206-008 - Metallum Eventos Técnicos

21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
ESTUDO DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO PMMA SOB FLEXÃO APÓS
IRRADIAÇÃO UV E GAMA
M. L. Todt(1). V. D. Kienen (1) e E. C. Azevedo(1)*
* UTFPR, Rua Sete de Setembro 3165 Curitiba – PR 80230-902 ,
[email protected]
(1) Universidade Tecnológica Federal do Paraná- UTFPR – Curitiba, PR, Brasil
Resumo
O metacrilato de metila, ou PMMA, é um polímero que possui densidade próxima a
da água e índice de refração semelhante ao do vidro. É utilizado em substituição de
telhas em coberturas e como simulador de dose em radioterapia, podendo ser
exposto à radiação ultravioleta e a radiação gama. Este trabalho teve como objetivo
o estudo do efeito da radiação UV e da radiação gama no PMMA através do ensaio
de flexão de três pontas e medidas do ângulo de contato. Amostras de PMMA foram
submetidas a 1500 h de radiação UVA, 1500 h de radiação UVC e 25 kGy de
radiação gama. Os resultados indicam que o PMMA não tem alterações
significativas nas propriedades mecânicas após a radiação gama.
Palavras-chave: radiação gama, radiação UV, PMMA, flexão.
INTRODUÇÃO
Os objetos simuladores servem para avaliação de técnicas de tratamento, para
simular novas técnicas e para verificar as variações de doses absorvidas, são
usados alguns materiais que absorvem e espalham as radiações de maneira
semelhante ao corpo humano, phantom [1].
A irradiação de alta energia produz ionização e excitação na molécula dos
polímeros. Estas energias ao interagirem com moléculas poliméricas provocam
dissociação, reações de adição e ou decomposição que podem provocar alterações
das propriedades mecânicas do material polimérico [2]
Na Fig 1 é representado a formula estrutural do poli(metacrilato de metila) PMMA,
que pode ter quebra de ligações químicas quando submetido a radiação ultravioleta
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ou a radiação gama, pois as suas ligações químicas tem energia de ligação
próximas a energia destas radiações [3].
Figura 1 – Representação da fórmula estrutural do – PMMA
A superfície é a primeira região a apresentar modificações devido a interação com a
radiação. A medida do ângulo de contato é uma medida quantitativa do efeito de
molhabilidade, e pode dar informações sobre alterações nas ligações químicas da
superficie do material. Em ambientes hospitalares o conhecimento da molhabilidade
de uma superfícies é importante para a higienização [3].
Neste trabalho, foi analisado o comportamento sobre flexão do PMMA após a
irradiação com radiação UV e radiação gama de 25 kGy, dose usual de
esterilização, através do ensaio de flexão. E suas mudanças superficiais, através da
medida dos ângulos de contato.
MATERIAIS E METODOS
PMMA
As barras de PMMA foram obtidas através do comércio local e depois cortadas nos
formatos ideais para os ensaios.
Radiação UVA e UVC
A irradiação com luz UVA foi feita utilizando uma lâmpada de UVA da marca
Sylvania 15 W-350L, com pico de radiação em 350 nm. A irradiação com luz UVC foi
feita utilizando uma lâmpada de UVC da marca Philips 15 W-TUV, com pico de
radiação a 253nm. Com exposição de 1500 h.
Radiação gama
A irradiação gama em doses de 25 kGy foi aplicada pela empresa Embrarad – CotiaSP, com uma fonte industrial de Cobalto 60 MDS Nordion’s JS-9600.
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Ensaio de flexão
Para o ensaio de flexão, foi utilizada a máquina universal de testes EMIC, da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, segundo os procedimentos descritos
pela norma ASTM D-790-03.
Ângulo de contato
As medidas dos ângulos de contato foram feitas através do equipamento para
medição de ângulo de contato de superfícies da UTFPR.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Na Fig. 1 são apresentadas as curvas de obtidas nos ensaios de flexão para as
amostras de PMMA sem irradiar, irradiadas com UVA, UVC e radiação gama.
