Poliuretanos e nanocompósitos biodegradáveis derivados de dispersões aquosas projetados para aplicações biomédicas

Autor: Eliane Ayres
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2006
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMGUniversidade Federal de Minas GeraisUFMG.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
Popis: Waterborne polyurethane (PUDs) with potential for application as biomaterial were synthesized. Polypropyleneglycol (PPG) and/or polycaprolactonediol (PCL) were used as soft segment. The hard segment was formed by extending isophorone diisocyanate (IPDI) with hydrazine (HZ) producing poly (urethaneurea) s. PUDs were reinforced with Na+-montmorillonite (Na+-MMT) and sodium bentonite to give nanocomposites (CPUDs). Here, water was used as swellingagent to make the basal space of silicate layers widen without any chemical treatment. PCL is a biodegradable aliphatic polyester, but the degradation rate of PPG/PCL based polyurethane was very slow. Poly(ethylene glycol) (PEG) enhanced hydrophilicity and caused an increase in water permeability as showed by hydrolytic tests. According to XRD curves, although the clay structure was present in some extent, asshowed by the presence of peaks, the obtained nanocomposites achieved some degree of intercalation. Small angle X-ray scattering (SAXS) results showed that the incorporation of inorganic species into PUDs yielded nanocomposites with nanocomponents intercalated to larger distances (25nm) characteristic of exfoliated nocomposites.To investigate the degree of hydrogen bonding and microphases mixing of the polyurethanes and nanocomposites, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) experiments were performed. The carbonyl absorption was split into two bands, and the relative absorbances of the two carbonyl bands, served as an index of the degree to which this group participates in hydrogen bonding. Structural parameters, obtained from mathematical manipulation of SAXS data showed that polyurethane based in polyester in its soft segment has longer inter-domain repeat distance (L) than that one based in polyether. Surprisingly, the degradation temperatures, examined by thermogravimetric analysis(TG), of PUDs, were almost the same of the nanocomposites (CPUDs). Differential scanning calorimetry (DSC) measurements showed that glass transition temperature (Tg) of CPUD can be lower or higher than that of the PUD. Mechanical tests performed in PUDs exhibited values of tensile strength and elongation at break up to 50Mpa and 1400% respectively. CPUD with 1% of MMT content demonstrated the best mechanical properties among the nanocomposites. Preliminary in vitro experiment has shown that polycaprolactone based polyurethane isbiocompatible with osteoblasts and these cells could adhere and proliferate on the material. Such biodegradable materials can find potential application as uniquely attractive biomedical polyurethanes.
Foram sintetizados poliuretanos (PU) a partir de dispersoes aquosas (PUDfs) com potencial para serem aplicados na area de biomateriais. Nestes elastomeros foram utilizados poli(propileno glicol) (PPG) e/ou poli(Ã-caprolactona) (PCL) como segmento macio. O segmento rigido foi baseado nos reagentes isoforona diisocianato (IPDI) e a diamina hidrazina (HZ), produzindo poli(uretano-ureia)fs. Os PUDfs foram modificados com Na+-montmorilonita (Na+-MMT) e bentonita sodica para gerar nanocompositos (CPUDfs). Neste processo, o aumento do espacamento basal das camadas de silicato foi provocado pela agua sem necessidade de qualquer tratamento quimico da argila. O PCL e um poliester alifatico biodegradavel, porem, a taxa de degradacao depoliuretanos derivados de PPG/PCL foi muito lenta. Conforme ficou demonstrado nos testes de degradacao hidrolitica, a introducao de poli(etilenoglicol) (PEG) na cadeia do PU, aumentou o carater hidrofilico e causou o aumento da permeabilidade a agua. De acordo com as curvas de difracao de raios-X (XRD), os nanocompositos obtidosalcancaram uma intercalacao parcial e a argila ainda manteve sua estrutura preservada, conforme ficou demonstrado pela presenca de picos referentes a argila. Os resultados de raios-X de baixo angulo (SAXS) mostraram que a incorporacao de entidades inorganicas nos PUDfs gerou nanocompositos com espacamentos basais em torno de 25nm, caracteristicos de nanocompositos parcialmente esfoliados.O grau de ligacoes de hidrogenio, avaliado por espectroscopia no infravermelho (FTIR), foi usado para investigar o processo de separacao de microfases nos PU. A banda correspondente a absorcao da carbonila se dividiu em duas e as absorbancias relativas das duas bandas serviram de indice para avaliar a participacao deste grupo nas ligacoes de hidrogenio. Parametros estruturais, obtidos a partir de tratamentos matematicos de dados de SAXS mostraram que o poliuretano com segmentos macios derivados de poliester possui uma distancia repetitiva interdominio (L) maior que aquela de polieter. Ao contrario do esperado, as temperaturas de degradacao de PUDfs, examinadas poranalise termogravimetria (TG), foram praticamente as mesmas daquelas de nanocompositos. Medidas feitas por calorimetria exploratoria diferencial (DSC), mostraram que a temperatura de transicao vitrea (Tg) de um nanocomposito pode ser maior ou menor que aquela do polimero puro dependendo do grau de interacao entreos componentes. Os testes mecanicos realizados em PUDfs exibiram valores de resistencia a tensao na ruptura e alongamento na ruptura de ate 50 MPa e 1400% respectivamente. Entre os nanocompositos, o nanocomposito com teor de argila de 1% demonstrou o melhordesempenho das propriedades mecanicas Testes preliminares in vitro demonstraram que o poliuretano derivado de PCL e biocompativel com osteoblastos e estas celulas podem aderir e proliferar no material.Tais materiais biodegradaveis sao extremamente atrativos e demonstraram ter potencial para serem utilizados como poliuretanos biomedicos
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: