Copolyesters from Soybean Oil for Use as Resorbable Biomaterials

A family of soybean oil (SO) based biodegradable cross-linked copolyesters sourced from renewable resources was developed for use as resorbable biomaterials. The polyesters were prepared by a melt condensation of epoxidized soybean oil polyol and sebacic acid with citric acid (CA) as a cross-linker. D-Mannitol (M) was added as an additional reactant to improve mechanical properties. Differential scanning calorimetry revealed that the polyester synthesized using only CA as the cross-linker was semicrystalline and elastomeric at physiological temperature. The polymers were hydrophobic in nature. The water wettability, elongation at break and the degradation rate of the polyesters decreased with increase in M content or curing time. Modeling of release kinetics of dyes showed a diffusion controlled mechanism underlies the observed sustained release from these polymers. The polyesters supported attachment and proliferation of human stem cells and were thus cytocompatible. Porous scaffolds induced osteogenic differentiation of the stern cells suggesting that these polymers are well suited for bone tissue engineering. Thus, this family of polyesters offers a low cost and green alternative as biocompatible, bioresobable polymers for potential use as resorbable biomaterials for tissue engineering and controlled release.

Controlled Release of Salicylic Acid from Biodegradable Cross-Linked Polyesters

The purpose of this work was to develop a family of crosslinked poly(xylitol adipate salicylate)s with a wide range of tunable release properties for delivering pharmacologically active salicylic acid. The synthesis parameters and release conditions were varied to modulate polyester properties and to understand the mechanism of release. Varying release rates were obtained upon longer curing (35% in the noncured polymer to 10% in the cured polymer in 7 days). Differential salicylic acid loading led to the synthesis of polymers with variable cross-linking and the release could be tuned (100% release for the lowest loading to 30% in the highest loading). Controlled release was monitored by changing various factors, and the release profiles were dependent on the stoichiometric composition, pH, curing time, and presence of enzyme. The polymer released a combination of salicylic acid and disalicylic acid, and the released products were found to be nontoxic. Minimal hemolysis and platelet activation indicated good blood compatibility. These polymers qualify as ``bioactive'' and ``resorbable'' and can, therefore, find applications as immunomodulatory resorbable biomaterials with tunable release properties.

Strength reliability and in vitro degradation of three-dimensional powder printed strontium-substituted magnesium phosphate scaffolds

Strontium ions (Sr2+) are known to prevent osteoporosis and also encourage bone formation. Such twin requirements have motivated researchers to develop Sr-substituted biomaterials for orthopaedic applications. The present study demonstrates a new concept of developing Sr-substituted Mg-3(PO4)(2) - based biodegradable scaffolds. In particular, this work reports the fabrication, mechanical properties with an emphasis on strength reliability as well as in vitro degradation of highly biodegradable strontium-incorporated magnesium phosphate cements. These implantable scaffolds were fabricated using three-dimensional powder printing, followed by high temperature sintering and/or chemical conversion, a technique adaptable to develop patient-specific implants. A moderate combination of strength properties of 36.7 MPa (compression), 242 MPa (bending) and 10.7 MPa (tension) were measured. A reasonably modest Weibull modulus of up to 8.8 was recorded after uniaxial compression or diametral tensile tests on 3D printed scaffolds. A comparison among scaffolds with varying compositions or among sintered or chemically hardened scaffolds reveals that the strength reliability is not compromised in Sr-substituted scaffolds compared to baseline Mg-3(PO4)(2). The micro-computed tomography analysis reveals the presence of highly interconnected porous architecture in three-dimension with lognormal pore size distribution having median in the range of 17.74-26.29 mu m for the investigated scaffolds. The results of extensive in vitro ion release study revealed passive degradation with a reduced Mg2+ release and slow but sustained release of Sr2+ from strontium-substituted magnesium phosphate scaffolds. Taken together, the present study unequivocally illustrates that the newly designed Sr-substituted magnesium phosphate scaffolds with good strength reliability could be used for biomedical applications requiring consistent Sr2+-release, while the scaffold degrades in physiological medium. Statement of significance The study investigates the additive manufacturing of scaffolds based on different strontium-substituted magnesium phosphate bone cements by means of three-dimensional powder printing technique (3DPP). Magnesium phosphates were chosen due to their higher biodegradability compared to calcium phosphates, which is due to both a higher solubility as well as the absence of phase changes (to low soluble hydroxyapatite) in vivo. Since strontium ions are known to promote bone formation by stimulating osteoblast growth, we aimed to establish such a highly degradable magnesium phosphate ceramic with an enhanced bioactivity for new bone ingrowth. After post-processing, mechanical strengths of up to 36.7 MPa (compression), 24.2 MPa (bending) and 10.7 MPa (tension) could be achieved. Simultaneously, the failure reliability of those bioceramic implant materials, measured by Weibull modulus calculations, were in the range of 4.3-8.8. Passive dissolution studies in vitro proved an ion release of Mg2+ and PO43- as well as Sr2+, which is fundamental for in vivo degradation and a bone growth promoting effect. In our opinion, this work broadens the range of bioceramic bone replacement materials suitable for additive manufacturing processing. The high biodegradability of MPC ceramics together with the anticipated promoting effect on osseointegration opens up the way for a patient-specific treatment with the prospect of a fast and complete healing of bone fractures. (C) 2015 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Degradación in vivo de la materia seca y materia orgánica del Teocinte (Zea nicaraguensis Iltis y Benz)

