Desenvolvimento e caracterização de nanocompósitos híbridos de UHMWPE/Al2O3/B4C visando aplicação em próteses de joelho - Soares, Igor Tenório (UFRJ, 2022)
[PT]O UHMWPE é um polímero usado para aplicações de alto desempenho, e sua aplicação tribológica mais notável é como material de próteses ortopédicas articuladas, devido à sua biocompatibilidade, além de suas propriedades mecânicas e tribológicas. Apesar disso, os implantes ortopédicos têm uma vida útil finita devido ao desgaste a que o UHMWPE está sujeito após períodos prolongados de uso. Nesse contexto, a tecnologia das próteses continua sendo aprimorada com o objetivo de melhorar o desempenho dos produtos comerciais. Sendo assim, este projeto visa desenvolver e caracterizar nanocompósitos poliméricos híbridos de UHMWPE com nanopartículas de óxido de alumínio (Al2O3) e carbeto de boro (B4C), com alta resistência ao desgaste mecânico, para aplicação em próteses de joelho. A vitamina E foi utilizada como antioxidante, e os nanocompósitos foram caracterizados quanto às suas propriedades estruturais, térmicas, mecânicas, tribológicas e biológicas. A análise estrutural dos nanocompósitos revelou que as nanopartículas estão organizadas formando uma rede contínua que circunda os grãos do polímero. Os resultados da análise térmica mostraram que a presença de nanopartículas não foi capaz de modificar o perfil de degradação térmica, bem como a cristalinidade e a temperatura de fusão cristalina da matriz polimérica, o que acontece como uma consequência da estrutura observada. As propriedades mecânicas de dureza e módulo de Young se mostraram mais sensíveis à presença das nanopartículas de B4C do que de Al2O3, com aumento progressivo relativo à concentração de B4C. Com os ensaios tribológicos, foi possível observar que a presença simultânea das duas nanopartículas utilizadas promove menor desgaste do material polimérico, podendo-se considerar um comportamento sinérgico de reforço causado pelos aditivos nanométricos.Por fim, a biocompatibilidade do material polimérico foi mantida, mesmo com a presença das nanopartículas, o que indica que o nanocompósito híbrido desenvolvido é um material promissor para a aplicação em próteses de joelho de alto desempenho.[EN]UHMWPE is a polymer used for high performance and its most notable tribological application is as bearing material for articulated orthopedic prostheses, due to its biocompatibility in addition to its mechanical and tribological properties. However, orthopedic implants have a finite lifespan due to the wear that the UHMWPE is subjected to after prolonged use. In this context, the technology of prostheses continues to be developed in order to improve the performance of commercial products. Therefore, the objective of this project is to develop and characterize hybrid polymeric nanocomposites of UHMWPE with aluminum oxide (Al2O3) and boron carbide (B4C) nanoparticles, with high resistance to mechanical wear, maintaining the biocompatibility of the matrix, for application in knee prostheses. Vitamin E was used as an antioxidant, and the nanocomposites were characterized regarding their structural, thermal, mechanical, tribological and biological properties. The structural analysis of the nanocomposites revealed that the nanoparticles are organized forming a continuous network that surrounds the polymer grains. The results of the thermal analysis showed that the presence of nanoparticles was not able to modify the thermal degradation profile, as well as the crystallinity and crystalline melting temperature of the polymer matrix, which happens as a consequence of the observed structure. The mechanical properties of hardness and Young's modulus were more sensitive to the presence of B4C nanoparticles than of Al2O3, with a progressive increase relative to the B4C concentration. With the tribological tests, it was possible to observe that the simultaneous presence of the two nanoparticles used promotes less wear of the polymeric material, which can be considered a synergistic behavior of reinforcement caused by the nanometric additives.Finally, the biocompatibility of the polymeric material was maintained, even with the presence of nanoparticles, which indicates that the hybrid nanocomposite developed is a promising material for use in high-performance knee prostheses.