ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: Efeito plastificante e estabilizante de nanoesferas de sulfeto de antimônio na matriz do PVC exposto a radiação gama.

AUTORES: Araujo de Lima, T. (UFPE) ; Aparecida da Silva Aquino, K. (UFPE)

RESUMO: O poli (cloreto de vinila) (PVC) é um dos polímeros com grande aplicação na manufatura de artefatos médicos radioesterelizáveis devido a características como: transparência e propriedades mecânicas. Sendo assim, este estudo visou analisar as alterações induzidas pela radiação gama (25 kGy) nas propriedades de nanocompósitos de PVC comercial com nanocargas de sulfetos de antimônio (300-500 nm). As cargas, caracterizadas como nanoesferas amorfas, foram adicionadas ao polímero nas concentrações de 0,1%; 0,3%; 0,5% e 0,7% (m/m). Resultados viscosimétricos mostraram uma ótima ação radioprotetora das nanopartículas de antimônio na concentração de 0,3%, com uma proteção de 67%, além de mudanças nas propriedades mecânicas indicarem a ação plastificante dessas nanocargas.

PALAVRAS CHAVES: PVC; Nanocargas; Radiação gama

INTRODUÇÃO: O Poli (cloreto de vinila) – PVC é um polímero muito usado em embalagem de alimentos e equipamentos médicos que passam por processo de radioesterilização. Contudo, quando os sistemas poliméricos são submetidos à esterilização via radiação gama (na dose de 25 kGy), as estruturas moleculares sofrem modificação resultando em cisão ou reticulação na cadeia principal (CHAPIRO, 1962). Essas modificações estruturais demonstram tendência para a degradação das propriedades do material. Sendo assim, o estudo de métodos para estabilização deste polímero se faz necessário. Nanocargas de metais têm sido estudadas extensivamente como uma alternativa ao uso de pós de metais. As características físico-químicas das nanocargas de metais tais como: atividade catalítica, e propriedades óticas, eletrônicas e magnéticas despertam grande interesse para produção de materiais semicondutores a base de misturas físicas de polímeros com nanocargas metálicas (GEDANKEN, 2007). Contudo não foi registrada na literatura a utilização de nanocargas na estabilização radiolítica de polímeros. Elementos da família 5 A, da tabela periódica, formam com calcogênios, compostos binários, como por exemplo o sulfeto de antimônio (Sb2S3), que vêm atraindo bastante a atenção devido as suas propriedades fotovotáicas e termoelétricas (WANG et al, 2003). Wang et al (2003) sintetizaram com sucesso nanocargas de Sb2S3 usando irradiação ultrasônica, que possui a vantagem de se ter um ótimo rendimento de reação, quando comparada com a síntese química, e a habilidade de formar partículas em escala nanométricas. Sendo assim, o objetivo deste projeto é desenvolver um novo plástico com resistência à radiação gama, mecanicamente estável e com aplicações diretas na manufatura de artefatos médicos.

