TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DE MOLDES FLEXÍVEIS E ABERTOS PARA A PRODUÇÃO DE CORPOS DE PROVA DA POLIURETANA DERIVADA DO ÓLEO DA MAMONA SOB PRESSÃO POSITIVA

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1 TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DE MOLDES FLEXÍVEIS E ABERTOS PARA A PRODUÇÃO DE CORPOS DE PROVA DA POLIURETANA DERIVADA DO ÓLEO DA MAMONA SOB PRESSÃO POSITIVA Andrew Sibeneick Bianchini [Bolsista PIBIC/ UTFPR], Romeu Rony Cavalcante da Costa [Orientador], Eduardo Shoiti Sato [Voluntário/UTFPR], Amauri Bravo Ferneda [Colaborador] Depto. de Engenharia Mecânica Campus Cornélio Procópio Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Avenida Alberto Carazzai, 1640 Cornélio Procópio/ PR, Brasil CEP andrew_bianchini_@hotmail.com, romeu@utfpr.edu.br, shoiti_duh@hotmail.com, amauri@utfpr.edu.br Resumo Este artigo descreve os passos realizados para a fabricação de moldes flexíveis de silicone e nele também, são descritos os materiais utilizados durante a confecção dos mesmos. No decorrer do processo foram encontradas algumas dificuldades na obtenção de moldes adequados para a fabricação de corpos de prova. Em decorrente a esses problemas, foram encontradas soluções para os mesmos. Com os novos moldes, obtivemos melhores resultados na produção de CDP s. Palavras-chave: Moldes de silicone; Biopolímero; Propriedades mecânicas; Processos de fabricação. Abstract - This article describes the steps performed to manufacture flexible silicone molds and it also describes the materials used during the manufacture thereof. During the process some difficulties were found in obtaining suitable molds for the manufacturing of specimens. In result of these problems we have found solutions for them. With new molds, we obtained better results during the production of CDP's. Keywords: Silicone molds; Biopolymer; Mechanical properties; Manufacturing processes. INTRODUÇÃO Biopolímero é um polissacarídeo de origem microbiana que tem a capacidade de formar géis e soluções viscosas em meio aquoso [1]. O poliuretano derivado do óleo da mamona apresenta características favoráveis quanto à processabilidade, flexibilidade de formulação, possui propriedades estruturais que trabalhadas podem apresentar um vasto campo de aplicação, não emite vapores tóxicos, tem bom poder de adesão, não libera radicais tóxicos quando implantado [2]. É um material biodegradável e biocompatível e por esse motivo tornou-se objeto de estudo de diversos pesquisadores na área médica. Testes em coelhos mostraram que próteses fabricadas com o material obtiveram sucesso clínico [3]. A inclusão do carbonato de cálcio facilita a troca iônica na interface osso-resina, aumenta os níveis de dissolução celular, permite a formação de poros e confere melhor padrão de resistência e elasticidade em relação ao tecido ósseo [2]. Com essa linha de pensamento pretende-se investigar o comportamento deste biomaterial enriquecido com carbonato de cálcio frente a solicitações de tração, compressão e flexão. De acordo com resultados obtidos

2 no implante de próteses de biopolimero em macacos pregos comprovou que o biomaterial oriundo do óleo de mamona é um material biocompatível [4]. O objetivo principal do trabalho em andamento é obter as propriedades mecânicas do material, de acordo com sua geometria. Porém para isso é necessário passar pelas etapas fundamentais, as quais são primeiramente a confecção dos moldes e posteriormente a confecção dos corpos de prova (CDP s). A idéia inicial baseia-se em confeccionar corpos de prova utilizando a poliuretana derivada do óleo da mamona levantando suas propriedades, através de ensaios normatizados, com o intuito de estudar as possibilidades de sua aplicação em próteses humanas. Para a realização dos ensaios faz-se necessário à confecção de corpos de prova, originados a partir de moldes flexíveis. Existe a possibilidade de obtenção de moldes abertos e CDPs em pressão atmosférica. Porém, para isso é necessário bomba de vácuo para extração/minimização do excesso de bolhas de ar inserido no processo de homogeneização do biopolímero. Neste trabalho, apresenta-se alternativa para extração/minimização do excesso de bolhas de ar através de um vaso de pressão. Contudo, deve-se utilizar a tecnologia de moldes bipartidos. Usando moldes bipartidos tem-se uma destas partições com cavidade no formato da matriz a qual gerará o CDP e a outra metade lisa, que servirá de tampa para o molde, ficando aberta apenas no canal de alívio que auxiliará tanto na eliminação de bolhas, quanto no preenchimento final do molde. Sendo que este canal serve para uma reserva de sobrematerial para o suprimento eventual de falta de polímero na cavidade do molde por conta da extração das bolhas, quando aplicada a pressão para polimerização do material. METODOLOGIA Inicialmente, para uma boa planificação dos moldes, utiliza-se uma superfície em vidro plano como base para os mesmos. Nesta base, são coladas barras retangulares de alumínio para obtenção da caixa do molde, juntamente com a matriz metálica, objetivando assim, a confecção do molde para produção dos CDPs. Com o intuito de facilitar a montagem e o fechamento do molde colocaram-se pequenos pinos e um canal que serve para eliminação das bolhas e alimentação final do molde, Figura 1. Figura 1. Preparação do molde.

