Synthesis and properties of alumoxanes : surface modifications and applications

Abstract

Alumoxanos são materiais cujos cernes são idênticos aos da alumina, constituídos por ligações do tipo Al-O-Al e grupos pendentes como alquil, aril, haletos ou quaisquer grupos funcionais ligados aos átomos de alumínio. As primeiras sínteses desses compostos envolviam as reações de organoalumínios com água, ou com compostos contendo oxigênio. Nesse trabalho de mestrado, a síntese de alumoxanos foi realizada a partir da reação da superfície sólida de óxidos e oxihidroxidos de alumínio com soluções cujos solutos deram origem aos grupos pendentes. Os alumoxanos obtidos por essa rota de síntese, as quais os reagentes que originaram os grupos pendentes eram ácidos carboxílicos são denominados alumoxanos carboxilatos. A modificação da superfície de um óxido de alumínio, como a alumina, por exemplo, com um ácido carboxílico altera significativamente as suas propriedades químicas, mantendo-se as suas propriedades mecânicas. Nesse trabalho, foram sintetizados os alumoxanos benzoato, oxalato, vinil-acetato, succinato e adipato. Com o sucesso das sínteses, algumas aplicações para os produtos formados puderam ser investigadas, como o estudo da energia superficial do alumoxano benzoato através de medidas de ângulo de contato e a biocompatibilidade apresentada pelos alumoxanos sintetizados a partir de ácidos dicarboxílicos. As aluminas cujas superfícies foram modificadas pela reação com ácido benzóico, resultando na formação do alumoxano benzoato, mostraram um expressivo aumento de hidrofobicidade, indicado pelo ângulo de contato dessas superfícies com água de cerca de 70o. As aluminas cujas superfícies foram modificadas pela reação com ácidos dicarboxílicos, resultando na formação de alumoxano oxalato, succinato e adipato, foram analisadas segundo o teste de imersão em SBF, quanto à potencialidade de uso como biocerâmicas biocompatíveis. Apenas o alumoxano oxalato apresentou resultados satisfatórios, ocorrendo uma intensa precipitação de fosfato de cálcio na superfície desse material, o que possibilitou a realização de experimentos de adesão celular e testes in vivo para esse alumoxano. Os resultados desses experimentos foram concordantes com o teste de imersão em SBF, indicando uma forte possibilidade de uso do alumoxano oxalato como biomaterialAlumoxanes are materials which their cores are identical to alumina´s core, consisting of an Al-O-Al backbone with a variety of pendant groups, such as alkyl, aryl, halides or any functional groups bonded with aluminum atoms. The first synthesis of these compounds had been made by reacting organoaluminum and water or other compounds cointaining oxygen. In this mastering work, alumoxanes were synthesized by reactions between solid surfaces from aluminum oxides or aluminum oxihydroxide and solutions which solutes originated pendant groups. The alumoxanes made from this kind of synthesis and which reactants were carboxylic acids are named carboxylatoalumoxanes. This reaction causes drastic changes in chemical properties of an aluminum oxide, such as alumina, but keeps its mechanical properties. In this work, benzoatoalumoxane, oxalatoalumoxane, vinil-acetatoalumoxane, succinatoalumoxane and adipatoalumoxane were synthesized. After the successful synthesis of these materials, some applications involving alumoxanes were investigated. For example: the benzoatoalumoxane surface energy, studied by contact angle experiments and the biocompatibility of alumoxanes from dicarboxylic acids. The alumina´s surface modified by reaction with benzoic acid, resulting in benzoatealumoxane, showed an expressive rise about its hydrofobicity. This fact was supported by the contact angle around 70o between benzoatealumoxane surface and a drop of water. The alumina´s surface which were modified by reaction with dicarboxylic acids, resulting in oxalatoalumoxane, succinatoalumoxane and adipatoalumoxane, were analyzed by SBF test, about using them as biocompatible bioceramics. Among these materials, only oxalatoalumoxane had shown good results because a lot of calcium phosphate crystals had been formed on its surface. Supported by this result, this material could be tested in cell adhesion and in vivo tests. Their results agreed with SBF test, showing a considerable possibility of using oxalatoalumoxane as a biomateria