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This thesis is an experimental investigation of the phase behavior, volumetric properties, and viscosity of poly (methyl methacrylate) (PMMA), poly (ε-caprolactone) (PCL) and their blends. Homopolymerization and copolymerizations of methyl methacrylate (MMA) and 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO) in mixtures of acetone + CO2 have also been explored. The viscosities and densities of acetone + CO2 mixtures were measured in the temperature range 323-398 K at pressures up to 35 MPa. This is the first study in which viscosity of acetone + CO2 mixtures have been measured and the mixtures have been evaluated as solvents for PCL. It is shown that PCL can be readily dissolved in these fluid mixtures at modest pressures even at high carbon dioxide levels. Investigations have been conducted over a temperature range from 323 to 398 K at pressures up to 50 MPa for polymer concentrations up to 20 wt %, and CO2 concentrations up to 60 wt %. It is shown that in these mixtures PCL is dissolved at pressures that are much lower than the pressures reported for miscibility in the mixtures of carbon dioxide with other organic solvents. It is shown that PMMA also readily dissolves at modest pressures. Blends of PMMA and PCL require higher pressures than for the individual polymers for complete miscibility. Free-radical polymerizations of MMA in acetone at 343 K were followed using in-situ measurements of viscosity and density at different pressures from 7- 42 MPa. This is the first time viscosity has been used as a real-time probe of high pressure polymerizations. Two distinct kinetic regimes were identified. Homopolymerizations of MDO were conducted in carbon dioxide at 323 and 343 K at pressures up to 42 MPa. For the first time it is shown that high molecular weight PCL can be produced from MDO in high pressure CO2. Ring-opening free-radical copolymerizations of MDO with MMA, styrene and acrylonitrile were conducted for the first time in carbon dioxide and have been shown to lead to polymers with high molecular weights. / Ph. D.

Des ligands diketimines porteurs de substituants N-benzyl, N-9-anthrylmethyl et N-mesitylmethyl (nacnacBnH, nacnacAnH, and nacnacMesH) ont été synthétisés par condensation d’une amine et d’acétyl acétone ou son monoacétal d’éthylène glycol. La chlorination de la position 3 a été effectuée à l’aide de N-chlorosuccinimide conduisant à la formation des ligands ClnacnacBnH et ClnacnacAnH. Cette même position 3 a également été substituée par un groupement succinimide par lithiation du nacnacBnH, suivi de la réaction avec le N-chlorosuccinimide (3-succinimido-nacnacBnH). Les ligands N-aryl nacnacippH et nacnacNaphH (ipp = 2-isopropylphenyl, Naph = 1-naphthyl) ont été préparés selon les procédures reportées dans la littérature. La réaction de ces ligands avec Zn(TMSA)2 (TMSA = N(SiMe3)2) conduit à la formation des complexes nacnacAnZn(TMSA) et ClnacnacBnZn(TMSA). La protonation avec l’isopropanol permet l’obtention des complexes nacnacAnZnOiPr et ClnacnacBnZnOiPr. La réaction avec Mg(TMSA)2 permet quant à elle la formation des complexes nacnacAnMg(TMSA), nacnacMesMg(TMSA), ClnacnacBnMg(TMSA) et ClnacnacAnMg(TMSA). La protonation subséquente à l’aide du tert-butanol permet l’obtention du nacnacMesMgOtBu et du ClnacnacBnMgOtBu, alors que l’on observe uniquement une décomposition avec les ligands possédant des substituants N-anthrylmethyl. La réaction de ces diketimines avec Cu(OiPr)2 conduit aux dimères hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 lors de l’usage des ligands stériquement peu encombrés. Lors de l’utilisation de ligands plus encombrés, la stabilisation du complexe hétéroleptique par dimérisation n’est plus possible, conduisant, par un échange de ligand, à la formation des complexes homoleptiques Cu(nacnacipp)2 et Cu(nacnacNaph)2. Les complexes homoleptiques Cu(nacnacBn)2 et Cu(3-succinimido-nacnacBn)2 ont été obtenus à partir des ligands N-benzyl. Les ligands encore plus encombrés tels que nacnacAnH, nacnacMesH ou ceux comportant des substituants N-methylbenzyl ne présentent alors plus de réactivité avec le Cu(OiPr)2. La plupart des complexes ont été caractérisés par Diffraction des Rayons X. Les complexes homoleptiques ainsi que ceux de TMSA sont monomériques, alors que ceux formés à partir d’alkoxides se présentent sous forme de dimères à l’état solide. Tous les complexes d’alkoxides ainsi que les nacnacAnMg(TMSA)/BnOH et ClnacnacAnMg(TMSA)/BnOH présentent une réactivité modérée à haute en matière de polymérisation du rac-lactide (90% de conversion en 30 secondes à 3 heures). Le nacnacAnZnOiPr permet la synthèse d’un polymère hautement hétérotactique (Pr = 0.90) quand le ClnacnacBnMgOtBu/BnOH génère un polymère isotactique à -30°C (Pr = 0.43). Tous les autres catalyseurs produisent des polymères atactiques avec une légère tendance hétérotactique (Pr = 0.48 – 0.55). Les complexes hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 se révèlent être de très bons catalyseurs pour la polymérisation du rac-lactide présentant une conversion complète du monomère à température ambiante, en solution, en 0,5 à 5 minutes. