Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A9TKW7
Type: Tese de Doutorado
Title: Desenvolvimento de filmes dosimétricos fotoluminescentes à base do PBAT e do MEH-PPV para aplicação em dosimetria de altas doses de radiação gama
Authors: Thiago Schimitberger
First Advisor: Luiz Oliveira de Faria
First Referee: Max Passos Ferreira
Second Referee: Adriana de Souza Medeiros Batista
Third Referee: Fabiano Cardoso da Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Rodrigo Fernando Bianchi
Abstract: Neste trabalho é apresentada a descoberta da fotoluminescência (PL) radioinduzida no polímero biodegradável poli(butileno-co-tereftalato) (PBAT). Neste processo, um filme de PBAT, que originalmente não possui fotoluminescência, é exposto a altas doses de radiação gama. Após a exposição, o filme passa a emitir luminescência quando excitado por uma fonte de luz LED com comprimento de onda variando entre 380 nm e 420 nm. A fabricação, caracterização e análise de desempenho dos filmes de PBAT produzidos e expostos a diferentes doses de radiação gama (0 4000 kGy), demonstram que a relação de intensidade fotoluminescente em função da dose (PL x dose) é altamente linear, possibilitando assim o desenvolvimento de um novo dosímetro baseado nas diferentes intensidades de emissão fotoluminescente deste polímero. Para tanto, foi realizado um estudo detalhado da relação entre espessura e concentração dos filmes com a intensidade dos espectros de fotoluminescência para uma faixa de dose crescente. Ambos os fatores proporcionaram um aumento considerável da intensidade PL, sendo encontrada a melhor relação PL x dose para a concentração de 0,3 g.ml-1 e espessura de 100 m (7 camadas). Tais parâmetros aumentaram esta relação (PL x dose) em aproximadamente 800%, quando excitados com um LED violeta (405 nm), comparando-se aos primeiros filmes produzidos. Assim como a intensidade PL, os picos de absorção óptica centrados em 345 nm (ABS - UV-Vis) também apresentaram alta linearidade para doses gama variando entre 0 e 750 kGy. Por outro lado, nos espectros de FTIR observou-se uma relação linear entre a intensidade do pico de absorção em 3250 cm-1 e a dose de radiação entre 0 e 4000 kGy. No estudo da fotodegradação dos filmes de PBAT irradiados, a análise da região onde houve formação de crosslinking entre cadeias (gel) e também aonde houve cisão de cadeias, demonstrou que ambos os fenômenos contribuem para a fotoluminescência, sendo que existe uma relação entre o grau de crosslinking e a forma das curvas de PL. Os dados de FTIR deste estudo revelaram ainda o aparecimento de modos de vibração pertencentes às moléculas de NH2, sugerindo que a fotoluminescência radioinduzida do PBAT é devida à formação de um tipo de amina aromática: anel de hidrocarbono ligado a uma molécula de NH2. Devido às características fotoluminescentes desenvolvidas do PBAT, estudou-se um segundo sistema dosímetro (2D) baseado na mudança da cor de emissão da blenda polimérica constituída do PBAT e do polímero conjugado poli[2-metóxi-5-(2-etilhexilóxi)-1,4-fenilenovinileno] - MEH-PPV. Para o sistema MEH-PPV/PBAT, as altas doses de radiação implicaram na degradação do MEH-PPV provocada pela foto-emissão do PBAT e/ou pela própria radiação gama, fazendo com que sua intensidade de emissão PL diminua de forma sincronizada com o aumento da intensidade PL do PBAT para doses entre 0 e 500 kGy. Esta combinação de resultados implicou em um sistema que apresenta mudança de cor de emissão, indo do vermelho ao verde. Os resultados indicam o PBAT e o MEH-PPV/PBAT como possíveis sistemas dosimétricos de baixo custo e fácil processamento, para serem utilizados em embalagens de produtos esterilizados, bem como em controle de processos de irradiação, mostrando assim, ser uma proposta inovadora na utilização de filmes à base de materiais poliméricos para a prática de dosimetria 2D.
Abstract: This work presents the findings of the radioinduced photoluminescence (PL) of the biodegradable polymer poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). In this process, a PBAT film that originally shows no photoluminescence was exposed to high doses of gamma radiation. After the irradiation process, the PBAT film becomes luminescent when excited by a LED light source with wavelength ranging from 380 nm to 420 nm. The fabrication, characterization and performance analyses of PBAT films produced and exposed to different gamma radiation doses (0 4000 kGy) show that the relationship between the photoluminescent intensity and the delivered dose PL x Dose is highly linear, allowing the development of a new dosimeter based on the different photoluminescent emission intensities of this polymer. A detailed study was carried out to analyze the relation between concentration and film thickness with the intensity of photoluminescent spectra for increasing doses. Both parameters provided a considerable increase in the photoluminescent intensity, the best relation PL x Dose being obtained for concentrations of 0.3 gml-1 and thickness of 100 micrometers (7 layers). These parameters increased the PL x dose ratio by approximately 800%, when excited with a violet LED (405 nm), in reference to the films produced in the first batch. As observed for the PL intensities, the intensities of the peak centered at 345 nm in the absorbance spectra (ABS - UV-Vis) showed a high linear relationship for high gamma doses ranging from 0 and 750 kGy. On the other hand, in the FTIR spectra, a linear relationship between the intensity of the peak centered at 3250 cm-1 and the delivered gamma doses was observed for doses between 0 and 4000 kGy. The study of the radio-degradation of gamma irradiated PBAT films, in the dose range where there is chain crosslinking formation (gel) and also chain scission, have demonstrated that both phenomena contribute to the photoluminescence. There is a relationship between the crosslinking degree and the PL curve shape. The FTIR data in this study also revealed the appearance of vibration modes belonging to the NH2 molecules, suggesting that the radio-induced photoluminescence of PBAT is due to the formation of a kind of aromatic amine: hydrocarbon ring attached toNH2 molecule. Due to the developed photoluminescent characteristics of PBAT, a second dosimeter system was studied (2D) based on the change of color emission of the polymeric blends made of PBAT and the conjugated polymer Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV). In this dosimetric system, the high doses of gamma radiation and/or the own photoemission of the PBAT matrix induces the photo-degradation of MEH-PPV polymer, synchronously decreasing its PL emission intensity with the increase of the PL intensity to PBAT, for doses ranging from 0 to 500 kGy. This mechanism implies in the color-changing emissions going from red to green. The results indicate the PBAT and MEH-PV as possible dosimetric system for use in sterile packaging of products as well as control irradiation processes, showing an innovative proposal on the use of films based on polymeric materials for practical 2D dosimetry.
Subject: Raios gama
Fotoluminescência
Radiação Dosimetria
Engenharia nuclear
Polímeros
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A9TKW7
Issue Date: 2-Oct-2015
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
tese.tschimit_ver.final.pdf5.7 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.