Biocompósitos obtidos a partir de polímeros biodegradáveis e resíduos lignocelulósicos.

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dc.contributor.advisorOliveira, Suzana Mali de
dc.contributor.authorPereira, Jéssica Fernanda
dc.contributor.bancaColodi, Franciely Grose
dc.contributor.bancaMontovan, Janaina
dc.contributor.bancaCarvalho, Gizilene Maria de
dc.contributor.bancaShirai, Marianne Ayumi
dc.coverage.extent125 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-03-11T16:20:44Z
dc.date.available2025-03-11T16:20:44Z
dc.date.issued2023-09-01
dc.description.abstractA pesquisa e desenvolvimento de novos produtos biodegradáveis e provindos de fonte renovável tem aumentado nos últimos anos atendendo à uma tendência de mercado, tanto em função da maior compreensão dos consumidores em relação à procedência das matérias-primas, como dos processos empregados na sua manufatura. Com base nisso, novas estratégias tecnológicas têm sido utilizadas no desenvolvimento de novos produtos e processos que resultem em menores impactos ambientais. No presente trabalho, o objetivo geral foi produzir e caracterizar biocompósitos na forma de hidrogéis (filmes) a partir de misturas de gelatina, celulose extraída da casca de aveia, e goma xantana, assim como, filmes à base de poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), poli (adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT), e fibras de cânhamo, com vistas à sua aplicação na área cosmética e de alimentos, respectivamente. Com base nisto, a primeira etapa do presente estudo consistiu na produção e caracterização dos hidrogéis. Inicialmente, a celulose da casca de aveia foi extraída utilizando o ácido peracético como agente de deslignificação, e os ácidos cítrico e succínico foram empregados para modificação da celulose como agentes esterificantes em diferentes concentrações (0, 5, 12,5 e 20%) empregando-se o processo de extrusão reativa. Os resultados mostraram que a esterificação ocorreu em todas as amostras para ambos os ácidos, e que as amostras modificadas apresentaram maior hidrofobicidade, porém não sofreram alteração quanto à sua estrutura morfológica ou padrão de cristalinidade. Este estudo mostrou ser possível modificar a celulose através da reação com ácidos orgânicos utilizando um processo simples e ecologicamente correto baseado na extrusão reativa, que possui baixa geração de efluentes, tempos de reação curtos, e é escalonável para larga escala. Em seguida, amostras de celulose nativa e modificada foram empregadas como reforço em matrizes de gelatina e goma xantana para obtenção de hidrogéis na forma de filmes pelos processos de extrusão reativa e termoprensagem. A estratégia empregada neste estudo para obter os hidrogéis foi eficaz, resultando em materiais com propriedades promissoras para serem usados como formas farmacêuticas em potencial para liberação de compostos ativos em produtos cosméticos. A goma xantana atuou como um agente de reticulação alternativo na formação da matriz polimérica, resultando em hidrogéis que apresentaram intumescimento dependente do pH, e os maiores valores foram obtidos em pH 4, variando de 5,3 a 7,9 g/g. A celulose nativa ou modificada atuou como agente de reforço para os hidrogéis, aumentando a estabilidade térmica e a resistência à tração dos filmes quando empregada no nível mais alto (7%). Maior teor de celulose também resultou em maior capacidade de adsorção de água e permeabilidade ao vapor de água dos hidrogéis. Na segunda etapa, fibras de cânhamo (Cannabis sativa) foram caracterizadas quanto ao seu teor de proteínas, lipídios, umidade e lignina, e foram utilizadas na produção de filmes biodegradáveis a partir de misturas contendo diferentes concentrações de PHBV e PBAT, com a adição de cera de abelha ou de carnaúba. Os filmes foram produzidos por extrusão e termoprensagem, e foram caracterizados por suas propriedades mecânicas, ângulo de contato, MEV e permeabilidade ao vapor de água. A incorporação das fibras de cânhamo resultou em filmes com maior permeabilidade ao vapor de água e menor resistência mecânica em comparação aos materiais sem adição das fibras. Os filmes com a adição das ceras apresentaram propriedades mecânicas semelhantes às dos filmes preparados sem a cera, mas exibiram ângulo de contato significativamente maior (89º), e ainda, menor permeabilidade ao vapor de água, indicativo de sua maior hidrofobicidade. De forma geral, nas duas etapas deste estudo, tanto a celulose nativa ou modificada extraída da casca de aveia, como as fibras de cânhamo, resultaram em reforço das matrizes poliméricas obtidas, assim como, os processos empregados se mostraram adequados para a produção dos biocompósitos obtidos, que podem ser considerados como alternativas em potencial para a aplicação nos setores cosméticos e de alimentos.
