Hidrogéis biodegradáveis como materiais funcionais para aplicações em ambientes agrícolas e naturais

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dc.contributor.advisorOliveira, André Luiz Martinez de
dc.contributor.authorHernandes Filho, Nilton Sérgio
dc.contributor.bancaRomagnoli, Érika Signori
dc.contributor.bancaYamashita, Fabio
dc.contributor.bancaCarvalho, Fabíola Azanha de
dc.contributor.bancaSartori, Daniele
dc.contributor.coadvisorMarim, Beatriz Marjorie
dc.coverage.extent76 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2026-09-15T16:31:34Z
dc.date.available2026-09-15T16:31:34Z
dc.date.issued2026-08-07
dc.description.abstractOs hidrogéis biodegradáveis representam uma alternativa promissora para a promoção da agricultura regenerativa, pois são capazes de absorver, armazenar e liberar água e nutrientes de forma controlada e reversível, contribuindo para a manutenção da umidade do solo, a estimulação da atividade microbiológica e o equilíbrio dos serviços ecossistêmicos, com efeitos diretos no desenvolvimento vegetal. Nesse contexto, este estudo investigou a síntese e a caracterização de hidrogéis formulados a partir de biopolímeros e biomateriais naturais, incluindo amido, celulose, gelatina, casca de aveia, grafite, carboximetilcelulose (CMC), tanino, ácido cítrico, glicerol e meio de cultura MCA-4 contendo a bactéria promotora do crescimento vegetal Azospirillum brasilense Ab-V5. Quatro formulações distintas de hidrogéis foram desenvolvidas variando-se as proporções dos componentes da matriz sólida, com o objetivo de integrar sustentabilidade, desempenho funcional e viabilidade tecnológica em um material com potencial para aplicações agrícolas. As misturas foram previamente homogeneizadas e processadas por extrusão reativa utilizando uma extrusora de rosca simples em escala laboratorial, seguida de secagem e peletização dos materiais obtidos, utilizando glicerol como plastificante e ácido cítrico como agente reticulante. A caracterização físico-química e estrutural foi realizada por meio da avaliação da porosidade, análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV), identificação de grupos funcionais e interações químicas por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), além da determinação da capacidade de intumescimento, retenção de água e isotermas de sorção de água. Entre as quatro formulações desenvolvidas, o hidrogel H1 apresentou desempenho superior de intumescimento, atingindo grau de intumescimento de 244% após 24 horas de imersão em água, e promoveu maior crescimento radicular nos ensaios biológicos, com comprimento médio de raiz de 2,79 cm no quinto dia de avaliação, significativamente superior ao observado para a amostra controle (0,91 cm). Os resultados indicam que o desempenho dos hidrogéis é influenciado pela interação entre a capacidade de absorção de água, a composição da formulação e as características estruturais da rede polimérica. Além disso, o processo de produção dos hidrogéis por extrusão reativa demonstrou eficiência tecnológica, capacidade de processamento contínuo, baixa geração de efluentes e potencial de escalabilidade para produção em larga escala, reforçando a viabilidade desses materiais para aplicações agrícolas
dc.description.abstractother1Biodegradable hydrogels represent a promising alternative for promoting regenerative agriculture, as they are capable of absorbing, storing, and releasing water and nutrients in a controlled and reversible manner, thereby contributing to soil moisture maintenance, stimulation of microbiological activity, and balance of ecosystem services, with direct effects on plant development. In this context, this study investigated the synthesis and characterization of hydrogels formulated from biopolymers and natural biomaterials, including starch, cellulose, gelatin, oat hulls, graphite, carboxymethyl cellulose (CMC), tannin, citric acid, glycerol, and MCA-4 culture medium cultivated with the plant growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense Ab-V5. Four distinct hydrogel formulations were developed by varying the proportions of the solid matrix components, aiming to integrate sustainability, functional performance, and technological feasibility into a material with potential agricultural applications. The mixtures were previously homogenized and processed by reactive extrusion using a laboratory-scale single-screw extruder, followed by drying and pelletizing of the obtained materials, using glycerol as a plasticizer and citric acid as a crosslinking agent. Physicochemical and structural characterization was performed through porosity evaluation, morphological analysis by scanning electron microscopy (SEM), identification of functional groups and chemical interactions by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), as well as determination of swelling capacity, water retention, and water sorption isotherms. Among the four developed formulations, hydrogel H1 exhibited superior swelling performance, reaching a swelling degree of 244% after 24 hours of water immersion, and promoted greater root growth in biological assays, with an average root length of 2.79 cm on the fifth day of evaluation, significantly higher than that observed for the control sample (0.91 cm). The results indicate that the performance of the hydrogels is influenced by the interaction between water absorption capacity, formulation composition, and structural characteristics of the polymeric network. Furthermore, the hydrogel production process via reactive extrusion demonstrated technological efficiency, continuous processing capability, low effluent generation, and scalability potential for large-scale production, reinforcing the feasibility of the material for agricultural applications
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/19951
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Bioquímica e Biotecnologia
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia
dc.subjectAgricultura regenerativa
dc.subjectExtrusão reativa
dc.subjectFibra natural
dc.subjectGrafite
dc.subjectHidratação do solo
dc.subjectHidrogéis agrícolas
dc.subjectHidrogéis biodegradáveis
dc.subjectBiopolímeros
dc.subjectAgricultura
dc.subject.capesCiências Biológicas - Bioquímica
dc.subject.cnpqCiências Biológicas - Bioquímica
dc.subject.keywordsRegenerative agriculture
dc.subject.keywordsReactive extrusion
dc.subject.keywordsNatural fiber
dc.subject.keywordsGraphite
dc.subject.keywordsSoil hydration
dc.subject.keywordsAgricultural hydrogels
dc.subject.keywordsBiodegradable hydrogels
dc.subject.keywordsBiopolymers
dc.subject.keywordsAgriculture
dc.titleHidrogéis biodegradáveis como materiais funcionais para aplicações em ambientes agrícolas e naturais
dc.title.alternativeBiodegradable hydrogels as functional materials for applications in agricultural and natural environments
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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