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Título: Preparação e caracterização de nanofibras de zeína/poli (Óxido de etileno) por eletrofiação em solução
Título(s) alternativo(s): Preparation and characterization of nanofibers zein/poly (Ethylene oxide) by electrospinning solution
Autor(es): Medeiros, Gabriela Brunosi
Orientador(es): Corradini, Elisângela
Palavras-chave: Polímeros
Nanocompósitos (Materiais)
Biocompatibilidade
Fibras
Polymers
Nanocomposites (Materials)
Biocompatibility
Fibers
Data do documento: 10-Set-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: MEDEIROS, Gabriela Brunosi. Preparação e caracterização de nanofibras de zeína/poli (Óxido de etileno) por eletrofiação em solução. 2018. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2018.
Resumo: Eletrofiação é uma técnica muito utilizada para produção de fibras poliméricas. É um método simples e eficiente que pode resultar em fibras com diferentes morfologias, de acordo com os parâmetros utilizados. A zeína é um polímero natural, biocompatível e biodegradável. O poli(óxido de etileno) (PEO) é um polímero sintético, biocompatível e não tóxico. A combinação da zeína e do PEO formando uma blenda polimérica é uma estratégia interessante que pode possibilitar a produção de um biomaterial com melhores propriedades que as dos polímeros puros. Neste trabalho fibras de zeína/PEO foram obtidas por meio de eletrofiação em solução. Os polímeros puros foram caracterizados por meio do comportamento térmico, DSC e TGA, e estruturalmente por FTIR. Análises reológicas foram feitas para verificar o comportamento das soluções quanto à viscosidade. As morfologias das fibras obtidas foram analisadas por microscopia (MO e MEV), determinando o diâmetro médio das fibras por meio de imagens obtidas por MEV. A técnica de planejamento fracionário 24-1 foi empregada para avaliar a influência de quatro fatores: teor de PEO na blenda; distância entre a ponta da agulha e coletor (distância de trabalho); tensão aplicada; fluxo da solução; sobre duas respostas: diâmetro médio das fibras e rendimento do processo. A relação entre o teor de PEO na blenda e as propriedades das fibras foram avaliadas por meio de FTIR, DSC, TGA, testes de tração e testes citotóxicos. A concentração da solução utilizada para produção de fibras foi fixada em 15% (massa polímero:volume do solvente) em etanol/água (80/20) (v/v). Dois planejamentos fatoriais foram realizados, um com fator teor de PEO variando entre 10 e 30 % e outro com este fator variando entre 2 e 82%. A partir do planejamento com teor de PEO variando entre 10 e 30%, foi observado que o efeito deste fator não apresentou significância estatística na resposta diâmetro médio. No entanto, quando o fator teor de PEO variou entre 2 e 82%, seu efeito naquela resposta tem significância estatística. Além disso, foi observado, em ambos planejamentos, que o fator que exerce maior efeito sobre a resposta diâmetro médio foi a tensão elétrica aplicada. O aumento do teor de PEO na blenda provocou diminuição na estabilidade térmica e um aumento no grau de cristalinidade da fibra. Os ensaios mecânicos mostraram que maiores teores de zeína são correlacionados com menor resistência à tração da fibras. Isto causa aumento tanto da elongação quanto do módulo de Young. Assim, a presença de zeína possibilita a formação de fibras mais rígidas. As fibras apresentaram características citocompatíveis, portanto com potencial para aplicações como um biomaterial. O controle dos parâmetros de solução e de processo na técnica de eletrofiação mostrou essencial para a obtenção de fibras com diâmetros na escala micro e nanométrica. O conhecimento das propriedades térmicas, mecânicas e biológicas das fibras também são essenciais para determinar eventuais tipos de aplicações.
Abstract: Electrospinning is a widely used technique for the production of polymeric nanofibers. It is a simple and efficient method that can result in fibers with different morphologies, according to the used and controlled parameters. Zein is a natural, biocompatible and biodegradable polymer. Poly(ethylene oxide) (PEO) is a synthetic, biocompatible and non-toxic polymer. The combination of zein and PEO forming a polymer blend is an interesting strategy that can enable the production of a biomaterial with better properties than pure constituents. In this work zein/PEO fibers were obtained through solution electrospinning. The thermal behaviors of pure polymers and its mixtures were characterized through DSC, TGA and structurally by infrared spectroscopy (FTIR). Rheological analyzes were performed to verify the viscosity behavior of the solutions. The morphologies of the obtained fibers were analyzed by optical and electronic microscopies (MO and MEV), determining the average diameter of the fibers based in data collected from SEM images. The fractional factorial design 24-1 was used to evaluate the influences of four factors: PEO content in the blend; distance between needle tip and collector (working distance); electric applied tension; solution flow; on two responses: average fiber diameter and process yielding. The relationship between the PEO content in the blend and the fiber properties were evaluated by means of FTIR, DSC, TGA, tensile tests and cytotoxic tests. The concentration of the solution used for fiber production was set at 15% (polymer mass: solvent volume) in ethanol / water (80/20) (v/v). Two factorial envelops were performed, one with a PEO factor varied between 10 and 30% and another with this factor ranging from 2 to 82%. From the design with PEO content fixed between 10 and 30%, it was observed that the effect of this factor did not present statistical significance in the average fiber diameter response. However, when the PEO factor varied between 2 and 82%, its effect on that response became statistically significant. In addition, it was observed in both envelopes that the factor that exerts the greatest effect on the average fiber diameter response was the applied electrical voltage. The increase in PEO content in the blend caused a decrease in thermal stability and an increased the degree of fiber crystallinity. The mechanical tests showed that higher levels of zein are correlated with lower tensile strength of the fibers. This causes both elongation and Young's modulus increase. Thus, the presence of zein makes it possible to form more rigid fibers. The fibers presented cytocompatible characteristics, thus with potential for applications as a biomaterial. The control of the solution and process parameters in the electro-spinning technique proved to be essential for obtaining fibers with diameters at the micro and nanometric scale. Knowledge of the thermal, mechanical and biological properties of fibers are also essential to determine possible types of applications.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3539
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