Ti e suas ligas são materiais metálicos que apresentam um completo sucesso quando usados em meio biológico. Estes materiais são amplamente usados em implantes ósseos devido às suas aplicações clínicas apropriadas. Estabilidade biomecânica e bioquímica, biocompatibilidade e uma eficiente osseointegração são os principais requisitos para selecionar um biomaterial para implantes cirúrgicos dentários ou ortopédicos. Para melhorar a integração tecido+osso, várias técnicas tem sido usadas para aumentar a rugosidade e a bioatividade da superfície de titânio. Características topográficas num intervalo de micrômetros a nanômetros e recobrimentos de fosfatos de cálcio são relevantes nas respostas biológicas. Neste trabalho, novas modificações superficiais em Ti para implantes são desenvolvidas e testadas. As modificações em Ti foram produzidas por corrosão por pites, anodização, deposição química de fosfatos de cálcio e a combinação desses processos. Células-Tronco Mesenquimais foram cultivadas sobre os substratos para avaliar a qualidade das modificações superficiais propostas para os implantes protéticos. Análises biológicas e análise de MEV foram feitas para caracterizar os nano e microporos nas superfícies, bem como a cultura de células-tronco sobre os substratos modificados superficialmente. Adicionalmente, superfícies de titânio pré-polarizadas sob condições potenciostáticas foram investigadas por MEV. O propósito deste trabalho de pesquisa foi estudar os efeitos da composição do eletrólito na característica microestrutural e no alinhamento de TiO2. / Ti and its alloys are metals that show a complete success when used in biological environment. These metals are widely used in bone implants due to their appropriated clinical applications. Biomechanical and biochemical stability, biocompatibility and an efficient osseointegration are the principal requisites to select a biomaterial for using in orthopedics and dentals surgicals implants. To improve bone-tissue integration, various techniques have been used as to increase the roughness and bioactivity of titanium surfaces. Topographic features on implants ranging from micrometers to nanometers and calcium-phosphate coatings are relevant to the biological response. In this work, new surface modifications on Ti for prosthetic implants were developed and tested. Surface treatments of pure Ti were produced by pitting, anodization, chemical deposition of Ca-phosphates and the combination of these processes. Mesenchymal Stem Cells were cultured on the Ti substrates to evaluate the quality of the proposed surfaces modifications for prosthetic implants. Biological analysis and MEV analysis were carried out to characterize the nano and micropores on the surfaces as well as the growth and modification of stem cells. Additionally, titanium surfaces previously polarized under potenciostatic conditions were investigated by SEM. The aim of this research work was to study the effects of electrolyte composition on microstructural feature and vertical alignment of TiO2.

Este trabalho tem como objetivos a obtenção e caracterização de nanocompósitos de polipropileno (PP) com nanopartículas e nanofibras, sintetizadas pelo método hidrotérmico, de dióxido de titânio (TiO2) modificadas com diferentes tipos de organossilanos e/ou polipropileno graftizado com anidrido maleico (PP-g-MA) com o intuito de compatibilizar a carga à matriz polimérica. A caracterização dos nanocompósitos foi realizada através de análises de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Análise de Termogravimetria (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Dinâmico Mecânica (DMA), Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia de Dispersão de Energia (MEV-EDS), Espectroscopia Ultravioleta Visível (UV-Vis), Difração de Raios-X (DRX) e índice de refração. As modificações realizadas nas nanocargas (nanopartículas e nanofibras) causaram uma maior organofilicidade às mesmas, melhorando a compatibilidade com a matriz do polímero resultando em uma diminuição no tamanho dos aglomerados de dióxido de titânio. A presença de nanofibras e nanopartículas de TiO2 resultaram na melhora das propriedades térmicas, óticas e mecânicas do polipropileno, com destaque para a amostra com nanofibras funcionalizada com trietoxioctilsilano (TEOSi). As nanocargas tiveram razoável melhora na dispersão na matriz polimérica, que pode ser comprovado pelas análises de MET. Visto que o TiO2 possui excelentes características a serem exploradas em matrizes poliméricas e, no entanto, possui diferente polaridade quando comparado à maioria destas matrizes, quando realizada a compatibilização da matriz-carga ou a funcionalização da nanocarga, essa interação entre a nanocarga e a matriz aumenta. Assim, o uso de PP-g-MA como compatibilizante ou de organossilanos, como agentes de funcionalização, indica que os resultados obtidos até então são no mínimo promissores / This study aims to obtain nanocomposites of polypropylene with nanoparticles and nanofibers synthesized from titanium dioxide (TiO2) modified with different types of organosilanes and/or polypropylene grafted with maleic anhydride (PP-g-MA) in order to match the filler to the polymer matrix and then to caracterize these materials. The characterization of the nanocomposites was performed by Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Electron Microscopy coupled to an Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), X-ray Diffraction (XRD), Refractive Index, and Eletrical Conductivity. The modification of the nanofillers, nanoparticles and nanofibers, improved their organophilicity and their compatibility with the polymer matrix resulting in a decrease in the size of agglomerated titanium dioxide. The presence of TiO2 nanoparticles and nanofibers resulted in better thermal, optical and mechanical properties of polypropylene, especially the sample with nanofibers functionalized nanofibers with triethoxyoctylsilane (TEOSi). The nanofillers had reasonable improvement in dispersion in the polymer matrix, which can be evidenced by TEM analysis. Since the TiO2 has excellent features to be explored in polymers matrices, and yet, has different polarity when compared to most of these matrices, when the compatibility of matrix-filler or the functionalization of the nanofiller is accomplished, the interaction of the nanofiller and matrix increases. Therefore the use of PP-g-MA as compatibilizers or of silanes as fuctionalization agents indicates that the results obtained so far are at least promising for improving the properties, such as optical and thermal, of the nanocomposites.

