Nanocompósitos poliméricos biodegradáveis a base de poli(3-hidroxibutirato-CO-3-hidroxivalerato) – PHBV e óxido de grafeno (GO)

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Silva, Giovanna da Cruz
• Orientador(a): Fechine, Guilhermino José Macêdo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: PHBV; óxido de grafeno; nanocompósitos poliméricos biodegradáveis,; propriedades mecânicas; propriedades térmicas
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/40277

O consumo desenfreado de materiais plásticos de base petroquímica e a quantidade de resíduos plásticos produzidos chamaram a atenção para os polímeros biodegradáveis. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da adição de óxido de grafeno (GO) nas propriedades térmicas, mecânicas e de biodegradabilidade em solo de nanocompósitos poliméricos biodegradáveis à base de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV). O óxido de grafite (GrO) foi sintetizado pela metodologia de oxidação do grafite desenvolvida por Hummers, com o auxílio de um reator de bancada. Para verificar a efetividade da síntese, o GrO foi caracterizado por análise termogravimétrica (TGA), difração de Raios-X (DRX), espectroscopia infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, espectroscopia na região ultravioleta e visível (UV-Vis) e microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-FEG). Os resultados confirmaram a oxidação do grafite, sendo possível ainda identificar os grupos oxigenados presentes e o tamanho lateral das camadas de GO. Os nanocompósitos PHBV/GO foram produzidos com três teores de carga (0,1, 0,3 e 0,5% em massa), pela mistura no estado fundido, utilizando uma extrusora dupla rosca. As caracterizações de TGA e FTIR não apresentaram alterações entre os materiais (polímero puro e nanocompósitos), porém foi observado diminuição na massa molar dos nanocompósitos por viscosimetria de queda de bolas. Na espectroscopia Raman se identificou uma melhor interação carga-matriz para o nanocompósito com 0,1% em massa de GO (PHBV-01). Os resultados de DRX indicaram que a incorporação de GO não modificou o grau de cristalinidade do PHBV, porém permitiu a formação de lamelas cristalinas mais finas. Foi observado por calorimetria exploratória diferencial (DSC) que o GO atuou como um agente nucleante, uma vez que as temperaturas de cristalização dos nanocompósitos aumentaram com a incorporação de GO. Com relação a temperatura de fusão, uma tendência à diminuição dos picos duplos de fusão foi identificada conforme o teor de GO aumentava, sugerindo uma estrutura cristalina mais homogênea. Pelas análises dinâmico mecânicas (DMA) foi observado um aumento no módulo de armazenamento e redução de tan δ para todos os nanocompósitos, o que indica uma redução da mobilidade molecular das cadeias poliméricas. Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos de resistência ao impacto e resistência à tração indicaram, quando comparado ao PHBV, um aumento na performance mecânica para o PHBV-01. Esse comportamento foi associado, através de MEV-FEG, à um aspecto levemente mais rugoso de sua superfície de fratura quando comparado às demais composições. Quanto aos ensaios de biodegradação em solo, a adição do GO não levou de forma significativa à redução da velocidade de biodegradação, especialmente para o PHBV-01. Portanto, foi produzido neste trabalho um nanocompósito com baixíssima concentração de GO (0,1% em massa), apresentando melhorias nas propriedades térmicas e mecânicas do PHBV. Estes são resultados significativos ao considerar que a técnica utilizada para a obtenção dos nanocompósitos foi a mistura no estado fundido, uma das técnicas mais promissoras para uma aplicação industrial.