Este estudio se realizó con el objetivo de determinar la degradabilidad in vivo del Teocinte (Zea nicaraguensis Iltis & Benz). El ensayo de degradabilidad fue realizado en la galera experimental de la Facultad de Ciencia Animal adscrita a la Universidad Nacional Agraria. En este ensayo se utilizaron dos vacas de raza Reyna, secas y vacías, con fistulas ruminales. Los tiempos de incubación (0, 0.5, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72, 96 horas) fueron considerados los tratamientos (11) por 4 réplicas por cada tiempo. Las variables evaluadas fueron: degradación de materia seca (DMS) y degradación de materia orgánica (DMO). Para la determinación de las variables, se utilizó el modelo exponencial descrito por Orskov and McDonald (1979). Como resultados finales de la Degradabilidad de la MS se obtuvo una fracción soluble de 2.44% (a), fracción insoluble pero potencialmente degradable del 23.35% (b), una tasa de degradación de la fracción potencialmente degradada estimada del 2.61%* horas (c) y la fracción no degradable [100-(2.44 + 23.35)] del 74.05%. En la Degradabilidad de la MO la fracción soluble fue de 2.43% (a), la fracción insoluble pero potencialmente degradable de 23.35% (b), una tasa de degradación de la fracción potencialmente degradada estimada de 2.61%* horas y la fracción no degradable [100-(2.43 + 23.35)] de 74.22%. El Teocinte en la edad de corte utilizada en este experimento no tiene valores de degradabilidad compatibles con sistemas de producción animal de alta intensidad por lo que se sugiere seguir investigando en su potencialidad.

Resistance of cast polyurethane elastomers to solid particle erosion

The rates of erosive wear have been measured for a series of eight polyester-based one-component castable polyurethane elastomers, with widely varying mechanical properties. Erosion tests were conducted with airborne silica sand, 120μm in particle size, at an impact velocity of 50 ms-1 and impact angles of 30° and 90°. For these materials, which all showed similar values of rebound resilience, the erosion rate increased with increasing hardness, tensile modulus and tensile strength. These findings are at variance with those expected for wear by abrasion, perhaps because of differences in the strain rate or strain levels imposed on the elastomer during erosion and abrasion.

Films de polietileno oxo-degradados mediante envejecimiento acelerado por radiación UV y calor

Resumen: Los materiales plásticos utilizados en la industria del embalaje y transporte de mercaderías familiares e industriales, presentan numerosas ventajas que los han puesto en su lugar durante los últimos 50 años. En la actualidad, son miles de millones de toneladas anuales de bolsas o embalajes de polietileno, las que diariamente se producen, se usan, se recuperan (en muy pequeña parte) y son finalmente dispuestas, quemadas o literalmente arrojadas al medio ambiente. La alta estabilidad química o la muy baja tasa de degradación, hace que estos residuos perduren en el medio - en la mayoría de los casos por más de 100 años- dependiendo las condiciones ambientales locales. Hace pocos años, se adaptaron conocimientos científicos a esta problemática, y de ello nacieron dos formas de atacar la eliminación del plástico como desecho (más allá del reciclado y uso racional): por un lado, la utilización de bioplásticos con propiedades biodegradables; y por otro, el agregado de aditivos pro-degradantes a plásticos convencionales. El presente trabajo, tiene por objeto tomar a esta última herramienta, sobre la cual se han comenzado a estudiar los mecanismos químicos por los cuales cumplen su función, evaluándolos en distintas condiciones aceleradas de laboratorio. De esta manera, se caracterizaron velocidades de degradación abiótica mediante envejecimientos acelerados con radiación ultravioleta y térmica, para films de polietileno aditivados con un compuesto oxodegradante comercial. Se estudiaron distintas concentraciones de aditivo en el polímero, en función del tiempo de envejecimiento. Las caracterizaciones incluyeron análisis mecánico, análisis térmico diferencial, espectroscopía de absorción infrarroja y de Absorción Atómica.

