Desenvolvimento de materiais biodegradáveis a base de amido termoplástico, poli (succinato de butileno) e poli (adipato co-tereftalato de butileno)

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dc.contributor.advisorYamashita, Fábio
dc.contributor.authorBeluci, Natália de Camargo Lima
dc.contributor.bancaCarvalho, Fabíola Azanha de
dc.contributor.bancaSpier, Michele Rigon
dc.contributor.bancaGarcia, Patrícia Salomão
dc.contributor.bancaHomem, Natália Cândido
dc.coverage.extent97 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-05-20T13:03:01Z
dc.date.available2025-05-20T13:03:01Z
dc.date.issued2023-04-19
dc.description.abstractOs plásticos podem ser uma grande ameaça para o nosso ecossistema global, devido à sua baixa biodegradabilidade e falta de destinação apropriada, o que pode resultar em um acúmulo prejudicial no meio ambiente. Por essa razão, muitas pesquisas têm se concentrado no desenvolvimento de substitutos para os polímeros tradicionais, a fim de encontrar soluções sustentáveis para este problema. Assim, o objetivo deste trabalho foi produzir filmes com alto teor de amido termoplástico (ATP, 70% em massa) e diferentes proporções (30% em massa) de poli (succinato de butileno) (PBS) e poli (adipato co-tereftalato de butileno) (PBAT), com e sem presença de ácido cítrico (AC), por extrusão sopro em balão. O efeito dos polímeros e do AC nas blendas foi avaliado quanto à opacidade, cor, propriedades de tração, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e difração de raios-X (DRX), taxa de estiramento transversal (TIT), permeabilidade ao vapor de água (PVA), taxa de solubilidade (TS), isotermas de sorção de água, técnicas termogravimétricas. Em termos globais, os resultados obtidos pelas blendas ternárias (ATP/PBS/PBAT) foram melhores do que os obtidos pelas blendas binárias (ATP/PBS ou ATP/PBAT). Por exemplo, a amostra PBS/PBAT/ATP (20/10/70% m/m) alcançou o melhor equilíbrio entre dureza, ductilidade e resistência, com alongamento na ruptura de 32%, resistência à tração de 6 MPa e módulo de Young (MY) de 56 MPa. O AC atuou como um composto multifuncional, aumentando a resistência à tração e o alongamento na ruptura e diminuindo o MY para todos os filmes. A opacidade e o grau de cristalinidade dos filmes aumentaram de forma significativa, já para cor não houve diferença. O FTIR não indicou reações químicas entre os constituintes das blendas. O MEV demonstrou maior compatibilidade entre ATP/PBAT do que com ATP/PBS. Todas as amostras apresentaram TIT maior que 205%. As diferentes proporções de PBS e PBAT influenciaram significativamente o PVA dos filmes para os filmes sem AC. Todas as amostras tiveram PVA com ordem de grandeza similar a outros filmes com alto teor de amido (10-6 g m-1 dia-1 Pa-1). O AC foi eficiente para diminuir o PVA das formulações de PBS/PBAT/ATP (15/15/70 e 20/10/70% em massa) em 25,2% e 24,7% em comparação com as formulações sem ácido. A TS variou de 19,0 à 20,1%, e diferentes proporções de polímeros ou a presença de AC não a influenciaram significativamente. Os materiais produzidos exibiram um aumento acentuado no teor de umidade de equilíbrio após atividade de água de 0,5, sendo sensíveis à umidade. Os filmes obtiveram boa estabilidade térmica, com temperatura máxima de decomposição próxima aos polímeros puros PBAT e PBS, ainda que fossem majoritariamente compostos por ATP. A estabilidade térmica das blendas não foi aumentada pelo AC, possivelmente devido ao baixo teor utilizado (0,1%). Este trabalho propôs um processo de fabricação viável que permite aumento de escala da produção de filmes biodegradáveis de ATP, PBS e PBAT. Os filmes exibiram propriedades adequadas para uso em embalagens, que teriam menor custo do que aquelas feitas com os poliésteres puros. Além disso, a inclusão de 0,1% de AC trouxe alterações positivas para maioria dos atributos avaliados
dc.description.abstractother1Plastics can be a major threat to our global ecosystem due to their low biodegradability and lack of proper disposal, resulting in harmful environmental accumulation. For this reason, many research efforts have focused on developing substitutes for traditional polymers to find sustainable solutions to this problem. Thus, the objective of this work was to produce films with high content of thermoplastic starch (TPS, 70 %wt) and different proportions (30 %wt) of poly(butylene succinate) (PBS) and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), with and without the presence of citric acid (CA), by blow extrusion. The effect of the polymers and CA on the blends was evaluated for opacity, color, tensile properties, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), blow-up ratio (BUR), water vapor permeability (WVP), solubility rate (SR), water sorption isotherm, and thermogravimetric techniques. Overall, the results obtained for the ternary blends (TPS/PBS/PBAT) were better than those obtained for the binary blends (TPS/PBS or TPS/PBAT). For example, the PBS/PBAT/TPS sample (20/10/70 wt%) achieved the best balance between hardness, ductility, and strength, with elongation at break of 32%, tensile strength of 6 MPa, and Young's modulus (YM) of 56 MPa. CA acted as a multifunctional compound, increasing tensile strength and elongation at break and decreasing YM for all films. The opacity and degree of crystallinity of the films increased significantly, while there was no difference in color. FTIR did not indicate chemical reactions between the constituents of the blends. SEM demonstrated greater compatibility between TPS/PBAT than with TPS/PBS. All samples showed BUR greater than 205%. The different proportions of PBS and PBAT significantly influenced the WVP of the films for the films without CA. All samples had WVP with an order of magnitude similar to other blends with high starch content (10-6 g m-1 day-1 Pa-1). CA efficiently decreased the WVP of the PBS/PBAT/ATP formulations (15/15/70 and 20/10/70% by mass) by 25.2% and 24.7% compared to the acid-free formulations. SR varied from 19.0 to 20.1%, and different polymer proportions or the presence of CA did not significantly influence it. The materials produced exhibited a sharp increase in equilibrium moisture content after water activity of 0.5, being sensitive to humidity. The films obtained good thermal stability, with a maximum decomposition temperature close to pure PBAT and PBS polymers, although they were primarily composed of TPS. The thermal stability of the blends was not increased by CA, possibly due to the low content used (0.1%). This work proposed a viable manufacturing process that allows scaling up the production of biodegradable TPS, PBS, and PBAT films. The films exhibited suitable properties for use in packaging, which would cost less than those made with pure polyesters. In addition, including 0.1% of CA brought positive changes to most of the evaluated attributes
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18781
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.subjectPoliéster
dc.subjectExtrusão por sopro em balão
dc.subjectPlástico biodegradável
dc.subject.capesCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.cnpqCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.keywordsPolyester
dc.subject.keywordsBlown extrusion
dc.subject.keywordsBiodegradable plastic
dc.titleDesenvolvimento de materiais biodegradáveis a base de amido termoplástico, poli (succinato de butileno) e poli (adipato co-tereftalato de butileno)
dc.title.alternativeDevelopment of biodegradable materials of thermoplastic starch, poly (butylene succinate), and poly (butylene adipate-co-terephthalate)
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Agrárias

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