Estágio realizado na Barbot e orientado pelo Eng.º João Braga / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de doutoramento. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Resumo: O titanio e um material biocompativel e que apresenta boa resistencia a fadiga e a corrosao. Essas caracteristicas levam-no a ser muito utilizado na fabricacao de proteses ortopedicas e implantes dentarios. Entretanto, o titanio nao e bioativo. Existem varios metodos para tornar o Ti bioativo, e que resultam em diferentes superficies com diferentes propriedades. O presente estudo teve como objetivo a avaliacao de tres diferentes modificacoes na superficie do titanio comercialmente puro, grau 2, com a intencao de torna-lo bioativo; sendo estas, a oxidacao anodica, o jateamento e o tratamento alcalino. Foram avaliadas a morfologia (MEV e perfil), a estrutura cristalina (DRX), as propriedades mecanicas (indentacao instrumentada e testes de riscamento) e a bioatividade in vitro (imersao em solucao SBF) das superficies obtidas, com o intuito de indicar as diferencas entre as superficies obtidas e discutir os beneficios que cada modificacao superficial resulta para a aplicacao biomedica do titanio. A oxidacao anodica foi empregada utilizando eletrolito de NaOH 0,1 mol/L e densidade de corrente constante de 150 mA/cm2 por um minuto. O jateamento foi realizado por 6s com po de alumina de 280 ƒÊm, pressao de 20 bar e distancia de 10 cm. O tratamento alcalino foi realizado atraves da imersao do Ti em uma solucao de NaOH 5 mol/L a 60 ‹C por 24 horas. Apos isso foi realizado um tratamento termico a 600 ‹C por uma hora. Cada tipo de modificacao superficial resultou em uma morfologia propria, mas que, no entanto, guardam uma caracteristica em comum: o aumento da rugosidade. Com respeito as fases cristalinas, no caso das superficies ateadas, foi detectada a presenca da alumina na superficie do Ti. O Ti submetido a oxidacao anodica e ao tratamento alcalino apresentaram, em sua superficie, uma estrutura cristalina e composicao quimica avoraveis a nucleacao de apatita, sendo isso um indicativo de sua bioatividade. Em relacao as propriedades mecanicas, a camada superficial do Ti submetido ao tratamento alcalino apresentou os menores alores de modulo de elasticidade e dureza. No caso do jateamento, a dureza da superficie apresentou uma pequena elevacao, em comparacao com o Ti polido, e o modulo de elasticidade apresentou reducao. Isso indica que certa fragilizacao da superficie ocorreu apos o tratamento. O maior aumento da dureza entre as superficies tratadas foi obtido para o Ti apos a oxidacao anodica. Resultados dos testes de riscamento ndicam que o filme de TiO2 obtido possui maior dureza do que o substrato de Ti. Quanto a bioatividade, apenas o Ti submetido ao tratamento alcalino apresentou a nucleacao de apatita em sua superficie apos mersao em SBF.