Tensile and compressive deformation of a short-glass-fiber-reinforced liquid-crystalline polymer

Results of tensile and compression tests on a short-glass-fiber-reinforced thermotropic liquid crystalline polymer are presented. The effect of strain rate on the compression stress-strain characteristics has been investigated over a wide range of strain rates epsilon between 10(-4) and 350 s-1. The low-strain-rate tests were conducted using a screw-driven universal tensile tester, while the high-strain-rate tests were carried out using the split Hopkinson pressure bar technique. The compression modulus was shown to vary with log10 (epsilon) in a bilinear manner. The compression modulus is insensitive to strain rate in the low-strain-rate regime (epsilon = 10(-4) - 10(-2) s-1), but it increases more rapidly with epsilon at higher epsilon. The compression strength changes linearly with log10 (epsilon) over the entire strain-rate range. The fracture surfaces were examined by scanning electron microscopy.

Desenvolvimento de material compósito polimérico para utilização na confecção de troquéis

Na Odontologia, ao se confeccionar peças restauradoras dentárias, pela técnica indireta, o processo mais rotineiramente empregado utiliza um modelo de gesso, obtido a partir de um molde de elastômero, tomado de um dente preparado. Vários fatores podem influenciar na boa precisão de ajustes destas peças como o escoamento do material de vazamento dentro da moldagem, a compatibilidade do material de vazamento com o da moldagem, o tempo de presa, a estabilidade dimensional, a resistência mecânica do material quando da separação moldagem/modelo, a resistência a abrasão e a fidelidade de reprodução de detalhes. Materiais foram introduzidos na odontologia para utilização na confecção de troquéis no intuito de minimizar as desvantagens do gesso, como baixa resistência a abrasão e ligeira expansão de presa. Dentre eles os troquéis metalizados e as resinas epóxicas, que tem vantagens em relação às propriedades mecânicas, porém o primeiro exige técnica demorada e de alto custo e o segundo apresenta contração. O presente trabalho se propõe a testar uma nova composição de poliéster insaturado com estireno adicionado ao carbonato de cálcio em diferentes proporções (10, 20, 30, 40, 50, 60 e 70%) e compará-la ao gesso tipo IV e a resina epoxídica com óxido de alumínio, através de ensaios mecânicos, de abrasão e de alteração dimensional, para avaliar a possibilidade de sua utilização como material de confecção de troquéis para a construção de restaurações indiretas. Para caracterização dos materiais foram feitas análises de espectrometria no infravermelho, Calorimetria de varredura diferencial, termogravimétrica e Microscopia eletrônica de varredura. O compósito a base de poliéster insaturado com 50% de carbonato de cálcio se mostrou viável para utilização como material para troquel. Quando comparado aos materiais de controle mostrou propriedades mecânicas próximas as da resina epoxídica e bem superiores ao gesso, resistência a abrasão superior ao gesso e inferior a resina epoxídica e alteração dimensional próxima a resina epoxídica e maior ao gesso. Sendo a formulação do poliéster/carbonato de cálcio apenas constituída de polímero, catalisador e carga, é possível melhorar a formulação modificando a carga e/ou acrescentando aditivos visando minimizar a contração de polimerização.

Avaliação da biodegradabilidade de compósitos à base de poliéster e amido com fibra de coco verde

Os materiais poliméricos tem sido uma das causas dos problemas ambientais discutidos em todo mundo nos últimos tempos. Como uma das soluções para esse problema, estão os polímeros biodegradáveis que são materiais que se degradam pela ação de microorganismos. Uma Indústria sediada no Brasil lançou recentemente um poliéster biodegradável que surge boa alternativa para o crescimento no mercado dos polímeros biodegradáveis, principalmente por possuir em sua composição matéria prima de fonte renovável. Neste trabalho foram preparados compósitos com matriz de poliéster biodegradável e fibra de coco verde com e sem modificação química por acetilação em misturador interno Haake. Foi estudada a biodegradabilidade em solo simulado do polímero puro e de seus compósitos e foram avaliadas as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do polímero puro e de alguns de seus compósitos. O teste de biodegradabilidade foi feito pelo enterro das amostras em solo simulado por períodos distintos, variando de duas a dezessete semanas, seguindo a Norma ASTM G 160 03. Após cada período de teste, as amostras foram retiradas do solo e analisadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e análise mecânica de tração. Os resultados obtidos indicaram que tanto o polímero puro quanto os seus compósitos sofreram biodegradação, a presença da fibra apenas atrasa o processo de biodegradação, as fibras de coco tiveram uma boa afinidade com a matriz polimérica, a incorporação de 5% fibra de coco na matriz torna o compósito mais rígido e a incorporação da fibra e o processo de biodegradação alteram as características da fase cristalina no material polimérico.