MATERIAL E MÉTODOS: Inicialmente, sintetizou-se o sulfeto de antinômio a partir de uma mistura de tioacetamida (CH3CSNH2), etanol absoluto e cloreto de antimônio, submetida a alta intensidade de ultrasom (20 kHz) durante 0.5h, com 100% da potência total (500 W); a mistura resultante foi centrifugada e lavada em etanol absoluto, água destilada e acetona em sequência, deixando o precipitado obtido secar durante alguns dias no dessecador. Em seguida, caracterizou-se o sulfeto produzido por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para a preparação dos filmes, foi utilizado o PVC comercial. Preparou-se os filmes de PVC/Sb2S3 a partir de uma solução contendo 0,10%; 0,30%; 0,50% e 0,70%, além do controle (sem nanopartícula), em peso do compósito em metil-etil-cetona (MEC), que após 48 horas de agitação magnética foram produzidos pela técnica de derrame em placa de Petri. Irradiou-se os filmes na dose de radiação gama de 25kGy (dose de esterelização). Após a irradiação das amostras, investigou-se os efeitos radiolíticos na estrutura molecular da matriz polimérica do PVC, usando técnicas de viscosimetria. Realizou-se as medidas de viscosidade das amostras utilizando um viscosímetro de Ostwald em banho termostático. Em seguida, determinou-se a massa molar média viscosimetrica, Mv através da equação de Mark-Houvink (HENSHAW e PARKIN, 1996), obtendo assim o índice de degradação das amostras. Por fim, determinou-se o grau de proteção (P%) que o sistema PVC/carga confere à matriz do PVC. A fim de analisar as mudanças causadas nas propriedades mecânicas da matriz polimérica do PVC devido à adição das nanopartículas de sulfeto, foi realizado ensaio mecânico e, posteriormente, analisada as modificações nas propriedades de módulo de elasticidade (Módulo de Young) e alongamento na ruptura das amostras.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: As nanopartículas Sb2S3 foram obtidas com sucesso pelo método sonoquímico proposto neste estudo. A Figura 1 mostra os padrões de DRX e MEV de Sb2S3. O pico de difração (Figura 1a) indica que o sulfureto de antimônio pó era amorfo. A imagem do MEV (Figura 1b) mostrou que a Sb2S3 amorfo é composto por nanoesferas, cujos diâmetros foram calculados em 300-500 nm. Com relação às amostras de PVC, quando exposto à radiação gama, foi possível observar que sua Mv diminuiu de 101.298 ± 2.233 para 91.150 ± 1158, que caracteriza o efeito de cisão da cadeia principal. Este resultado concorda com a literatura sobre o efeito da radiação gama sobre a matriz de PVC (VINHAS et al, 2004). Foi possível notar que ocorreu menos cisão na cadeia nas amostras 0,3%. Na dose de esterilização o ID calculado foi de 0,111 para PVC e ID = 0,037 para as amostras de PVC / Sb. Estes dados representam uma diminuição de 67% em cisão por molécula original de PVC. Além disso, com o aumento da concentração das nanopartículas na matriz de PVC foi observada uma diminuição da ação estabilizante das mesmas sobre os sistemas. A provável explicação é que as nanopartículas estejam agindo como impureza, apesar da falta de detalhes encontrados na literatura. Além das análises viscosimétricas, as amostras foram submetidas a ensaios mecânicos e os resultados podem ser observados na Figura 2. De acordo esta figura, pode ser observada a diminuição do Módulo de Young após a adição das nanopartículas, para as amostras não irradiadas. Estes resultados refletem no aumento do alongamento na ruptura e, consequentemente, mostram a ação plastificante obtida com a adição das nanopartículas de Sb2S3. Para as amostras irradiadas, é possível observar que não houve mudanças significativas nas propriedades mecânicas das amostras.

Figura 1

a) DRX das nanopartículas de sulfeto de antimônio. b) MEV das nanopartículas de sulfeto de antimônio.

Figura 2

Resultados obtidos após a realização do ensaio mecânico.

CONCLUSÕES: Assim como pôde ser observado ao longo deste trabalho, as nanoesferas amorfas de sulfeto de antimônio se mostraram eficientes protetores contra os efeitos radiolíticos causados pela irradiação das amostras, além de possuir um caráter plastificante. Esses resultados são importantes para o desenvolvimento deste ramo, sabendo que não havia registros anteriores desta utilização, e serve como apoio para pesquisas posteriores em busca de sua utilização comercial, pois a utilização destas nanocargas dará mais estabilidade aos filmes e pode substituir plastificantes já utilizados industrialmente.

AGRADECIMENTOS: Nós gostaríamos de agradecer ao CNPq pelo suporte financeiro e a Brasken pelas amostras de PVC concedidas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CHAPIRO, A. Radiation chemistry of polymeric systems, New York:: Jonh Wiley & Sons, 1962.
GEDANKEN, A. Doping nanoparticles into polymers and ceramics using ultrasound radiation. Ultrasonics Sonochem. v. 16, p. 418-430, 2007.
HENSHAW, G.; PARKIN, I. P. G.; Shaw Elemental, liquid ammonia facilitated routes to zinc, cadmium, merSbry copper, silver and lead telluride, J Mate. Sci Lett, 15, pp. 1741-1742 (1996).
VINHAS, G. M.; SOUTO-MAIOR, R. M.; ALMEIDA, Y. M. B. Radiolytic degradation and stabilization of poly(vinyl choride), Polym Degrad Stab, 83, 429-433 (2004).
WANG. H.; LU, Y.N.; ZHU, J. J; CHEN, H. Y. Sonochemical fabrication and characterization of stibnite nanorods. Inorg. Chem. V. 42, p. 6404-6411, 2003.