Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados ... · GUERRA, T.D.B. Estudo da adesão de...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados

superficialmente por plasma de oxigênio

Tácio Dantas de Brito Guerra

Orientador: Prof. Dr. Clodomiro Alves Jr.

Co-orientador: Prof. Dr. Héctor Luis López Salinas.

Dissertação n°19/PPGCEM

Novembro de 2007

Natal-RN

GUERRA, T.D.B. Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados superficialmente por plasma de oxigênio, 2007.

TÁCIO DANTAS DE BRITO GUERRA

Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados

superficialmente por plasma de oxigênio

Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais do Centro

de Ciências Exatas e da Terra da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte, como parte dos requisitos para obtenção do

título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.

Área de concentração: Compósitos Poliméricos

Orientador: Prof. Dr. Clodomiro Alves Jr.

Co-Orientador: Héctor Luis López Salinas.

Natal-RN

Novembro, 2007


DEDICATÓRIA

“Antes de um andar, existe um engatinhar;

Antes de um falar, existe um murmurar;

Antes de um beijar, existe um tremular;

Antes de um tocar, existe um transpirar;

Antes de tudo isto, existe Deus”.

(Autor desconhecido).

Dedico a Deus a conclusão deste trabalho, às minhas duas

famílias, meus amigos e a todos que direta ou indiretamente

contribuíram para a realização do mesmo.

i


Agradecimentos...

A Deus por tudo que representa em minha vida e por ter criado o que tentamos descobrir

através do estudo;

Aos meus Pais, Tarcísio e Graça, por terem concebido este fruto (eu) num de seus

momentos de amor;

A Tia Íris (In Memorian), por ter investido em meus estudos e acreditado no meu potencial;

Ao amor da minha vida, a pessoa na qual a agulha da minha bússola sempre aponta para o

norte, ou melhor, Suélen André Marques;

Ao Professor Doutor Clodomiro Alves Júnior, por sua paciência máxima, amizade e por

acreditar e apostar neste trabalho;

Ao Professor Doutor Héctor Luis López Salinas, por alavancar a pesquisa;

Ao Doutor Custódio Leopoldino de Brito Guerra Neto, por abrir meus caminhos e por

sempre ter me dado incentivo total;

Ao meu amigo Marco Aurélio, pelas diversas trocas de experiência;

A empresa Angelus- Indústria de Produtos Odontológicos Ltda, representada na figura da

importantíssima Dra. Lygia, a qual deu todo o suporte material para produção deste

trabalho;

Aos meus irmãos Tarcísio Júnior, Thiago e Tarciana, pela consistência familiar e amor;

Aos amigos:

Do LabPlasma; Thércio Henrique, Michelle, Ana Maria, Manuella, João

Moreno, Helton, Júlio, Marina e Márcio.

Do Grupo de Biomateriais: Gustavo, Juliana Sá, Fátima Campos e

Patrícia Queiroz.

Lílian, grande amiga do mestrado e parceira de estudo;

Do CTGás, pelos ensaios;

Ao Departamento de Física Teórica e Experimental, CAPES e CNPq;

A todos os colegas do LABPLASMA pela convivência fraterna e amiga durante todo o

trabalho;

A quem foi esquecido aqui, mas lembrado pelo coração.

ii


Resumo

GUERRA, T.D.B. Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados superficialmente por plasma de oxigênio. Dissertação (mestrado)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2007.

O presente trabalho aborda o tratamento superficial a plasma de pinos e fibras de carbono e de

vidro, para uso odontológico. Este tem por objetivo a modificação da superfície das fibras, bem

como a superfície dos pinos, visando a melhoria da adesão fibra/resina e pino/cimento. Foram

utilizados 120 pinos (Reforpost) e 30 metros de fibras de carbono e de vidro (Fibrex), da

empresa Angelus. As amostras foram divididas em três grupos de 40 espécimes: GRUPO I - 20

pinos de fibra de vidro e 20 de fibra de carbono sem tratamento em plasma, GRUPO II - 20

pinos de fibra de vidro e 20 de carbono tratados a plasma na superfície e GRUPO III- 20 pinos

de fibra de vidro e 20 de carbono confeccionados a partir do tratamento em plasma da fibra “in

natura”. O tratamento em plasma foi realizado com atmosfera de oxigênio durante 1 hora.

Tanto as fibras como os pinos foram colocados a uma distância de 7cm, de modo a evitar o

aquecimento dos mesmos. A temperatura do catodo foi de 200°C. Os pinos e as fibras foram

caracterizados antes e após o tratamento, através de metalografia, microscopia ótica e eletrônica

de varredura. Em seguida, foram realizados ensaios de capilaridade das fibras, torção e

molhabilidade nos pinos. Os resultados mostram que o tratamento empregado modifica a

superfície das fibras, aumenta a molhabilidade dos pinos, modifica a textura superficial de

ambos quando em comparação com as amostras sem tratamento, como também demonstra um

aumento da adesão das interfaces fibra/matriz e pino/cimento resinoso.

Palavras-chave: Compósitos, pinos de fibra, adesão, tratamento a plasma.

iii


Abstract

GUERRA, T.D.B. Pilot study of the adhesion of posts endodontics modified superficially by oxygen in plasma treatment. MSc Thesis- Federal University of Rio Grande do Norte State, 2007.

The work presents the effect of plasma treatment when applied in fibers or carbon/glass posts

in the adhesion fiber/resin and posts/cement. This has for objective the modification of the

surface of the fibers, as well as the wettability of the posts, seeking the improvement of the

adhesion and of the connection fiber/resin in the processing of polymeric composites

reinforced with the same ones. 120 posts (Reforpost) were used and 30 meters of fibers of

carbon and of glass (Fibrex), of the company Angelus. The samples were divided in three

groups of 40 specimens: GROUP I - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon without treatment

to it shapes, GROUP II - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon treated to it shapes in the

surface and GROUP III - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon make with fibers “in natura”

after plasma treatment. The plasma treatment was accomplished with oxygen and with

temperature in the camera fixed at 200°C, for one hour of exhibition. The posts and the fibers

were characterized before and after the treatment. The wettability was measure by pendent

drop method, and interface fiber/resin and posts/cement were observed by optical and

electronic microscopy. It was observed that both wettability and texture were increased with

plasma treatment.

Key-words: composite, fiber posts, adhesion, plasma treatment.

iv


Lista de Figuras

Figura 1 Pino reforçado com fibra. (A) Adaptação de um pino de fibra de

carbono ao conduto radicular de um dente; (B) Pino de fibra de

carbono envolto com cimento resinoso para ser adaptado ao dente;

(C) Cimentação do pino de fibra de vidro no canal de um dente

incisivo (FERRARI; SCOTTI, 2003).

7

Figura 2 Classificação dos compósitos (CALLISTER, 2002). 9

Figura 3 Cadeia estrutural da resina epóxi (PARK et al, 2002). 10

Figura 4 Cadeia estrutural do precursor de carbono Poliacrilonitrila (PAN)

(BARRA, 2003).

14

Figura 5 Gráficos comparativos da resistência das fibras. (A) Resistência à

compressão e (B) Resistência à tração (BARRA, 2003).

15

Figura 6 Micrografia da Fibrex-fita e da Fibrex- juncional (FIBREX-LAB,

2005).

19

Figura 7 Possíveis mecanismos de falha local de um compósito durante a

fratura (BARRA, 2003).

22

Figura 8 Diagrama esquemático apresentando as regiões de interface e

interfase dos materiais compósitos (BURAKOWSKI, 2001).

25

Figura 9 Ângulo de contato e interfaces sólido-líquido, sólido-vapor e

líquido-vapor. Adaptado de LABCONTROL, 2006.

27

Figura 10 Ângulo ( ) formado entre a superfície sólida e a tangente da gota

(MOORHEAD, 2003).

27

Figura 11 Modelo esquemático da ação de acoplamento por um agente silano

na superfície das fibras (BARRA, 2003).

31

Figura 12 Modelo esquemático com alguns dos grupos funcionais que podem

ser gerados na superfície de fibras de carbono (FC) tratadas por

ácidos (PITTMAN, 1997).

32

Figura 13 Micrografia da superfície da fibra de carbono sem tratamento: (A)

Amostra HS, (B) Amostra UHM (MONTES-MÓRAN, 2001).

35

v


Figura 14 Micrografia da superfície da fibra de carbono, após tratamento a

plasma frio com oxigênio. (A) amostra HS-O, (B) amostra UHM-O

(MONTES-MÓRAN, 2001).

36

Figura 15 Corpo-de-prova para metalografia. 44

Figura 16 Modelo esquemático da câmara de plasma. Adaptado de

DRNOVSKÁ, 2003.

46

Figura 17 Desenho esquemático do reator a plasma utilizado para os

tratamentos das fibras e pinos.

47

Figura 18 Equipamento de plasma utilizado para promover modificações nas

fibras e pinos.

48

Figura 19 Detalhe do reator a plasma em tratamento dos pinos de fibra de

carbono.

48

Figura 20 Aparato de molhabilidade. 49

Figura 21 Medição do ângulo de contato entre a superfície sólida (pino) e o

plano tangencial à superfície líquida (opaco).

50

Figura 22 Esquema do ângulo de contato (MOORHEAD, 2003). 51

Figura 23 Equipamento (balança de precisão) utilizado para ensaiar a

hidrofilicidade das fibras tratadas e não-tratadas.

52

Figura 24 Torquímetro digital TQ-8800. 52

Figura 25 Padrão de medida dos corpos de prova para ensaio de torção (A e

B).

53

Figura 26 Cimento resinoso para cimentação do pino de fibra no corpo de

prova (A) e polimerização em aparelho de luz (B).

53

Figura 27 Detalhe do cursor e da garra do torquimetro na amostra preparada

para o ensaio de torque.

54

Figura 28 Pino de fibra de vidro não-tratado cimentado em dente. 56

Figura 29 Pino de fibra de vidro tratado cimentado em dente. 57

Figura 30 Pino de fibra de carbono (A) e de vidro (B) demonstrando a

diferente fração de volume e a orientação longitudinal dos

filamentos (Aumento 500X).

57

vi


Figura 31 Fibra de carbono sem tratamento (A) e com tratamento a plasma de

oxigênio (B) (Aumento 700X).

58

Figura 32 Fibra de vidro sem tratamento (A) e com tratamento a plasma de

oxigênio (B) (Aumento 6000X).

59

Figura 33 Micrografia do pino de fibra de carbono sem tratamento (A) e com

tratamento (B) (Aumento 300X).

60

Figura 34 Micrografia do pino de fibra de vidro sem tratamento (A) e com

tratamento (B) (Aumento 300X).

60

Figura 35 Micrografia eletrônica de varredura da fibra de carbono não-tratada

extraída do pino ensaiado por torção.

61

Figura 36 Micrografia eletrônica de varredura da fibra de carbono tratada


61

Figura 37 Micrografia eletrônica de varredura da fibra de vidro não-tratada


62

Figura 38 Micrografia eletrônica de varredura da fibra de vidro tratada


62

Figura 39 Micrografia eletrônica de varredura apresentando desprendimento

na matriz e ruptura de fibras (BARRA, 2003) em um pino de

carbono não-tratado.

63

Figura 40 Micrografia eletrônica de varredura apresentando a adesão da fibra

com o cimento e a resina epóxi no pino de carbono com a fibra

tratada.

64

Figura 41 Micrografia eletrônica de varredura apresentando regiões aderidas e

outras com alguma falha local no pino de fibras de carbono tratado

superficialmente.

64

Figura 42 Micrografia eletrônica de varredura apresentando desprendimento

na matriz, na interface fibra/matriz e ruptura de fibras (BARRA,

2003) em um pino de vidro não-tratado.

65

Figura 43 Micrografia eletrônica de varredura apresentando alguma adesão da

fibra com o cimento e a resina epóxi no pino de vidro com a fibra

tratada.

65

vii


Figura 44 Micrografia eletrônica de varredura apresentando regiões aderidas e

outras com falha local no pino de fibras de vidro tratado

superficialmente.

66

Figura 45 Espectro de difração de raios-X para fibras de carbono (A) e fibras

de vidro (B).

67

Figura 46 Gráfico comparativo do torque ensaiado nos pinos de fibra. 68

Figura 47 Imagem da gota pendente do adesivo dentinário usado para cálculo

do ângulo de contato no pino de fibra de carbono sem tratamento

(A) e com tratamento superficial (B).

69

Figura 48 Imagem da gota pendente do adesivo dentinário usado para cálculo

do ângulo de contato no pino de fibra de vidro sem tratamento (A) e

com tratamento superficial (B) com tratamento envelhecido 7 dias

(C) e com tratamento envelhecido 60 dias (D).

70

Figura 49 Estudo comparativo do ângulo de contato para os pinos de fibra de

carbono com envelhecimento.

71

Figura 50 Estudo comparativo do ângulo de contato para os pinos de fibra de

vidro com envelhecimento.

71

Figura 51 Estudo do envelhecimento através da capilaridade das fibras de

vidro e carbono.

72


carbono.

73


vidro.

73

viii


Lista de Tabelas

Tabela 1 Composição química aproximada de algumas fibras de vidro (wt%)

(CHAWLA, 1998).

13

Tabela 2 Características da fibra de vidro (HULL, 1995). 14

Tabela 3 Principais fibras de uso odontológico, tipo de material formador e suas

características (HIRATA, 2003).

16

ix


Lista de Abreviaturas e Símbolos

Ângulo de contato

Energia ou tensão superficial

MEV Microscopia eletrônica de varredura

MO Microscopia Ótica

sl Tensão superficial sólido/líquido

sv Tensão superficial sólido/vapor

lv Tensão superficial líquido/vapor

DSC Calorimetria Exploratória Diferencial

DRX Difração de Raios-X

ºC Grau Celsius

MPa Mega Pascal

PAN Poliacrilonitrila

UHM Ultra High Modulus

UHM-O Ultra High Modulus (tratadas por oxigênio)

HM Ultra Modulus

HS High Strength

HS-O High Strength (tratadas por oxigênio)

IM Intermediary Modulus

Kv Q uilovolts

TRC Tubo de Raios Catódicos

hkl Índices de Miller

mBar MiliBar

kW Quilowatt

Sccm Centímetro cúbico por minuto

Dyna/cm Dyna por centímetro

N/m Newton por metro

FVNT Fibra de vidro não-tratada

FVT Fibra de vidro tratada

x


FVT7d Fibra de vidro com 7 dias de tratamento

FVT60d Fibra de vidro com 60 dias de tratamento

FCNT Fibra de carbono não-tratada

FCT Fibra de carbono tratada

FCT7d Fibra de carbono com 7 dias de tratamento

FCT60d Fibra de carbono com 60 dias de tratamento

xi


SUMÁRIO

Resumo.........................................................................................................................................iii

Abstract.........................................................................................................................................iv

Lista de figuras...............................................................................................................................v

Lista de tabelas............................................................................................................................ ix

Lista de abreviaturas e símbolos...................................................................................................x

1- Introdução..................................................................................................................................1

2- Revisão da literatura..................................................................................................................5

2.1- Considerações iniciais............................................................................................................6

2.2- Compósitos............................................................................................................................7

2.3- Resina epóxi...........................................................................................................................9

2.4- Fibras....................................................................................................................................11

2.4.1- Fibra de vidro....................................................................................................................12

2.4.2- Fibra de carbono................................................................................................................14

2.4.3- Fibras de uso odontológico................................................................................................16

2.5- Características e propriedades físicas e mecânicas de compósitos reforçados por

fibras............................................................................................................................................21

2.6- Adesão, molhabilidade e capilaridade das fibras.................................................................23

2.7- Considerações sobre interação e uso das fibras e pinos de fibra.........................................30

3- Materiais e métodos................................................................................................................42

3.1- Materiais de partida..............................................................................................................43

3.2- Preparação das amostras.......................................................................................................43

3.3- Tratamento a plasma............................................................................................................45

3.4- Caracterização......................................................................................................................48

3.4.1- Microscopia eletrônica de varredura ................................................................................48

3.4.2- Difração de raios-X...........................................................................................................48

3.4.3- Ensaios de molhabilidade..................................................................................................48

3.4.4- Ensaios de capilaridade ....................................................................................................51

3.4.5- Ensaios de torção..............................................................................................................52

4- Resultados e discussão............................................................................................................55 xii


4.1- Resultados.............................................................................................................................56

4.1.1- Análise por microscopia ótica...........................................................................................56

4.1.2- Análise por microscopia eletrônica de varredura..............................................................58

4.1.3- Análise por difração de raios-X.........................................................................................66

4.1.4- Ensaios de torção...............................................................................................................68

4.1.5- Ensaios de molhabilidade..................................................................................................69

4.1.6- Capilaridade ......................................................................................................................72

4.2- Discussão.............................................................................................................................74

5- Conclusões..............................................................................................................................76

6- Referências .............................................................................................................................78

xiii


CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1


1. INTRODUÇÃO

Dentre as diversas especialidades odontológicas, a reabilitação oral tem como principais

objetivos a conservação ou o restabelecimento da função e estética dos dentes (MELO, 2003).

Dentes com grande destruição coronária e que foram tratados endodonticamente requerem, para

seu restabelecimento, o uso de um núcleo ou um pino intra-radicular. Os materiais

restauradores convencionais usados para reabilitar um canal radicular dentário são os núcleos

metálicos fundidos, ou os pinos metálicos pré-fabricados com amálgama de prata ou um pino

compósito (FREDRIKSSON, 1998).

O núcleo metálico fundido fixado com cimento de fosfato de zinco foi, durante muito

tempo, a solução e a técnica disponível. É fato que os núcleos metálicos fundidos ainda dão sua

contribuição em vários casos clínicos. Porém, com o surgimento da técnica de condicionamento

ácido do esmalte, aliado à evolução das técnicas e dos materiais restauradores odontológicos, os

núcleos metálicos fundidos vêm sendo substituídos por núcleos de preenchimento com

materiais restauradores como o ionômero de vidro, a resina composta e pinos reforçados por

fibras (FERRARI; SCOTTI, 2003; MALLMANN, 2005).

Há alguns anos, houve uma preocupação crescente em desenvolver novos materiais

restauradores. Fabricantes notaram a existência de uma preocupação dos clínicos sobre

materiais para ancoragem intra-radicular. Pesquisas foram desenvolvidas para tentar descobrir

alternativas para substituição de núcleos metálicos, uma vez que limitações associadas a este

sistema, como: baixa retenção, módulo de elasticidade mais alto que o módulo da dentina (em

torno de dez vezes) que pode induzir tensões funcionais, causar desadaptação e conduzir à

fratura (QUINTAS, 2001; CAMPOS, 2003). Recomenda-se que o núcleo (pino) tenha o

módulo de elasticidade semelhante à dentina, de forma que haja uma distribuição de forças

longitudinais ao comprimento do pino e, sendo assim, novas soluções de pinos estéticos

surgiram e ganharam indicações mais abrangentes (CAMPOS, 2003).

A busca por sistema de núcleos intra-radiculares mais estéticos e com a capacidade de

reforçar a estrutura dentária impulsionou a pesquisa de pinos não-metálicos. Um objetivo muito

almejado é o restabelecimento dentário formando um monobloco, isto é, a obtenção de um

único complexo biomecânico pela adesão entre estruturas dentárias e materiais de reforço (pino,

agente cimentante e material de preenchimento coronário) (DURET et al, 1990). Recentemente,

2


pinos intra-radiculares estéticos estão sendo introduzidos no mercado apresentando várias

vantagens: rigidez semelhante à dentina, maior preservação da estrutura dental sadia, economia

de tempo clínico, baixo custo, resistência à fadiga e corrosão, facilidade de remoção com brocas

e solventes, módulo de elasticidade próximo ao dente natural, menor risco de fratura radicular e

o fato de dispensar procedimentos laboratoriais (CAPUTO; HOKAMA, 1987;

ALBUQUERQUE; MALLMANN, 2005).

Pinos não-metálicos à base de compósitos reforçados com fibras associam um elemento

de alta resistência (fibras de carbono, fibras de vidro, de polietileno ou de quartzo) com

matrizes resinosas (geralmente epoxídicas) (FREEDMAN, 1996; FREILICH, 2000).

Há alguns estudos mostrando também os fracassos em dentes tratados

endodonticamente com este sistema de pinos compósitos, e as falhas são, na maioria das vezes,

localizadas em regiões onde é possível o restabelecimento do dente novamente (MARTINEZ-

INSUA et al., 1998). VIRE (1991) avaliou as possíveis causas de fracasso em 116 dentes

tratados endodonticamente, e concluiu que 59,4% deles falharam por razões protéticas, tudo

relacionado ao pino.

Algumas investigações afirmaram que o problema principal com pinos de fibra de

carbono é a falta de adesão do material ao canal radicular. Para resolver este problema,

fabricantes introduziram uma versão dentada. Esta versão ganhou retenção, mas perdeu rigidez;

esta propriedade mecânica da versão dentada é agora mais relacionada aos pinos metálicos,

sendo ainda menor que nos pinos de fibra lisos (QUINTAS, 2001). Outra dificuldade de

utilização dos pinos intra-radiculares está na sua cimentação, problema ainda observado quando

não é seguida uma correta técnica de cimentação ou na escolha errônea dos agentes cimentantes

(combinação de sistemas adesivos e cimentos resinosos) (MALLMANN, 2005).

O problema da adesão à estrutura dental é sempre questionado quando surge um novo

material para uso clínico e esse recorre ao tipo de superfície observada no material e a sua

interface com o dente. A realização de algum tratamento superficial pode ser importante para a

melhoria da adesão entre eles. No sentido de solucionar esse problema, diferentes técnicas de

modificação de superfície dos pinos foram utilizadas nos últimos anos. Dentre elas, a utilização

do tratamento oxidativo da superfície da fibra por meios líquido ou gasoso (em plasma) que

geram grupos funcionais contendo oxigênio e ao mesmo tempo proporcionam o aumento da

área superficial da fibra (LEWIS, 1989).

3


Modificações na superfície de polímeros através de tratamento em plasma são de

importância crescente em vários campos tecnológicos, como microeletrônicos ou aplicações

biomédicas. Baixa adesão e baixa molhabilidade de polímeros causam vários problemas em

muitas aplicações práticas (DRNOVSKÁ, 2003).

Algumas fibras de uso odontológico já apresentam tratamento em plasma, é o caso das

fibras de polietileno (Ribbond e Connect), ambas com alta resistência e tratada em plasma de

gás frio (TRUSHKOWSKY, 1995).

No tratamento de fibras em plasma, o oxigênio é um gás bastante usado. DOMINGO-

GARCIA et al (1995) estudaram o efeito de um tratamento em plasma de oxigênio em uma

superfície vítrea de carbono. PATTABIRAMAN et al (1990) concluíram que o oxigênio

atômico absorve e reage com o carbono em uma região de temperatura sem perda de massa

significante. MONTES-MORÁN et al (2001) concluíram que as propriedades mecânicas de

todas as fibras permanecem quase inalteradas depois da oxidação da fibra no plasma. Por outro

lado, FU et al (1998) realizaram o tratamento em plasma com ozônio da fibra de carbono

objetivando aumentar a oxidação da superfície e reduzir a diferença de tensão interfacial entre a

fibra e o cimento. Como conseqüência, a molhabilidade melhorou e a energia de ligação entre

fibra e o cimento aumentou obtendo maiores valores de resistência à tração, módulo de

elasticidade e ductilidade da fibra de carbono.

BRADEN et al (1988) utilizou fibras trançadas de polietileno tratadas com plasma para

inclusão na resina acrílica. Eles observaram no teste de adesão entre as fibras e a resina que foi

evidente que o tratamento superficial com plasma aumentou significantemente a união entre os

dois materiais. Foi conclusivo também que o tratamento com plasma aumenta a resistência

flexional, porém tem sido somente significante quando se utilizou um número conveniente de

camadas de fibras trançadas.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito do tratamento em plasma de

oxigênio sobre a superfície das fibras e dos pinos compósitos de fibra de carbono e de vidro

usados para reabilitar dentes, sendo avaliado se as modificações da superfície e da interface

fibra/matriz aumentam a adesão do conjunto pino/adesivo/cimento, observados através de

ensaios de torção, molhabilidade, capilaridade e das análises microscópicas das fibras e pinos.

4


CAPÍTULO 2

REVISÃO DA LITERATURA

5


2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1- Considerações iniciais

Um dente tratado endodonticamente que apresenta grande destruição de sua coroa

requer um núcleo ou um pino intra-radicular para restabelecer, em parte, sua resistência

mecânica. O espaço para colocação do núcleo ou pino no dente é obtido removendo, com

mandris ou brocas, uma quantia pré-determinada do material de preenchimento do canal

radicular até a forma desejada (FREDRIKSSON, 1998).

Segundo FERRARI et al (2003), um elemento dentário apresenta três conseqüências

relevantes quando tratado endodonticamente: a perda de tecido com relativo enfraquecimento

da estrutura, a alteração das características físico-mecânicas e a variação das características

estéticas da dentina e do esmalte. A preservação de maior volume de dentina, tecido este

altamente resiliente e que confere resistência elástica ao elemento dental, deve ser prioritário

em todo tratamento restaurador.

Na reconstrução de dentes tratados endodonticamente, o emprego de pinos intra-

radiculares representa a forma de tratamento que permite maior preservação do remanescente

dentário (MONDELLI, 1998; MALLMANN, 2005). O material de preenchimento intra-

radicular ideal, de acordo com DURET et al (1990), deveria ter forma idêntica da estrutura

perdida; propriedades físico-mecânicas semelhantes às estruturas a serem substituídas, mas com

maior torque para compensar a perda de estrutura dentária, e composição compatível para

adesão da dentina na interface.

Historicamente, o uso de núcleos metálicos fundidos tem sido muito comum, porém há

problemas ligados aos fenômenos de corrosão dos metais, de galvanismo e de alergias

manifestadas ou assinaladas a alguns componentes das ligas. Além disto, as transparências

dicrômicas estéticas em restaurações protéticas com cerâmica pura levaram à pesquisa de

sistemas que eliminassem o metal da reconstrução do dente tratado endodonticamente

(RIEDLING, 1988; KERN, 1992; WATAHA, 2000).

O pino ideal é aquele que é biocompatível, preserva dentina radicular, não transfere

tensão à raiz, além de ser retentivo, resistente à corrosão e compatível com os materiais

restauradores (ANGELUS, 2000).

6


A primeira proposta de pinos reforçados com fibras foi feita por Lovell em 1983. Ele

propôs a utilização de um sistema de fibras de carbono imersas numa matriz de natureza

orgânica usado para reconstrução de dentes tratados endodonticamente. Porém, só foram

introduzidos pinos compósitos em 1990 através de DURET et al, que estabeleceram o uso dos

pinos de resina epóxica reforçados com fibra de carbono, propondo um procedimento que

evitava a associação de materiais com características biomecânicas diferentes. Os pinos

reforçados por fibra introduziram um novo conceito de sistema restaurador. Os vários

componentes da reconstrução (pino, adesivo, cimento e dentina), observados na Figura 1,

constituem um complexo estruturalmente e mecanicamente homogêneo, representando

cronologicamente a última solução proposta para a reabilitação do dente com tratamento

endodôntico (FERRARI; SCOTTI, 2003).

(A) (B) (C)Figura 1- Pino reforçado com fibra. (A) Adaptação de um pino de fibra de carbono ao conduto radicular de

um dente; (B) Pino de fibra de carbono envolto com cimento resinoso para ser adaptado ao dente; (C)

Cimentação do pino de fibra de vidro no canal de um dente incisivo (FERRARI; SCOTTI, 2003).

2.2-Compósitos

Desde o início do século XX, o desenvolvimento de materiais poliméricos vem se

expandindo através dos inúmeros bens de consumo que nos cercam. Ao invés de desenvolver

um novo polímero, que possa ou não ter a propriedade desejada, pesquisas vêm sendo

direcionadas para a modificação de polímeros já existentes, através da incorporação de outros

materiais que são denominados de cargas (Fillers). O resultado dessa mistura é conhecido como

material compósito (BARRA, 2003).

Segundo SMITH (1990), um material compósito é um sistema material composto de

uma mistura ou combinação de dois ou mais micro ou macroconstituintes que diferem em

7


forma e composição química e os quais são insolúveis um no outro. CALLISTER (2002) define

compósito como qualquer material multifásico que exiba uma proporção significativa das

propriedades de ambas as fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma combinação de

tais propriedades. Dando uma definição mais simples, pode-se dizer, geralmente, que um

material compósito é resultante da combinação de dois ou mais materiais diferentes, ou formas

diferentes do mesmo material que permanecem distintos (MELO, 2004). O sinergismo (união

de esforços com um objetivo comum) é o comportamento desejado de um compósito cujas

propriedades são superiores às propriedades esperadas na mistura. Entretanto, não é uma tarefa

fácil para um engenheiro ou tecnólogo produzir compósitos com um comportamento sinérgico

de propriedades (BARRA, 2003).

Observando tais definições a respeito de um material compósito, nota-se que este é

facilmente encontrado e pode ser de diversos tipos. Pode ser encontrado naturalmente, como é o

caso dos ossos (proteína colágeno e mineral apatita) e da madeira (fibras de celulose e lignina)

ou artificialmente como o concreto e os plásticos reforçados com fibras (CHAWLA, 1998;

MELO, 2004).

Em engenharia, objetiva-se combinar materiais diferentes para produzir um novo

material com características específicas. Sendo assim, CALLISTER (2002) afirma que a

maioria dos compósitos foi criada para melhorar combinações de características mecânicas, tais

como a rigidez, tenacidade e resistência nas condições ambientes e a altas temperaturas.

Nos compósitos, quando formados por apenas duas fases, chama-se de matriz a fase

contínua (de maior fração volumétrica da mistura) e de dispersa a outra fase. As propriedades

dos compósitos são, portanto, função das propriedades das suas fases (CALLISTER, 2002;

BARRA, 2003). Para compósitos poliméricos, a matriz é constituída de um material polimérico

e a fase dispersa é formada por um componente denominado de carga (reforço) (BARRA,

2003). Quanto ao tipo de material, a matriz pode ser polimérica, metálica ou cerâmica. Quanto

à geometria, as cargas podem ser classificadas em fibra ou partícula. O vidro, o carbono e a

aramida são utilizados mais comumente como reforço de compósitos com matriz polimérica

(CHAWLA, 1998; BURAKOWSKI, 2001; CALLISTER, 2002; MELO, 2004). Outros

materiais são também usados, porém com menor freqüência, como o boro, o carbeto de silício e

o óxido de alumínio (CHAWLA, 1998; MELO, 2004).

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Os compósitos podem ser classificados, segundo CALLISTER (2002), em: reforçados

com partículas, reforçados com fibras e compósitos estruturais, tendo subdivisões (Figura 2).

Figura 2- Classificação dos compósitos (CALLISTER, 2002).

Os compósitos (pinos odontológicos) utilizados no presente estudo classificam-se como

compósitos reforçados com fibras (vidro e carbono), que se constituem em uma estrutura

organo-mineral (fibra + resina epóxi). As fibras de reforço são contínuas, unidirecionais

equivalentes e em disposição longitudinal, unidirecional ao eixo do núcleo, de diâmetro

variando entre 7 micra (carbono) e 14 micra (vidro). A matriz é uma resina epóxi, que sustenta

o reforço (ANGELUS, 2000).

Os compósitos reforçados com fibras são os mais importantes tecnologicamente e

oferecem alta resistência e rigidez com baixa densidade relativa. Suas propriedades dependem

de diversos fatores como o comprimento, diâmetro e tipo de fibra (BARRA, 2003). As

propriedades dos pinos apresentam comportamento anisotrópico, ou seja, dependendo da

direção na qual se deseje tal propriedade, esta apresentará valores distintos.

2.3 – Resina Epóxi

A matriz dos compósitos reforçados com fibras apresenta variadas funções. Em

princípio, ela é responsável pela união das fibras que compõem o compósito, atuando como o

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meio através do qual as solicitações externas são transmitidas e distribuídas para as fibras

(CALLISTER, 2002). A matriz polimérica tem, também, como função, atuar na proteção das

fibras, formando uma camada entre as fibras e o ambiente, protegendo-as contra a abrasão,

umidade, oxidação e agentes agressivos, de natureza química e biológica. As propriedades

químicas, térmicas e elétricas dos compósitos são afetadas pela escolha da resina que irá

compor a matriz polimérica. Além disso, a matriz polimérica é responsável por manter as fibras

posicionadas corretamente (BEBER, 2003).

As matrizes poliméricas termorrígidas mais utilizadas na impregnação de fibras são as

resinas epóxi, fenólica e poliamida. Também matrizes termoplásticas têm sido consideradas na

obtenção de compósitos com fibras de vidro, carbono ou aramida, tanto na forma de tecidos

quanto na de fitas unidirecionais (ASM, 1987; COSTA, 2003).

A resina epóxi é um líquido orgânico de baixa massa molar contendo grupos funcionais

epóxi, que são constituídos por um anel entre dois átomos de carbono e um oxigênio (Figura 3).

O grupo epóxi é muito reativo com várias substâncias, particularmente com os doadores de

prótons, que são denominados de agentes de cura ou endurecedor. A cura pode ocorrer na

temperatura ambiente com poliaminas alifáticas ou poliamidas, ou em temperatura elevada com

anidridos e ácidos carboxílicos.

Figura 3- Cadeia estrutural da resina epóxi (PARK et al, 2002).

A resina epóxi termorrígida é usada como adesivo e revestimento protetor de maneira

geral. As resinas epoxídicas são amorfas e as propriedades elétricas variam com a temperatura.

A reação de cura à temperatura ambiente ou em temperaturas mais elevadas é exotérmica,

necessitando, por isso, de um controle perfeito da temperatura durante aquela reação.

A resina epoxídica mais comercial é constituída por bisfenol-A com excesso de

epiclorohidrina para formar, em presença de NaOH, polímero líquido com grupos epóxi

terminais. As resinas líquidas podem reagir com bisfenol-A como extensor de cadeias, variando

a massa molar e transformando-se em resina sólida.

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A resina epóxi apresenta características muito interessantes, como a inércia química e

biológica, boas propriedades elétricas bem como estabilidade estrutural e baixa permeabilidade

(MAY, 1988; RIEGEL, 1999). Também apresenta uma faixa ampla de condições de cura, desde

a temperatura ambiente até 178ºC, formação de não voláteis durante a cura, boas propriedades

adesivas e formação de ligações cruzadas com vários materiais. As propriedades desejáveis

destas resinas normalmente aparecem após a cura, sendo que estas podem modificar-se por

conseqüência do transporte, armazenamento e utilização destes materiais. As etapas de cura

transformam os reagentes epoxidílicos de baixa massa molar em um material altamente

reticulado com estrutura tridimensional, a qual envolve segmentos da resina e do agente de cura

(ou endurecedor) (RIEGEL, 1999). Dentre suas desvantagens, tem-se a fraca estabilidade

oxidativa (algumas resinas são sensíveis à umidade), uma limitada estabilidade térmica (178 a

232ºC), e alguns tipos de resina têm preço elevado.

As resinas epóxi são amplamente utilizadas comercialmente devido à diversidade de

propriedades que podem apresentar em virtude da seleção adequada dos reagentes e processos

de cura (RIEGEL, 1999). As principais aplicações são na área de compósitos com fibra de

carbono ou de poliamida aromática para indústria aeronáutica; componente de equipamento

elétrico; circuito impresso, encapsulamento de componentes eletrônicos; revestimento de

superfície; adesivo para metal, cerâmica e vidro; moldes e matrizes para ferramentas industriais

e também na indústria odontológica.

2.4- Fibras

As fibras podem ser definidas como um material filamentar, cuja razão entre

comprimento e diâmetro seja no mínimo igual a 100. Embora não haja restrições quanto a um

diâmetro mínimo, o máximo diâmetro não deve ser superior a 0,25 mm. Diversas fibras podem

ser utilizadas, incluindo-se as de vidro, carbono e boro, além das fibras produzidas a partir de

polímeros sintéticos. Construir fibras envolve alinhar as moléculas do material. A alta

resistência à tração está associada à melhoria da atração intermolecular resultante deste

alinhamento (BEBER, 2003).

A introdução de fibras em matriz polimérica vem se tornando uma prática cada vez mais

comum, visto o fato destas terem potencialmente a capacidade de alterarem significativamente

propriedades e comportamento dos materiais bases, como: dureza, resistência mecânica,

11


módulo de elasticidade, resistência ao impacto, precisão dimensional, concomitante com uma

redução de custo do produto final (SMITH, 1990; FERRANTE, 2002; FERRARI, 2003).

É reconhecido o fato de que uma série de fatores associados à introdução de fibras é

importante na definição das propriedades finais dos compósitos, como o tipo de fibra, fração

volumétrica, razão fibra/matriz, densidade, adesão interfacial, etc. O tamanho das fibras

(associado diretamente à razão fibra/matriz) é, em especial, ligado ao ganho em propriedades.

Fibras longas proporcionam, em geral, maiores ganhos em propriedades mecânicas, enquanto

fibras curtas, seguidas de particulados, acrescentam menores ganhos, já que tensões-

deformações de cisalhamento na região interfacial fibra-matriz são responsáveis pela

transferência de tensões em compósitos. A eficiência de reforço das fibras descontínuas é

menor do que as fibras contínuas. Apesar de mais eficientes, fibras longas requerem tipos de

processamento especiais que fogem da infra-estrutura tradicional relacionada com o

processamento, como o dos termoplásticos, por exemplo. Já fibras curtas são potencialmente

mais facilmente adaptáveis aos diferentes tipos de processamento de plásticos, como extrusão,

injeção, etc. Várias fibras curtas são usadas comercialmente há décadas em combinação com

plásticos, como as fibras de vidro e outros minerais de forma natural acicular como a

wollastonita, fibras de lã de rocha, etc. No entanto, tais fibras apresentam algumas

desvantagens, como: são abrasivas para equipamentos; possuem elevada densidade em

comparação com outras fibras comerciais; são passíveis de degradação em ambientes úmidos e

dependem de importação (BARRA, 2003).

As fibras têm sido sugeridas constantemente para reforços incorporados em matrizes

poliméricas. O vidro, o carbono, a aramida e o polietileno são os principais reforços, muito

embora outros materiais fibrosos tenham sua parcela de utilização em menor quantidade, como

o boro, o carbeto de silício e a alumina (FERRANTE, 2002).

2.4.1- Fibras de Vidro

As fibras de vidro constituem um dos principais materiais de reforço para matrizes

poliméricas devido ao seu baixo custo, peso, boa resistência química e possibilidade de

aumento de resistência mecânica através da manipulação dos seus constituintes. Estes materiais

são empregados na indústria automobilística, aeronáutica, naval, biomédica, em embalagens,

entre outras (CHAWLA, 1998). 12


As fibras de vidro são silicatos com conteúdo de agentes modificadores (óxidos) que são

usados visando redução das temperaturas necessárias para se atingir viscosidades altas o

suficiente para se produzir fibras. As formulações típicas de óxidos para as diferentes fibras de

vidro estão apresentadas na Tabela 1. As fibras de vidro usadas neste trabalho são para uso

odontológico e se classificam em fibras do tipo S Glass. Tabela 1- Composição química aproximada de algumas fibras de vidro (wt%) (CHAWLA, 1998).

Composição E Glass C Glass S Glass

SiO2 55,2 65,0 65,0

Al2O3 8,0 4,0 25,0

CaO 18,7 14,0 _

MgO 4,6 3,0 10,0

Na2O 0,3 8,5 0,3

K2O 0,2 _ _

B2O3 7,3 5,0 _

A produção das fibras de vidro envolve fusão dos reagentes (fonte de borato- Bórax,

sílica volatilizada, caolim, dolomita, soda em pó) que, em geral, estão na forma de óxidos e

carbonatos. Esta fusão ocorre em temperaturas entre 1200 e 1400ºC. Após a fusão, é realizada a

fração através de espineretes (orifícios com pequeno diâmetro) e posterior enrolamento dos

filamentos e/ou corte (fibras) dependendo da aplicação do mercado. Normalmente, as fibras são

recobertas por substâncias que as protegem da abrasão e/ou de outras fontes de defeitos

superficiais que podem ocorrer durante a fabricação. O recobrimento, juntamente com o

material que constitui a matriz, promove a formação de uma barreira efetiva entre o ambiente e

o agente de reforço. Além disso, facilita o manuseio, o processamento das fibras de reforço e

promove adesão interfacial conferindo resistência, rigidez e durabilidade ao compósito final.

Normalmente este recobrimento é feito com agentes de acoplamento, como os agentes silanos.

A escolha do agente silano dependerá da matriz com a qual a superfície da fibra interagirá.

Desta forma, uma larga escala de química de superfície existe, sendo representada

comercialmente pelas composições E e S. Fibras de vidro comerciais geralmente possuem 0,2

a 2% em peso desta camada de recobrimento, sendo que a sua espessura é irregular nas três

dimensões. As fibras de vidro se dividem em três categorias: E (Electrical), C (Chemical), S

13


(High Tensile Strength) (SMITH, 1990; HULL, 1995). Suas principais características e formas

encontradas no mercado são apresentadas na Tabela 2. Tabela 2- Características da fibra de vidro (HULL, 1995).

Fibra de vidro Características

E Glass Alta resistência, alto módulo de elasticidade e

boa condutividade elétrica.

C Glass Alta resistência à corrosão e baixa propriedade

de resistência.

S Glass Alto módulo de elasticidade e resistência a

altas temperaturas.

2.4.2- Fibras de Carbono

As fibras de carbono podem ser produzidas a partir de precursores diferentes, os quais

apresentam características estruturais também diferentes dependendo do tipo de tratamento dos

mesmos. As fibras do tipo ultra alto módulo (UHM) têm o piche como precursor, e as fibras do

tipo alta resistência (HS) possuem como precursor o PAN (poliacrilonitrila) (SMITH, 1990;

CARVALHO, 2000). Destes precursores, o mais comum deles e que produz o melhor tipo de

fibras é o PAN (Figura 4). Este é um polímero produzido por poliadição em lama, obtendo

massa molar numérica média na ordem de 50.000 a 100.000 g/mol, tendo densidade de 1,18

g/cm3, temperatura de transição vítrea (Tg) de 105°C e temperatura de fusão (Tm) de 317°C. O

PAN apresenta baixa cristalinidade, mas que é aumentada após estiramento. Quanto à

processabilidade e aspecto é um termoplástico amarelado e transparente que possui como

principais propriedades a alta resistência a solventes, alta resistência à tração após estiramento e

baixa estabilidade térmica (BARRA; BEBER, 2003).

Figura 4 - Cadeia estrutural do precursor de carbono, poliacrilonitrila (PAN) (BARRA, 2003).

14


A fibra acrílica é um polímero de meros de acrilonitrila com no mínimo 85% em peso.

O processo de obtenção das fibras acrílicas a partir da acrilonitrila, geralmente, é combinado

com pequenas quantidades de outros produtos químicos, como forma de tornar a fibra acrílica

mais suscetível ao tingimento. Alguns tipos de fibras acrílicas são fiados a úmido, outros a

seco. A maior parte delas, contudo, é utilizada na forma de fibras cortadas e, antes do corte, são

encrespadas (torcidas) (BARRA, 2003). Apresenta como características principais, boa

resistência e um ponto de fusão entre 300 a 330°C. A partir da fibra acrílica, podem-se obter

outras fibras de alto desempenho como a fibra de carbono, onde a aplicação começou na

indústria aéreo-espacial e atualmente já se encontra discriminada em várias outras atividades

(cita-se aqui a odontologia), pois o desempenho da fibra de carbono é até superior ao fio de aço

(BARRA; BEBER, 2003; MALMANN, 2005).

As fibras de carbono podem ser encontradas em quatro principais tipos de aplicação,

dependendo de suas propriedades: Alta Resistência (HS - High Strength), Módulo

Intermediário (IM - Intermediary Modulus), Alta Rigidez ou Módulo (HM - High Modulus) e

Superior Rigidez ou Módulo (UHM - Ultra High Modulus). Nestas últimas, as superfícies dos

filamentos são ligeiramente oxidadas para melhorar a adesão entre a fibra e a resina e não

produzir uma fibra muito quebradiça. As propriedades das fibras de resistência à compressão e

à tração podem ser observadas na Figura 5. A densidade da fibra de carbono está localizada

entre o vidro e o Kevlar. A fibra de carbono usada neste trabalho classifica-se como de alta

resistência e possui como seu precursor o PAN (BARRA; BEBER, 2003).

(A) (B)

Figura 5- Gráficos comparativos da resistência das fibras. (A) Resistência à compressão e (B) Resistência à

tração (BARRA, 2003).

15


O processo de produção das fibras de carbono passa pela oxidação, carbonização e

grafitização de um precursor orgânico como o piche ou o PAN. A composição da fibra de

carbono apresenta teor de carbono (C) entre 80 e 95%. A etapa de carbonização é conduzida

por perda de nitrogênio (N), formando um reticulado semelhante à grafite. A temperatura de

obtenção é normalmente 1000°C, e o teor de nitrogênio final é de 6%. A grafitização é

conduzida para uma maior perda de nitrogênio, a temperatura de obtenção é acima de 1800°C, e

o teor de nitrogênio final é no máximo de 1% (CARVALHO, 2000).

2.4.3- Fibras de uso odontológico

Observa-se a evolução relativamente rápida das fibras (em parte pela pressão do

mercado), sejam elas cerâmicas, de vidro, de polietileno ou materiais infiltrados por kevlar e o

objetivo de sua utilização é realmente nobre: a substituição das estruturas metálicas de copings,

pontes fixas e núcleos metálicos (HIRATA, 2006). Muitas fibras são usadas na odontologia em

associação com resinas e sistemas adesivos. Os sistemas de fibras vêm sendo empregados em

diversas aplicações clínicas, quer seja associada a resinas epóxi, acrílicas ou a resinas

compostas. Vários tipos de fibra vêm sendo sugeridos para reforço de estrutura como

poliamidas (JOHN et al, 2001), vidro (VALLITTU, 1998; AYDAN et al, 2002) e polietileno

(ELLAKWA et al, 2001); sendo as mais utilizadas para reforço de resinas compostas as fibras

de vidro, de carbono e de polietileno. Uma comparação das propriedades com estruturas

metálicas apresenta uma barreira: estruturas metálicas não são testadas com ensaios de flexão e

sim com limite convencional de escoamento (ANUSAVICE, 1998). As principais fibras de uso

odontológico são citadas na Tabela 3.

16


Tabela 3 – Principais fibras de uso odontológico, tipo de material formador e suas características. Adaptado

de (HIRATA, 2003).

Nome Comercial da Fibra Material/Características

Ribbond Polietileno com alta resistência e alta massa molar

Connect Flexibilidade na malha e alta resistência

Kevlar Poliamida de alta resistência e pouca estética

Trilene Monofilamento de poliamida com alta resistência

Glasspan Fibra de vidro com filamentos cerâmicos flexíveis de

Borossilicato de alumínio

Splint-it Fibra de vidro especial (S2). Possui memória.

Vectris Fibra de vidro translúcida. Apresenta elasticidade,

resistência e estabilidade.

Fibrex-lab/Angelus Fibra de vidro. Apresenta boa elasticidade, resistência e

estabilidade.

Angelus Fibra de carbono. Apresenta módulo de elasticidade

semelhante à dentina e não sofre corrosão.

A) RIBBOND

Ribbond é um material constituído de fibras de polietileno com coloração

esbranquiçada. As fibras apresentam-se entrelaçadas, flexíveis, com alta resistência e alta massa

molar com as quais é fácil fazer o contorno e adaptação ao redor do dente e do arco dental.

Dentre as propriedades destacam-se: biocompatibilidade, o alto módulo de elasticidade, é livre

de memória, absorve choques e oferece excelente estética devido a sua translucidez. São fibras

tratadas com plasma de gás frio (TRUSHKOWSKY, 1995) para permitir um aumento de sua

reatividade e molhabilidade, concedendo assim, uma interação físico-química com as resinas

compostas (MARKUS et al; SMALL, 1993; STRASSLER, 1995; MILLER et al., 1996;

SAMADZADEH et al., 1997; STRASSLER et al., 1999).

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Devido ao tratamento com plasma de gás, o Ribbond deve ser molhado em uma fina

camada de resina adesiva antes de ser manipulado; o adesivo não deve ser mono componente

(primer e adesivo em um só frasco) pela presença de primer e outros solventes orgânicos que

diminuem a reatividade da superfície do Ribbond tratado com plasma de gás frio (STRASSLER

et al, 1999).

O uso de agentes adesivos mais viscosos pode resultar em um incompleto molhamento

das fibras (RUDO; KARBHARI, 1999). Enquanto não realizado o molhamento, estas fibras

devem ser manuseadas cuidadosamente com uma pinça de algodão para evitar contaminação da

superfície tratada da fibra pelo látex ou pela oleosidade da mão (STRASSLER, 1995; MILLER

et al, 1996; INIGUEZ; STRASSLER, 1998; DEKON et al, 1999).

O Ribbond é extremamente flexível e não tem memória (SMALL, 1993; STRASSLER,

1995; RUDO; KARBHARI, 1999) e a fibra de polietileno é relatada como sendo 10 vezes mais

resistente que o aço e 35% mais que o kevlar (MARKUS et al; SMALL, 1993; MILLER et al,

1996).

Segundo CASTRO et al (1999), o entrelaçamento das fibras de polietileno a torna

excepcionalmente dobrável e isenta de elasticidade. O tratamento químico das fibras é à base de

plasma em atmosfera gasosa especial onde são expostas a uma descarga elétrica. Este

tratamento torna a superfície reativa e com alta afinidade pela resina composta, além de

aumentar a sua resistência, porém torna-a mais suscetível à contaminação.

B) CONNECT

É uma fibra comercial bastante semelhante ao Ribbond. Apresenta-se como uma malha

branca flexível feita de fibra de polietileno de alta resistência e tratada com plasma frio para

aumentar a adesão. O Connect é usado e manipulado de maneira similar ao Ribbond.

C) FIBREX-LAB /ANGELUS

Fibrex-lab é um material composto reforçado com fibras de vidro, para a confecção de

estruturas translúcidas de coroas e pontes. Foi recentemente lançada no mercado, possuindo as

mesmas características do sistema de fibras Vectris (Ivoclar).

18


O sistema depende do emprego de fontes de luz associadas ao vácuo para sua

construção, permitindo um maior grau de conversão da matriz, com menor grau de contração de

polimerização e maior resistência final do produto.

O sistema é apresentado com variados arranjos em sua arquitetura:

a) Fibrex medial: feixe de fibras de vidro unidirecionais com diâmetro de 2,5mm (ajustável) e

10,5cm de comprimento. As fibras unidirecionais são mais resistentes à flexão e a rigidez

(GOLDBERG; FREILICH, 1999), aumentam a resistência transversa e o módulo de flexão,

sendo freqüentemente utilizadas como viga de prótese parcial fixa;

b) Fibrex-juncional: manta de fibras de vidro multidirecionais com 0,3mm de espessura, 2,0cm

de largura e 10,5cm de comprimento. As fibras multidirecionais aumentam a resistência em

várias direções (VALLITTU, 1998). As fibras em tela aumentam a resistência à fratura

coronária, prevenindo falhas na região de linha terminal, sendo indicadas para retentores

e/ou coroas.

c) Fibrex-coronal: tecido de fibras de vidro multidirecionais com 0,6mm de espessura e 2,3cm

de diâmetro;

d) Fibrex-fita: feixe de fibras de vidro unidirecionais trançadas com 0,3mm de espessura e

2,0mm de largura e 15cm de comprimento (Figura 6).

Essa diferença na arquitetura permite que sua indicação seja ampla, dependendo da

estrutura que se deseja obter e das propriedades físicas finais necessárias.

Figura 6- Micrografia da Fibrex-fita e da Fibrex- juncional (FIBREX-LAB, 2005).

19


As fibras deste tipo são pré-impregnadas em uma matriz resinosa, facilitando seu

manuseio e melhorando a união entre elas e os cerômeros. Essa pré-impregnação garante

melhores propriedades físicas e mecânicas do produto final, pois proporciona uma impregnação

mais homogênea, além de eliminar um passo muito crítico do laboratorista.

Os sistemas em que as fibras são pré-impregnadas apresentam vantagens em relação aos

sistemas não pré-impregnados, pois possuem uma impregnação homogênea resultando em

melhores propriedades mecânicas e menos passos para o operador (POY, 1998).

As principais vantagens deste sistema é que possuem módulo de elasticidade semelhante

à estrutura do dente natural (ROSENTHAL et al, 1997), são reparáveis na boca (ROSENTRITT

et al, 1998), são estéticas por não se utilizar estrutura metálica, podendo apresentar cor e

translucidez mais próximas do dente natural; não passível de oxidação e corrosão; de menor

custo laboratorial por ser menos complexa, menos dispendiosa e mais rápida que as cerâmicas

(ARAÚJO, 1999) e, desgastam menos o dente antagonista. Além disto, apresentam melhor

tolerância biológica e menor resposta imune; elimina a necessidade de margens subgengivais

devido à aparência natural do aspecto cervical, minimizando o dano ao periodonto. Com as

técnicas de cimentação adesiva, pode-se diminuir a extensão da geometria dos preparos para

conseguir uma adesão efetiva (possibilidade de preparos mais conservadores) (FREILICH et al,

1998).

A principal desvantagem deste sistema é que mesmo sendo oferecida na versão

unidirecional ou multidirecional, tanto para uso direto (clínico) como indireto (laboratorial),

não apresenta, porém, um aparelho próprio de confecção das estruturas laboratoriais, apesar de

versões de aparelhos para esta finalidade estarem presentes no mercado, dispostas por outras

empresas.

A composição das fibras de vidro pré-impregnadas é de fibras de vidro unidirecionais ou

multidirecionais e de resina Bis-GMA, dimetacrilato de uretano, cerâmica de vidro de bário,

dióxido de silício altamente disperso, catalisadores e pigmentos (FIBREX-LAB, 2005).

D) FIBRA DE CARBONO (ANGELUS)

São bastante utilizadas em reforço de pinos de fibra de carbono com resina epóxi para

apoio de coroas protéticas. Apresentam como vantagens o módulo de elasticidade próximo ao

da dentina; Não sofre corrosão e apresentam formato paralelo com ápice cônico.

20


Em relação à resistência, o Reforpost fibra de carbono (Angelus) possui alta resistência

flexural que permite uma menor remoção da estrutura dental e evita que o pino se frature dentro

do canal, diminuindo o risco de fratura radicular.

Por ser conservativo, não há necessidade de desgaste excessivo da estrutura dental, em

função de seu diâmetro reduzido.

O Reforpost fibra de carbono possui módulo de elasticidade similar ao da dentina,

proporcionando maior resistência a fraturas radiculares, pois permite que o pino acompanhe o

movimento do dente quando este é submetido a alguma força. Quanto mais próximos forem os

módulos de elasticidade do material e da dentina, menor o risco de fratura pela diminuição da

transmissão de esforços mecânicos à estrutura dental. No caso do Reforpost pino de fibra de

carbono, o módulo de elasticidade próximo ao da dentina permite que haja um

acompanhamento de possíveis deformações da estrutura dentária, particularmente da porção

radicular.

O custo é menor pela redução do tempo para confecção da prótese, pois em uma única

sessão podem ser realizados o preparo do núcleo de preenchimento e a moldagem da prótese

(ANGELUS, 2000).

2.5- Características e Propriedades Físicas e Mecânicas de Compósitos

Reforçados com Fibras

Não é uma tarefa simples, a caracterização das propriedades mecânicas de materiais

compósitos. A resistência à fratura do material geralmente independe do tamanho inicial da

fratura; a força do material é limitada pelo tamanho da fratura ou defeitos durante o

processamento, produção ou manipulação.

O tipo de falha que ocorre com as fibras de reforço, incluídas em resina composta,

quando submetidas além do limite de ruptura depende do tipo da fibra. As fibras de vidro se

dobram e algumas se rompem, ao passo que as fibras de polietileno se dobram e não se rompem

(HIRATA, 2003).

Segundo BARRA (2003), os mecanismos de falha local que podem ocorrer durante a

fratura de um compósito com fibras são o arrancamento das fibras; o efeito denominado como

ponte de fibras (fiber bridging), em que as superfícies de uma trinca são interligadas por fibras;

21


o deslizamento interfacial matriz/fibras, seguido da ruptura das fibras; a ruptura das fibras e, o

trincamento da matriz (Figura 7).

Figura 7- Possíveis mecanismos de falha local de um compósito durante a fratura (BARRA, 2003).

As propriedades físicas das fibras de reforço, segundo SAMADZADEH et al (1999),

são dependentes do tipo de matriz, tipo de fibra, distribuição da fibra, razão fibra/matriz,

diâmetro e comprimento da fibra. As pesquisas têm favorecido o uso de fibras contínuas longas

com fios perpendiculares à direção da força aplicada. Esta orientação demonstra alta resistência

e alto módulo de elasticidade quando comparada com os materiais não reforçados com fibras.

Testes em laboratório visam transpor resultados para situações encontradas na clínica,

oferecendo maior previsibilidade aos materiais restauradores. A longevidade clínica do uso de

fibras em próteses fixas também já vem sendo explorada pela literatura (ALTIERI, 1994).

VALLITU (1998) estudou as propriedades flexurais de polímeros de resina acrílica

reforçados com fibras de vidro unidirecionais em próteses fixas provisórias e verificou que o

maior problema é a impregnação das fibras com a resina. A inadequada impregnação das fibras

somente ocorre com polímeros curados à quente, os quais estabelecem uma alta viscosidade e

baixa molhabilidade, um fato que não ocorre com as resinas auto-polimerizáveis. Entretanto,

algumas áreas apresentam espaços entre as fibras, os quais provocam uma redução considerável

na resistência à tração e no módulo de elasticidade da resina. Teoricamente, com a redução da

viscosidade deveria ter aumentado a impregnação das fibras com a resina, mas isto foi provado

que o maior volume de monômeros na mistura aumenta a contração de polimerização da resina,

leva para uma fenda entre as fibras e a matriz.

1 Arrancamento das fibras 2 Ponte de fibras 3 Deslocamento fibra/matriz 4 Ruptura das fibras 5 Trincamento da matriz

22


2.6 – Adesão, Molhabilidade e Capilaridade das Fibras

A) ADESÃO

Adesão é definida como a capacidade de unir materiais através do contato entre as suas

superfícies. É a atração entre dois corpos sólidos ou plásticos produzida pela existência de

forças atrativas intermoleculares de ação a curta distância.

É importante, aqui, fazer a diferenciação entre superfície e interface. O termo superfície

é aplicado usualmente para a área entre uma fase condensada (sólida ou líquida) e uma fase

gasosa, enquanto que o termo interface é aplicado à áreas de sistemas envolvendo fases

condensadas, tais como, sólido-sólido, sólido-líquido e líquido-líquido. Os átomos e as

moléculas que estão na superfície e nas interfaces possuem energia e reatividade

significativamente superiores àquelas do núcleo do material. Esta energia armazenada na

interface é entendida como energia interfacial ou superficial. A tensão gerada nas moléculas da

região interfacial (líquido-vapor), em virtude do desbalanceamento entre as forças de repulsão e

atração, é denominada de tensão superficial (NASCIMENTO; MARTINELLI;

BUSCHINELLI, 2003).

A tensão superficial não só garante o molhamento da camada de líquido sobre o

substrato como também assegura a adesão dessa camada e sua durabilidade. Muitos estudos

têm sido feitos sobre a relação das forças de adesão e tensão superficial, uma vez que a adesão é

governada por diferentes mecanismos, e, em diferentes casos, não se podem fazer afirmações

definitivas. De qualquer modo, é claro que a força de adesão depende da tensão superficial de

ambos os componentes e, conseqüentemente, da tensão interfacial. A força de adesão é

aumentada ao máximo, quando a tensão superficial dos dois componentes tem magnitudes

similares, o que parece dever-se à minimização da tensão interfacial (SACHER, 1988).

A adesão entre os constituintes de um compósito (fibra/matriz) pode ser atribuída a

alguns mecanismos principais, sendo basicamente: a adsorção e molhamento; a interdifusão; a

atração eletrostática; a ligação química e adesão mecânica (CARVALHO, 1988; RABELO,

2000; BURAKOWSKI, 2001; FERRANTE, 2002). O molhamento eficiente da fibra pela

matriz remove o ar e recobre toda a superfície da carga com material polimérico. O processo de

molhamento das fibras é importante, pois as fibras pré-impregnadas em processo industrial

23


resultando em fibras uniformemente impregnadas pela matriz (FREILICH et al, 1998), resistem

2 a 3 vezes mais e apresentam 10 vezes mais o módulo de flexão do que as fibras de vidro ou

polietileno impregnadas manualmente pelo dentista ou pelo técnico de laboratório

(GOLDBERG et al, 1998). Este mecanismo dependerá das tensões superficiais dos

componentes. Quanto a interdifusão, percebe-se que a formação de ligações entre a superfície

matriz/fibra pode ocorrer quando as cargas são modificadas superficialmente por um

determinado polímero antes de serem incorporadas à matriz. A resistência da ligação entre

matriz/fibra dependerá do grau e tipo de ligações químicas gerados entre o polímero matriz e a

superfície da fibra modificada. A porosidade da matriz tem grande influência no aumento da

resistência do polímero a ser modificado. Assim, podem-se conseguir bons níveis de reforço

devido a uma adesão mecânica mais eficiente e até difusão das macromoléculas na estrutura da

matriz, permitindo o ancoramento mecânico das moléculas na mesma. A atração eletrostática

pode ocorrer quando as duas superfícies possuem cargas elétricas opostas, como nos casos de

interações ácido-base e ligações iônicas. A energia de ligação dependerá da densidade de cargas

elétricas. Ainda segundo RABELO (2000), a ligação química é a forma mais eficiente de

adesão em compósitos e ocorre geralmente com a aplicação de agentes de acoplamento na

superfície da carga, que serve como ponte entre o polímero e a fibra. Estes materiais devem

conter uma parte de sua estrutura que interage com a superfície da fibra e outra deve conter

grupos orgânicos semelhantes às cadeias da matriz polimérica. A presença de grupos funcionais

na superfície das fibras contribui para aumentar a adesão da fibra/matriz por interações do tipo

ácido-base. Este tipo de interações é importante no processo termodinâmico de molhamento,

por que eles constituem uma contribuição extra ao trabalho total de adesão de um sistema

sólido/líquido (MONTES-MORÁN, 2001).

Muito freqüentemente, as interações físico-químicas entre a fibra e a matriz conduzem a

um gradiente de estruturas. Essa região interfacial responsável pelo processo de adesão é

conhecida como interfase. A resistência mecânica da interface depende do número e tipo de

ligações químicas presentes. Uma interface fibra/matriz elevada aumenta a integridade dos

compósitos e transfere a carga eficientemente às fibras, através da matriz, resultando em

compósitos mais resistentes. O mecanismo de transferência de tensão envolvido realmente é

puramente friccional, sendo questionada até mesmo a existência de qualquer adesão

fibra/matriz significante. Por outro lado, a interface fibra/epóxi de compósitos de carbono

24


oxidados em plasma é capaz de transferir tensões de um modo mais efetivo do que nas fibras

sem tratamento, em níveis de tensão de matriz semelhantes (MONTES-MORÁN, 2001).

A Figura 8 apresenta um diagrama esquemático do conceito de interface e interfase em

material compósito. A adesão em um compósito polimérico pode se dar por encaixe mecânico

de cadeias da matriz polimérica em rugosidades existentes na superfície da fibra, atração

eletrostática, forças de van der Waals ou formação de ligações químicas mais fortes

(BURAKOWSKI et al, 2001).

Figura 8- Diagrama esquemático apresentando as regiões de interface e interfase dos materiais compósitos

(BURAKOWSKI, 2001).

As interações entre fibras e matriz ocorrem por uma série de fenômenos físicos e

químicos entre as superfícies dos materiais. Inicialmente, pode-se considerar o contato entre

protuberâncias e reentrâncias como inibidores de deslocamentos relativos, por oferecer regiões

de atrito que se opõem a estes deslocamentos. Estes mecanismos são normalmente encontrados

em fibras artificiais. A adesão das fibras em matrizes resinosas é um fator importante sobre o

ponto de vista clínico, porque esta influi altamente na resistência do compósito (BOTTINO,

2001).

A adesão entre a fibra e a matriz pode ser descrita como fenômenos físico-químicos que

ocorrem entre os materiais. YOSOMIYA et al (1989), sugerem a análise das interfaces entre

materiais através de três fatores:

1- Ligações mecânicas, incluindo os efeitos de ancoragem;

2- Ligações por interações físicas entre as moléculas dos diferentes materiais, como as

interações entre as moléculas polares.

25


3- Ligações por interações químicas, como as ligações covalentes.

HULL (1995) acrescenta ainda a interdifusão dos materiais que forma uma região de

interfase, na qual, os materiais estão intimamente misturados devido à mobilidade molecular. A

adesão por ligações químicas é a que envolve maior energia para a ruptura.

A forma mais significativa para obter um aumento da adesão entre matriz/carga é a

adsorção e a ligação química. Devido à falta de afinidade entre o polímero e a carga, a

modificação superficial de uma das fases tem grande importância no desenvolvimento do

compósito (RABELO; BARRA, 2003).

B) MOLHABILIDADE

A molhabilidade pode ser uma característica importante para caracterizar as superfícies

de fibras no transporte de líquidos, interação de fibras e adesão com polímeros (WONG et al,

2001).

A molhabilidade e espalhamento são dois processos relacionados. Um líquido que não

molha as fibras, por sua vez, não pode espalhar pelo compósito e o arraste só pode ocorrer

quando as fibras entrelaçadas com espaços capilares entre eles são molhadas pelo líquido

(WONG et al, 2001; SOUKUPOVA, 2004).

A molhabilidade é definida através do comportamento entre o líquido e a superfície do

sólido e descreve a interação entre o líquido e o substrato antes da ocorrência do espalhamento,

ou seja, é o comportamento inicial de uma fibra ao entrar em contato com um fluido. O

espalhamento foi definido como a habilidade que a fibra tem de dispersar a umidade ou o

líquido através de uma dada área pela ação capilar do material (WONG et al, 2001; SÍMILE,

2004).

Uma grandeza importante na avaliação da molhabilidade entre duas superfícies é o

ângulo de molhabilidade ou ângulo de contato. Ele é definido como o ângulo formado entre a

superfície sólida e a tangente à superfície do líquido (gota) no ponto de contato dos dois (Figura

9). Este ângulo depende da relação entre as forças adesivas, que fariam a gota se espalhar sobre

a superfície e as forças coesivas do líquido que querem contrair a gota a uma esfera com uma

superfície mínima. Se a gota repousa sobre uma superfície homogênea perfeitamente nivelada,

se forma um ângulo de contato de equilíbrio entre o líquido e a superfície sólida em qualquer

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ponto da linha de três fases, onde se encontram o sólido, o líquido e a fase de vapor. O ângulo

de contato pode variar de 0 a 180 graus. A condição de equilíbrio de energia interfacial na área

de contato pode-se expressar em termos de energia da interface sólido/líquido ( sl), interface

líquido/vapor ( lv), interface sólido/vapor ( sv) e o ângulo de contato ( ), pela equação de

Young (Equação 1)(KWOK et al, 1998).

Figura 9- Ângulo de contato e interfaces sólido-líquido, sólido-vapor e líquido-vapor. Adaptado de

LABCONTROL, 2006.

sl = lv + sv cos (1)

O pode-se considerar como a energia superficial ou tensão superficial que é referida

em dyna/cm ou N/m e termodinamicamente representa a energia necessária criada numa

unidade de área na interface ou superfície onde não existia previamente (SACHER, 1988).

O teste de molhabilidade é um método simples e de resultados significantes. Neste teste,

o molhamento pode ser medido através do ângulo ( ) formado entre e superfície sólida e o

plano tangencial à superfície líquida. Se <90°, o líquido tem tendência a molhar a superfície e

o oposto ocorre para >90°. Portanto, quanto menor este ângulo, melhor será o molhamento.

Sob um ponto de vista prático, pode-se afirmar que há uma boa condição de molhamento

quando <70° (MOORHEAD, 2003). Um desenho esquemático do ângulo de contato pode ser

visto na Figura 10 a seguir:

Figura 10- Ângulo ( ) formado entre a superfície sólida e a tangente da gota (MOORHEAD, 2003).

27


C) CAPILARIDADE

O fluxo espontâneo do líquido ou espalhamento ocorre devido à diferença de pressão ou

ação capilar. A ação capilar ou capilaridade é definida através do movimento macroscópico de

um sistema de fluido causado pela tensão superficial do líquido (WONG et al, 2001;

TAVISTO, et al, 2003; SÍMILE, 2004).

O fluxo do líquido ao longo da fibra é causado pela atração molecular fibra/líquido da

superfície de materiais fibrosos, os quais são determinados principalmente pela tensão

superficial, distribuição efetiva do poro capilar e seu caminho (LI et al, 2003). A primeira força

responsável pelo movimento do líquido ao longo da fibra é a força de capilaridade.

A capilaridade tem como base as forças intermoleculares de coesão e adesão. Se as

forças de adesão entre o líquido e a parede do tubo são maiores que a força de coesão entre as

moléculas do líquido, então o movimento capilar ocorre. Este movimento capilar irá cessar

quando a diferença de pressão capilar e hidrostática for igual a zero (SÍMILE, 2004).

O espalhamento e o transporte de líquido em um material dependem dos tamanhos dos

poros e sua distribuição. O princípio da capilaridade dita que poros pequenos são preenchidos

primeiro e são responsáveis pelo movimento inicial do líquido, quando os poros estão

totalmente preenchidos este se move para os poros maiores. O tamanho e a forma das fibras,

bem como seu alinhamento influencia na geometria dos espaços capilares entre as fibras ou

poros alterando o espalhamento ao longo do material. Estes espaços são canais com grande

variedade de formato e tamanhos que podem ou não estar interconectado (WONG et al, 2001;

DAS; ISHTIAQUE, 2004).

A distância de alcance percorrido pelo líquido é maior em poros pequenos, devido a alta

pressão capilar, entretanto o líquido retido em tais poros é pouco. Em poros maiores, grandes

quantidades de massa podem ser retidas, mas a distância percorrida pelo líquido é limitado.

Conseqüentemente, o rápido espalhamento do líquido em materiais fibrosos é facilitado por

pequenos poros uniformemente distribuídos e interconectados. A alta retenção de líquido é

alcançado pela alta quantidade de grandes poros ou um volume total alto de poros (WONG et

al, 2001).

Assim como na indústria têxtil, a capilaridade é uma propriedade importante na

odontologia no que diz respeito ao uso de materiais fibrosos, visto que estes podem ter

28


afinidade ou não quando em contato com um determinado líquido adesivo de aplicação clínica,

por exemplo. Em algumas fibras são aplicadas silanos no processo de confecção industrial de

pinos compósitos. Outro exemplo é dado antes da utilização destes pinos, nos quais se aplica

um líquido adesivo sobre sua superfície que receberá um cimento resinoso. É fato que o bom

espalhamento de tais líquidos deva ser relativamente adequado para que as reações químicas de

superfície ocorram melhorando o fenômeno de adesão. Assim sendo, alguns testes para

determinar o espalhamento dos líquidos (silanos e adesivos) nas superfícies de fibras e pinos

odontológicos podem ser realizados de modo semelhante ao que ocorre em fibras têxteis.

O espalhamento ocorre quando uma fibra é completamente ou parcialmente imersa em

um líquido ou em contato com uma quantidade limitada de líquido, tal como a gota colocada

sobre a fibra. Entretanto, a penetração capilar de um líquido, pode ocorrer de um reservatório

infinito ou finito. As diferentes formas de arraste provenientes de um reservatório infinito são:

imersão e arraste longitudinal (SÍMILE, 2004).

O espalhamento durante a imersão ocorre quando a fibra é completamente imersa em

um líquido e este entra no material em todas as direções. O espalhamento do líquido em um fio

imerso desloca o ar e este afunda (SÍMILE, 2004).

O arraste longitudinal proveniente de um reservatório infinito ocorre quando as fibras

são parcialmente imersas em grande volume de líquido, o qual proporcionará o molhamento da

mesma. Se o liquido não molhar a superfície, este não irá espalhar dentro do aglomerado de

fibras (SÍMILE, 2004). Dentre os testes que utilizam o reservatório infinito destaca-se o arraste

vertical muito utilizado pelas indústrias têxteis, a fim de verificar a hidrofilidade do tecido.

O arraste vertical é um método usado para descrever a habilidade do tecido de absorver

umidade. Direcionando esta técnica para as fibras odontológicas, corta-se um determinado

comprimento de fibra, em seguida a amostra é pendurada na posição vertical em uma balança

de precisão com apenas uma das pontas em contato com o conteúdo do reservatório. À

distância percorrida pelo líquido durante o tempo estipulado é designado como extensão de

absorção (AKISHEV, YURI et al, 2002; SÍMILE, 2004). Mede-se, portanto, a variação da

massa à medida que o líquido penetra pelos capilares das fibras.

Normalmente a distância do liquido percorrida do reservatório ou o peso do liquido

absorvido é registrado no tempo para determinar a velocidade do arraste (SOUKUPOVA,

2004). Segundo RODRIGUES (1997), se em cinco minutos a solução água + corante subir pelo

29


tecido de 5 a 8 centímetros significa dizer que o tecido é hidrofílico. Neste trabalho, foi usada a

relação entre a massa (fibra + líquido) com o tempo de subida do líquido ao longo da amostra.

2.7– Considerações sobre interação e uso das fibras e pinos de fibra

A) MODIFICAÇÃO QUÍMICA

A modificação química da superfície das matrizes tem sido o melhor modo de unir

quimicamente a matriz ao agente de reforço. Esta modificação é realizada com os agentes de

acoplamento, que promovem a união química entre as fases ou altera a energia superficial da

carga, permitindo um molhamento eficiente. A escolha dos agentes de acoplamento dependerá

da estrutura química e composição da fibra a ser modificada e da matriz do compósito. Para

fibras, que contém como elemento principal o silício, como exemplo as fibras de vidro, os

agentes de acoplamentos mais usados são os silanos. A fibra de vidro silanizada tem sido uma

opção oportuna para melhorar a adesão em matrizes poliméricas como oposição às fibras

tratadas com plasma (Ribbond) (BOTTINO et al, 2001). Os agentes silanos apresentam uma

fórmula geral Y(CH2)n Si(OR)3. A Figura 11 ilustra a ação de acoplamento por um agente

silano, onde OR é um grupo sílico-funcional (como –OCH3 ou –OC2H5), enquanto que Y é um

grupo organo-funcional (como -CH=CH2, -Cl, -NH2 ou –N=C=O). O grupo sílico-funcional

reage com as hidroxilas na superfície da fibra enquanto que o grupo organo-funcional interage

(ou forma ligações secundárias fortes) com o polímero, melhorando a adesão na interface. É

essencial, portanto, que as cargas particuladas ou fibras possuam grupos hidroxilas na sua

superfície. Desta forma, a efetividade dos agentes de ligação depende da natureza e do

tratamento prévio do substrato, do tipo de silano utilizado, da espessura da camada de silano

formada e do processo pelo qual estes agentes são aplicados. Além de serem usados como

agentes de acoplamento, os silanos encontram outros tipos de aplicações tecnológicas, como,

por exemplo, melhorar as propriedades adesivas entre polímeros e outros tipos de superfícies,

conferir uma camada hidrofóbica em vidro e para atuar como agente de reticulação em

poliuretanos, epóxi, polietileno e poliéster.

30


Figura 11- Modelo esquemático da ação de acoplamento por um agente silano na superfície das fibras

(BARRA, 2003).

Em um compósito, o reforço pode ser submetido a diferentes processos de tratamento de

superfície com o propósito de aumentar a atividade superficial e, conseqüentemente, melhorar a

transferência de tensões nos mesmos (FUJIMAKI, 1977; HIRATA; PACHECO; AROUCA;

FERRAREZZI, 2003).

O tratamento superficial da fibra pode ser realizado por meio de métodos químicos, pela

ação de substâncias oxidantes, oxidação eletroquímica ou anódica, ou métodos que envolvem

tratamentos térmicos. Os tratamentos oxidativos podem ser divididos em oxidação por gases a

seco, incluindo etching (corrosão) por plasma de gases oxidantes e oxidação úmida, realizada

química ou eletroliticamente (CUESTA, 2001). Já os tratamentos não-oxidativos podem incluir

a deposição de formas ativas de carbono, como o tratamento altamente eficaz de whiskerização;

a polimerização por plasma ou a aplicação de uma fina camada de polímero na superfície da

fibra de carbono com o objetivo de proteger o reforço de danos externos e melhorar a sua

adesão a determinadas matrizes poliméricas (CAHN, 1993; BURAKOWSKI, 2001).

A utilização do tratamento oxidativo da superfície da fibra de carbono por meios líquido

ou gasoso, pode gerar grupos funcionais contendo oxigênio e ao mesmo tempo proporcionar o

aumento da área superficial da fibra (LEWIS, 1989; BURAKOWSKI, 2001).

Vários tipos de oxidação à base de agentes gasosos ou na fase líquida como, por

exemplo, ácido nítrico, permanganato de potássio, dicromato de potássio, hipoclorito de sódio,

peróxido de hidrogênio e persulfato de potássio têm sido utilizados com diferentes graus de

sucesso. Vários fatores, tais como: a concentração, o tempo de exposição, a temperatura e o

31


modo de tratamento influenciam efetivamente nesses processos oxidativos, podendo gerar

funcionalidade e o aparecimento de óxidos na superfície tratada e, ainda, um aumento da área

superficial, pela formação de pequenos poros/depressões ou o aparecimento de sulcos

longitudinais, facilitando a ancoragem mecânica e a interpenetração entre a fibra e a matriz

(CAHN, 1993; CUESTA, 2001).

A Figura 12 apresenta um modelo esquemático com alguns dos grupos funcionais

(carboxila- COOH e hidroxila- OH) que podem ser encontrados na superfície das fibras de

carbono após o tratamento oxidativo (PITTMAN, 1997).

Figura 12 - Modelo esquemático com alguns dos grupos funcionais que podem ser gerados na superfície de

fibras de carbono (FC) tratadas por ácidos (PITTMAN, 1997).

B) TRATAMENTO A PLASMA

O termo “plasma” se aplica a um gás contendo espécies neutras e eletricamente

carregadas como elétrons, íons positivos, íons negativos, átomos e moléculas (ROSSNAGEL et

al, 1989). Na média, um plasma é eletricamente neutro porque qualquer desbalanceamento de

carga resultará em campos elétricos que tendem a mover as cargas de modo a restabelecer o

equilíbrio. Como resultado disso, a densidade de elétrons mais a densidade de íons negativos,

deve ser igual à densidade de íons positivos. As cargas livres no plasma podem mover-se em

resposta a qualquer campo elétrico e neutralizá-lo (ALVES Jr, 1995).

Devido às buscas crescentes por melhoria de adesão dos materiais odontológicos, bem

como o aumento do uso de fibras e materiais compósitos em odontologia, fizeram com que se

utilizasse uma técnica inovadora que procura solucionar em parte essa exigência: a técnica de

tratamento em plasma. Esta tem se mostrado bastante expressiva para este fim e vem sendo

usada por alguns pesquisadores. Como citado anteriormente, uma das fibras tratadas em plasma

Fibra

32


utilizadas pela indústria odontológica é a fibra de polietileno Ribbond (TRUSHKOWSKY,

1995).

O plasma pode ser produzido em laboratório através da aplicação de uma diferença de

potencial entre dois eletrodos. Quando uma diferença de potencial é aplicada entre dois

eletrodos, contidos num sistema hermeticamente fechado e a uma pressão suficientemente

baixa, elétrons e íons são acelerados pelo campo elétrico, colidindo com outras partículas e

produzindo assim mais íons e elétrons através da seguinte combinação (HOWATSON, 1965):

e G G e0 2 (2)

Onde Go é o átomo ou molécula do gás no estado fundamental e G+ representa um íon

deste gás. Devido a essa produção de cargas, uma corrente elétrica é gerada que varia com a

diferença de potencial entre eletrodos.

O plasma pode ser dividido em duas categorias: plasma térmico (quando as espécies

estão em equilíbrio térmico) e plasma frio (quando as espécies não estão em equilíbrio térmico).

Os plasmas térmicos são caracterizados pelas temperaturas muito altas dos elétrons, átomos e

íons tendo níveis elevados de ionização (até 100%). Equilíbrio térmico implica que a

temperatura média de todas as espécies (elétrons, íons, espécies neutras) deve ser a mesma.

