Otimização de síntese de poliésteres insaturados para aplicações biomédicas

Abstract

Os poliésteres insaturados são materiais de alto desempenho que têm cada vez mais interesse, já que é possível alterar e combinar as suas propriedades para que possam ser aplicados nas mais variadas áreas, nomeadamente na área biomédica. São sintetizados a partir da policondensação de um ácido carboxílico com um álcool, pelo que são várias as formulações possíveis e as condições reacionais utilizadas.Neste trabalho, foram sintetizados poli(1,4-butileno fumarato) (PBF) e poli(1,4-butileno itaconato) (PBI) a partir da policondensação do 1,4-butanodiol (BTD) com, respetivamente, ácido fumárico (AF) e ácido itacónico (AI). Não foram utilizados solventes nem catalisadores durante a síntese destes materiais, sendo que foram alteradas as condições reacionais, tais como estequiometrias (1:1 e 2:1), temperaturas (160 e 170 °C) e uso, ou não, de vácuo para se estudar a influência destas variáveis nas propriedades do produto final.Os materiais produzidos foram poliésteres insaturados e, dependendo da formulação, apresentaram-se com aparência sólida e cor branca (PBF) ou materiais líquidos e viscosos (PBI). As estruturas dos materiais foram confirmadas a partir de ATR-FTIR e 1H RMN e a sua estabilidade térmica foi estudada através de TGA e DSC. Assim, foi verificado que a degradação destes produtos se dá num total de quatro estágios diferentes e que, para os sólidos brancos, se verificou um comportamento semi-cristalino com temperaturas de transição vítrea (Tg), cristalização (Tc) e fusão (Tm), enquanto os líquidos apresentam um comportamento de materiais amorfos, observando-se apenas TgA variação na estequiometria observou-se através dos espetros ATR-FTIR e 1H RMN, sendo que esta foi a variável que mais influenciou as propriedades dos produtos finais. Visualmente, o excesso de diol tornou os sólidos rígidos em pastosos e os líquidos diminuíram na sua viscosidade, sendo que este aumento na quantidade de diol também permitiu a obtenção de valores ácidos (VA) mais baixos. As propriedades térmicas dos materiais foram influenciadas, sendo que se observou uma diminuição das Tm com o aumento da quantidade de diol, não se conseguindo obter conclusões acerca de eventuais alterações nas Tg.Tanto a variação da temperatura e o uso, ou não, de vácuo não tiveram influência nas propriedades finais dos polímeros, sendo que apenas se verificou que o aumento da temperatura e o uso de vácuo diminuem o tempo reacional.

Unsaturated polyesters are high performance materials that have increasingly interest to be applied in different areas, like biomedical applications, because of the ease at which is possible to modify and combine their properties. The polyesters are synthesised trough a reaction of polycondensation between a dicarboxylic acid and an alcohol and there are multiple formulations, and a variety of different reaction conditions can be used.In this work, poly(1,4-butylene fumarate) (PBF) and poly(1,4-butylene itaconate) (PBI) were synthesised by polycondensation of 1,4-butanediol (BTD) with fumaric (AF) or itaconic acid (AI). No solvents or catalysts were used, and some variables were changed so their influence on the final product could be studied. The diol/diacid stoichiometry used were 1:1 and 2:1, with temperatures of 160 or 170°C and the with or without the use of vacuum. Unsaturated polyesters were successfully synthesised, and the resulting materials were presented as white solids (PBF) or viscous liquids (PBI). Their chemical structures were confirmed by ATR-FTIR and 1H NMR, and their thermal properties were studied by TGA and DSC analysis. The materials decomposition was verified in a total of four stages and while the liquids showed an amorphous behaviour with only glass transition temperatures (Tg), the solids showed a semi-crystalline behaviour with all three of the different temperatures, them being glass transition (Tg), crystallisation (Tc) and melting temperatures (Tm).The stoichiometry effect was shown, not only by the difference on the materials consistence but also, by the ATR-FTIR and 1H NMR analysis. The increase in the diol amount led to the obtaining of low acid values (AV) and delayed the formation of crosslinked materials. Also, the thermal properties were influenced by this variable. More amounts of diol led to lower Tm, but it was not possible to get any conclusions about the influence on Tg.The change on reaction temperatures and the use of vacuum did not affect the material’s final properties but led to a decrease on the reaction time.