Desenvolvimento de materiais biodegradáveis utilizando coproduto e resíduo da agroindústria

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dc.contributor.advisorYamashita, Fabio
dc.contributor.authorVieira, Carla Francisca de Sousa
dc.contributor.bancaScapim, Mônica Regina da Silva
dc.contributor.bancaSakanaka, Lyssa Setsuko
dc.contributor.bancaCamilios Neto, Doumit
dc.contributor.bancaRomagnoli, Érica Signori
dc.coverage.extent234 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2026-10-15T16:50:13Z
dc.date.available2026-10-15T16:50:13Z
dc.date.issued2026-08-14
dc.description.abstractO objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar materiais biodegradáveis produzidos por injeção termoplástica, utilizando coprodutos e resíduos agroindustriais como insumos, a fim de reduzir o custo de produção desses materiais e o consumo de plásticos convencionais. Utilizaram-se como carga o resíduo da limpeza do trigo (RT), a fibra seca com solúveis (DFS) e a DFS recuperada a partir do cultivo de Pseudomonas aeruginosa, visando à produção de ramnolipídios (RLs). Os materiais biodegradáveis foram desenvolvidos a partir da mistura de poli (ácido lático) (PLA), amido e glicerol. Antes da produção dos materiais, foi realizada a caracterização da DFS, que apresentou densidade média de 0,36 g/cm³ e distribuição granulométrica relativamente homogênea. O teor de fibra bruta foi estimado em 12,9%, com fração lignocelulósica composta majoritariamente por hemicelulose (29,2%), seguida de celulose (12,8%) e lignina (4,3%). O teor de proteínas foi estimado em 18,0%, o de cinzas em 4,3% e o de lipídios em 7%. Quanto às propriedades funcionais, a DFS apresenta boa capacidade de absorção de água (IAA) (3,5 g/g), de absorção de óleo (IAO) (2,8 g/g), volume de intumescimento (8,5 mL/g) e solubilidade em água (19%). Essas características confirmam a natureza polar e hidrofílica da DFS e indicam potencial para aplicações em compósitos biodegradáveis de amido e PLA. Os testes iniciais demonstraram processamento adequado para as formulações com 12,25% e 24,5% de fibra natural. Houve redução na resistência à tração dos materiais com o aumento da quantidade de fibra adicionada. Nas formulações elaboradas com a DFS recuperada do cultivo de P. aeruginosa, a que continha maior quantidade de RLs apresentou menor resistência à tração. A incorporação de 12,25% de DFS resultou em um aumento de 12,4% no módulo de Young em relação ao controle. Também foram observadas alterações na cor e na absorção de água à medida que a quantidade de fibra na formulação aumentava. Em geral, a absorção de água dos materiais aumentou com a adição de fibra às formulações; no entanto, a capacidade de sorção de umidade apresentou redução em alguns casos, como na formulações RT25 e DFS50. Nas formulações elaboradas com a DFS recuperada do cultivo de P. aeruginosa, todas apresentaram redução na higroscopicidade, com aW < 0,9. As imagens da microestrutura indicaram aumento na quantidade de fissuras e de espaços vazios com a adição de fibra às formulações, o que pode ser responsável pela menor resistência à tração e pela maior absorção de água nos testes de imersão. As demais análises não demonstraram diferenças entre a formulação-base e as que continham fibras naturais. Os materiais biodegradáveis produzidos com fibras naturais provenientes da agroindústria apresentaram processabilidade compatível com as injetoras utilizadas em escala industrial e propriedades mecânicas adequadas a diversas aplicações, tais como tubetes biodegradáveis para a produção de mudas e embalagens descartáveis. Além disso, a incorporação de fibras contribui para reduzir os custos de produção desses materiais biodegradáveis, uma vez que seu custo é inferior ao dos polímeros biodegradáveis comerciais
dc.description.abstractother1This study aimed to develop and characterize biodegradable materials produced by thermoplastic injection molding using agro-industrial residues and coproducts as fillers, with the dual purpose of reducing production costs and decreasing the consumption of conventional petroleum-based plastics. Wheat cleaning residue (RT), dry fiber with solubles (DFS), and DFS recovered after cultivation of Pseudomonas Aeruginosa for rhamnolipid (RL) production were used as fillers. The biodegradable materials were formulated from blends of poly(lactic acid) (PLA), starch, and glycerol. Before composite production, DFS was characterized and found to have an average bulk density of 0.36 g/cm³ and a relatively homogeneous particle-size distribution. The crude fiber content was estimated at 12.9%, with a lignocellulosic fraction comprising predominantly hemicellulose (29.2%), followed by cellulose (12.8%) and lignin (4.3%). Protein, ash, and lipid contents were 18.0%, 4.3%, and 7.0%, respectively. Industrial-scale injection molding machines successfully processed RT and DFS formulations containing up to 24,5 wt% natural fibers. Tensile strength decreased progressively with increasing fiber content. Among the formulations containing DFS recovered after P. Aeruginosa cultivation, the composite with the highest rhamnolipid content exhibited the lowest tensile strength. In contrast, the incorporation of 12.25 wt% DFS increased the Young's modulus by approximately 12.4% relative to the control formulation, indicating enhanced material stiffness. Changes in color and in water absorption behavior were also observed as fiber loading increased. Overall, water uptake increased following fiber incorporation; however, moisture sorption capacity decreased in specific formulations (RT25 and DFS50). Furthermore, all composites produced with DFS recovered after P. aeruginosa cultivation exhibited reduced hygroscopicity at low water activity (aW < 0.9). Microstructural analysis revealed a greater incidence of cracks and voids in the fiber-reinforced materials. These structural defects may have contributed to the observed reductions in tensile strength and water absorption during immersion testing. In contrast, the remaining analyses revealed no significant differences between the control formulation and the fiber-containing composites. Overall, the biodegradable materials reinforced with agro-industrial fibers exhibited processability compatible with conventional industrial injection molding equipment and mechanical properties suitable for a range of applications, including biodegradable seedling tubes and disposable packaging. In addition, incorporating agro-industrial residues is a cost-effective way to reduce the manufacturing costs of biodegradable materials, as these residues are substantially less expensive than commercially available biodegradable polymers
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/20033
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCA - Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos
dc.subjectResíduos agroindustriais
dc.subjectCompósitos biodegradáveis
dc.subjectFibras naturais
dc.subjectFibra seca com solúveis
dc.subjectResíduo da limpeza do trigo
dc.subjectPolímeros biodegradáveis
dc.subject.capesCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.cnpqCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.keywordsAgroindustrial wastes
dc.subject.keywordsBiodegradable composites
dc.subject.keywordsNatural fibers
dc.subject.keywordsDry fiber with solubles
dc.subject.keywordsWheat cleaning residue
dc.subject.keywordsBiodegradable polymers
dc.titleDesenvolvimento de materiais biodegradáveis utilizando coproduto e resíduo da agroindústria
dc.title.alternativeDevelopment of biodegradable materials using agro-industrial coproducts and residues
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Agrárias

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