Polyphemus pediculus (L.) (Cladocera) as a possible indicator of water quality

Usually stenobiotic species are used as hydrobiological indicators of the degree of pollution in natural waters. Cladocera are eurybiotic organisms, therefore their role as specific indicators of the water quality is considered to be insignificant. However, considering new methods Cladocera at present are more and more often used as indicators of oligo- and mesosaprobic waters as well as of the presence of considerable amounts of easily degradable organic matter. Work over many years on the biology of Polyphemus pediculus, this striking representative of the order Cladocera, convinced the author of the possibility of using this species not only as an indicator of water purity but also for the estimation of the degree of water pollution as well as of water characteristics such as colour, turbidity, oxgen content and chemical composition. P. pediculus is one of the most common and abundant species of planktonic crustaceans in shallow waters of reservoirs, rivers, lakes, ponds and temporary water bodies.

Avaliação da biodegradação de compósitos de poliéster e amido com fibra de coco verde em solo simulado e ambiente marinho

A utilização de polímeros biodegradáveis é uma das formas de minimizar o grande volume de descartes de materiais poliméricos que tendem a aumentar cada vez mais causando dano ao meio ambiente. Existem vários métodos de avaliação de biodegradação de polímeros que podem contribuir para o desenvolvimento de novos materiais biodegradáveis. Nessa dissertação foi avaliada a biodegradação do compósito de matriz de polímero comercial à base de poliéster e amido e fibra de coco verde. Foram usados dois métodos, em solo simulado e em ambiente marinho. A biodegradação dos compósitos foi avaliada através das análises de: Perda de massa, Microscopia ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Espectroscopia na região do Infravermelho (FTIR). Além disso, foi realizada uma comparação entre desempenho de biodegradação do material nos dois ambientes. A velocidade de biodegradação no ambiente marinho é maior do que no solo simulado

Análise técnica do uso de resíduos de poli (tereftalato de etileno) (PET) na indústria têxtil

O aumento no volume de rejeitos industriais e a contínua produção de resíduos de naturezas diversas causam muitas preocupações no âmbito ambiental. Neste contexto, o descarte de embalagens e garrafas de poli(tereftalato de etileno) (PET) tem se tornado um grande problema por conta da pequena atenção que se dá à sua destinação final. Assim sendo, essa pesquisa propõe a análise técnica da utilização de resíduos de PET, oriundos de reciclagem primária, como matéria-prima para a indústria têxtil. Fios de PET reciclado foram comparados aos fios comerciais de poliéster através de diversos ensaios como, por exemplo, resistência à tração e ensaios para solidificação da cor. Ao mesmo tempo, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para a investigação da morfologia dos fios e melhor interpretação dos resultados. Pôde ser verificado que os fios de PET reciclado apresentam satisfatório desempenho, embora a resistência mecânica e a solidez a cor à luz sejam inferiores àquelas dos fios convencionais de poliéster.

Potencial de geração de metano em aterros sanitários através dos modelos IPCC, USEPA e Scholl Canyon estudo de caso do aterro sanitário de Moskogen, Kalmar, Suécia.