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 est actif en présence ou absence d’isopropanol, agissant comme agent de transfert de chaine à haute activité (k2 = 32 M–1•s–1) dans le dichlorométhane. Dans l’acétonitrile, le THF, le dichloromethane et le toluène, [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 conduit à une étroite polydispersité, possédant respectivement des kobs = 2.4(1), 5.3(5), 3.6-4.4 and 10(1) min–1. Aucune réaction parasite, telle qu’une trans-esterification, une épimerisation ou une décomposition du catalyseur, n’a été observée. Les complexes homoleptiques en présence d’alcool libre semblent présenter un équilibre avec une petite quantité de leurs équivalents hétéroleptiques, permettant une polymérisation complète, en moins de 60 min, à température ambiante. Tous les catalyseurs de cuivre présentent un haut contrôle de la polymérisation avec une polydispersité égale ou inférieure à 1.1. Les polymères obtenus sont essentiellement atactiques, avec une légère tendance à l’hétérotacticité à température ambiante et -17°C. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 polymérise également la -butyrolactone (BL), l’-caprolactone (CL) et la -valerolactone (VL) avec des constantes respectivement égales à kobs = 3.0(1)•10–2, 1.2–2.7•10–2, et 0.11(1) min–1. Les homopolymères présentent une étroite polydispersité d’approximativement 1.1. Les polymérisations par addition séquentielle ont mis en évidence une trans-estérification (non observée dans les homopolymérisations) si BL ou CL sont introduits après un bloc lactide. / Diketimine ligands bearing N-benzyl, N-9-anthrylmethyl and N-mesitylmethyl substituents (nacnacBnH, nacnacAnH, and nacnacMesH) were prepared from condensation of amine with either acetyl acetone or its ethylene glycol monoketal. Chlorination of the 3-position was achieved using N-chlorosuccinimide, yielding ClnacnacBnH and ClnacnacAnH. The 3-position was also substituted by succinimido by lithiation of nacnacBnH followed by reaction with N-chlorosuccinimide (3-succinimido-nacnacBnH). N-aryl ligands nacnacippH and nacnacNaphH (ipp = 2-isopropylphenyl, Naph = 1-naphthyl) were prepared from literature. The ligands were reacted with Zn(TMSA)2 (TMSA = N(SiMe3)2) to yield nacnacAnZn(TMSA) and ClnacnacBnZn(TMSA). Protonation with isopropanol gave nacnacAnZnOiPr and ClnacnacBnZnOiPr. Reaction of the diketimines with Mg(TMSA)2 afforded nacnacAnMg(TMSA), nacnacMesMg(TMSA), ClnacnacBnMg(TMSA) and ClnacnacAnMg(TMSA). Subsequent protonation with tert-butanol produced nacnacMesMgOtBu and ClnacnacBnMgOtBu, but only decomposition was observed with N-anthrylmethyl substituents. Reaction of the diketimines with Cu(OiPr)2 yielded the heteroleptic [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 and [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 when using sterically undemanding ligands. When sterically more demanding diketimines were used, stabilization of the heteroleptic complex by dimerization was not possible, resulting in the formation of the homoleptic complexes Cu(nacnacipp)2 and Cu(nacnacNaph)2 by ligand exchange. Homoleptic complexes were also prepared with N-benzyl ligands, i. e. Cu(nacnacBn)2 and Cu(3-succinimido-nacnacBn)2. Even bulkier ligands such as nacnacAnH, nacnacMesH or N-methylbenzyl substituents failed to react with Cu(OiPr)2. Most complexes were characterized by single crystal X-ray diffraction. TMSA complexes and homoleptic complexes were monomeric, alkoxide complexes were dimeric in the solid state. All alkoxide complexes, as well as nacnacAnMg(TMSA)/BnOH and ClnacnacAnMg(TMSA)/BnOH were moderately to highly active in rac-lactide polymerization (90% conversion in 30 sec to 3 h). nacnacAnZnOiPr produced highly heterotactic polymer (Pr = 0.90), ClnacnacBnMgOtBu/BnOH produced slightly isotactic polymer at –30 °C (Pr = 0.43), all other catalysts produced atactic polymers with a slight heterotactic bias (Pr = 0.48 – 0.55). Heteroleptic complexes [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 and [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 are very highly active rac-lactide polymerization catalysts, with complete monomer conversion at ambient temperature in solution in 0.5 – 5 min. [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 specifically polymerized in the presence or absence of isopropanol as a chain-transfer reagent