Desenvolvimento de compósitos poliméricos reforçados com metais atenuadores e óxido de grafeno para blindagem de raios X

• Autor(a) principal: Liliane Aparecida da Silva Angelo
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/55494
• topic: PVDF; Atenuador de radiação; Óxido de grafeno; Engenharia nuclear; Blindagem (Radiação); Compósitos poliméricos; Óxido de grafeno

Foram desenvolvidos nanocompósitos a partir de matriz do homopolímero poli(fluoreto de vinilideno) [PVDF] reforçado com 1,88 %wt de materiais grafíticos: nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT), grafite pirolítico altamente orientado(PG), fuligem e óxido de grafeno (OG). Esses materiais foram estudados visando sua aplicabilidade em atenuação fótons de raios X com energia de 6,9 keV. A eficiência da atenuação de fótons em nanocompósitos reforçados com OG mostrou-se cerca de quatro vezes maior em relação aos demais nanocompósitos. Na segunda etapa, foi estudado nanocompósitos preenchidos com óxido de grafeno reduzido ( rOG) em concentrações de 1,88; 4; 6 e 8% em relação à massa da matriz de diferentes pesos moleculares de PVDF. Cada nanocompósitos foi sobrepostos em compósito preenchidos com 8% de BaO e prensados entre duas camadas de filmes de Kapton®. Os coeficientes de atenuação linear foram medidos para fótons de raios X monocromáticos com energia de 8,1keV nas amostras dispostas em multicamadas.Filmes finos de nanocompósito preenchidos com apenas 1.88% de óxido de grafeno reduzido (rOG) e espessura de apenas 0,32 mm apresentaram aumento de 50% na eficiência de atenuação dos fótons de raios X com energia de 8,1 keV. Na terceira etapa, foram sintetizados nanocompósitos poliméricos de matriz com PVDF preenchidos com nanopartículas de sulfato de bário (BaSO4) reforçados ou não com 2% de OG em relação à massa de PVDF, cujas espessuras foram de 50 e 52 μm, respectivamente. As amostras foram testadas em um equipamento emissor de raios X com tensão de pico variando entre 20 kV e 100 kV. Amostras que demonstraram maior capacidade de atenuação da radiação foram testadas com feixes de radiação com padrão de qualidade RQR2 e RQR8 de acordo com International Electrotechnical Commission (IEC 2005), cujas condições reproduzem àquelas utilizadas em radiologia diagnóstica convencional para as tensões de 40 kV e 100 kV, respectivamente. Nanocompósitos PVDF/BaSO4 apresentaram atenuação de 9,14% para o feixe de raios X com 20 kV. A adição de apenas 2,0% de nanopartículas de OG ao nanocompósito potencializou essa eficiência de atenuação para 24,56%. A atenuação de raios X diminui gradualmente até 6,71% e 17,62%, respectivamente, para os feixes com tensão de 20 a 100 kV. Aspectos estruturais das amostras foram analisados a partir de dados de absorção no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). A análise morfológica do material foi realizada por Microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliar a dispersão tanto dos materiais grafíticos, quanto das micro e nanoparticulas de metais atenuadores - óxido de bário (BaO) e/ou sulfato de bário (BaSO4), respectivamente. As medidas de espectrometria na região ultravioleta-visível (UV-VIS) e Calorimetria por Varredura Diferencial (DSC) foram realizadas para complementar a análise estrutural. Os resultados confirmam que a adição de nanofolhas de grafeno à matriz do homopolímero PVDF intensificam a eficiência da blindagem de raios X sendo possível a exploração de filmes radiopacos de peso leve, muito finos e sem chumbo oferecendo proteção mais eficiente contra radiação, justificando investigações adicionais desses nanocompósitos como atenuadores de radiação gama ou raios X.