Orientador: Fernando Rogério de Paula / Resumo: Questões ambientais vêm sendo destaque nos meios de comunicação, motivando a busca por técnicas e materiais que possam amenizar os efeitos nocivos ao meio ambiente causados pelo crescimento populacional. Dentre essas técnicas, os Processos Oxidativos Avançados vêm se desenvolvendo, pois possibilitam a degradação de poluentes por meio da atividade fotocatalítica de alguns materiais semicondutores. O dióxido de titânio é um dos materiais semicondutores que se destacam nessa aplicação devido a suas propriedades físicas e químicas. No presente trabalho, o dióxido de titânio foi sintetizado por uma nova rota sintética envolvendo oxisulfato de titânio, peróxido de hidrogênio e água deionizada. Inicialmente, as amostras foram sintetizadas com diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio e tratadas termicamente a 600 °C. A morfologia, estrutura e atividade fotocatalítica dessas amostras foram analisadas. Os resultados mostraram que concentrações a partir de 0,392 mol/L de H2O2 proporcionaram a formação de microtubos e que esta morfologia favorece a atividade fotocatalítica do dióxido de titânio. A temperatura de tratamento térmico foi outro parâmetro estudado, amostras foram sintetizadas com uma concentração fixa de 0,392 mol/L de peróxido de hidrogênio e submetidas a diferentes temperaturas. Os resultados obtidos com difratometria de raios-X mostraram a existência de fases puras anatase e rutilo, assim como fases mistas com diferentes percentuais. Dentre elas, a amostra tratad... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Este trabalho investigou a síntese e utilização de nanotubos de TiO2 como fotocatalisador na esterificação de ácidos graxos para a produção de biodiesel. Para tanto, foram sintetizados TiO2 pelo método hidrotérmico convencional e pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas, partindo de TiO2 comercial (P25 da Evonik) em solução concentrada de NaOH. Na síntese pelo método hidrotérmico convencional, utilizou-se uma autoclave de aço inoxidável revestida com teflon. As temperaturas investigadas foram 110°C e 130ºC, e o tempo de reação em 20h e 48h. A síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas foi realizada em um sistema de digestão por micro-ondas em frascos com revestimento interno de teflon. As reações foram programadas a 400 W de potência nas temperaturas de 110°C, 130°C e 150°C, com tempos de reação de 1,5h e 3h. O tratamento pós-reação dos nanotubos consistiu no ajuste de pH, variando de 4 a 10, e no tratamento térmico a 450°C por 1 hora. Os nanotubos de TiO2 foram caracterizados quanto a sua cristalinidade, morfologia, área superficial, adsorção e atividade fotocatalítica. Para os experimentos de esterificação, avaliou-se as melhores condições de reação, como concentração do catalisador P25 (5, 10, 15 e 20% m/m) e razão molar metanol:ácido oleico (3:1, 6:1, 9:1 e 12:1). As melhores condições experimentais foram obtidas na concentração de 15% (m/m) de catalisador e razão 3:1 metanol:ácido oleico. Os nanotubos de TiO2 mostraram propriedades de fotocatalisador e de adsorvente, dependendo do adsorvato. As amostras de nanotubos de TiO2 que apresentaram maior eficiência fotocatalítica foram as produzidas pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas. Esse resultado pode ser associado à maior área superficial dos nanotubos de TiO2 assim produzidos. / This study investigates the synthesis and use of TiO2 nanoparticles as photocatalysts in the esterification of fatty acids for biodiesel production. Therefore, TiO2 were synthesized by conventional hydrothermal method and the microwave- assisted hydrothermal method, starting from commercial TiO2 (P25 Evonik) in concentrated NaOH solution. For the synthesis by the conventional hydrothermal method, we used a stainless steel autoclave lined with Teflon. The investigated temperatures were 110°C and 130°C, and the reaction times were 20 h and 48 h. The microwave-assisted hydrothermal synthesis was carried out in a microwave digestion system using vials with an inner lining of Teflon. The reactions were programmed at 400 W of power at temperatures of 110°C, 130°C, and 150°C, with reaction times of 1.5 h and 3 h. The post-reaction treatment of the nanotubes consisted of pH adjustment, ranging from 4 to 10, and calcining at 450°C for 1 hour. The nanotubes were characterized by crystallinity, morphology, surface area, adsorption, and photocatalytic activity. For the esterification experiments, we evaluated the best reaction conditions, such as P25 catalyst concentration (5, 10, 15, or 20% w/w) and methanol:oleic acid ratio (3:1, 6:1, 9:1, or 12:1). Fifteen percent catalyst and a 3:1 ratio of methanol:oleic acid were optimal for this reaction. The nanotubes had photocatalytic and adsorbent properties, depending on the adsorbate. The nanotube samples producted by the microwave-assisted hydrothermal method had the best photocatalytic efficiency. This result may be associated with higher surface area of these produced TiO2 nanotubes.

