Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor António Torres Marques

Estágio realizado no Imperial College London e orientado pelo Prof. Dr. Paul Robinson / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, opção Materiais e Processos de Fabrico

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Metalúrgica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Submitted by ROBERTO PAULO CORREIA DE ARAÚJO (ppgorgsistem@ufba.br) on 2016-07-11T16:14:51Z No. of bitstreams: 1 George Gonçalves dos Santos.pdf: 4710255 bytes, checksum: a9107e3cbf0e176d11241d8705a62e23 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T16:14:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 George Gonçalves dos Santos.pdf: 4710255 bytes, checksum: a9107e3cbf0e176d11241d8705a62e23 (MD5) / The researches in bone tissue engineering (BTE) have the objective to develop ideal conditions for the repair and/or replacement of injured or lost tissue, with the application of cellular elements, growth factors and biomaterials. These last examples can be synthesized in different forms of presentation, such as microspheres, granules. The microspheres promote formation of interstices with each other, migration of cells deposition of growth factors, diffusion of nutrients, new extracellular matrix synthesis (ECM), and neovascularization. The granules in addition to these properties, they can be used to fill defects and injuries of irregular shapes. Among the most used bioceramics, hydroxyapatite (HA) has gotten distinction mainly due to its biocompatibility, osteoconduction and ability to link chemically to bone tissue (BT) of the receptor site. When they have been designed nanoscale, with a surface area between 20-100nm, crystals of HA may dissolve faster due to the biggest surface area exposed to the biological environment and accelerate the speed of formation and growth of biologically active apatite layer. Another way to optimize the physicochemical characteristics of the HA is to associate it with natural polymers like the alginate to form composites.These show the main advantage of joining the physicochemical properties of bioceramics and polymer, which becomes the use of composite promising alternative. In this context, the aim of this study was to evaluate the influence of the shape and compositionof new composite biomaterial nanostructured HA associated with the alginate, to bone repair. For this study, we have used a sample of 15 mousewere divided into three experimental groups of 5 animals each, evaluated the biological point of 15 days post-surgery: GHAMi -bone defect filled with hydroxyapatite microspheres associated with alginate; GHAGr -bone defect filled with hydroxyapatite granules associated with the alginate; DC -bone defect filled with blood clot. In GHAMi, bone neoformation was observed inside some microspheres to defect margins, and mild chronic granulomatous inflammation around the others. In GHAGr group, the most of the particles kept intact and chronic granulomatous inflammation in between the granules was evidenced. In DC, therewas restricted bone formation to bone tissue edges and filling of the connective tissue in all the defective site with the thickness reduced relative to the edges. Based on the above considerations, it is concluded that the composite shape was determinantin tissue response to biomaterials and at this early stage of bone healing, the microspheres were more attractive to new bone formation. / As pesquisas na área da bioengenharia tecidual óssea (BTO) têm objetivado desenvolver condições ideais para o reparo e/ou a substituição do tecido lesado ou perdido, por meio da utilização de elementos celulares, fatores de crescimento e biomateriais. Estes últimos podem ser sintetizados em diferentes formas de apresentação, tais microesferas, grânulos. As microesferas promovem formação de interstício entre si, migração de células deposição de fatores de crescimento, difusão de nutrientes, síntese de nova matriz extracelular (MEC), e neovascularização. Os grânulos, além dessas propriedades, podem ser utilizados para preencher defeitos e lesões de formas irregulares. Dentre as biocerâmicas mais utilizadas, a hidroxiapatita (HA) ganhou destaque devido, principalmente, à sua biocompatibilidade, osteocondução e capacidade de se ligar quimicamente ao tecido ósseo (TO) do sítio receptor. Quando projetados em nanoescala, com área superficial entre 20-100nm, os cristais da HA podem se dissolver mais rapidamente devido à maior área de superfície exposta ao ambiente biológico e acelerar a velocidade de formação e crescimento da camada de apatita biologicamente ativa. Outra forma de otimizar as características físico-químicas desta HA é associá-la a polímeros naturais, como o alginato, para formar compósitos. Estes apresentam como principal vantagem a junção das propriedades físico-químicas da biocerâmica e do polímero, o que torna a utilização de compósitos alternativa promissora. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do formato e da composição de novos biomateriais compósitos de HA nanoestruturada associada ao alginato, para o reparo ósseo. Para isso, utilizou-se amostra composta por 15 ratos, distribuídos em 3 grupos experimentais, com 5 animais cada, avaliados no ponto biológico de 15 dias de pós-operatório: GHAMi –defeito ósseo preenchido com microesferas de hidroxiapatita associada ao alginato; GHAGr –defeito ósseo preenchido com grânulos de hidroxiapatita associada ao alginato; DC –defeito ósseo preenchido com coágulo sanguíneo. No GHAMi, observou-se neoformação óssea no interior de algumas microesferas às margens do defeito, e discreta inflamação crônica granulomatosa em volta das demais. No grupo GHAGr, a maioria das partículas se manteve íntegra e a inflamação crônica granulomatosa de permeio aos grânulos foi acentuada. No DC, houve neoformação óssea restritaàs bordas ósseas e preenchimento de tecido conjuntivo em toda extensão do defeito, com espessura reduzida em relação às bordas. Diante do exposto, conclui-se que o formato dos compósitos foi determinante na resposta tecidual aos biomateriais e, nesta faseinicial do reparo ósseo, as microesferas foram mais atraentes para a neoformação óssea.