12
25
10
Tensão (MPa)
Tensão (MPa)
20
15
10
5
8
6
4
2
0
0
0
2
4
6
8
10
0,0
12
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Deformação (mm)
Deformação (mm)
A
B
30
25
25
Tensão (MPa)
Tensão (MPa)
20
15
10
20
15
10
5
5
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0
14
1
2
3
4
5
6
7
8
Deformação (mm)
Deformação (mm)
C
D
Figura 1 – Curva de força aplicada versus deformação para o ensaio de flexão do
PMMA (a) não irradiado (b)irradiado com UVA (c) irradiado com UVC (d) radiação
gama dose de 25 kGy
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Pode se observar que a radiação UVA deixa o material frágil, a radiação UVC
apresenta curva com pequena região elástica e a radiação gama apresenta
comportamento semelhante a da radiação UVA. Todas as radiações causaram
diminuição na deformação das amostras em relação a amostra sem irradiar,
indicando que esta ocorrendo reticulação nas amostras.
Na Tab 1 é apresentado comparação dos valores de tensão máxima de flexão;
desvio padrão; tensão de flexão mínima; tensão de flexão máxima; módulo elástico;
para as amostras sem irradiar e as irradiadas. O valor de tensão de ruptura da
amostra sem irradiar é próximo ao fornecido por outros autores [5]: Ocorreu
diminuição da tensão apenas na amostra irradiada com UVC, evidenciando que
ocorreu quebra de ligações químicas.
Tabela 1 - Valores de tensão máxima de flexão, desvio padrão, tensão de flexão
máxima e mínima para as amostras de PMMA sem irradiar, irradiada com UVA, UVC
e gama
Tratamento
Sem irradiar
UVA
UVC
Gama
Tensão de flexão (MPa)
92,77
92,16
50,78
95,07
Desvio padrão (MPa)
15,28
5,041
5,309
11,27
Tensão de flexão mínima (MPa)
58,95
87,04
43,90
74,75
Tensão de flexão Máxima (MPa)
102,8
99,83
57,94
111,1
Na Tab 2 é apresentado os valores médios do ângulo de contato para as amostras
sem irradiar e irradiadas, observa se aumento no ângulo de contato para as
amostras irradiadas com UVA e Gama e diminuição nas amostras irradiadas com
UVC.
Tabela 2 - Valores médios dos ângulos de contatos das amostras sem irradiar,
irradiada com UVA, UVC e gama
Tratamento
Sem irradiação
UVA
UVC
Gama
Ângulo de contato
64,88°
84,76º
62,6°
78,9°
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CONCLUSÃO
Pelos resultados obtidos, tem-se que as amostras irradiadas com UVA e gama tem
tensão de máxima de flexão com valores próximos, diminuição da deformação, e
aumento do ângulo de contato. O aumento do ângulo de contato pode dificultar a
higienização em ambientes hospitalares
A radiação UVC causa diminuição na tensão máxima de flexão e no ângulo de
contato, apesar da diminuição do ângulo de contato ser proveitosa para a
higienização na diminuição da tensão pode diminuir a vida útil do material.
AGRADECIMENTOS
Gostaríamos de agradecer a CAPES, a Fundação Araucária e o CNPq pelo auxilio
financeiro.
REFERENCIAS
1. A. Charlesby, Atomic Radiation and Polymer. Ed. Oxford Pergamon, 1960.
2. Blaga, A., Deterioration mechanisms in weathering of plastics materials.
Separata de Sereda, P. J.; Litvan, G. G., ASTM STP 691, 1980.
3. Shaw, D. J., Introdução à Química de Colóides e Superfícies; Editora Edgard
Blucher/Edusp, 1ª Ed., 1975, S.P.;
4. Ko, Y. C.; Ratner B. D.; Hoffman, A. S. Characterization of hydrophilic-hydrophobic
polymeric surfaces by contact angle measurements. Journal of Colloid and Interface
Science, 82, 25-37, 1984.
5. Mano, E. B., Polímeros como materiais de engenharia. São Paulo: Editora Edgard
Blucher, 1991
STUDY OF MECHANICAL BEHAVIOR OF PMMA IN BENDING AND AFTER UV
IRRADIATION AND GAMMA RADIATION
ABSTRACT
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PMMA is a polymer that has density similar to water and refractive index alike to
glass. It has been used in the substitution to roofing tiles and coverages, affording to
be exposed to UV radiation and gamma radiation. This paper had the objective to
study the effect in the flexural proprieties of the PMMA exposed to these types of
radiations and the evaluation of the wettability through a contact angle measurer. The
PMMA specimens have been submitted to 1500 h of UVA radiation, 1500 h of UVC
radiation and to 25kGy of gamma radiation. The results show that the PMMA
proprieties don’t suffer any significate alterations to the gamma radiation exposure.
Key-words: Gamma radiation, UV radiation, PMMA, flexural properties.
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