with very high activity (k2 = 32 M–1•s–1), in methylene chloride. While in acetonitrile, THF, dichloromethane and toluene has a kobs = 2.4(1), 5.3(5), 3.6-4.4 and 10(1) min–1, respectively. [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 yields narrow polydispersities and no evidence of side reactions such as transesterification, epimerization or catalyst decomposition. The homoleptic complexes in the presence of free alcohol, seem to be in equilibrium with small amounts of the respective heteroleptic complex, which are sufficient to complete polymerization in less than 60 min at room temperature. All Cu catalysts show high control of polymerization with polydispersities of 1.1 and below. The obtained polymers were essentially atactic, with a slight heterotactic bias at ambient temperature and at –17 °C. [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 polymerizes -butyrolactone (BL), -caprolactone (CL) and -valerolactone (VL) with rate constants of kobs = 3.0(1)•10–2, 1.2–2.7•10–2, and 0.11(1) min–1, respectively. Homopolymers showed narrow polydispersities of appr. 1.1. Sequential addition polymerizations showed evidence for transesterification (not seen in homopolymerizations) if BL or CL are introduced after a lactide block.

O poli(ácido láctico) (PLA) é um polímero biodegradável, biocompatível e bioabsorvível proveniente de fontes renováveis. Constitui uma excelente alternativa sustentável para substituição dos polímeros provenientes de petróleo, atualmente dominantes no mercado industrial. Apesar das vantagens, o PLA tem baixa tenacidade e reduzida elongação na ruptura a temperatura ambiente, o que torna a sua utilização limitada em usos que necessitem de alta deformação plástica em níveis de exigência mecânicos elevados. Misturas mecânicas de PLA com polímeros altamente flexíveis, como é o caso da poli(ε-caprolactona) (PCL), podem resultar em novos materiais com propriedades mecânicas adequadas para diferentes aplicações. Blendas PLA/PCL são completamente imiscíveis, sendo seu comportamento mecânico altamente dependente da interação interfacial entre os componentes da blenda. Portanto, o objetivo desse trabalho é avaliar o efeito compatibilizante de um copolímero em bloco de baixa massa molar (2000 g mol-1) derivado de ε-caprolactona e policarbonato (C2) e, disponível comercialmente em blendas imiscíveis PLA/PCL. Blendas binárias e ternárias foram preparadas por mistura mecânica no estado fundido via processo de extrusão em rosca simples. O teor de PLA nas blendas foi de 75, 50 e 25% (em massa) e a concentração do copolímero de 0, 1, 3, 5 e 7% (em massa). O comportamento térmico, morfológico e mecânico das blendas compatibilizadas e não compatibilizadas foi avaliado por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termodinâmico-Mecânica (DMTA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios de tração, flexão e impacto Izod. Os resultados de DSC e DMTA indicaram que o copolímero provocou pequena redução na temperatura de transição vítrea (Tg) do PLA, sugerindo que o C2 é solúvel no PLA. Entretanto, nas micrografias das superfícies de fraturas do PLA foi nítida a presença de pequenas micelas formadas pelo copolímero em bloco, indicando que há um limite de solubilidade do compatibilizante na fase de PLA. Os resultados obtidos em tração mostraram que com o aumento do teor de compatibilizante, a tensão no escoamento, a tensão na ruptura e o módulo elástico das blendas sofrem alterações. A propriedade de tenacidade, avaliada no ensaio de impacto Izod, mostrou que as blendas tiveram um ganho na resistência quando comparadas com o PLA puro. Os resultados mostraram que o copolímero em bloco derivado de ε-caprolactona e policarbonato alifático pode atuar como compatibilizante para blendas PLA/PCL / Poly(lactic acid) (PLA) is a biodegradable, biocompatible and bioabsorbable polymer from renewable sources. It is an excellent sustainable alternative for replacing petroleum polymers, currently dominant in the industrial market. Despite the advantages, PLA has low toughness and reduced elongation at room temperature, which makes its use limited in uses that require high plastic deformation under high mechanical stress levels. Mechanical mixtures of PLA with highly flexible polymers, such as poly(ε-caprolactone) (PCL), may result in new materials with mechanical properties suitable for different applications. PLA/PCL blends are completely immiscible, and their mechanical behavior is highly dependent on the interfacial interaction between the components of the blend. Therefore, the objective of this work is to evaluate the compatibilizing effect of a low molar mass block copolymer (2000 g mol-1) derived from ε-caprolactone and polycarbonate (C2) and commercially available in PLA/PCL immiscible