 2,5-Bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane (DHBP) and dicumyl peroxide (DCP) have been produced and analyzed for the evaluation of the effect of types of peroxide in reticulation and PEAD properties and to determine both concentration and type of the peroxide to be used as silane reticulation initiation agent. Melt flow index (MFI), capillary rheometry, xylem polymer extraction (gel content), thermogravimetric analysis (TGA), differential canning calorimetry (DSC) and traction tests were carried out for peroxide mixtures characterization. The results indicated increase of viscosity with the increase of the concentration of peroxide, being DHBP the one with the highest increase level; there have been no relevant changes concerning mechanical properties and there has been an increase in the crystallinity levels, mostly in DCP samples. After the assessment of the former results, for the samples to be reticulated through silane, graphitization of different concentrations of Vinyltrimethoxysilane (VTMS) was carried out, together with 0.01%p/p of DCP, adding 0.05%p/p of a catalyst; later, reticulation was carried out in water. The samples produced were characterized by gel content tests, dynamic-mechanical analysis (DMA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), TGA, sliding and traction wear tests. In the silane samples, formation of crosslinks was gradual, showing 8% of gel to the sample with com 0.5%p/p of VTMS to 57 % to the sample with 1.5% p/p of silane, the highest concentration used. The dynamic-mechanical analysis (DMA) showed an increase of density in crosslinks and storing mode after fusion temperature with silane content, converging with gel content results. FTIR analysis showed there has been graphitization and crosslink formations in PEAD HS5103. A significant increase has not been observed concerning the limit of resistance for the modified PEAD. Besides, sliding wear tests indicated an increase of resistance to the wear of samples reacted to VTMS.

Orientador: Cecilia A. C. Zavaglia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T02:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Uzumaki_EmiliaTieko_D.pdf: 44142340 bytes, checksum: e8db433907d2fd2f88b260ed4cd8a791 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O carbono tipo diamante ("diamond-like carbon" - DLC) tem demonstrado características, como alta dureza, baixo atrito, resistência ao desgaste e à corrosão, e biocompatibilidade, que podem melhorar as propriedades de implantes sólidos e articulados. O processo de imersão em plasma vem sendo usado para depositar DLC em substratos tridimensionais, pois, com esta técnica, se consegue melhor adesão do que com as técnicas convencionais. Neste trabalho, filmes de DLC foram depositados, pelo processo de imersão em plasma, em lamínulas de vidro, silício e liga de titânio Ti-13Nb-13Zr. A caracterização da microestrutura, morfologia, dureza e adesão dos filmes de DLC foi feita por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), nanoindentação e ensaio de puxamento. Como exemplos de peças tridimensionais, filmes de DLC foram depositados em implantes osteoarticulares de quadril e joelho, titânio poroso (esponja de célula-aberta, semelhante à estrutura do osso esponjoso, expandida a vácuo), facas industriais, bisturi cirúrgico, engrenagem de motor, tubos de quartzo e de alumínio, e outros objetos. O filme obtido apresentou boas propriedades mecânicas, aumentando em 2 vezes a dureza da liga de Ti, alta adesão (filme sem interface definida e sem delaminação), resistência ao desgaste, baixa rugosidade e uniformidade de deposição em superfícies tridimensionais. Os resultados de corrosão (polarização de Tafel e espectroscopia de impedância eletroquímica em fluido corporal simulado) mostraram que o revestimento de DLC melhora a resistência da liga de Ti à corrosão. No ensaio de biocompatibilidade in vitro, com células fibroblásticas, foram estudados a citotoxicidade, adesão e morfologia celular (estudo citoquímico, microscopia de contraste de fase, MEV e MFA). No ensaio de biocompatibilidade in vivo, a liga de Ti-13Nb-13Zr, revestida com DLC, foi investigada em tecido muscular e ósseo de ratos após 4 e 12 semanas do procedimento cirúrgico. A interface formada entre o DLC e o tecido foi investigada por histologia convencional, e os implantes retirados por MEV. A interface entre o implante e o tecido ósseo, não descalcificado, foi estudada por MEV na modalidade retroespalhamento. Os resultados mostraram a biocompatibilidade in vitro e in vivo do filme de DLC, e foi verificado também que os implantes revestidos com DLC possuem resposta biológica mais favorável do que os implantes não revestidos / Abstract: Diamond-like carbon (DLC) films are often considered a suitable coating material for orthopaedic applications. It has proven characteristics, such as hardness, wear resistance, low friction coefficient and biocompatibility that improve the properties of solid and articulated implants. Recently, the plasma immersion process was used to deposit DLC films with superior adhesion properties to those prepared with conventional techniques. DLC coatings were deposited on glass coverslips, silicon (Si) and Ti-13Nb-13Zr substrates using the plasma immersion process. The microstructure, morphology, roughness, hardness and adhesion of DLC films were characterized using Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), nanoindentation and pull-test. As examples, DLC films produced by plasma immersion were deposited on industrial knives, surgical knives, knee implants, femoral heads (of hip prostheses), titanium foams, transmission gears of motorcycles, aluminium pipes, quartz pipes, and others objects. The corrosion susceptibility of DLC coatings produced by plasma immersion was studied in a simulated body fluid environment (Hanks' solution) using polarization test and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Electrochemical results showed that DLC coating produced by plasma immersion could improve corrosion resistance, and no significant damage has been observed. Vero cells (fibroblasts) were utilized for the in vitro biocompatibility studies, by cytotoxicity, adhesion and cell morphology (phase contrast microscopy, SEM, AFM, and cytochemical study). DLC-coated Ti-13Nb-13Zr was investigated in an animal model using the muscular tissue and femoral condyles of rats for intervals of 4 and 12 weeks postoperatively. The interface between the implants and tissue were analysed by light microscopy, and the removed implants by SEM. The SEM by backscattering was used to access the interface between the implants the bone tissue without decalcifying. Our results indicate that DLC coatings are biocompatible in vitro and in vivo / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica