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
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
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).
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.
(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).
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.
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.
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
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.
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
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)
apresentam menor amorfização que as fibras de vidro (Figura 45B), evidenciado pelo pico referente a 2ș 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
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)
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 (C) e com tratamento envelhecido 60 dias (D).
(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 (C) e com tratamento envelhecido 60 dias (D).
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.
Molhabilidade dos pinos de fibra de carbono
70 75 80 85 900 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
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) M assa ( g FVNT FVT FVT7d FVT60d FCNT FCT FCT7d FCT60d
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) M a ssa ( 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) M assa ( g FVNT FVT FVT7d FVT60d
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 (2ș).
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.
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES
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.
REFERÊNCIAS
6. REFERÊNCIAS
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