Síntese e caracterização de filmes bionanocompósitos à base de biopolímeros reforçados por nanocristais de celulose bacteriana

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Costa, Fabíola Medeiros da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Embalagens; Resíduos; Nanocelulose; Sustentabilidade; Economia circular; Packaging; Waste; Nanocellulose; Sustainability; Circular economy
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/251086

Embalagens convencionais na forma de filmes são amplamente utilizadas em alimentos, e a demanda dos consumidores por alternativas mais seguras aumenta constantemente. Materiais alternativos sustentáveis são urgentemente necessários para resolver os problemas de poluição ambiental e esgotamento de recursos naturais causados por materiais plásticos não degradáveis e não renováveis de base petroquímica. Para esse fim, muitos polímeros de base biológica podem ser boa alternativa aos plásticos convencionais. Os principais biopolímeros usados em aplicações de embalagens de alimentos são polissacarídeos, proteínas e lipídios. A celulose é o biopolímero mais abundante na terra e apresenta propriedades promissoras. No entanto, ela é comumente empregada como agente de reforço em matrizes poliméricas, especialmente em forma de nanocristais, devido às suas propriedades físico-químicas satisfatórias, como ampla área de superfície específica, elevada resistência mecânica, atóxica, biodegradável e fácil funcionalidade. Nanocristais derivados de celulose bacteriana podem ser fisicamente incorporados em várias matrizes biopoliméricas para formar bionanocompósitos. O reforço pelo nanomaterial fornece propriedades melhoradas em comparação com o polímero puro, mesmo em frações muito baixas. O objetivo principal deste estudo foi analisar a viabilidade de se usar resíduos de celulose bacteriana na produção de nanocristais para ser incorporados nas soluções filmogênicas para uso em embalagens biodegradáveis. Esses nanocristais de celulose (NCs) foram incorporados nas soluções filmogênicas à base de gelatina, pectina e hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), e foi estudada a influência da adição desses nanocristais nas matrizes biopoliméricas, como agente de reforço, a partir de análises de microscopia eletrônica de varredura e por emissão de campo, pH, DRX, viscosidade das soluções filmogênicas, propriedades mecânicas, permeabilidade ao vapor de água (PVA), ângulo de contato, umidade, FTIR, transparência, TG/DTG e biodegradabilidade. O percentual em massa de nanocristais incorporados nas matrizes foi delimitado através do limiar de percolação. A estrutura resultante dos nanocristais mostrou uma forma semelhante a uma haste com dimensões em nanoescala. O pH das soluções filmogênicas não foi alterado com adição de nanocristais de celulose bacteriana (NCCB). A viscosidade da solução de HPMC é muito superior em relação à solução de gelatina e pectina. A adição de NCCB alterou significativamente as propriedades mecânicas dos filmes, principalmente nas matrizes à base de gelatina e HPMC. Em todos os bionanocompósitos foi aumentada a resistência mecânica e os NCs influenciaram significativamente nos resultados da tenacidade dos filmes à base de gelatina e HPMC. Porém, a deformação específica apresentou pouca alteração. A PVA mostrou uma tendência decrescente nos bionanocompósitos. Os filmes são hidrofílicos, apresentaram baixa umidade, microestrutura homogênea, transparentes, estáveis termicamente em inúmeras aplicações industriais e sustentáveis. Os difratogramas de raio X mostraram que à medida que vai aumentando o percentual de nanocristais os picos vão ficando mais intensos, representando assim um aumento significativo na cristalinidade. Todas os filmes desintegraram em tempo menor que o indicado pela norma ASTM 2003 e ISO 2012, logo todos são biodegradáveis. Enfim, os nanocristais contribuíram para alteração de forma positiva nas diversas propriedades estudadas e mostrou promissor na aplicação em filmes a base de materiais biopoliméricos.