blends. Binary and ternary blends were prepared by mechanical mixing in the melted state via single-screw extrusion process. The content of PLA in the blends was 75, 50 and 25% (% by mass) and the copolymer concentration was 0, 1, 3, 5 and 7% (% by mass). The thermal, mechanical and morphological behavior of compatibilized and non-compatibilized blends was evaluated by differential scanning calorimetry (DSC), thermodynamic-mechanical analysis (DMTA), scanning electron microscopy (SEM), tensile test, flexion test, and Izod impact. The results of DSC and DMTA indicated that the copolymer caused a small reduction in the glass transition temperature (Tg) of PLA, suggesting that C2 is soluble in PLA. However, in the micrographies of the fracture surfaces of the PLA the presence of small micelles formed by the block copolymer is clear, indicating that there is a limit of solubility of the compatibilizer in the PLA phase. The results obtained in a tensile test showed that with the increase of the compatibilizing content, the tension in the flow, the tension at rupture and the elastic modulus of the blends undergo changes. The tenacity property, evaluated in the Izod impact test, showed that the blends had a gain in resistance when compared to pure PLA. The results showed that block copolymer derived from ε-caprolactone and aliphatic polycarbonate can act as a compatibilizer for PLA/PCL blends.

Os não-carbeno complexos pentacoordenados do tipo [RuCl2(PPh3)2(amina)], sendo as aminas pirrolidina, azocano e dietilamina, foram sintetizados e caracterizados por análise elementar, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de fósforo-31 e espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica. Estudos da teoria do funcional da densidade dos complexos foram realizados para buscar melhor interpretação dos resultados experimentais obtidos. O complexo [RuCl2(PPh3)2(pirrolidina)] exibiu uma geometria do tipo pirâmide de base quadrada em solução, com a amina na posição apical e as trifenilfosfinasestão trans-posicionada. Os complexos [RuCl2(PPh3)2(azocano)] e [RuCl2(PPh3)2(dietilamina)] exibiram geometria do tipo bipirâmide trigonal na qual as duas trifenilfosfinas estão trans-posicionadas no eixo axial. O complexo [RuCl2(PPh3)2(pirrolidina)] exibiu boa atividade catalítica nas polimerizações de norborneno e norbornadieno, tanto em atmosfera de argônio quanto em ar a 25 °C, como observado com os complexos similares [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] e [RuCl2(PPh3)2(piperidina)]. Os complexos [RuCl2(PPh3)2(azocano)] e [RuCl2(PPh3)2(dietilamina)] obtiveram baixo rendimento de polimerização mesmo a 40 °C. Acredita-se que a geometria do tipo pirâmide de base quadrada seja a ativa para formação da espécie metal-carbeno com o etil diazoacetato no período de indução e favorável para iniciar a reação de polimerização via metátese por abertura de anel. A geometria do tipo bipirâmide trigonal pode dificultar o período de indução. Os estudos teóricos corroboraram com essa discussão. Os polinorbornenos, polinorbornadienos e seus copolímeros obtidos com os três complexos ativos foram caracterizados por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono-13, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico-mecânica, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura. O complexo [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] foi eficiente na metátese cruzada entre lignina metacrilada e o 10-undecen-1-ol para modificar a lignina Protobind 2400, e a lignina modificada foi solúvel em diversos solventes. O complexo [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] também foi utilizado na autometátese da olefina terminal do 10-undecen-1-ol para obtenção de um diol que foi usado como segmento flexível e extensor de cadeia em reações de poliuretanas com óleo de mamona ou poli(ε-caprolactona) diol. Esse diol, quando utilizado em pequenas quantidades (10% em massa) nas poliuretanas derivadas do óleo de mamona, foi capaz de prover características adesivas a um material inicialmente rígido. Os resultados das reações de poliuretanas derivadas da poli(ε-caprolactona) diol não apresentaram resultados satisfatórios. / Non-carbene five-coordinate [RuCl2(PPh3)2(amina)] complexes, with pyrrolidine, azocane and diethylamine, were synthesized and characterized by elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, ultraviolet-visible absorption spectroscopy, phosphorus-31 nuclear magnetic resonance and electron paramagnetic resonance. Density functional theory studies of the complexes were performed to complete and improve the experimental studies. [RuCl2(PPh3)2(pyrrolidine)] presented a square pyramidal geometry in solution, with the amine in the apical position and trans-positioned