Filmes biodegradáveis de hemicelulose de juta/ poli(ácido lático) : uma alternativa sustentável para embalagens

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fialho, Michaella Socorro Bruce
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48637
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.
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spelling Filmes biodegradáveis de hemicelulose de juta/ poli(ácido lático) : uma alternativa sustentável para embalagensHemiceluloseÁcido láticoÁcido cítricoPolímerosTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.Os filmes de hemicelulose apresentam desafios em termos de aplicabilidade devido à sua difícil processabilidade, caráter hidrofílico e baixa resistência mecânica. Diante dessas limitações, a combinação com o poli(ácido lático) (PLA) pode contribuir com o melhoramento dessas propriedades. Assim, o objetivo desta pesquisa foi produzir filmes de blendas poliméricas mais resistentes e otimizar a aplicabilidade da hemicelulose em embalagens. Neste trabalho, a hemicelulose foi obtida a partir da fibra de juta por meio de um processo de tratamento alcalino com KOH (Hidróxido de potássio) e as principais análises para a caracterização dos filmes foram o FTIR (Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier), TGA (Análise Termogravimétrica), DSC (Calorimetria Exploratória Diferencial), MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura), ângulo de contato, propriedades mecânicas e DMA (Análise Dinâmico-Mecânica). Além disso, o efeito do ácido cítrico para a compatibilização entre os polímeros nas blendas também foi um dos focos deste estudo. Adicionalmente, avaliou-se a interação dos filmes com água e produtos sanitizantes (sabão diluído ou concentrado), observando as taxas de absorção de água, mudanças na morfologia e alterações nas propriedades térmicas e dinâmico-mecânicas após 240 horas de imersão. A degradabilidade dos filmes em solo foi estudada durante 10, 50 e 90 dias de exposição, analisando as taxas de perda de massa, mudanças morfológicas e variações nas propriedades térmicas e dinâmico-mecânicas. Com relação aos aspectos químicos das blendas, os espectros de FTIR indicaram possíveis reações de esterificação entre os grupos hidroxila da hemicelulose e os grupos carboxila do ácido cítrico. A estabilidade térmica das blendas puras e quando submetidas à exposição à água, sabão e ao período de enterramento em solo foi inferior em comparação com os polímeros puros. Observou-se ainda a diminuição em ~40% na do filme de PLA (67,1 °C) após a imersão em água (37,1 °C), sabão diluído (44,8 °C) e sabão concentrado (42,4 °C). Essa diminuição pode ser atribuída ao efeito plastificante da água sobre o PLA. Sobre a morfologia das blendas puras, esta se apresentou parcialmente homogênea, enquanto após a imersão e enterramento em solo foi possível identificar à degradação da parcela de hemicelulose contida no PLA. A taxa de perda de massa das blendas após 90 dias foi de aproximadamente 35%, enquanto a perda de massa do PLA puro foi de apenas 7%. Após o período de imersão e degradação em solo, observou-se que a e a das blendas não foram afetadas. No entanto, houve um aumento significativo na cristalinidade das blendas, que atingiu um valor máximo de aproximadamente 23% após 90 dias. A taxa de absorção de água e sabão pelas blendas aumentaram e os valores de ângulo de contato diminuíram, de acordo com a concentração de hemicelulose na blenda, o que demonstra o caráter hidrofílico dos filmes. As propriedades de tração mostraram que as blendas apresentaram resistência à tração melhorada em comparação com o PLA puro e o filme de hemicelulose. A elongação até a ruptura das blendas foi substancialmente menor que o do PLA puro. O teor de hemicelulose diminuiu o módulo de elasticidade e de armazenamento dos filmes. As propriedades dinâmicomecânicas dos filmes após o período de imersão em água e nos produtos sanitizantes variam com o aumento da temperatura, sendo mais sensível nas blendas com menor teor de ácido cítrico. E diminuíram drasticamente conforme o tempo de enterramento no solo. Os resultados revelaram alterações substanciais nas propriedades finais dos filmes das blendas em relação aos filmes puros de PLA e hemicelulose. Isso indica um potencial significativo para aplicações em embalagens, dada a variedade de propriedades que podem ser obtidas ao ajustar a concentração dos polímeros nas blendas.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF).Hemicellulose films pose challenges in terms of their applicability due to their difficult processability, hydrophilic nature, and low mechanical strength. Given these limitations, combining with poly(lactic acid) (PLA) can enhance these properties. Therefore, this research aimed to produce more resilient polymeric blend films and optimize the use of hemicellulose in packaging. In this study, hemicellulose was obtained from jute fibers through an alkaline treatment process with KOH (Potassium Hydroxide). The primary analyses for film characterization included FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), TGA (Thermogravimetric Analysis), DSC (Differential Scanning Calorimetry), SEM (Scanning Electron Microscopy), contact angle measurements, mechanical properties assessment, and DMA (Dynamic Mechanical Analysis). In addition, the impact of citric acid on polymer compatibility within the blends was also a focus of this investigation. Furthermore, the interaction of the films with water and sanitizing products (diluted or concentrated soap) was evaluated, observing water absorption rates, changes in morphology, and alterations in thermal and dynamicmechanical properties after 240 hours of immersion. The degradability of the films in soil was studied over 10, 50, and 90 days of exposure, analyzing mass loss rates, morphological changes, and variations in thermal and dynamic-mechanical properties. Concerning the chemical aspects of the blends, FTIR spectra indicated potential esterification reactions between the hydroxyl groups of hemicellulose and the carboxyl groups of citric acid. The thermal stability of the pure blends and their behavior when exposed to water, soap, and burial in soil was lower compared to pure polymers. There was also a decrease of approximately 40% in the of the PLA film (67.1 °C) after water immersion (37.1 °C), diluted soap (44.8 °C), and concentrated soap (42.4 °C), which can attributed to the plasticizing effect of water on PLA. The morphology of pure blends appeared partially homogeneous, while after immersion and burial in soil was possible to identify the degradation of the portion of hemicellulose contained in the PLA. The mass loss rate of the blends after 90 days was approximately 35%, whereas the mass loss of pure PLA was only 7%. After the immersion and degradation period in the soil, it was observed that the and of the blends were unaffected. However, there was a significant increase in the crystallinity of the blends, reaching a maximum value of approximately 23% after 90 days. The water and soap absorption rates resulted from the blends incresead and contact angle values decreased with the hemicellulose concentration in the blend, demonstrating the hydrophilic nature of the films. Tensile properties showed that the blends exhibited improved tensile strength compared to pure PLA and hemicellulose films. The elongation at the break of the blends was substantially lower than that of pure PLA. The hemicellulose content decreased the elasticity and storage modulus of the films. The dynamic-mechanical properties of the films after the immersion in water and sanitizing products varied with the temperature increase, being more sensitive in blends with lower citric acid content and decreased significantly with the burial time in soil. The results revealed substantial changes in the final properties of blend films compared to pure PLA and hemicellulose films. This indicates significant potential for packaging applications, given the variety of properties that can be obtained by adjusting the polymer concentrations in the blends.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasLuz, Sandra Maria daFialho, Michaella Socorro Bruce2024-07-09T16:32:47Z2024-07-09T16:32:47Z2024-07-092024-02-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfFIALHO, Michaella Socorro Bruce. Filmes biodegradáveis de hemicelulose de juta/ poli(ácido lático): uma alternativa sustentável para embalagens. 2024. 101 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48637porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T16:32:47Zoai:repositorio.unb.br:10482/48637Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T16:32:47Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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