Foram utilizados dois tipos de microscópios, óptico e electrónico de varrimento (MEV). O primeiro foi utilizado essencialmente na fase preliminar de produção das matrizes para se obter uma visão geral das estruturas produzidas e estabelecer algumas condições experimentais. Um estudo mais detalhado da morfologia das fibras, bem como a determinação do seu diâmetro médio, foi obtido com o microscópio electrónico de varrimento.
O microscópio óptico utilizado foi um Nikon Eclipse LV100 tendo incorporado lentes objectivas com ampliações de 10x, 50x e 100x e uma ocular com ampliação de 10x. As imagens foram obtidas em suporte digital utilizando uma câmara Nikon DS-Fi1.
Neste trabalho foram utilizados 2 microscópios electrónicos de varrimento, MEV. A análise morfológica de fibras de PCL, depositadas em função da idade da solução, foi efectuada com um equipamento Hitachi modelo S2400. As restantes medidas foram obtidas num microscópio JEOL JSM- 5200LV. Antes de serem observadas, as amostras foram revestidas a ouro.
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67 4.4.2 Ângulo de Contacto
O ângulo de contacto é o ângulo formado entre a interface líquido/vapor e uma superfície sólida cujo carácter hidrofílico ou hidrofóbico se pretende avaliar (Figura 4.3).
Energia Interfacial Ângulo de Contacto Propriedade
SV<<
LV > 150º Super-hidrofóbico
SV<
LV > 90º Hidrofóbico
SV>
LV < 90º HidrofílicoFigura 4. 3 Representação esquemática da caracterização de superfícies de acordo com a medição dos ângulos de
contacto. Os símbolos SV e LV representam a energia interfacial sólido-vapor e líquido-vapor (ou tensão superficial), respectivamente (Imagem adaptada de [136, 137]).
Esta propriedade superficial das matrizes foi medida com o instrumento CAM101 da KSV. O volume de gota utilizado foi cerca de 10 L.
4.4.3 Composição química
A composição química das matrizes foi analisada por espectroscopia de infravermelho, uma técnica que se baseia no facto das ligações químicas das substâncias possuírem frequências de vibração específicas.
Os espectros foram adquiridos num espectrómetro de infravermelho baseado na transformada de Fourier, operando no modo de reflexão total atenuada, usualmente designado por ATR-FTIR - Attenuated
Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectrometer (Nicolet Nexus Continuum, Thermo
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Este tipo de configuração é particularmente utilizado na obtenção de espectros de absorção de filmes pouco espessos e de substâncias opacas. O seu modo de operação baseia-se no fenómeno de reflexão interna total (Figura 4.4). O feixe IV penetra um cristal e sofre uma reflexão interna total quando o ângulo de incidência na interface entre a amostra e o cristal é superior ao ângulo crítico. A reflexão total interna gera uma onda evanescente capaz de sondar o material em contacto com o cristal até uma profundidade típica de 1 µm. O feixe perde energia no comprimento de onda em que o material absorve, medindo-se a radiação atenuada resultante. Esta radiação é detectada e usada para formar o interferograma, ou seja, um gráfico de intensidade versus tempo. A operação matemática transformada de Fourier (FT) separa as frequências das absorções individuais contidas no interferograma, produzindo um espectro com as características espectrais de absorção da amostra.
Figura 4. 4 Esquema representativo do mecanismo de detecção do feixe IV.
4.4.4 Porosidade
A porosidade, P, das matrizes foi estimada através da determinação da densidade aparente das matrizes, a, e a respectiva densidade do material, , de acordo com a equação 4.2 [5]. A densidade aparente foi calculada a partir da medição da massa, m, e dimensões (área, A, e espessura, e) das matrizes (equação 4.3).