3 Com a obtenção da caixa, preenche-a com um composto de silicone, pré-polímero mais catalisador a uma razão estequiométrica de dez partes de pré-polímero (A) para uma parte de catalisador (B) (10A: 1B). O silicone utilizado é da marca MOLDFLEX MODELAGEM, tipo EZSIL 44. A fim de assegurar essa razão estequiométrica utilizou-se uma balança da marca Gehaka, modelo BK600 com capacidade de 610g e sensibilidade de 0,01g. A preparação da primeira metade do molde é concretizada colocando-a no vaso de pressão sob pressão de 8 kg/cm² aproximadamente por seis horas, Figura 2. Com a finalização de uma das metades do molde. Passa-se a segunda metade do mesmo, assim, novamente colase barras de alumínio em uma superfície plana de vidro com as mesmas dimensões das utilizadas para a confecção da primeira metade, preenche-se também com silicone, já misturado com catalisador para a confecção da metade da superfície lisa que tem por objetivo, a vedação perimetral, apresentando um canal (em sua parte superior) de alívio para eliminação de bolhas de ar inserido no momento da homogeneização do biopolímero. Este canal também serve para se ter sobrematerial para garantir o preenchimento da cavidade do molde, quando da eliminação das bolhas de ar inseridas no material que se dá seguinte forma: as bolhas de ar sobem e o material que está no canal desce para preenchimento do vazio deixado pela bolha. Figura 2. Vaso de pressão. Para essa segunda etapa de obtenção do molde retira-se os pinos colocados na primeira metade do molde, ficando dessa forma furos impressos no formato desses pinos nessa primeira metade. Isto é feito para que em uma parte do molde tenha-se furos e na outra metade pinos para promover o devido encaixe dessas partes do molde, Figura 3 e 4.

4 Figura 3. Moldes bipartidos com a presença de pinos. Figura 4. Moldes bipartidos com a presença de pinos (vista frontal). Durante a utilização do molde a vedação começa a falhar devido ao uso, por isso se faz necessário um tratamento superficial do molde através de limpeza, procurando assim, o retorno do sistema de fechamento e vedação perimetral do molde. Para se evitar a formação de bolhas durante a confecção dos moldes abertos se faz necessário uma bomba de vácuo, que auxilia no processo de eliminação destas. Na ausência da bomba de vácuo, utilizou-se como solução um vaso de pressão. Para a utilização deste, mudou-se o procedimento da tecnologia anterior para o seguinte: preenche-se a caixa para a obtenção do molde com silicone e coloca-o no vaso de pressão durante o tempo de cinco minutos para extração/minimização das bolhas de ar a uma pressão de 8 kg/cm². Após os cinco minutos retira-se e verifica-se a necessidade de colocação de mais material ou não, por fim cobre-se a caixa para obtenção do molde com o filme de PVC e coloca novamente no vaso de pressão até a polimerização completa do silicone.