(DENES, 2004; BOGAERTS, 2002).

Os plasmas frios são compostos por partículas a baixas temperaturas (moléculas

carregadas e neutras e espécies atômicas) e temperaturas relativamente altas de elétrons e estão

associados com o baixo nível de ionização (DENES, 2004). Para os plasmas frios utiliza-se

baixa pressão, o que resulta em poucas colisões das espécies do plasma, ocorrendo,

conseqüentemente, ineficiência na transferência energética, ocasionando diferentes

temperaturas das espécies do plasma (BOGAERTS, 2002).

Em anos recentes, o campo de aplicações da descarga gasosa a plasma tem se expandido

rapidamente. Isto devido, dentre outras razões, a grande flexibilidade química oferecida pelos

aspectos do plasma em não equilíbrio.

Plasmas frios (em não equilíbrio térmico) são utilizados para aplicações onde calor é

indesejável, como para o etching (erosão) e deposição de camadas finas. A temperatura da

partícula pesada é baixa (normalmente não é maior que a temperatura ambiente), mas os

elétrons se encontram a temperaturas muito mais elevadas, por que eles são leves e facilmente

acelerados pelos campos eletromagnéticos. A alta temperatura promove as colisões inelásticas

33


dos elétrons com átomos e moléculas do gás de trabalho, o que por outro lado, sustenta o

plasma e resulta em um ambiente rico quimicamente (BOGAERTS, 2002).

A tecnologia de plasma é largamente utilizada em tratamentos de superfície de uma

grande variedade de materiais sólidos, resultando em grandes alterações, desde o ponto de vista

químico até de sua microestrutura. Assim, o tratamento por plasma pode ser empregado para

modificar as superfícies carbonosas e vítreas como as superfícies prismáticas de grafite, fibras

de carbono e outros (VALENTE, 2001).

O tratamento a plasma de fibras tem algumas vantagens sobre outros métodos

tradicionais usados para a modificação das superfícies de fibras. Uma vantagem do tratamento é

que o comprimento da fibra não é significantemente reduzido. Outra vantagem é que o

tratamento a plasma é rápido, seco, limpo e dependendo do gás escolhido, ambientalmente

seguro. (LINSTON; MARTINU; WERTHEIMER, 1994; VALENTE, 2001).

O uso de carbonos tratados por plasma de O2 oferece uma potencial e interessante

alternativa para a modificação de vários tipos de material. Esses tratamentos começaram a ser

aplicados em materiais carbonosos, visando aumentar a adesão entre fibras de carbono e matriz

em compósitos. Além disso, plasma de O2 é aplicado para modificações da superfície química

de microesferas de grafite, carbono, vidro e negro de fumo. Trabalhos realizados com materiais

carbonosos como o negro de fumo (Carbon-black), mostraram que o efeito de tratamentos em

certos tipos de plasma sobre a superfície resultou em alterações nas características químicas de

sua superfície, enquanto que tratamentos com plasma a ar (Air-plasma) mostraram que a

superfície é altamente oxidada. Tratamentos a plasma alteram a energia superficial da fibra que

é um resultado direto da introdução de grupos funcionais polares na superfície da fibra durante

o tratamento a plasma de O2. Uma superfície oxidada pelo plasma de O2 causa um aumento na

molhabilidade em soluções aquosas. Uma conclusão importante é que a molhabilidade ocorre

devido à formação de grupos ácidos pelo plasma de O2. Se o gás usado no plasma for N2 ou

amônia ocorrerá formação de grupos básicos (VALENTE, 2001).

Segundo DRNOVSKÁ (2003), após 5 min de tratamento em plasma, são formadas

pontes de hidrogênio na superfície que é reflexo de interações ácido-básicas predominantes.

Diferentes imagens de MEV demonstram mudanças consideráveis na rugosidade da superfície

devido a tipos diferentes do gás de plasma usados.

34


As micrografias das figuras 13 e 14 mostram a modificação de superfície de dois tipos

de fibra de carbono quando submetida a um tratamento a plasma com oxigênio.

Figura 13- Micrografia da superfície da fibra de carbono sem tratamento: (A) Amostra HS, (B) Amostra

UHM (MONTES-MÓRAN, 2001).

35


Figura 14- Micrografia da superfície da fibra de carbono, após tratamento a plasma frio com oxigênio (A)

amostra HS-O, (B) amostra UHM-O (MONTES-MÓRAN, 2001).

WONG (2001) observou na indústria têxtil, que após o tratamento superficial a plasma,

a fibra de linho apresentava melhoria na molhabilidade causado pela introdução de grupos

hidrofílicos, o qual aumentou a razão na absorção de água através do espalhamento vertical. A

variação nas propriedades do espalhamento, modificadas através do tratamento a plasma foram

interpretadas através do resultado na mudança da composição química superficial da fibra

36


(tensão superficial e ângulo de contato), geometria superficial da fibra (rugosidade e dimensão)

e a geometria capilar das fibras aglomeradas.

As propriedades mecânicas de todas as fibras permanecem quase inalteradas depois da

oxidação da fibra no plasma. Isto constitui uma vantagem importante sobre os tratamentos

comerciais, pois as condições exigidas nestes últimos induzem uma boa atividade de superfície,

mas são freqüentemente muito severas para preservar as propriedades originais das fibras

(MONTES-MORÁN, 2001).

Diversas propriedades superficiais de polímeros, como molhabilidade, adesão ou

biocompatibilidade, podem ser mensuradas por aplicações específicas de apropriados

tratamentos em plasma frio (YASUDA, 1987; D’AGOSTINO, 1990; INAGAKI, 1995).

Tratamentos em plasma frio são conhecidos por induzir mudanças físicas e químicas em

superfície de polímeros por ativação, etching, grafting, implantação, polimerização e processos

de ligações cruzadas (YASUDA, 1987; D’AGOSTINO, 1990; INAGAKI, 1995), normalmente

sem interferir com as suas propriedades, embora isto não seja necessariamente verdade no caso

de fibras, devido à sua alta relação entre superfície volume (T. YASUDA; GAZICKI; H.

YASUDA, 1984).

Plasmas frios representam uma alternativa emergente para tratamentos de oxidação

apontados para modificar as propriedades de superfícies de carbonos. Eles são particularmente

vantajosos para tratamento de fibra de carbono onde uma oxidação rasa e moderada é preciso

para reter as propriedades mecânicas das fibras. Não obstante, resultados relatados foram muito

positivos e mostraram melhorias de adesão significantes que excedem esses tratamentos

oxidativos comerciais para fibras de precursor PAN e resina epóxi (ZHUANG et al, 1997),

fibras curtas/ borracha (IBARRA et al, 1998) ou até mesmo sistemas baseados em fibras de alto

módulo, menos propenso a oxidação através de métodos eletroquímicos convencionais

(FUKUNAGA et al, 1999).

Com a utilização da oxidação em plasma no tratamento superficial de pinos e fibras de

carbono e de vidro, esperam-se obter grupos funcionais, tais como: hidroxila e carboxila, que

possa se combinar com a matriz polimérica, permitindo uma maior adesão entre o sistema

fibra/matriz (SELLI et al, 2001).

BRADEN et al (1988) utilizando fibras de polietileno tratadas com plasma para inclusão

na resina investigaram a resistência flexional e o módulo de elasticidade de resinas acrílicas

37


PMMA termo e auto-polimerizáveis. O tratamento com plasma, segundo estes autores, consiste

em um método de se aumentar a energia de superfície dessas fibras através de um tratamento

elétrico com plasma utilizando o gás oxigênio ou hélio como carreadores. Testaram, além disso,

a adesão dessas fibras, em sua forma unidirecional, à resina auto-polimerizável.

LADIZESKY; CHOW (1992) desenvolveram um estudo que avaliou, dentre outras

propriedades, a resistência flexional e módulo de elasticidade de espécimes em resina à base de

PMMA e Bis-GMA próprias para a confecção de bases de próteses totais, quando reforçadas

com fibras de polietileno, com e sem tratamento com plasma. Notaram que a inclusão das fibras

de polietileno produziu um aumento entre 60% e 100% da resistência flexional das amostras em

resina comparada às não-reforçadas e que o tratamento com plasma tinha relação com a

melhora dessa propriedade.

Em 1996, RAMOS; RUNYAN; CHRISTENSEN avaliaram o efeito da utilização de

fibras entrelaçadas de polietileno tratadas em plasma na resistência flexional de espécimes

confeccionados em resina acrílica de PMMA auto-polimerizável. Os autores explicaram que

esse tratamento com plasma aumentava a energia de superfície pela modificação química

superficial das fibras implicando em uma maior reatividade química e compatibilidade com

outros materiais. Em seus resultados, os autores evidenciaram o aumento da resistência

flexional dos corpos-de-prova reforçados com essas fibras e justificaram o aumento da

resistência em função da adesão química real conseguida através do tratamento com plasma, do

interaprisionamento da resina às fibras ou ambos. Finalizaram relatando a facilidade no uso

destas fibras, apesar da preocupação de, ao manuseá-la, evitar o contato direto a fim de que não

ocorra a perda do seu tratamento superficial em plasma.

C) INTERAÇÃO PLASMA-SUPERFÍCIE

Desde a década de 60, o tratamento de superfícies poliméricas a plasma tem sido

aplicado em vários campos de estudo, tais como na eletrônica, área têxtil e mais recentemente

na medicina e odontologia. A maioria dessas aplicações usa plasmas a baixa pressão e baixa

temperatura. Devido à versatilidade do plasma, o resultado da sua interação com a superfície do

polímero altera as propriedades físicas e químicas dos mesmos, tais como: permeabilidade,

38


energia superficial (molhabilidade e adesão), propriedades químicas, entre outros processos.

(D’AGOSTINHO, 1990; KAMISKA et al, 2002).

Assim como ocorre na indústria têxtil, as superfícies de materiais odontológicos podem

ser modificadas por plasma através da deposição de filmes ou modificação físico–química.

Estas mudanças são conseqüências de vários processos tais como: oxidação, degradação,

ligação cruzada e mudanças estruturais, os quais podem ocorrer na camada superficial mais

fina. A eficiência desses processos depende da atmosfera utilizada, pressão do gás, temperatura,

tipo da superfície polimérica, potência e tempo de ação do plasma (SELLI et al, 2001).

A vantagem do tratamento em plasma é que este muda somente as propriedades

superficiais sem alterar o seu volume, devido à pequena profundidade de penetração, apenas

alguns nanômetros de profundidade (T. YASUDA; GAZICKI; H. YASUDA, 1984; BEAKE,

1998; BARTON, 1999).

A ativação superficial de polímeros é feita através da exposição do mesmo a plasma que

não são formadores de polímeros, tais como O2, N2, NH3 e gases inertes (FERRANTE et al,

1999; COSTA; FEITOR; ALVES Jr, 2006).

Vários pesquisadores observaram uma relação direta entre a concentração de oxigênio

atômico no plasma e a taxa de erosão para vários polímeros. Aparentemente, a reação do

oxigênio atômico com polímeros para formação de radicais, procede a uma taxa relativamente

constante, requerendo um alto fluxo de átomos de oxigênio em direção a superfície para que a

erosão ocorra a taxas apreciáveis (D’AGOSTINHO, 1990).

O átomo de oxigênio pode se adicionar aos grupos insaturados formando radicais no

átomo de carbono adjacente ao local da adição. Outra possibilidade é a adição de átomo de

oxigênio a ligações duplas levando a um estado intermediário de excitação que ao reagirem

podem formar epóxidos ou componentes carbonílicos isoméricos. Os átomos de oxigênio

podem também reagir com anéis aromáticos para formar fenóis na reação de adição sem

formarem radicais, e, além disso, podem reagir com hidrocarbonetos saturados para formar

grupos hidroxílicos. De acordo com SUHR, os álcoois formados podem ser depois oxidados

produzindo eventualmente CO e CO2 (D’AGOSTINHO, 1990).

As reações químicas e a degradação são iniciadas pela abstração de hidrogênio das

cadeias poliméricas e pela quebra da cadeia C-C do polímero respectivamente. A introdução

39


química e a degradação não ocorrem separadamente, mas sim simultaneamente durante a

exposição a plasma (D’AGOSTINHO, 1990; INAGAKI, 2001).

D’AGOSTINHO et al (1990), explicou que um dos mecanismos possíveis de formação

de radicais em polímeros é a possível retirada de hidrogênio da superfície polimérica pelos

oxigênios atômicos, ilustrados pela Equação 3.

(3) Equação 3- Ciclo de Bolland

A exposição da superfície polimérica, por vários minutos, em plasmas, utilizando como

gás o oxigênio, nitrogênio, argônio, faz com que a superfície uma vez hidrófoba passe a ser

hidrofílica. A modificação superficial é explicada pela incorporação de grupos funcionais tais

como: C-OH (álcool), C-O-O-H ( hidro peróxido), H-C=O (aldeído), C=O (carbonila), CO-

C=O (éster), C-O-O (peróxido), H-O-C=O (ácido) e NH2 (amina), através do ataque à

superfície polimérica de espécies ativas do plasma que provocam a incorporação dos grupos

citados (JIE-RONG, 1999; DORAIL; KUSHNER, 2003).

Da mesma maneira JÖRG FRIEDRICH et al (1991), descreveu algumas reações que

poderiam acontecer na superfície do polímero durante a interação com o plasma de oxigênio,

sendo assim, cita-se tais reações como: destruição de anel aromático, destruição de grupos

ésteres, dehidrogenação, desidratação e formação de polienos, decomposição e/ou formação de

grupos carboxílicos e quebras de cadeias, formação de peróxidos e de álcool. Estas reações

estão descritas nas equações a seguir:

(4) Equação 4- Destruição de anel aromático.

(5)Equação 5- Decomposição dos grupos finais carboxílicos.

40


(6)

(7)Equação 6 e 7- Liberação de hidrogênio no plasma pela dissociação da decomposição dos produtos.

(8)

Equação 8- Formação do álcool

D) ENVELHECIMENTO

Após o tratamento, muitos pesquisadores observaram que o efeito do plasma sobre a

superfície do material não perdurava por muito tempo. Isso porque, os grupos funcionais

criados na superfície polimérica pelo tratamento a plasma não eram estáveis e tinham grande

mobilidade em direção ao interior do material (FOERCH et al, 1993; MAS, 1996).

Com o objetivo de se tornar estável, após o tratamento, a superfície tende a se reorientar

pela migração das moléculas de cadeias curtas oxidadas e pela difusão de grupos funcionais

oxidados em direção ao interior do material (FOERCH et al, 1993; MAS, 1996). O

envelhecimento dos grupos funcionais criados sobre a superfície de polímeros tratados pode ser

reduzido à baixas temperaturas de armazenamento e em ar atmosférico. A alta cristalinidade e a

baixa temperatura no armazenamento podem levar a uma queda no envelhecimento causado

pela redução da mobilidade das cadeias poliméricas (BRENNAN et al, 1991). A razão do

envelhecimento pode ser bem menor para polímeros que contêm muitas ligações cruzadas, pois

os mesmos limitam a mobilidade das cadeias no polímero (YASUDA et al, 1981).

YASUDA et al (1981) observaram que o decréscimo da molhabilidade depende das

ligações criadas sobre a superfície do polímero tratado pelo plasma de oxigênio.

41


CAPÍTULO 3

MATERIAIS E MÉTODOS

42


3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1- Materiais de partida

Neste trabalho foram utilizados 30 metros de fibras de carbono e de vidro do tipo

Fibrex-lab, constituídos por 206 fios, com massa específica de 1,75 g/cm3. Também foram

usados no total 120 pinos pré-fabricados de fibras de carbono e de fibra de vidro, com

morfologia endodôntica, ambos possuindo matriz de resina epóxi. Os pinos são do modelo

Reforpost, adquiridas da empresa Angelus.

Para o estudo, os 60 pinos de fibra de vidro e 60 pinos de fibra de carbono foram

distribuídos em três grupos com 40 espécimes cada:

Grupo 01- 20 pinos de fibra de vidro e 20 pinos de fibra de carbono sem tratamento

(grupo controle).

Grupo 02- 20 pinos de fibra de vidro e 20 pinos de fibra de carbono com tratamento em

plasma na superfície.

Grupo 03- 20 pinos de fibra de vidro e 20 pinos de fibra de carbono confeccionados a

partir da fibra “in natura” tratada em plasma.