A utilização do metano (CH4) presente no biogás gerado através da degradação anaeróbica de resíduos orgânicos depositados em aterros sanitários como fonte de energia é uma tecnologia em expansão, principalmente nos países em desenvolvimento. Para assegurar um melhor aproveitamento do CH4 e a viabilidade econômica do projeto de exploração energética é necessário que estes empreendimentos avaliem sua capacidade de produzir este gás com o passar dos anos, mesmo após o encerramento da deposição de resíduos. O potencial de geração é comumente estimado a partir de modelos cinéticos de primeira ordem propostos por conceituadas instituições, entretanto, estudos recentes apontam alto grau de incerteza e diferenças relevantes entre os resultados obtidos com cada metodologia. Este trabalho tem por objetivo analisar a variação dos resultados das estimativas de emissão de metano dos modelos recomendados pela USEPA, Banco Mundial (Scholl Canyon) e IPCC utilizando tanto dados e informações disponibilizadas do aterro sanitário Moskogen, localizado em Kalmar, Suécia, que foi operado entre 1977 e 2008. Além de estimar a capacidade de geração de CH4, objetiva-se identificar qual o modelo cujas estimativas mais se aproximam dos dados de biogás efetivamente medidos e quanto gás ainda pode ser extraído do aterro. O estudo ainda avaliou como valores diferentes para os parâmetros principais dos modelos afetam a estimativa de geração final. O modelo IPCC mostrou-se o mais confiável dentre os analisados, estimando que o aterro Moskogen produza mais de 102 milhões de m de CH4 entre 1977 e 2100, sendo 39,384 milhões passíveis de extração de 2012 a 2100. Os demais modelos apresentaram premissas inadequadas com a realidade do aterro sanitário estudado. Contudo, mesmo com a superioridade do modelo proposto pelo IPCC, maiores estudos são necessários no local, que levantem outras informações de campo como a vazão passiva de gás pela camada de cobertura do aterro e uma melhor estimativa do percentual de material orgânico biodegradável presente em cada fração de resíduos depositada em Moskogen.

MDNR-NOAA trawl standardization study

Long-term living resource monitoring programs are commonly conducted globally to evaluate trends and impacts of environmental change and management actions. For example, the Woods Hole bottom trawl survey has been conducted since 1963 providing critical information on the biology and distribution of finfish and shellfish in the North Atlantic (Despres-Patango et al. 1988). Similarly in the Chesapeake Bay, the Maryland Department of Natural Resources (MDNR) Summer Blue Crab Trawl survey has been conducted continuously since 1977 providing management-relevant information on the abundance of this important commercial and recreational species. A key component of monitoring program design is standardization of methods over time to allow for a continuous, unbiased data set. However, complete standardization is not always possible where multiple vessels, captains, and crews are required to cover large geographic areas (Tyson et al. 2006). Of equal issue is technological advancement of gear which serves to increase capture efficiency or ease of use. Thus, to maintain consistency and facilitate interpretation of reported data in long-term datasets, it is imperative to understand and quantify the impacts of changes in gear and vessels on catch per unit of effort (CPUE). While vessel changes are inevitable due to ageing fleets and other factors, gear changes often reflect a decision to exploit technological advances. A prime example of this is the otter trawl, a common tool for fisheries monitoring and research worldwide. Historically, trawl nets were constructed of natural materials such as cotton and linen. However modern net construction consists of synthetic materials such as polyamide, polyester, polyethylene, and polypropylene (Nielson et. al. 1983). Over the past several decades, polyamide materials which will be referred to as nylon, has been a standard material used in otter trawl construction. These trawls are typically dipped into a latex coating for increased abrasion resistance, a process that is referred to as “green dipped.” More recently, polyethylene netting has become popular among living resource monitoring agencies. Polyethylene netting, commonly known as sapphire netting, consists of braided filaments that form a very durable material more resistant to abrasion than nylon. Additionally, sapphire netting allows for stronger knot strength during construction of the net further increasing the net’s durability and longevity. Also, sapphire absorbs less water with a specific gravity near 0.91 allowing the material to float as compared to nylon with specific gravity of 1.14 (Nielson et. al. 1983). This same property results in a light weight net which is more efficient in deployment, retrieval and fishing of the net, particularly when towing from small vessels. While there are many advantages to the sapphire netting, no comparative efficiency data is available for these two trawl net types. Traditional nylon netting has been used consistently for decades by the MDDNR to generate long term living resource data sets of great value. However, there is much interest in switching to the advanced materials. In addition, recent collaborative efforts between MDNR and NOAA’s Cooperative Oxford Laboratory (NOAA-COL) require using different vessels for trawling in support of joint projects. In order to continue collaborative programs, or change to more innovative netting materials, the influence of these changes must be demonstrated to be negligible or correction factors determined. Thus, the objective of this study was to examine the influence of trawl net type, vessel type, and their interaction on capture efficiency.

The use of timber in wind turbines.

The advantages of timber in wind turbine blade construction are discussed, and its properties emphasized. The use of timber/epoxy construction enables a high technical specification to be achieved. Tables are given for specific compressive strengths, fatigue strengths and flexural modulus for wind epoxy and glass reinforced polyester composites. Cost ratios are also discussed for the two materials and the cost advantage for wood is emphasized. (A.J.)