𝑷 = (𝟏 −𝒂) (4.2)
𝒂 = 𝒎
𝑨×𝒆 (4.3)
4.4.5 Grau de inchamento
As matrizes foram analisadas quanto à capacidade de inchamento quando mergulhadas em água. Este parâmetro foi avaliado tendo em conta apenas alterações das dimensões superficiais. Para o efeito o procedimento seguido consistiu em fotografar as matrizes e determinar as suas dimensões (área) através
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do programa ImageJ. A análise foi realizada com as matrizes secas (As) e após imersão em água destilada (Am) durante 5 h e 5 dias. Este parâmetro denominou-se por grau de inchamento, I, e calculou-se através da seguinte equação:
𝑰 = 𝑨𝒎
𝑨𝒔 (4.4)
4.4.5 Tracção Mecânica
As propriedades mecânicas compreendem as respostas características dos materiais quando sujeitos a forças externas, manifestando-se pela capacidade de desenvolverem deformações reversíveis, irreversíveis e pela resistência à fractura. Neste trabalho a relação tensão-deformação foi avaliada através de ensaios de tracção. Neste tipo de testes são aplicadas cargas (forças) de tracção ao longo dos eixos ortogonais do material (x, y, z), provocando o seu alongamento a uma taxa de deformação constante até ocorrer ruptura.
Quando são aplicadas forças com determinada direcção ao longo de uma secção de material perpendicular a essas forças, define-se uma tensão uniaxial, σ, dada por σ = F/A (N/m2 ou Pa). A
deformação, ε, é uma grandeza adimensional definida como a razão entre o alongamento do material (Δl) e
o seu comprimento original (l0), ou seja, ε = Δl/l0. Uma curva típica de tracção traduz-se num gráfico
()
, como se mostra na Figura 4.5. Geralmente, esta curva possui duas regiões distintas: uma zona inicial linear, onde a resposta do material à tracção é bem descrita pela lei de Hooke(E )
o que significa que o material exibe um comportamento elástico. O declive, E, é o parâmetro que define o módulo elástico do material também designado por módulo de Young. A outra região, designada por plástica, corresponde a um regime onde o material sofre deformações permanentes e termina quando o material rompe.70
Figura 4. 5 Curva de tracção, Tensão versus Deformação, onde se destacam os pontos de maior interesse. Na fase
elástica, fase que obedece à lei de Hooke, o material retoma às dimensões originais assim que a força deixa de actuar sobre ele. Na fase plástica o material adquire uma deformação permanente. O limite de resistência é a tensão máxima que o material suporta sem romper. Normalmente considera-se que a partir deste ponto o material entra na fase de ruptura. Neste trabalho é definido como o ponto (σR, εR). O limite de ruptura é o ponto em que o material rompe.
As propriedades mecânicas das matrizes secas, à temperatura ambiente, foram medidas numa máquina de ensaios de tracção da Rheometric Scientific, com o Minimat-Firmware 3.1 como software incorporado no computador IBM (Figura 4.6).
Para estes ensaios foram depositadas três réplicas de cada material, seguindo-se um tratamento em vácuo para remoção do solvente, durante 2 dias. Todas as matrizes cuja composição envolvia a gelatina foram seguidamente reticuladas de acordo com os mecanismos de reticulação enunciados. De cada réplica foram cortados no mínimo cinco pedaços com 10 mm de largura e 30 mm de comprimento. A espessura das amostras, entre 150 e 200 m, foi determinada em três zonas distintas com uma craveira digital Mitutoyo (500-196-20 Digimatic Digital Caliper, 0-150 mm).
Os ensaios de tracção foram efectuados com uma célula de carga de 20 N, a uma velocidade até 5 mm/min, dependendo do tipo de amostra. Apenas 10 mm do comprimento da amostra foi traccionado, destinando-se os restantes 20 mm para a fixação no suporte.
Os dados da força de tracção e do deslocamento correspondentes a cada amostra foram gravados pelo software do computador e convertidos em curvas de tracção para obtenção do módulo de Young, E, tensão e deformação à ruptura, σR e εR, respectivamente. Todos os dados da força foram convertidos para valores de tensão por normalização individual à área da secção recta de cada amostra e os dados do
A - Limite Elástico B - Limite de Resistência C - Limite de Ruptura Fase Elástica Fase Plástica C B A T e n s ã o Deformação
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deslocamento convertidos para valores de deformação por normalização ao comprimento inicial de cada amostra traccionada.
Figura 4. 6 Ensaio de tracção realizado na máquina de ensaios da Rheometric Scientific, onde se observa a matriz a
ser traccionada presa pelas garras, uma das quais é móvel e a outra encontra-se ligada à célula de carga.