phosphines. [RuCl2(PPh3)2(azocane)] and [RuCl2(PPh3)2(diethyl amine)] exhibited a trigonal bipyramidal geometry in solution, with two phosphine molecules trans-positioned in the axial axis. [RuCl2(PPh3)2(pyrrolidine)] presented activity for ring opening metathesis polymerization of norbornene and norbornadiene under either air or inert atmosphere of argon at 25 °C, as observed with the parent complexes with perhydroazepine and piperidine. The latter three complexes presented square pyramidal geometries and high yields of polynorbornene and polynorbornadiene, different from the trigonal bipyramidal geometry of the complexes with azocane and diethylamine, which showed lower yields for polymerization even at 40 °C. This suggests that the cyclic amines in the apical position of the square pyramidal geometry provoke less steric hindrance, which provides prompt reactivity for ring opening metathesis polymerization. The bipyramidal geometry can hinder the induction period. Theoretical studies corroborate this discussion. The polynorbornenes, polynorbornadienes, and their copolymers obtained with the three active complexes were characterized by carbon-13 nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, thermogravimetry analysis, and scanning electron microscopy. [RuCl2(PPh3)2(perhydroazepine)] was efficient to perform cross metathesis between the methacrylate lignin and 10-undecen-1-ol to modify the Protobind 2400 lignin, and the modified lignin was soluble in several solvents. Self-metathesis of the terminal olefin in 10-undecen-1-ol was conducted in the presence of [RuCl2(PPh3)2(perhydroazepine)] and ethyl diazoacetate to form a bioderived diol. The diol was utilized as soft segment and chain extender in polyurethane reactions with castor oil or poly(ε-caprolactone) diol. At only 10 wt% of the diol, an adhesive characteristic was observed in the castor oil-based polyurethane. The results from poly(ε-caprolactone) diol-based polyurethane were not satisfactory.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a síntese e propriedades do copolímero poli(l,l-lactídeo-stat-e-caprolactona)-bloco-poli(óxido de etileno)-bloco-poli(l,l-lactideostat-e-caprolactona). Poli(óxido de etileno) de massa molar 20.000 u.m.a. e poli(óxido de etileno) modificado, preparado a partir de poli(glicol etilênico) de massa molar 4.000 u.m.a., foram selecionados para o processo da síntese. A reação foi feita pela polimerização por abertura de anel em massa a 120ºC usando octoanato de estanho como iniciador. A composição química de cada amostra foi determinada com auxílio de RMN-1H e RMN-13C e suas propriedades mecânicas foram verificadas e comparadas utilizando análises térmicas como DMTA, DSC, TG e a aplicação da MEV como análise complementar. A observação pelas fotos de MOLP permitiu a visualização do comportamento de nucleação dos copolímeros e as características de sua cristalinidade. Seu grau de cristalinidade e as fases cristalinas foram identificados por difração de raios X (WAXS). A biocompatibilidade do material também foi examinada pela cultura de células. Os resultados de caracterização indicam o sucesso da copolimerização, as propriedades elastoméricas e, sua não citotoxidade comprovaram a possibilidade do uso destes copolímeros como biomateriais. Contudo, o tempo prolongado de reação e baixa incorporação do monômero lactídeo ainda são questões a serem melhoradas para a viabilização do copolímero como material de implante na área biomédica. / This work includes the study of the synthesis and characterization of the copolymer poly(l,l-lactide-stat-e-caprolactone)-b-PEG-b-poly(l,l-lactide-stat-e-caprolactone). Poly (ethylene oxide) with molar weight 20.000 and poly(ethylene oxide) modified, prepared from poly(ethylene oxide) with molar weight 4000 have been selected for this synthesis process. The reaction was done by ring-opening bulk polymerization, using stannous octoate as initiator at 120ºC. The chemical composition of samples were determined by 1H-NMR and 13C-NMR and their mechanical properties were verified using thermal analyses like DMTA, DSC and TG. Scanning electron microscopy (SEM) was applied as a complementary analysis. The pictures of polarizing optical microscopy showed us the copolymer\'s nucleation behaviors and their respective crystallization. The degrees of crystallinity and phase of copolymers were determined by WAXS. The biocompatibility of the copolymer was examined by cell cultivation test. The result of these analyses above indicated the success of synthesis. Their rubbery properties and non-toxicity allowed their application as biomaterial. However, the long reaction time and low incorporation of monomer of lactide might to be improved to increase its potential use in biomedical area in the future.

