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Title in Portuguese: Nanocompósitos baseados em PVOH e nanocristais de celulose obtidos de pseudocaule de bananeira
Title: Nanocomposites based PVOH and cellulose nanocrystals obtained from banana pseudostem
Author: Pereira, André Luis Sousa
Advisor(s): Feitosa, Judith Pessoa de Andrade
Co-advisor(s): Rosa, Morsyleide de Freitas
Keywords: Ciência dos materiais
Embalagens
Polimeros
Issue Date: 15-Mar-2013
Citation: PEREIRA, A. L. S. Nanocompósitos baseados em PVOH e nanocristais de celulose obtidos de pseudocaule de bananeira. 2013. 57 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013
Abstract in Portuguese: A utilização de materiais poliméricos oriundos do petróleo na fabricação de produtos de difícil decomposição leva a estudos e desenvolvimento de materiais parcialmente ou completamente biodegradáveis e de fontes renováveis. A celulose é um grande alvo destas pesquisas, não somente por suas diversas fontes, mas também pela vasta aplicabilidade, principalmente em nanocompósitos. O Brasil, um país do agronegócio, possui uma grande fonte de biomassa proveniente dos resíduos do setor agroindustrial. Uma dessas fontes é a fibra do pseudocaule da bananeira, que é utilizada como adubo e cobertura de solo no próprio bananeiral. Tendo a grande geração de resíduos no bananeiral como oportunidade, o desenvolvimento de novas alternativas de aproveitamento amplia as opções de agregação de valor e contribui para reduzir os seus impactos negativos. No presente trabalho, fibras do pseudocaule da bananeira (PCB), variedade Pacovan, foram avaliadas como possível fonte para obtenção de nanocelulose para elaboração de nanocompósitos em matriz de poli(álcool vinílico) (PVOH), um polímero hidrofílico e biodegradável. Inicialmente, o PCB foi dividido em quatro frações: fração externa, central, interna e núcleo para posterior caracterização química, térmica e morfológica. Em razão do maior conteúdo de celulose e cristalinidade, utilizaram-se as frações externas como matéria-prima para a obtenção de nanocelulose. Após branqueamento em meio alcalino, a fibra foi submetida à hidrólise ácida (H2SO4 62% m/m, 70 min, 45 °C) para obtenção dos nanocristais de celulose. A nanocelulose obtida do PCB apresentou-se como uma suspensão estável de coloração marrom. Tipicamente, os nanocristais apresentaram comprimentos (L) de 135,0 nm e diâmetros (d) situados em torno de 7,2 nm; o que reproduziu razões de aspecto (L/d) de 21,2. A nanocelulose foi aplicada em uma matriz polimérica biodegradável e solúvel em água, o poli(álcool vinílico), para obtenção de filmes nanocompósitos de diferentes concentrações (0, 1, 3 e 5% em base seca de matriz). A adição de nanocelulose melhorou as propriedades mecânicas dos filmes até a concentração de 3%, diminuiu as propriedades térmicas em todas as concentrações, melhorou a propriedade de barreira ao vapor de água gradualmente, com pequenas mudanças nas propriedades ópticas evidenciando uma oportunidade de aplicação desse filme nanocompósito para embalagem. Além disso, representando uma alternativa de agregação de valor a um relevante resíduo do agronegócio.
Abstract: The use of polymeric materials from petroleum in the manufacture of difficult decomposition products leads to studies and development of partially or completely biodegradable materials from renewable sources. Cellulose is a major target of this research, not only for its various sources, but also by the wide applicability, especially in nanocomposites. Brazil, a country of agribusiness, has a large source of waste biomass from the agribusiness sector. One such source is the fiber from the banana pseudostem , which is used as fertilizer and soil cover in bananeiral own. Having a big residue generation in banana crop as an opportunity, the development of new alternative utilization expands the options of adding value and helps to reduce the negative impacts. In the present work, fibers from the banana pseudostem (PCB), Pacovan variety, were evaluated as a possible source for obtaining nanocelulose for preparation of nanocomposites in matrix of polyvinyl alcohol (PVOH), a hydrophilic and biodegradable polymer. Initially, the PCB was divided into four fractions: external fraction, central fraction, inner fraction and core for subsequent chemical, thermal and morphological characterization. Because of the higher cellulose content and crystallinity, we used the external fractions to obtain nanocelulose. After bleaching in alkaline environment, the pulp was subjected to acid hydrolysis (H2SO4 62% m / m, 70 min, 45 ° C) and reduced to cellulose nanocrystals. The nanocelulose extracted from the PCB appeared as a stable brown suspension . Typically, the crystals exhibited lengths (L) of 135.0 nm, and diameters (d) situated around 7.2 nm, which reproduces aspect ratios (L/d) 21.2. The nanocellulose was applied to a biodegradable polymeric matrix and water-soluble polyvinyl alcohol, to obtain nanocomposite films of different concentrations (0, 1, 3 and 5% on dry basis matrix). The addition of nanocellulose improved the mechanical properties of the films to 3% concentration, diminished the thermal properties at all concentrations, improved barrier property to water vapor gradually with small changes in the optical properties evidencing an opportunity to apply this nanocomposite film for packaging. Moreover, representing an alternative of adding value to a relevant agribusiness residue.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/5818
metadata.dc.type: Dissertação
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