Ti e suas ligas são materiais metálicos que apresentam um completo sucesso quando usados em meio biológico. Estes materiais são amplamente usados em implantes ósseos devido às suas aplicações clínicas apropriadas. Estabilidade biomecânica e bioquímica, biocompatibilidade e uma eficiente osseointegração são os principais requisitos para selecionar um biomaterial para implantes cirúrgicos dentários ou ortopédicos. Para melhorar a integração tecido+osso, várias técnicas tem sido usadas para aumentar a rugosidade e a bioatividade da superfície de titânio. Características topográficas num intervalo de micrômetros a nanômetros e recobrimentos de fosfatos de cálcio são relevantes nas respostas biológicas. Neste trabalho, novas modificações superficiais em Ti para implantes são desenvolvidas e testadas. As modificações em Ti foram produzidas por corrosão por pites, anodização, deposição química de fosfatos de cálcio e a combinação desses processos. Células-Tronco Mesenquimais foram cultivadas sobre os substratos para avaliar a qualidade das modificações superficiais propostas para os implantes protéticos. Análises biológicas e análise de MEV foram feitas para caracterizar os nano e microporos nas superfícies, bem como a cultura de células-tronco sobre os substratos modificados superficialmente. Adicionalmente, superfícies de titânio pré-polarizadas sob condições potenciostáticas foram investigadas por MEV. O propósito deste trabalho de pesquisa foi estudar os efeitos da composição do eletrólito na característica microestrutural e no alinhamento de TiO2. / Ti and its alloys are metals that show a complete success when used in biological environment. These metals are widely used in bone implants due to their appropriated clinical applications. Biomechanical and biochemical stability, biocompatibility and an efficient osseointegration are the principal requisites to select a biomaterial for using in orthopedics and dentals surgicals implants. To improve bone-tissue integration, various techniques have been used as to increase the roughness and bioactivity of titanium surfaces. Topographic features on implants ranging from micrometers to nanometers and calcium-phosphate coatings are relevant to the biological response. In this work, new surface modifications on Ti for prosthetic implants were developed and tested. Surface treatments of pure Ti were produced by pitting, anodization, chemical deposition of Ca-phosphates and the combination of these processes. Mesenchymal Stem Cells were cultured on the Ti substrates to evaluate the quality of the proposed surfaces modifications for prosthetic implants. Biological analysis and MEV analysis were carried out to characterize the nano and micropores on the surfaces as well as the growth and modification of stem cells. Additionally, titanium surfaces previously polarized under potenciostatic conditions were investigated by SEM. The aim of this research work was to study the effects of electrolyte composition on microstructural feature and vertical alignment of TiO2.

Este trabalho investigou a síntese e utilização de nanotubos de TiO2 como fotocatalisador na esterificação de ácidos graxos para a produção de biodiesel. Para tanto, foram sintetizados TiO2 pelo método hidrotérmico convencional e pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas, partindo de TiO2 comercial (P25 da Evonik) em solução concentrada de NaOH. Na síntese pelo método hidrotérmico convencional, utilizou-se uma autoclave de aço inoxidável revestida com teflon. As temperaturas investigadas foram 110°C e 130ºC, e o tempo de reação em 20h e 48h. A síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas foi realizada em um sistema de digestão por micro-ondas em frascos com revestimento interno de teflon. As reações foram programadas a 400 W de potência nas temperaturas de 110°C, 130°C e 150°C, com tempos de reação de 1,5h e 3h. O tratamento pós-reação dos nanotubos consistiu no ajuste de pH, variando de 4 a 10, e no tratamento térmico a 450°C por 1 hora. Os nanotubos de TiO2 foram caracterizados quanto a sua cristalinidade, morfologia, área superficial, adsorção e atividade fotocatalítica. Para os experimentos de esterificação, avaliou-se as melhores condições de reação, como concentração do catalisador P25 (5, 10, 15 e 20% m/m) e razão molar metanol:ácido oleico (3:1, 6:1, 9:1 e 12:1). As melhores condições experimentais foram obtidas na concentração de 15% (m/m) de catalisador e razão 3:1 metanol:ácido oleico. Os nanotubos de TiO2 mostraram propriedades de fotocatalisador e de adsorvente, dependendo do adsorvato. As amostras de nanotubos de TiO2 que apresentaram maior eficiência fotocatalítica foram as produzidas pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas. Esse resultado pode ser associado à maior área superficial dos nanotubos de TiO2 assim produzidos. / This study investigates the synthesis and use of TiO2 nanoparticles as photocatalysts in the esterification of fatty acids for biodiesel production. Therefore, TiO2 were synthesized by