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os moldes abertos confeccionados anteriormente aos moldes bipartidos apresentavam apenas uma camada onde era vertido o material. O fechamento dos moldes se dava com uma película de plástico (PVC) e uma superfície plana de vidro era posta sobre esta película até a polimerização do material (silicone para o molde ou biomaterial para os CDPs) em pressão atmosférica na posição horizontal do molde. Na tentativa de utilização dessa tecnologia de molde aberto dentro do vaso de pressão surgiram inconvenientes, tais como umidade relativa do ar, temperatura ambiente, moldes com muitas bolhas, má formação de moldes, etc. Por fim, houve o surgimento do menisco no CDP, que era causada pela eclosão das bolhas de ar. Isso acarretava o derramamento do material e a falta de material para preenchimento da cavidade do molde, Figura 5 e 6. Figura 5. Falhas de preenchimento da caixa do molde de tração. Figura 6. Falhas de preenchimento da caixa do molde de compressão. Foram realizados testes preliminares na confecção de CDP s, os quais apresentaram imperfeições como, por exemplo, a formação de bolhas e meniscos em toda sua estrutura.

6 Como se pode ver na Figura 7, havia mais material nas paredes dos moldes e no centro dos mesmos uma depressão. Figura 7. Presença de menisco na estrutura do CDP. Importante ressaltar que o molde era posto na posição horizontal. Foi constatado que com uma mudança do posicionamento do CDP dentro do vaso de pressão para a posição vertical, o problema do menisco fora resolvido. Porém apresentou a formação de bolhas em algumas amostras. Essa mudança de posição permitiu que as bolhas formadas ascendessem, com o efeito da pressão, a uma região externa ao CDP, desta forma não provocando imperfeições na porção de interesse a ser instrumentada e solicitada pelos ensaios. Assim, os problemas foram solucionados, pois houve melhor preenchimento do CDP pelo material. CONCLUSÕES Até o presente momento, houve o surgimento de várias dificuldades no processo de fabricação do molde, que foram essenciais para o desenvolvimento e melhoramento da metodologia empregada. Isso possibilitou a confecção dos moldes com o objetivo de se fabricar CDPs mais precisos em relação à normatização. O que futuramente auxiliará nos estudos e análises a serem feitos a partir dos ensaios que serão realizados. Desta forma será possível coletar dados das propriedades do material estudado e consequentemente, aplicá-los com mais segurança e confiabilidade. AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com o apoio da FUNDAÇÃO ARAUCÁRIA Fundação de Apoio à Educação, Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico da UTFPR Brasil.

7 REFERÊNCIAS [1] BERWANGER, A. L. da S. Produção e caracterização de biopolímero sintetizado por Sphingomonas capsulata f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) Departamento de Ciências Agrárias, URI, Erechim, [2] NACER, Ricardo Silva. Estudo do comportamento do polímero de mamona como material de substituição óssea em defeito diafisário do fêmur de ratos frente a alterações secundárias à associação com nano partículas de sílicia e zircônia. 2009, 103p. Dissertação (Programa pós-graduação em saúde e desenvolvimento) Universidade federal do mato grosso do sul UFMGS, Campo Grande, [3] REZENDE, C. M. F.; SILVA, M. C.; LARANJEIRA, M. G.; BORGES, A. P. B. Estudo experimental do poliuretano de óleo de mamona (Ricinus communis) como substituto parcial do tendão calcâneo comum em coelhos (Oryctolagus cuniculus). Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia, v.53, n.6, p , [4] GRANATO, L.; DIAS, P. C. J.; RAMALHO, L. T. O.; OLIVEIRA, J. A.; PRETEL, H. Avaliação histológica da biocompatibilidade do polímero da mamona no dorso nasal de macacos-prego (Cebus apella). Brazilian journal of otorhinolaryngology, v.75, n.3, p [5] S. Schneider, S. G. Schneider, S. Rodrigues, C. Z.Pires. Estudo comparativo das propriedades mecânicas de ligas Ti-XNb-13Zr. 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil. [6] COSTA, R. R. C. Aplicabilidade de modelos constitutivos para analisar o comportamento mecânico de um biopolímero. Tese ( Doutorado ). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, [7] FERNEDA, A.B. Estudo teórico-experimental do comportamento elastoplástico de poliuretano derivado de óleo d mamona (Ricinus communis). 2006, 135p. Tese (Doutorado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, [8] SILVESTRE FILHO, G. D; CARVALHO, J.; PURQUEIRO, B. M. Desempenho mecânico de uma haste femoral em biopolímero em carregamento quase estático. Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Foz do Iguaçu, n.17, p , nov [9] LEONEL, E. C. F.; PORCIÚNCULA, H. F.; SOBRINHO, J. A.; RAMALHOS, L. T. O.; MANGILLI, P. D.; RAPOPORT, A. A ação do polímero da mamona durante a neoformação óssea. Revista Acta Cirúrgica Brasileira, v.19, n.4, p