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Previous issue date: 2012-04-27 / Universidade Federal de Minas Gerais / The main objectives of this dissertation were to study the short (tensile and impact) and long-term (fatigue) mechanical behavior of nanocomposites of poly(ether-ether-ketone), PEEK, with nanohydroxyapatite, nHA, for application as biocompatible materials. First of all, a preliminary study was conducted to determine the influence of the addition of nHA in the rheological, thermal and dynamic mechanical properties of PEEK, in order to choose an optimal formulation for large-scale preparation. The chosen composition with 10wt% of nHA was prepared by melt mixing in a co-rotating twin screw extruder. The resulting structure and dispersion were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and rheological properties. Subsequently, the materials (PEEK and PEEK/nHA nanocomposite) were injection molded at 3 different conditions by varying the flow rate. The resulting morphologies were evaluated by polarized light optical microscopy (PLOM) and the degree of crystallinity of the samples was evaluated by differential scanning calorimetry (DSC) and wide angle X-ray scattering (WAXS). The mechanical properties of tensile, impact and fatigue of PEEK and nanocomposite were measured and correlated with the results of dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and the resulting morphology. It was found that the variation of the injection conditions did not change the materials properties significantly; however, the obtained long and short-term mechanical properties of the nanocomposite were within the range of cortical bone properties and, therefore, the nanocomposite can mechanically be used for medium load bearing implant applications, due to their limited modulus. Finally, tests with adult stem cells to determine in vitro biological response of the biomaterial were performed, which indicated that these cells proliferated faster in PEEK/nHA, indicating that the biological response is most favorable to the nanocomposite than to pure PEEK. / Esta dissertação teve como principal objetivo estudar as propriedades mecânicas de curta (tração e impacto) e longa duração (fadiga) de um nanocompósito de poli(éter-éter-cetona), PEEK, com nanohidroxiapatita, nHA, para aplicação como material biocompatível. Primeiramente, foi realizado um estudo preliminar para determinar a influência da adição da nHA nas propriedades reológicas, térmicas e dinâmico-mecânicas do PEEK, com o objetivo de escolher uma formulação ideal para preparo em grande escala do nanocompósito. Em seguida, a composição escolhida com 10% em massa de nHA foi preparada via mistura no estado fundido em uma extrusora de rosca dupla co-rotacional. A estrutura resultante e a dispersão foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por propriedades reológicas. Posteriormente, os materiais (PEEK/nHA e PEEK puro) foram moldados por injeção em 3 condições diferentes, variando-se a vazão. As morfologias obtidas foram avaliadas por microscopia ótica de luz polarizada (MOLP) e o grau de cristalinidade das amostras foi avaliado por calorimetria exploratória diferencial (DSC) e por difração de raios-X de alto ângulo (WAXS). As propriedades mecânicas de tração, impacto e fadiga do PEEK e do nanocompósito foram medidas e correlacionadas com os resultados de análise térmica dinâmicomecânica (DMTA) e com a morfologia resultante. Verificou-se que a variação nas condições de injeção não promoveram diferenças significativas nas propriedades dos materiais; no entanto, as propriedades mecânicas de curta e longa duração obtidas para o nanocompósito estavam dentro da faixa de propriedades do osso cortical sendo, portanto, o nanocompósito compatível mecanicamente para aplicações como implantes que não envolvam alto suporte de carga, devido à sua limitação de módulo elástico. Por fim, foram realizados testes com células-tronco adultas para determinar a resposta biológica in vitro do biomaterial produzido, os quais indicaram que a proliferação destas células ocorreu de forma mais rápida no PEEK/nHA, indicando que a resposta biológica é mais favorável ao nanocompósito do que ao PEEK puro.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/868 |
| Date | 27 April 2012 |
| Creators | Rego, Bruna Turino |
| Contributors | Bretas, Rosario Elida Suman |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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