conventional hydrothermal method and the microwave- assisted hydrothermal method, starting from commercial TiO2 (P25 Evonik) in concentrated NaOH solution. For the synthesis by the conventional hydrothermal method, we used a stainless steel autoclave lined with Teflon. The investigated temperatures were 110°C and 130°C, and the reaction times were 20 h and 48 h. The microwave-assisted hydrothermal synthesis was carried out in a microwave digestion system using vials with an inner lining of Teflon. The reactions were programmed at 400 W of power at temperatures of 110°C, 130°C, and 150°C, with reaction times of 1.5 h and 3 h. The post-reaction treatment of the nanotubes consisted of pH adjustment, ranging from 4 to 10, and calcining at 450°C for 1 hour. The nanotubes were characterized by crystallinity, morphology, surface area, adsorption, and photocatalytic activity. For the esterification experiments, we evaluated the best reaction conditions, such as P25 catalyst concentration (5, 10, 15, or 20% w/w) and methanol:oleic acid ratio (3:1, 6:1, 9:1, or 12:1). Fifteen percent catalyst and a 3:1 ratio of methanol:oleic acid were optimal for this reaction. The nanotubes had photocatalytic and adsorbent properties, depending on the adsorbate. The nanotube samples producted by the microwave-assisted hydrothermal method had the best photocatalytic efficiency. This result may be associated with higher surface area of these produced TiO2 nanotubes.

Este trabalho tem como objetivos a obtenção e caracterização de nanocompósitos de polipropileno (PP) com nanopartículas e nanofibras, sintetizadas pelo método hidrotérmico, de dióxido de titânio (TiO2) modificadas com diferentes tipos de organossilanos e/ou polipropileno graftizado com anidrido maleico (PP-g-MA) com o intuito de compatibilizar a carga à matriz polimérica. A caracterização dos nanocompósitos foi realizada através de análises de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Análise de Termogravimetria (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Dinâmico Mecânica (DMA), Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia de Dispersão de Energia (MEV-EDS), Espectroscopia Ultravioleta Visível (UV-Vis), Difração de Raios-X (DRX) e índice de refração. As modificações realizadas nas nanocargas (nanopartículas e nanofibras) causaram uma maior organofilicidade às mesmas, melhorando a compatibilidade com a matriz do polímero resultando em uma diminuição no tamanho dos aglomerados de dióxido de titânio. A presença de nanofibras e nanopartículas de TiO2 resultaram na melhora das propriedades térmicas, óticas e mecânicas do polipropileno, com destaque para a amostra com nanofibras funcionalizada com trietoxioctilsilano (TEOSi). As nanocargas tiveram razoável melhora na dispersão na matriz polimérica, que pode ser comprovado pelas análises de MET. Visto que o TiO2 possui excelentes características a serem exploradas em matrizes poliméricas e, no entanto, possui diferente polaridade quando comparado à maioria destas matrizes, quando realizada a compatibilização da matriz-carga ou a funcionalização da nanocarga, essa interação entre a nanocarga e a matriz aumenta. Assim, o uso de PP-g-MA como compatibilizante ou de organossilanos, como agentes de funcionalização, indica que os resultados obtidos até então são no mínimo promissores / This study aims to obtain nanocomposites of polypropylene with nanoparticles and nanofibers synthesized from titanium dioxide (TiO2) modified with different types of organosilanes and/or polypropylene grafted with maleic anhydride (PP-g-MA) in order to match the filler to the polymer matrix and then to caracterize these materials. The characterization of the nanocomposites was performed by Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Electron Microscopy coupled to an Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), X-ray Diffraction (XRD), Refractive Index, and Eletrical Conductivity. The modification of the nanofillers, nanoparticles and nanofibers, improved their organophilicity and their compatibility with the polymer matrix resulting in a decrease in the size of agglomerated titanium dioxide. The presence of TiO2 nanoparticles and nanofibers resulted in better thermal, optical and mechanical properties of polypropylene, especially the sample with nanofibers functionalized nanofibers with triethoxyoctylsilane (TEOSi). The nanofillers had reasonable improvement in dispersion in the polymer matrix, which can be evidenced by TEM analysis. Since the TiO2 has excellent features to be explored in polymers matrices, and yet, has different polarity when compared to most of these matrices, when the compatibility of matrix-filler or the functionalization of the nanofiller is accomplished, the interaction of the nanofiller and matrix increases. Therefore the use of PP-g-MA as compatibilizers or of silanes as fuctionalization agents indicates that the results obtained so far are at least promising for improving the properties, such as optical and thermal, of the nanocomposites.