dc.description.abstractother1Research and development of new biodegradable products from renewable sources has increased in recent years, due to the better understanding of consumers of the origin of the materials used to manufacture the products. Based on this, new technological strategies have been used in the development of new products and processes that result in lower environmental impacts. In the present work, the general objective was to produce and characterize biocomposites in the form of hydrogels (films) from mixtures of gelatin, cellulose extracted from oat hulls, and xanthan gum, as well as films based on poly (3-hydroxybutyrate-co -3-hydroxyvalerate) (PHBV), poly (adipate-co-butylene terephthalate) (PBAT), and hemp fibers, with a view to their application in the cosmetic and food areas, respectively. Based on this, the first stage of the present study consisted of the production and characterization of the hydrogels. Initially, the cellulose was extracted from the oat hulls using peracetic acid as a delignification agent, and citric and succinic acids were used to modify the cellulose as esterifying agents at different concentrations (0, 5, 12.5 and 20%) using the reactive extrusion process. The results showed that esterification occurred in all samples for both acids, and that the modified samples showed greater hydrophobicity, but did not change their morphological structure or crystallinity pattern. This study showed that it is possible to modify cellulose through reaction with organic acids using a simple and ecologically correct process based on reactive extrusion, which has low effluent generation, short reaction times, and is scalable for large scale. Then, native and modified cellulose samples were used as reinforcement in gelatin, and xanthan gum matrices to obtain hydrogels in the form of films by reactive extrusion and thermopressing processes. The strategy employed in this study to obtain the hydrogels was effective, resulting in materials with promising properties to be used as potential pharmaceutical forms for the release of active compounds in cosmetic products. Xanthan gum acted as an alternative crosslinking agent in the formation of the polymeric matrix, resulting in hydrogels that showed pH-dependent swelling, and the highest values were obtained at pH 4, ranging from 5.3 to 7.9 g/g. Native or modified cellulose acted as a reinforcing agent for the hydrogels, increasing the thermal stability and tensile strength of the films when used at the highest level (7%). Higher cellulose content also resulted in higher water adsorption capacity and water vapor permeability of the hydrogels. In the second step, hemp (Cannabis sativa) fibers were characterized for their protein, lipid, moisture and lignin content, and were used in the production of biodegradable films from mixtures containing different concentrations of PHBV and PBAT, with the addition of beeswax or carnauba wax. The films were produced by extrusion and thermopressing, and were characterized by their mechanical properties, contact angle, SEM and water vapor permeability. The incorporation of hemp fibers resulted in films with higher permeability to water vapor, and smaller mechanical strength compared to materials without the addition of fibers. The films with the addition of waxes presented similar mechanical properties to the films prepared without the wax, but exhibited a significantly higher contact angle (89º), and even lower permeability to water vapor, indicative of its greater hydrophobicity. In general, in both stages of this study, both native or modified cellulose extracted from oat hulls, as well as hemp fibers, resulted in reinforcement of the polymeric matrices obtained, as well as the processes employed proved to be adequate for the production of biocomposites obtained, which can be considered a potential alternatives for application in the cosmetic and food sectors.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18612
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCB - Departamento de Biologia Geral
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia
dc.subjectCelulose
dc.subjectCasca de aveia
dc.subjectCânhamo
dc.subjectExtrusão reativa
dc.subjectTermoprensagem
dc.subjectBiocomposto
dc.subjectProdutos biodegradáveis - Fontes renováveis
dc.subjectBiocompósitos - Produção e caracterização
dc.subject.capesCiências Biológicas - Biologia Geral
dc.subject.cnpqCiências Biológicas - Biologia Geral
dc.subject.keywordsCellulose
dc.subject.keywordsOat hulls
dc.subject.keywordsHemp fiber
dc.subject.keywordsReactive extrusion
dc.subject.keywordsThermopressing
dc.subject.keywordsBiocomposites
dc.subject.keywordsBiodegradable products - Renewable sources
dc.subject.keywordsBiocomposites - Production and characterization
dc.titleBiocompósitos obtidos a partir de polímeros biodegradáveis e resíduos lignocelulósicos.
dc.title.alternativeBiocomposites obtained from biodegradable polymers and lignocellulosic residues.
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Biológicas

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