Compósitos de polipropileno (PP) com cargas inorgânicas tem sido cada vez mais aplicados na obtenção de peças automotivas, eletrodomésticos e outros. O crescimento da aplicação destes materiais foi possível com o advento da tecnologia de adesão que consiste no uso de um agente que promove a interação físico-química na interface carga/matriz. Neste trabalho, o viniltrietoxisilano (VTES) foi empregado como agente de adesão em compósitos de PP com fibras de vidro curtas. A reação do VTES com PP por via radicalar foi estudada em câmara de mistura e por extrusão reativa, comparando-se os dois processos. O VTES reage com o PP na ausência de iniciador de reação radicalar em processos com alto cisalhamento. A reação modifica o comportamento reológico do polímero, sem afetar significativamente as propriedades térmicas e mecânicas. O teor de VTES tem influência sobre o peso molecular de produtos sem peróxido. Compósitos de PP contendo 20% de fibras de vidro foram obtidos por extrusão reativa e câmara de mistura, analisando-se o efeito de VTES sobre as propriedades mecânicas, reológicas e a morfologia dos produtos. Um estudo das condições de processamento por extrusão reativa é apresentado, comparando dois métodos a) pré-impregnação do polímero com os reagentes e b) adição de uma solução dos reagentes num estágio avançado da extrusora. A quebra diferenciada das fibras durante o processamento por extrusão pode ser explicada através comportamento reológico observado pelas medidas de torque na câmara de mistura O VTES age no sentido de promover a adesão na interface matriz / fibra, o que pode ser verificado pela morfologia do material. A degradação do material é influenciada pela exposição ao ar, pelo tempo de residência e pela temperatura na extrusão. O módulo dos compósitos contendo VTES é dependente do comprimento das fibras. A tensão de ruptura aumenta em presença de VTES.

Neste trabalho foi avaliada a resistência à corrosão dos revestimentos compósitos de níquel, obtidos a partir de um banho de níquel químico (electroless) e um banho de níquel eletrolítico tipo Watts (com e sem tensoativo), caracterizando-os comparativamente em relação ao revestimento de níquel sem partículas. Os métodos utilizados para avaliação da resistência a corrosão foram: ensaio acelerado em névoa salina, voltametria cíclica, curva de polarização potenciodinâmica (em NaCl 0,6N) e dissolução anódica à corrente constante. Os revestimentos também foram avaliados com relação à resistência ao desgaste, rugosidade, e morfologia da camada. As partículas foram caracterizadas por difração de raio- X , dispersão granulométrica e potencial zeta. Nas condições estudadas os resultados mostraram que o revestimento compósito Ni-P-Al2O3 (Al2O3 - tamanho de grão ≅ 0,1 a 1,8µm) apresentou melhor resistência à corrosão que o revestimento de níquel químico sem incorporação de partículas (Ni-P) que por sua vez, apresentou resistência a corrosão superior ao compósito Ni-P-SiC no. 23 (SiC no. 23 - tamanho de grão ≅0,8 a 19,9µm). Já o eletrodepósito de níquel sem incorporação de partículas apresentou melhor resistência à corrosão que os revestimentos compósitos. Entre estes o compósito Ni-Al2O3 apresentou resistência a corrosão superior ao compósito Ni-SiC no. 23 A adição do tensoativo lauril sulfato de sódio reduz a quantidade de partículas incorporadas no eletrodepósito, sendo este efeito mais acentuado para o SiC com maior granulometria. Para diferentes granulometrias de carbeto de silício (SiC no. 2 - tamanho de grão ≅0,3 a 6,2µm e SiC no. 23 - tamanho de grão ≅0,8 a 19,9µm), o revestimento compósito obtido com o SiC que possui menor granulometria, apresentou maior resistência à corrosão e maior resistência ao desgaste, indicando desta forma que o tamanho da partícula incorporada no depósito de níquel exerce grande influência sobre a resistência à corrosão do revestimento, bem como sobre a resistência ao desgaste.

Compósitos de polipropileno (PP) com cargas inorgânicas tem sido cada vez mais aplicados na obtenção de peças automotivas, eletrodomésticos e outros. O crescimento da aplicação destes materiais foi possível com o advento da tecnologia de adesão que consiste no uso de um agente que promove a interação físico-química na interface carga/matriz. Neste trabalho, o viniltrietoxisilano (VTES) foi empregado como agente de adesão em compósitos de PP com fibras de vidro curtas. A reação do VTES com PP por via radicalar foi estudada em câmara de mistura e por extrusão reativa, comparando-se os dois processos. O VTES reage com o PP na ausência de iniciador de reação radicalar em processos com alto cisalhamento. A reação modifica o comportamento reológico do polímero, sem afetar significativamente as propriedades térmicas e mecânicas. O teor de VTES tem influência sobre o peso molecular de produtos sem peróxido. Compósitos de PP contendo 20% de fibras de vidro foram obtidos por extrusão reativa e câmara de mistura, analisando-se o efeito de VTES sobre as propriedades mecânicas, reológicas e a morfologia dos produtos. Um estudo das condições de processamento por extrusão reativa é apresentado, comparando dois métodos a) pré-impregnação do polímero com os reagentes e b) adição de uma solução dos reagentes num estágio avançado da extrusora. A quebra diferenciada das fibras durante o processamento por extrusão pode ser explicada através comportamento reológico observado pelas medidas de torque na câmara de mistura O VTES age no sentido de promover a adesão na interface matriz / fibra, o que pode ser verificado pela morfologia do material. A degradação do material é influenciada pela exposição ao ar, pelo tempo de residência e pela temperatura na extrusão. O módulo dos compósitos contendo VTES é dependente do comprimento das fibras. A tensão de ruptura aumenta em presença de VTES.