Hidrogéis biopoliméricos obtidos por extrusão reativa para aplicação agrícola
Data
2022-02-23
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Resumo
Hidrogéis são classificados como estruturas tridimensionais constituídas por polímeros reticulados que têm a capacidade de absorver e liberar, controladamente, grandes quantidades de água, nutrientes e substâncias iônicas, sem se dissolver. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver hidrogéis à base de misturas biopoliméricas de amido de mandioca, celulose e gelatina para aplicações agrícolas como agentes de retenção de água. Inicialmente, o amido de mandioca foi modificado quimicamente via extrusão reativa utilizando-se o ácido cítrico (CA) e o ácido tartárico (TA) como agentes reticulantes. A celulose extraída da casca de aveia foi modificada via extrusão reativa, trimetafosfato de sódio (STMP) e ácido tartárico (TA) foram empregados como agentes reticulantes. Foram produzidos hidrogéis a partir das misturas de amido modificado, celulose modificada e gelatina. O processo de extrusão reativa foi eficaz na modificação química do amido e da celulose. Os resultados confirmaram a modificação química das cadeias poliméricas através do aparecimento de uma nova banda nos espectros de FTIR em 1730 cm-1 associada aos grupos carbonila das ligações ésteres formados para os amidos modificados com CA e TA em diferentes concentrações (2,5 a 20 g ácido/100 g amido). Foram obtidos amidos modificados com graus de substituição entre 0,023 a 0,365. A difração de raios-X indicou que a extrusão reativa resultou no desaparecimento de picos de difração do amido nativo, as amostras do amido reticulado apresentaram índices de cristalinidade variando de 8 a 11%. A análise morfológica mostrou que a estrutura granular do amido original foi perdida e substituída por uma estrutura mais áspera e irregular. A capacidade de retenção de água e a solubilidade dos amidos modificados obtidos por extrusão reativa foram superiores às do amido nativo e da amostra de controle (extrusadas sem os agentes de reticulação). No caso da celulose, o processo de extrusão reativa para reticulação com TA e STMP também foi eficaz, e os resultados confirmaram a modificação das cadeias poliméricas através do aparecimento de uma nova banda em 1735 cm-1, associada aos grupos carbonila das ligações ésteres que foram formadas nas amostras modificadas com TA. A modificação da celulose por extrusão reativa não alterou a morfologia e a cristalinidade das amostras. Os índices de cristalinidade (IC) variam de 42 a 33%, e as amostras modificadas apresentaram maior afinidade por solventes não polares em testes de molhabilidade, também confirmando a reticulação com TA e STMP. Quando foram produzidos pellets de hidrogel com a mistura de celulose, amido e gelatina, foi obtido um material poroso, com capacidade de retenção de água em diferentes pHs acima de 530%. Este estudo mostrou que a extrusão reativa foi eficiente tanto para a modificação do amido e da celulose, quanto na produção de hidrogéis no formato de pellets para serem empregados na agricultura como retentores de água, com as vantagens de simplicidade, baixa geração de efluentes, tempos de reação curtos e fácil adaptação para escala industrial.
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Palavras-chave
Biotecnologia, Hidrogéis biopoliméricos, Extrusão reativa, Ácidos orgânicos