3.2- Preparação das amostras

Inicialmente, a metalografia foi utilizada na preparação das amostras para observação

das interfaces pino/cimento (com adesivo) e fibra/resina através da microscopia ótica e

microscopia eletrônica de varredura.

Dez dentes pré-molares humanos tratados endodonticamente, com semelhança

dimensional, foram limpos e perfurados no centro da face oclusal com broca diamantada de

diâmetro igual ao dos pinos (aproximadamente 1,5mm). Em seguida, foi feita uma

desobturação na medida de 10mm para a cimentação de um pino pré-fabricado de fibra de

carbono ou um de fibra de vidro.

Em todos os dentes foram realizados os passos descritos abaixo:

a) limpeza do conduto dentário com solução de Milton e soro fisiológico;

b) secagem com papel absorvente;

43


c) condicionamento do conduto com ácido ortofosfórico a 37% por 15 segundos;

d) lavagem com água destilada e secagem com papel absorvente;

e) aplicação do adesivo Magic Bond DE (Vigodent) na dentina do conduto e no pino;

f) Espatulação e aplicação do cimento resinoso Dual Cement (Vigodent) sobre todo o

pino e no conduto preparado;

g) Colocação do pino no conduto;

h) Remoção do excesso de cimento;

i) Polimerização do cimento resinoso dual, com aparelho de luz fotopolimerizável por

20 segundos.

Os dentes foram incluídos em resina acrílica do tipo Triofix, centrados em tubos de

PVC previamente lubrificados com vaselina na face interna, medindo aproximadamente 21 mm

de diâmetro e 20 mm de altura. Após o completo endurecimento da resina, formou-se um

conjunto dente-resina ao qual se denominou corpo-de-prova (Figura 15).

Figura 15- Corpo-de-prova para metalografia.

Os corpos-de-prova foram então cortados, lixados e polidos para observação

microscópica. Após o corte das mesmas e respectivas marcações, foram realizados lixamentos

progressivos com lixas de 220, 360, 500, 600, 1000 e 2000 em água corrente, de maneira que a

cada lixa se alternou a posição da amostra em 90º. O polimento da superfície foi realizado com

um pano de feltro embebido por uma solução de alumina de 1 μm e 0,3 μm numa politriz. Por

fim, realizou-se o ataque químico das amostras com óxido de Cromo VI (CrO3) diluído em

44


água (1:10), sob banho ultra-sônico de 10 minutos. Os corpos de prova foram devidamente

lavados e secos para análise em microscópio ótico.

As imagens dos corpos-de-prova foram obtidas através de um microscópio ótico

Olympus acoplado a um computador utilizando o software Image pro-plus, com diversos

aumentos: 50X, 100X, 200X e 500X.

3.3- Tratamento a plasma

O equipamento utilizado para tratar os pinos e as fibras foi desenvolvido no laboratório

de processamento de materiais por plasma da UFRN e encontra-se ilustrado esquematicamente

nas Figuras 16 e 17.

O sistema consiste de uma fonte de corrente contínua, reator, sistema de vácuo e

distribuidor de gases. A fonte de tensão contínua possui uma potência de 1 kW, com voltagem

de saída máxima de 900 V e está acoplada capacitivamente ao reator.

O reator consiste de uma câmara de vácuo cilíndrica, com dimensões 180mm x 300mm

(diâmetro x altura) de aproximadamente cinco litros, fechada por dois flanges de aço inox, onde

o superior encontra-se aterrada e o inferior está livre de polarização assumindo a condição de

potencial flutuante durante o processo. Um eletrodo polarizado negativamente é fixo por um

orifício no centro do flange inferior e o mesmo funciona como cátodo e em alguns processos

como porta amostra.

No flange inferior encontra-se acoplado ao reator, um instrumento com a bomba

mecânica, termopar e sensor de pressão. Na parte superior encontram-se as entradas de gases.

Uma bomba mecânica é usada para evacuar o sistema a aproximadamente 0,7 x 10-2mbar. A

pressão da câmara de reação é medida por um barômetro do tipo membrana capacitiva. A

temperatura do experimento é medida utilizando um termopar do tipo alumel-cromel, que está

localizado por dentro do eletrodo e conseqüentemente faz medidas térmicas do catodo. O fluxo

de gases é regulado por um controlador de fluxo e introduzido no reator por orifícios situados

no flange superior.

45


Figura 16- Modelo esquemático da câmara de plasma. Adaptado de DRNOVSKÁ, 2003.

Figura 17 - Desenho esquemático do reator a plasma utilizado para os tratamentos das fibras e pinos.

46


O tratamento foi realizado usando o gás oxigênio em um fluxo de 10 sccm. A

temperatura do catodo foi estabilizada em 200ºC durante 60 minutos. As fibras e/ou pinos

foram fixados na câmara utilizando-se um fio de cobre circular adaptado com hastes plásticas

resistentes de polipropileno. A distância padronizada entre as amostras e os eletrodos foi de

7cm (Figuras 17, 18 e 19). Parâmetros como tensão, corrente e pressão foram devidamente

controladas durante o tratamento.

Após o tratamento, as fibras e pinos foram acondicionados em ambiente totalmente livre

de contaminação e umidade, para então serem submetidos à caracterização e ensaios.

Figura 18 - Equipamento de plasma utilizado para promover modificações nas fibras e pinos.

Figura 19- Detalhe do reator a plasma em tratamento dos pinos de fibra de carbono

Amostras de fibras fixadas no fio de cobre

Amostras de pino de carbono fixadas

47


3.4- Caracterização

Na parte experimental foram realizados vários ensaios e técnicas de caracterização das

superfícies modificadas e das interfaces fibra/resina e pino/cimento no sentido de entender a

influência do tratamento a plasma na melhoria da adesão.

Os ensaios do ângulo de contato para verificação da molhabilidade, bem como ensaios

de torção dos pinos reforçados por fibra e de capilaridade das fibras complementam o estudo do

efeito do plasma sobre a adesão desses materiais.

3.4.1-Microscopia eletrônica de varredura

Tanto as fibras como os pinos não-tratados e tratados foram avaliados em sua superfície

através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises de MEV das superfícies das

fibras e pinos foram realizadas utilizando-se um microscópio eletrônico de varredura Superscan

da Shimadzu, modelo SSX-550. Todas as amostras foram previamente recobertas por filme de

ouro. As micrografias foram obtidas nas magnificações de 300, 450, 2000, 2700, 6000 e 7000

vezes para observação das superfícies das fibras e interfaces fibra/matriz e pino/adesivo.

3.4.2-Difração de raios-X

A difração de raios-X se realizou num equipamento XRD 6000 da Shimadzu com ânodo

de cobre (Cu K = 1,54056 Å) e monocromador de grafite. Empregou-se a base de dados

JPCDS de 2002 para indexar os picos. As superfícies das fibras foram caracterizadas antes e

após o tratamento a plasma.

3.4.3- Ensaios de molhabilidade

A determinação do ângulo de contato para avaliação da molhabilidade foi realizada

através de um equipamento específico construído no Laboratório de Processamento de

Materiais por Plasma (Labplasma), Universidade Federal do Rio Grande do Norte e

48


denominado aparato de molhabilidade (Figura 20). O aparato apresenta uma pipeta de 0,02 mL

que dispensa uma gota do adesivo odontológico (Magic bond-Vigodent) sobre a amostra (pino)

e uma câmera acoplada a um computador capta as imagens em forma de filme com intervalo de

tempo devidamente padronizado (20 segundos), utilizando-se um programa de captação de

imagens (Pinnacle Studio 9.0). Através dos filmes, fotografias foram obtidas nos intervalos de

0, 20, 40 e 60 segundos contados a partir do momento em que há o contato da gota de adesivo

na amostra.

Figura 20- Aparato de molhabilidade.

O teste de molhabilidade para a superfície dos pinos foi realizado através do método da

gota pendente, sendo mensurado por dois observadores. Para tanto, o pino é colocado na

posição horizontal e sobre o mesmo é aplicada a gota. O experimento consiste em observar a

sua pendência e, em seguida, medir o ângulo de contato entre a superfície sólida (pino) e o

plano tangencial à superfície líquida da gota pendente. Um programa (Imagecalc) desenvolvido

no mesmo laboratório foi usado para tal medição (Figura 21).

49


Figura 21- Medição do ângulo de contato entre a superfície sólida (pino) e o plano tangencial à superfície

líquida (opaco).

Observando a literatura existente, buscou-se desenvolver uma maneira onde a medida

do ângulo de contato fosse estimada a partir de uma relação matemática (Equação 9), tendo

como princípio o esquema mostrado na Figura 22.

(9)

Equação 9- Equação do ângulo de contato

Gota pendente de adesivo

Pino

Pipeta

50


Figura 22- Esquema do ângulo de contato (MOORHEAD, 2003).

Partindo desta afirmação, desenvolveu-se uma maneira de calcular o ângulo de contato

através de apenas quatro pontos. No processo, o usuário entra com os dois primeiros pontos

(início e fim da base da gota). O terceiro ponto é dado pelo programa com base no primeiro e

no segundo ponto, e corresponde a mediatriz da linha da altura da gota. O último ponto é dado

novamente pelo usuário, que corresponde à altura da gota.

3.4.4- Ensaios de capilaridade

Para caracterizar as amostras de fibra quanto a hidrofilicidade, objetivando o estudo do

envelhecimento das fibras tratadas a plasma, foi utilizado um teste simples de arraste vertical.

Para isto, um grupo de fibras tratadas foram acondicionadas em saco plástico estéril durante 7

dias e outro grupo durante 60 dias. O teste procede-se da seguinte maneira: uma das pontas da

fibra é presa a uma balança de precisão (0,1 mg) e a ponta livre fica imersa em uma solução de

água. A escolha de água em vez do adesivo foi devido a sua densidade.

O objetivo da balança é quantificar o valor da massa da fibra absorvendo água a cada 30

segundos de subida do líquido. Para tanto, foi utilizado 100mL de água destilada e um

cronômetro digital. A Figura 23 mostra o equipamento utilizado para o teste de arraste vertical.

Com a necessidade de uma das pontas da fibra ficar presa à balança por baixo, foi

utilizada no aparato experimental uma mesa metálica com altura de 30 cm, aproximadamente.

Dessa maneira, a fibra permaneceu parada e na altura padronizada (20 cm). A ponta livre da

h

1 2

3

4

r °

51


fibra foi imersa dentro de um Becker, com água destilada, a uma profundidade de 20 mm e a

partir de então, foram controlados o tempo de subida e a massa.

Figura 23- Equipamento (Balança de precisão) utilizado para ensaiar a hidrofilicidade das fibras tratadas e

não-tratadas.

3.4.5- Ensaios de torção

Os ensaios de torque por torção dos pinos reforçados por fibra foram realizados com o

Torquímetro Digital TQ-8800, Figura 24, com faixa de leitura entre 0,1 a 147,1 Ncm e

resolução de 0,1 Ncm.

Figura 24- Torquímetro Digital TQ-8800.

Fibra de carbono

Becker com água destilada

Balança de precisão

52


O ensaio de torque foi executado com o objetivo de comparar se o tratamento a plasma

modifica a superfície dos pinos de tal modo que reaja com o cimento resinoso obtendo valores

diferentes com relação às cargas que são aplicadas na torção. Para isto, foram confeccionados

corpos-de-prova em resina ortoftálica com os mesmos padrões dimensionais na medida de

20mm de altura (Figura 25). Os pinos foram cimentados com o cimento resinoso do tipo Dual

cement (Vigodent) em um orifício realizado ao centro do corpo de prova com broca diamantada

de 1,8mm de diâmetro e a uma profundidade de 13mm, deixando 7mm do pino externamente

para fixação da garra do torquímetro digital (Figuras 25 e 26). Essa cimentação seguiu a técnica

recomendada pelo fabricante com complementação da reação de presa em aparelho de luz

fotopolimerizável (Gnatus), durante 40 segundos (Figura 26).

Figura 25- Padrão de medida dos corpos-de-prova para ensaio de torção (A e B).

Figura 26- Cimento resinoso para cimentação do pino de fibra no corpo-de-prova (A) e polimerização em

aparelho de luz (B).

7mm

13mm 20mm

A B

A B

53


Durante o ensaio de torque, um mesmo operador aplicou a força ao equipamento até a

ruptura do pino que fora cimentado ao corpo-de-prova. Um cursor de borracha de 1mm foi

colocado entre o corpo de prova e a garra do torquímetro no momento do ensaio para a

padronização e também para evitar o atrito com a resina ortoftálica (Figura 27). A leitura dos

valores sempre foi acompanhada por dois observadores.

Figura 27- Detalhe do cursor e da garra do torquímetro na amostra preparada para o ensaio de torque.

Garra prendendo o pino com o cursor

54


CAPÍTULO 4

RESULTADOS E DISCUSSÃO

55


4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1- Resultados

4.1.1- Análise por Microscopia Ótica (MO)

A Figura 28 trata-se de uma imagem em corte transversal de um pino de fibra de vidro

sem tratamento cimentado em um dente. É possível observar que na interface entre o cimento e

o pino existe uma região onde a adesão pino/adesivo/cimento resinoso está comprometida. Isto

se atribui a vazios ou a presença de ar (bolhas) decorrentes da dificuldade de molhamento da

superfície do pino pelo adesivo, o que prejudica a união entre o compósito e o cimento e

interfere negativamente na adesão entre estes. No pino de fibra de vidro tratado na superfície

(Figura 29) se verifica a interface do pino/adesivo/cimento com menores defeitos. A mesma

observação ocorre nos pinos de fibra de carbono.

Figura 28- Pino de fibra de vidro não-tratado cimentado em dente.

Vazios na interface pino/adesivo/cimento

Pino (fibras + resina epóxi)

Cimento resinoso

56


Figura 29- Pino de fibra de vidro tratado cimentado em dente.

As figuras seguintes são micrografias dos pinos de fibra de carbono e de vidro

apresentando a orientação das fibras na direção longitudinal mergulhadas numa matriz de resina

epóxi. A fração de volume das fibras é diferente: a fibra de carbono é de 62% para 38% de

matriz enquanto que para o pino de fibra de vidro esta fração é de 70% de fibras para 30% de

matriz (ANGELUS, 2000). A diferença é devido ao maior diâmetro das fibras do vidro. Em

ambos os pinos, nem todas as fibras seguem a perfeita orientação e paralelismo entre si, o que

sugere que as propriedades mecânicas podem ser diferentes em regiões distintas do material,

podendo existir algumas regiões com fratura ou quebra de fibras (Figura 30A e B).

(A) (B) Figura 30- Pino de fibra de carbono (A) e de vidro (B) demonstrando a diferente fração de volume e a

orientação longitudinal dos filamentos (Aumento de 500X).

Fibras em diferentes orientações

Fração de volume distinta entre a fibra e a matriz

50μm

Interface pino/adesivo/cimento mais aderida

57


4.1.2- Análise por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Com o objetivo de observar mudanças na morfologia das amostras, as mesmas foram

analisadas pelo MEV. Para tanto, enfatizaram-se as amostras de fibras e de pinos antes e após o

tratamento a plasma e, ainda, aquelas submetidas ao ensaio de torção, pois se queria observar as

mudanças físicas e químicas promovidas pelo tratamento com oxigênio, como também o

comportamento do conjunto pino/adesivo/cimento em relação à adesão. Com esses resultados,

pode-se explicar se houve a alteração da molhabilidade e hidrofilicidade simplesmente

causados pelas mudanças físicas (morfológicas), químicas ou ambas.

Como no trabalho de MONTES-MÓRAN (2001) citado anteriormente, uma

comparação entre a fibra de carbono não-tratada e tratada é feita na Figura 31. Pode-se observar

nessas micrografias eletrônicas que a fibra sem tratamento (Figura 31A) apresenta a rugosidade

característica de fibras de carbono obtidas pelo processo de carbonização de filamentos de

poliacrilonitrila, com textura caracterizada por uma região levemente estriada, com sulcos

pouco profundos. Já na fibra com tratamento a plasma (Figura 31B), ocorreu alteração na

textura, passando a ter maior pilosidade e com sulcos longitudinalmente mais irregulares.

De acordo com a citação de DRNOVSKÁ (2003), as imagens de MEV demonstram

mudanças consideráveis na rugosidade da superfície devido a tipos diferentes do gás de plasma

usado e podendo formar pontes de hidrogênio na superfície, o que é reflexo de interações ácido-

base predominantes.

