BNC textile: bacterial nanocellulose as a new and sustainable material for textile yarn
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| Data de Publicação: | 2021 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | https://hdl.handle.net/1822/79878 |
Resumo: | Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica |
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BNC textile: bacterial nanocellulose as a new and sustainable material for textile yarnNanocelulose bacterianaFibraTêxtilSustentabilidadeCeluloseDespolimerizaçãoLiocelFibras sem solventeBacterial nanocelluloseFibreTextileSustainabilityCelluloseDepolymerizationLyocellFibres without solventsEngenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasDissertação de mestrado integrado em Engenharia BiológicaNeste trabalho, são discutidas tecnologias de produção de fios para aplicações têxteis tendo a celulose como base. São referidas tendências recentes que visam poupar o ambiente de exploração massiva, como o uso de nanocelulose bacteriana, procurando também responder às necessidades crescentes por fibras alternativas obtidas por processos sustentáveis. A avaliação do ciclo de vida de vários métodos de produção de fibras de celulose foi também abordada. O objetivo deste trabalho foi a produção de fios a partir de fibras alternativas às existentes no mercado utilizando a nanocelulose bacteriana como matéria-prima. A nanocelulose bacteriana possui características como elevada resistência mecânica, capacidade de retenção de água, estabilidade dimensional, cristalinidade, biocompatibilidade e biodegradabilidade, o que permite explorar a sua utilização em várias áreas como biomédica, cosmética, alimentar, têxtil e papel. Além disso, a sua produção tem um impacte ambiental menor onde não ocorre a destruição de florestas e a sua produção é feita em apenas algumas semanas, um tempo bastante inferior comparativamente ao análogo vegetal que demora meses ou anos. Foram produzidos filamentos utilizando diferentes concentrações de nanocelulose bacteriana e dois sistemas de dissolução diferentes: o método de dissolução em fase sólida e o método tradicional de produção de Liocel. Pelo primeiro método foi possível obter filamentos com módulo de Young de 20,8 ± 5,4 GPa, resistência à tração de 1201,9 ± 149,2 MPa e alongamento de 11,5 ± 0,1 %. Pelo segundo, foi obtido um módulo de Young de 35,0 ± 17,2 GPa, resistência à tração de 1100,0 ± 480,0 MPa e alongamento de 6,8 ± 4,0 %. De forma a respeitar os critérios de produção de filamentos pelo processo Liocel, foi realizado, posteriormente, um estudo de despolimerização da nanocelulose bacteriana. O grau de polimerização da nanocelulose bacteriana foi reduzido do seu valor original (cerca de 2000) para 602-531, que normalmente é considerado adequado para o processo de Liocel. Métodos alternativos de produção de filamentos sem a dissolução da nanocelulose bacteriana foram também testados – dry-spinning e wet-drawing, obtendo-se resultados semelhantes em ambos os métodos, com um módulo de Young de 5,4 ± 2,2 GPa e 7,9 ± 3,4 GPa, resistência à tração de 194,6 ± 53,2 MPa e 220,2 ± 98,4 MPa , e alongamento de 9,1 ± 6,3 % e 14,3 ± 1,8 %, respetivamente. São necessários mais estudos de forma a perceber se a despolimerização da nanocelulose bacteriana é realmente necessária para o processo de Liocel. A produção de fibras sem solventes também requer um estudo mais aprofundado, sendo estas as formas mais sustentáveis de produção de fibras têxteis.In this work, the technologies for the production of cellulose-based textiles, their surface modification and the recent trends aiming at sparing the forest from massive exploitation are discussed. The life cycle assessment of several cellulose fibre production methods is also addressed. The objective of this work was the production of cellulose filaments using an alternative source of cellulose – bacterial nanocellulose – as raw material. Bacterial nanocellulose has impressive characteristics such as high mechanical strength, water-holding capacity, dimensional stability, crystallinity, biocompatibility and biodegradability, allowing to explore its use in several areas, namely in the biomedical, cosmetic, food, textile and paper areas. Besides that, its production has less impact on the environment as no forests are destroyed and its production is faster. Filaments were produced using different BNC concentrations and two different dissolving systems: the solid-phase dissolution method and the traditional Lyocell production method. From the first method it was possible to obtain filaments with Young’s modulus of 20,8 ± 5,4 GPa, tensile strength of 1201,9 ± 149,2 MPa and elongation of 11,5 ± 0,1 %. Through the second was obtained Youngs’ modulus of 35,0 ± 17,2 GPa, tensile strength of 1100,0 ± 480,0 MPa and elongation of 6,8 ± 4,0 %. In order to meet Lyocell's production criteria, the degree of polymerization of bacterial nanocellulose was lowered from its original value (around 2000) to 602-531, which is normally considered suitable for the Lyocell process. Although it has been possible to achieve the depolymerization of BNC in a simple way using a chemical treatment, it would be preferable to process the original cellulose, without depolymerization. Alternative methods of filament production without dissolution were also tested – dry spinning and wet-drawing. Similar results were obtained for both methods with a Young’s modulus of 5,4 ± 2,2 GPa and 7,9 ± 3,4 GPa, tensile strength of 194,6 ± 53,2 MPa and 220,2 ± 98,4 MPa, and elongation of 9,1 ± 6,3 % and 14,3 ± 1,8 %, respectively. Further study on this subject is needed to understand if BNC depolymerization is really needed on a pilot or commercial scale for the Lyocell process. Fibres without solvents also need to be further studied as they are the more sustainable ways of fibre production and there is a growing need for these types of fibres on market.Gama, F. M.Dourado, FernandoUniversidade do MinhoFelgueiras, Ana Catarina Barbosa2021-02-102021-02-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/79878eng203015150info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-12-09T01:19:37Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/79878Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:47:18.559610Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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