No presente trabalho, suportes tridimensionais (scaffolds) de polímero reforçado foram gerados por meio da técnica aditiva por extrusão utilizando duas estratégias de deposição e, posteriormente, foram avaliados morfologicamente, mecanicamente e por meio de ensaios in vitro. Como matriz polimérica do compósito utilizou-se a poli(ε-caprolactona) e como reforço, o Biovidro® 45S5. De forma a melhorar a interação interfacial entre a matriz polimérica e a cerâmica, avaliou-se a incorporação de nanofibra de celulose ao biovidro. Os scaffolds foram fabricados seguindo dois métodos diferentes. O primeiro consistiu no pré-processamento do material em extrusora monorrosca, seguida de extrusão direta na impressora 3D experimental Fab@CTI. O segundo consistiu em um único processo de extrusão diretamente no cabeçote de extrusão. A caracterização química do biovidro por espectroscopia de fluorescência de raios-x mostrou eficiência na preparação da biocerâmica e a caracterização da distribuição do tamanho de partícula por espalhamento de luz dinâmica mostrou a obtenção de partículas submicrométricas. Os scaffolds foram caracterizados morfologicamente pela técnica de microscopia eletrônica de varredura, e, pôde-se notar a eficiência na fabricação de geometrias com arquitetura 00/900 e tamanho de poros adequado para a aplicação na engenharia tecidual. Os ensaios mecânicos de compressão evidenciaram melhoras na rigidez com o aumento do teor de biovidro, no caso dos materiais pré-processados por extrusão, além da influência da nanofibra de celulose na melhoria das propriedades mecânicas. Os ensaios biológicos in vitro mostraram que os scaffolds suportam proliferação celular e que o biovidro é responsável pela maior deposição de sais de cálcio extracelular, facilitando a interação do material sintetizado com o tecido ósseo. / In the present work, scaffolds of reinforced polymer were generated by means of the extrusion additive technique using two strategies of deposition and, later, were evaluated morphologically, mechanically and by means of in vitro tests. Poly (ε-caprolactone) was used as the polymer matrix of the composite and as a booster, Bioglass® 45S5. In order to improve the interfacial interaction between the polymer matrix and the ceramic, the incorporation of cellulose nanofiber to the bioglass was evaluated. The scaffolds were manufactured following two different methods. The first consisted of the pre-processing of the extruded extruder material followed by direct extrusion into the experimental Fab@CTI 3D printer. The second consisted of a single extrusion process directly on the extrusion head. The chemical characterization of the bioglass by x-ray fluorescence spectroscopy showed efficiency in the preparation of the bioceramics and the characterization of the particle size distribution by dynamic light scattering showed the submicrometric particles. The scaffolds were characterized morphologically by the scanning electron microscopy technique, and it was noted the efficiency in the manufacture of geometries with architecture 00/900 and pore size suitable for application in tissue engineering. The mechanical compression tests showed improvements in stiffness with increasing bioglass content in the case of pre-processed materials by extrusion, as well as the influence of cellulose nanofiber in improving mechanical properties. Biological assays have shown that scaffolds support cell proliferation and that bioglass is responsible for the increased deposition of extracellular calcium salts, facilitating the interaction of the synthesized material with the bone tissue.

O poli(ácido láctico) (PLA) é um polímero biodegradável, biocompatível e bioabsorvível proveniente de fontes renováveis. Constitui uma excelente alternativa sustentável para substituição dos polímeros provenientes de petróleo, atualmente dominantes no mercado industrial. Apesar das vantagens, o PLA tem baixa tenacidade e reduzida elongação na ruptura a temperatura ambiente, o que torna a sua utilização limitada em usos que necessitem de alta deformação plástica em níveis de exigência mecânicos elevados. Misturas mecânicas de PLA com polímeros altamente flexíveis, como é o caso da poli(ε-caprolactona) (PCL), podem resultar em novos materiais com propriedades mecânicas adequadas para diferentes aplicações. Blendas PLA/PCL são completamente imiscíveis, sendo seu comportamento mecânico altamente dependente da interação interfacial entre os componentes da blenda. Portanto, o objetivo desse trabalho é avaliar o efeito compatibilizante de um copolímero em bloco de baixa massa molar (2000 g mol-1) derivado de ε-caprolactona e policarbonato (C2) e, disponível comercialmente em blendas imiscíveis PLA/PCL. Blendas binárias e ternárias foram preparadas por mistura mecânica no estado fundido via processo de extrusão em rosca simples. O teor de PLA nas blendas foi de 75, 50 e 25% (em massa) e a concentração do copolímero de 0, 1, 3, 5 e 7% (em massa). O comportamento térmico, morfológico e mecânico das blendas compatibilizadas e não compatibilizadas foi avaliado por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termodinâmico-Mecânica (DMTA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios de tração, flexão e impacto Izod. Os resultados de DSC e DMTA indicaram que o copolímero provocou