(A) (B)

Figura 31- Fibra de carbono sem tratamento (A) e com tratamento a plasma de oxigênio (B) (Aumento

7000X).

58


Com relação à fibra de vidro, pode-se observar que a textura superficial das amostras

apresenta-se com discreta diferença (Figura 32). Embora a diferença seja pequena, acredita-se

que esta ocorra devido a pouca formação de novos grupos funcionais (carboxila e hidroxila)

acarretados pelo ataque do oxigênio na superfície da fibra (SELLI et al, 2001).

(A) (B)

Figura 32 - Fibra de vidro sem tratamento (A) e com tratamento a plasma de oxigênio (B) (Aumento

6000X).

De um modo geral, em ambas as fibras, as imagens revelam modificação da textura

inicial, principalmente com a fibra de carbono. As observações feitas nas superfícies das fibras

tratadas corroboram com o tratamento oxidativo a plasma quanto à introdução de um maior

número de defeitos, modificando a textura superficial do reforço.

Tanto os pinos reforçados com fibras de carbono, como os reforçados com fibras de

vidro são compósitos que apresentam uma matriz de resina epóxi impregnada com reforço de

fibra. Essa matriz é responsável pela união com o reforço de modo que o sinergismo entre estes

modifica as propriedades do material (BEBER, 2003). Nas Figuras 33 e 34 são mostrados os

pinos sem e com o tratamento oxidativo no plasma. Percebe-se que o tratamento provoca uma

alteração na organização superficial da matriz e do reforço tanto no pino de carbono (Figura

33A e 33B) como no pino de vidro (Figura 34A e 34B). Em algumas regiões dos pinos nota-se

arrancamento (etching) de material.

59


(A) (B) Figura 33- Micrografia do pino de fibra de carbono sem tratamento (A) e com tratamento (B) (Aumento

300X).

(A) (B) Figura 34- Micrografia do pino de fibra de vidro sem tratamento (A) e com tratamento (B) (Aumento

300X).

A fibra extraída de um pino ensaiado por torção pode ser observada isoladamente em

sua superfície com a resina epóxi, aderida ou não, respectivamente em: pino de fibra de carbono

não-tratado (Figura 35) e tratado (Figura 36) e pino de fibra de vidro não-tratado (Figura 37) e

tratado (Figuras 38).

60


Figura 35- Micrografia eletrônica de varredura da fibra de carbono não-tratada extraída do pino ensaiado

por torção.

Figura 36- Micrografia eletrônica de varredura da fibra de carbono tratada extraída do pino ensaiado por

torção.

61


Figura 37- Micrografia eletrônica de varredura da fibra de vidro não-tratada extraída do pino ensaiado por

torção.

Figura 38- Micrografia eletrônica de varredura da fibra de vidro tratada extraída do pino ensaiado por

torção.

62


Ao analisar as micrografias das amostras não-tratadas e das amostras tratadas, observa-

se visivelmente, uma mudança física superficial no material tratado com plasma de O2. Essa

mudança fica claramente evidenciada pela rugosidade que foi formada durante o tratamento,

proporcionando um aumento na adesão da fibra e, conseqüentemente, uma reação química com

a resina epóxi e o cimento, haja vista, que a fibra não-tratada apresenta uma superfície mais

lisa.

A rugosidade pode ter sido ocasionada pela quebra de cadeias, causada pelo choque das

espécies excitadas encontradas no plasma, ou ainda pela radiação ultravioleta fornecida pelo

plasma que pode provocar a erosão (etching).

A micrografia da Figura 39 ilustra visivelmente os diferentes aspectos apresentados em

regiões entre as fibras, o cimento resinoso e a resina epóxi, como a presença de vazios, fraturas

e até mesmo a adesão, verificados no pino de fibra de carbono sem tratamento após ensaio de

torção.

Figura 39- Micrografia eletrônica de varredura apresentando desprendimento na matriz e ruptura de fibras

(BARRA, 2003) em um pino de carbono não-tratado.

Ruptura de fibras

Desprendimento de matriz

63


Figura 40- Micrografia eletrônica de varredura apresentando a adesão da fibra com o cimento e a resina

epóxi no pino de carbono com a fibra tratada.

Figura 41 - Micrografia eletrônica de varredura apresentando regiões aderidas e outras com alguma falha

local no pino de fibra de carbono tratado superficialmente.

64


Figura 42- Micrografia eletrônica de varredura apresentando desprendimento na matriz, na interface

fibra/matriz e ruptura de fibras (BARRA, 2003) em um pino de vidro não-tratado.

Figura 43 - Micrografia eletrônica de varredura apresentando alguma adesão da fibra com o cimento e a

resina epóxi no pino de vidro com a fibra tratada.

Ruptura de fibras

Desprendimento de matriz

Desprendimento na interface fibra/matriz

65


Figura 44- Micrografia eletrônica de varredura apresentando regiões relativamente aderidas e outras com

falha local no pino de fibras de vidro tratado superficialmente.

A interface fibra/epóxi e fibra/cimento são mais bem observadas na micrografia do pino

de carbono tratado (Figuras 40 e 43). O aumento da adesão é devido à superfície rugosa

decorrente do tratamento a plasma.

Analisando as micrografias das amostras com a fibra tratada superficialmente, se

observa que estas apresentam algumas regiões que denotam adesão entre os componentes da

interface, o que não se percebe nas amostras sem tratamento (Figuras 41 e 44). A explicação se

deve à quantidade de oxigênio que cria grupos hidrofílicos e sulcos aumentando a área

superficial, proporcionando ao adesivo (líquido) maior contato com a superfície ou ainda uma

maior penetrabilidade no interior da fibra. Algumas falhas semelhantes às citadas por BARRA

(2003) ocorrem principalmente nas amostras que não foram tratadas, o que leva a crer que o

tratamento também contribui para a minimização dessas (Figura 42).

4.1.3- Análise por Difração de Raios-X (DRX)

Amostras de fibra de carbono e de vidro, tratadas e não tratadas a plasma, foram

submetidas à análise por DRX (Figura 45). Verifica-se que as fibras de carbono (Figura 45A)

66


apresentam menor amorfização que as fibras de vidro (Figura 45B), evidenciado pelo pico

referente a 2 igual 25 graus.

(A)

(B)

Figura 45- Espectro de difração de raios-X para fibras de carbono (A) e fibras de vidro (B).

Os espectros referentes à fibra de carbono tratada mostram um pico novo de maior

intensidade em relação à amostra não tratada, podendo-se atribuir à presença de ligação com o

(002)

67


oxigênio, o que não ocorre em sua composição química original. Na fibra de vidro não ocorre

alteração de altura no pico. Provavelmente, este fato está relacionado ao tratamento a plasma de

oxigênio que não teve efeito sobre a característica amorfa da fibra de vidro, neste ensaio.

4.1.4- Ensaios de Torção

As amostras de pino de fibra não-tratadas e tratadas foram submetidas ao ensaio de

torque para verificar a força de adesão do sistema pino/adesivo/cimento quando submetido à

torção. O ensaio foi até a ruptura das amostras (oito espécimes de cada) e, posteriormente, estas

foram avaliadas sob a microscopia eletrônica de varredura, citado acima.

Figura 46- Gráfico comparativo do torque ensaiado nos pinos de fibra (Desvio-padrão= 0,2290).

Ao analisar a Figura 46, pode-se observar os seguintes resultados:

a) Os pinos com fibra de carbono apresentam maior valor de torque do que os com fibra de

vidro;

b) Ambas as amostras de carbono e de vidro, com tratamento superficial e envelhecimento

de 7 e 60 dias, apresentaram discreta diminuição em seu torque;

c) Ambos os pinos que foram confeccionados com a fibra tratada apresentaram aumento

nos valores do torque;

Torque (Kg.cm)

68


d) Estes resultados corroboram com as observações feitas nas micrografias eletrônicas de

varredura.

4.1.5- Ensaios de Molhabilidade

A adesão da matriz com o reforço nos pinos é semelhante a que ocorre entre o adesivo

odontológico e o cimento resinoso. Nas Figuras 47 e 48 são apresentadas imagens da gota

pendente do adesivo odontológico sobre o pino de carbono e de vidro, respectivamente.

Observa-se a grande diferença de molhamento entre as superfícies de pinos tratados por plasma

de oxigênio e a superfície não tratada (Figura 47A, B, C e D). Situação semelhante acontece

para os pinos de fibra de vidro (Figura 48A, B, C e D).

(A) (B)

(C) (D)

Figura 47- Imagem da gota pendente do adesivo dentinário usado para cálculo do ângulo de contato no pino

de fibra de carbono sem tratamento (A), com tratamento superficial (B), com tratamento envelhecido 7 dias


69


(A) (B)

(C) (D)

Figura 48- Imagem da gota pendente do adesivo dentinário usado para cálculo do ângulo de contato no pino

de fibra de vidro sem tratamento (A), com tratamento superficial (B), com tratamento envelhecido 7 dias


Através de todas as imagens, foram obtidos os ângulos de contato para diferentes

tempos de relaxação da gota, conforme mostrado nas Figuras 49 e 50. Os gráficos de

molhabilidade relacionam o ângulo de contato do adesivo a cada intervalo de 20 segundos até o

tempo de 60 segundos. Estes tempos foram estipulados de acordo com o uso clínico do adesivo,

preconizado pelo fabricante. Para todos os tempos de relaxação, verificaram-se ângulos de

contato menores para os pinos tratados por plasma.

70


Molhabilidade dos pinos de fibra de carbono

70

75

80

85

90

0 seg 20 seg 40 seg 60 seg

tempo

Pino de carbono tratado

Pino de carbono trat 7 dias

Pino de carbono trat 60 dias

Pino de carbono não-tratado

Figura 49- Estudo comparativo do ângulo de contato para os pinos de fibra de carbono com envelhecimento.

Molhabilidade dos pinos de fibra de vidro

70

75

80

85

90

0 seg 20 seg 40 seg 60 seg

Tempo

Pino de vidro tratado

Pino de vidro trat 7 dias

Pino de vidro trat 60 dias

Pino de vidro não-tratado

Figura 50- Estudo comparativo do ângulo de contato para os pinos de fibra de vidro com envelhecimento.

Ângulo de contato

Ângulo de contato

71


Os gráficos das Figuras 49 e 50 apresentam resultados da molhabilidade. Os testes nos

pinos de fibra de carbono apresentaram uma significativa diminuição dos valores no ângulo de

contato, além de ter uma homogeneidade relacionada à curva do envelhecimento (Figura 49).

Para os pinos de fibra de vidro, o gráfico apresenta uma discreta diminuição do ângulo de

contato com curvas bem semelhantes, demonstrando que a condição do tratamento utilizado

para estes pinos foi pouco efetiva (Figura 50). Baseado neste fato pode-se dizer que o pino de

carbono possui um melhor molhamento e a duração de tal propriedade ocorre de maneira mais

regular.

4.1.6- Capilaridade

Com o objetivo de analisar o desempenho das fibras tratadas a plasma quanto ao

envelhecimento, fez-se necessário o teste de capilaridade. Este foi realizado nas amostras não-

tratadas, tratadas no dia, com 7 dias de tratamento e com 60 dias de tratamento para ambas as

fibras, a fim de observar mudanças nas características hidrofílicas do material criadas após o

tratamento.

Nas Figuras 51, 52 e 53 encontram-se os gráficos referentes ao teste de hidrofilicidade

por arraste vertical com o estudo de envelhecimento.

Capilaridade das fibras de vidro e carbono

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5

Tempo (min)

Mas

sa (g

FVNT

FVT

FVT7d

FVT60d

FCNT

FCT

FCT7d

FCT60d

Figura 51 - Estudo do envelhecimento através da capilaridade das fibras de vidro e carbono.

72


Capilaridade da Fibra de Carbono

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5

Tempo (min)

Mas

sa (g

FCNT

FCT

FCT7d

FCT60d

Figura 52- Estudo do envelhecimento através da capilaridade das fibras de carbono.

Capilaridade da Fibra de Vidro

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5

Tempo (min)

Mas

sa (g

FVNT

FVT

FVT7d

FVT60d

Figura 53 - Estudo do envelhecimento através da capilaridade das fibras de vidro.

73


A partir do gráfico da Figura 51, fica evidente que a fibra de carbono apresenta uma

melhor hidrofilicidade do que a fibra de vidro, e é mais previsível quando ocorre o

envelhecimento do tratamento a plasma. No teste de capilaridade, o comportamento do arraste

vertical na fibra de vidro não é homogêneo. Nota-se que o tempo de estocagem de 60 dias

apresenta diferença visível chegando a valores iguais a da fibra não-tratada (Figuras 52 e 53). A

amostra de fibra de vidro, no geral, apresenta resultado insatisfatório em relação ao

envelhecimento do tratamento a plasma. Isto está de acordo com outro resultado observado na

Difração de raios-X.

4.2- Discussão

Após avaliação dos resultados dos ensaios, pôde-se observar que ambos os tipos de

pinos de fibra usados como reforço de dentes tratados endodonticamente, quando são

submetidos ao tratamento a plasma na superfície apresentam uma diminuição do ângulo de

contato favorecendo a sua molhabilidade. O tratamento a plasma de oxigênio de fibras de

carbono e de vidro nos pinos foi eficaz no aumento da molhabilidade com o adesivo

odontológico, com uma melhor resposta para o pino de fibra de carbono. Um pino com sua

superfície apresentando boa capacidade de molhamento favorecerá a adesão químico-mecânica

dos mesmos ao cimento e deste ao elemento dentário.

A modificação no ângulo de contato entre os pinos e o adesivo foi um fator significativo

no ensaio de molhabilidade, visto que comprova a eficácia do tratamento oxidativo a plasma

sobre as superfícies as quais se deseja obter maior adesividade.

Foi observado, para os parâmetros usados, que as reações de oxidação através do plasma

utilizando o tratamento superficial das fibras de carbono e de vidro, favorecem a introdução de

defeitos na superfície e assim modificam a rugosidade das mesmas.

Comparando as observações feitas por microscopia eletrônica de varredura nota-se a

presença de sulcos superficiais mais profundos e desorganizados nas fibras de carbono

submetidas ao tratamento do que nas fibras de vidro.

Observando os difratograma das fibras de carbono e de vidro, pode-se constatar o

comportamento amorfo do vidro, enquanto que o carbono apresenta-se com um pico

característico em 25 (2 ).

74


O tratamento a plasma não alterou cristalograficamente a superfície de ambas as fibras.

O envelhecimento do tratamento a plasma observado pelos ensaios de molhabilidade e

capilaridade demonstra que as amostras de fibra e pinos de carbono são mais homogêneas

devido à reação com o oxigênio que torna a superfície do material hidrofílica.

75


CAPÍTULO 5

CONCLUSÕES

76


5. CONCLUSÕES

Superfície de fibras de carbono e de vidro, assim como as dos pinos de resina epóxi

reforçados com essas fibras, foi modificada por plasma de oxigênio, durante uma hora, com o

intuito de estudar as propriedades associadas à adesão fibra/resina e pino/cimento. Dos

resultados obtidos, pode-se concluir que:

1- Tratamento a plasma de oxigênio em fibras de carbono aumenta a molhabilidade da

resina epóxi sobre sua superfície.

2- Ensaios de arraste vertical em água para as fibras de carbono tratadas em plasma

forneceram resultados em torno de 6 vezes superior àqueles das fibras não-tratadas. Essa

diferença de hidrofilicidade sendo atribuída ao aumento de capilaridade devido ao tratamento.

O aumento de capilaridade também sendo evidenciado em análise por microscopia eletrônica

de varredura.

3- O ensaio de torque por torção realizado com os pinos resultou em valores superiores

para aqueles confeccionados com a fibra de carbono tratada. Esses resultados sendo mais

expressivos para os pinos reforçados com fibra de vidro que de carbono.

4- Verificou-se, através de análise por microscopia eletrônica de varredura, que fibras de

vidro e de carbono tratadas em plasma apresentam um aspecto superficial mais rugoso, sendo

mais intenso para as fibras de carbono. Além disso, interfaces fibra/resina e fibra/cimento

extraídos de corpos de prova ensaiados por torção, apresentaram uma maior aderência quando

tratados por plasma.

77


REFERÊNCIAS

78


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