pequena redução na temperatura de transição vítrea (Tg) do PLA, sugerindo que o C2 é solúvel no PLA. Entretanto, nas micrografias das superfícies de fraturas do PLA foi nítida a presença de pequenas micelas formadas pelo copolímero em bloco, indicando que há um limite de solubilidade do compatibilizante na fase de PLA. Os resultados obtidos em tração mostraram que com o aumento do teor de compatibilizante, a tensão no escoamento, a tensão na ruptura e o módulo elástico das blendas sofrem alterações. A propriedade de tenacidade, avaliada no ensaio de impacto Izod, mostrou que as blendas tiveram um ganho na resistência quando comparadas com o PLA puro. Os resultados mostraram que o copolímero em bloco derivado de ε-caprolactona e policarbonato alifático pode atuar como compatibilizante para blendas PLA/PCL / Poly(lactic acid) (PLA) is a biodegradable, biocompatible and bioabsorbable polymer from renewable sources. It is an excellent sustainable alternative for replacing petroleum polymers, currently dominant in the industrial market. Despite the advantages, PLA has low toughness and reduced elongation at room temperature, which makes its use limited in uses that require high plastic deformation under high mechanical stress levels. Mechanical mixtures of PLA with highly flexible polymers, such as poly(ε-caprolactone) (PCL), may result in new materials with mechanical properties suitable for different applications. PLA/PCL blends are completely immiscible, and their mechanical behavior is highly dependent on the interfacial interaction between the components of the blend. Therefore, the objective of this work is to evaluate the compatibilizing effect of a low molar mass block copolymer (2000 g mol-1) derived from ε-caprolactone and polycarbonate (C2) and commercially available in PLA/PCL immiscible blends. Binary and ternary blends were prepared by mechanical mixing in the melted state via single-screw extrusion process. The content of PLA in the blends was 75, 50 and 25% (% by mass) and the copolymer concentration was 0, 1, 3, 5 and 7% (% by mass). The thermal, mechanical and morphological behavior of compatibilized and non-compatibilized blends was evaluated by differential scanning calorimetry (DSC), thermodynamic-mechanical analysis (DMTA), scanning electron microscopy (SEM), tensile test, flexion test, and Izod impact. The results of DSC and DMTA indicated that the copolymer caused a small reduction in the glass transition temperature (Tg) of PLA, suggesting that C2 is soluble in PLA. However, in the micrographies of the fracture surfaces of the PLA the presence of small micelles formed by the block copolymer is clear, indicating that there is a limit of solubility of the compatibilizer in the PLA phase. The results obtained in a tensile test showed that with the increase of the compatibilizing content, the tension in the flow, the tension at rupture and the elastic modulus of the blends undergo changes. The tenacity property, evaluated in the Izod impact test, showed that the blends had a gain in resistance when compared to pure PLA. The results showed that block copolymer derived from ε-caprolactone and aliphatic polycarbonate can act as a compatibilizer for PLA/PCL blends.

O objetivo desse trabalho foi preparar compósitos de matriz de PCL reforçados com microfibrilas de PLA preparadas in situ a partir do controle da morfologia de blendas PLA/PCL. Embora a formação da morfologia fibrilar não tenha sido observada nas condições de extrusão empregadas, estudos do comportamento reológico de blendas de composição 50% PLA / 45% PCL / 5% de compatibilizante (% em massa) mostraram que microfibrilas de PLA podem ser obtidas entre 102 e 104 s-1. Assim, a técnica de reometria capilar foi utilizada para controlar a morfologia de blendas PLA/PCL. Compósitos de matriz de PCL reforçados com 5, 10, 20 e 30% (% em massa) de microfibrilas de PLA foram preparados em extrusora rosca simples, utilizando perfil de temperatura acima da temperatura de fusão do PCL, mas abaixo da temperatura de fusão do PLA, visando preservar a morfologia do PLA. O comportamento morfológico, térmico e mecânico dos compósitos foram avaliados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia óptica com luz polarizada (POM), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise térmica dinâmico-mecânica (DMA) e ensaios mecânicos de tração e de impacto Izod. As curvas DSC mostraram um aumento no grau de cristalinidade da matriz de PCL com o aumento do teor de microfibrilas, o que provavelmente justifica os altos valores de módulo de Young determinados nos compósitos. A aplicação da Regra das Misturas comprovou que os compósitos fabricados exibiram boa orientação das microfibrilas na direção do esforço mecânico aplicado, com valores de módulos próximos ao limite superior da curva. No entanto, a adesão não uniforme entre a matriz e o reforço observada por MEV, resultou na queda da resistência à tração e resistência ao impacto dos compósitos, quando comparados ao PCL puro. A composição com 10% de microfibrilas apresentou um bom balanço de módulo de Young e resistência ao impacto, com potencial de viabilidade em uma série de aplicações biomédicas. / The aim of this work is to prepare PCL composites reinforced with PLA microfibrils prepared in situ from the morphology of PLA/PCL blends control. Although the formation of fibrillar morphology has not been observed under the extrusion conditions employed, studies of the rheological behavior of 50% PLA/ 45% PCL / 5% compatibilizer blends have shown that PLA microfibrils can be obtained between 102 and 104 s-1. Thus, the capillary rheometry technique was used to control the morphology of PLA /PCL blends. PCL composites reinforced with 5, 10, 20 and 30% (% by mass) PLA microfibrils were prepared in a single screw extruder using a temperature profile above the PCL melting temperature, but below the melt temperature of PLA, to preserve the PLA morphology. The morphology, thermal and mechanical behavior of the composites were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), optical polarized light microscopy (POM), differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical-mechanical analysis (DMA) and mechanical tensile tests and Izod impact. DSC curves showed an increase in the degree of crystallinity of the PCL matrix with increasing the PLA microfibrils content, which probably justify the high Young\'s modulus values determined in the composites. The application of the Mix Rule proved that the composites showed good orientation of the PLA microfibrils in the direction of applied mechanical stress, presenting modules values near the upper limit of the curve. However, the non-uniform adhesion between the matrix and the reinforcement observed by MEV, caused the decrease of the tensile and impact strength when compared to pure PCL. The composition with 10% of PLA microfibrils exhibited a good balance of Young\'s modulus and impact strength, with potential viability in a number of biomedical applications.

No presente trabalho, suportes tridimensionais (scaffolds) de polímero reforçado foram gerados por meio da técnica aditiva por extrusão utilizando duas estratégias de deposição e, posteriormente, foram avaliados morfologicamente, mecanicamente e por meio de ensaios in vitro. Como matriz polimérica do compósito utilizou-se a poli(ε-caprolactona) e como reforço, o Biovidro® 45S5. De forma a melhorar a interação interfacial entre a matriz polimérica e a cerâmica, avaliou-se a incorporação de nanofibra de celulose ao biovidro. Os scaffolds foram fabricados seguindo dois métodos diferentes. O primeiro consistiu no pré-processamento do material em extrusora monorrosca, seguida de extrusão direta na impressora 3D experimental Fab@CTI. O segundo consistiu em um único processo de extrusão diretamente no cabeçote de extrusão. A caracterização química do biovidro por espectroscopia de fluorescência de raios-x mostrou eficiência na preparação da biocerâmica e a caracterização da distribuição do tamanho de partícula por espalhamento de luz dinâmica mostrou a obtenção de partículas submicrométricas. Os scaffolds foram caracterizados morfologicamente pela técnica de microscopia eletrônica de varredura, e, pôde-se notar a eficiência na fabricação de geometrias com arquitetura 00/900 e tamanho de poros adequado para a aplicação na engenharia tecidual. Os ensaios mecânicos de compressão evidenciaram melhoras na rigidez com o aumento do teor de biovidro, no caso dos materiais pré-processados por extrusão, além da influência da nanofibra de celulose na melhoria das propriedades mecânicas. Os ensaios biológicos in vitro mostraram que os scaffolds suportam proliferação celular e que o biovidro é responsável pela maior deposição de sais de cálcio extracelular, facilitando a interação do material sintetizado com o tecido ósseo. / In the present work, scaffolds of reinforced polymer were generated by means of the extrusion additive technique using two strategies of deposition and, later, were evaluated morphologically, mechanically and by means of in vitro tests. Poly (ε-caprolactone) was used as the polymer matrix of the composite and as a booster, Bioglass® 45S5. In order to improve the interfacial interaction between the polymer matrix and the ceramic, the incorporation of cellulose nanofiber to the bioglass was evaluated. The scaffolds were manufactured following two different methods. The first consisted of the pre-processing of the extruded extruder material followed by direct extrusion into the experimental Fab@CTI 3D printer. The second consisted of a single extrusion process directly on the extrusion head. The chemical characterization of the bioglass by x-ray fluorescence spectroscopy showed efficiency in the preparation of the bioceramics and the characterization of the particle size distribution by dynamic light scattering showed the submicrometric particles. The scaffolds were characterized morphologically by the scanning electron microscopy technique, and it was noted the efficiency in the manufacture of geometries with architecture 00/900 and pore size suitable for application in tissue engineering. The mechanical compression tests showed improvements in stiffness with increasing bioglass content in the case of pre-processed materials by extrusion, as well as the influence of cellulose nanofiber in improving mechanical properties. Biological assays have shown that scaffolds support cell proliferation and that bioglass is responsible for the increased deposition of extracellular calcium salts, facilitating the interaction of the synthesized material with the bone tissue.