Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS BIODEGRADÁVEIS DE PLA REFORÇADOS COM MACRO, MICRO E NANO ESTRUTURAS DE CELULOSE DE RESÍDUO DE ALGODÃO
JOSE RICARDO NUNES DE MACEDO
DISSERTAÇÃO
27/09/2018

Na sociedade moderna, os polímeros ganharam destaque devido ao fácil processamento, menor custo e variedade de matérias primas que tornaram abundante sua disseminação e consequentemente seu descarte inadequado. Paralelamente os polímeros biodegradáveis ganharam destaque para minimizar este impacto ambiental, bem como suas composições reforçadas com outras estruturas mais resistentes - compósitos. Entre estas estruturas de reforço estão as fibras naturais de alto caráter celulósico, como o algodão, outro resíduo natural e abundante. Destaca-se como matriz polimérica para estes compósitos o poli(ácido láctico) (PLA) que também advém de fontes renováveis, é biodegradável e apresenta propriedades similares aos commodities. Embora este polímero e esta fibra sejam promissores, há poucos estudos envolvendo estes em compósitos e nanocompósitos. Neste trabalho pretende-se aprofundar o efeito das estruturas de celulose, em diferentes dimensões (macro/micro/nano), obtidas de resíduo de algodão natural, quando incorporadas em PLA sem aditivação. As estruturas de celulose foram caracterizadas quanto à composição química (análise de teores e/ou espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier), difração de raios-X, análise dimensional, comportamento superficial (potencial Zeta, ângulo de contato e sorção de água) e microscopia confocal de varredura a laser. O PLA e seus compósitos foram caracterizados similarmente, além de ensaios mecânicos de tração (módulo de Young, resistência à tração e elongamento) e de degradação em diferentes meios líquidos (biótico e abiótico) atualmente normatizados. Os resultados mostraram que o resíduo agrícola de algodão foi uma fonte acessível para obtenção de reforço celulósico de baixo custo sem necessidade de tratamento químico. Ainda, a adição destas fibras em escala macro influencia principalmente na rápida retenção de água e em um alto limite de sorção e, com aumento do módulo de Young. A diminuição das fibras para escala micro mostra menor resistência mecância com maior elasticidade, menores molhabilidade e cristalinidade, apresentando maior constante cinética de degradação, com maior crescimento de biofilme. Já o compósito PLA-nano mostrou alterações significativas para aumento da molhabilidade com pouca sorção de água, a maior estabilidade em degradação abiótica e biótica e, melhores desempenhos mecânicos em módulo e da resistência máxima. Por fim, os resultados mostram que a dimensionalidade do reforço de celulose, macro, micro e nano, afeta tanto o desempenho mecânico do compósito de PLA, como esperado, mas também modificam outras propriedades importantes para acelerar ou retardar sua degradação final, e seu perfil de cinética de degradação.

PLA;nanocristais de celulose;nanocompósitos;resíduo de algodão
In modern society, polymers have gained prominence due to the easy processing, lower cost and variety of raw materials that have made their dissemination abundant and consequently their inappropriate disposal. At the same time, biodegradable polymers have been highlighted to minimize this environmental impact, as well as their compositions reinforced with other more resistant - composite structures. Among these reinforcing structures are natural fibers of high cellulosic character, such as cotton, another natural and abundant residue. Poly (lactic acid) (PLA), which also comes from renewable sources, is biodegradable and presents similar properties to the commodities. Although this polymer and fiber are promising, there are few studies involving these in composites and nanocomposites. This work intends to deepen the effect of cellulose structures, in different sizes (macro / micro / nano), obtained from natural cotton waste, when incorporated in PLA without additives. The cellulose structures were characterized as chemical composition (Fourier transform and / or infrared spectroscopy), X-ray diffraction, dimensional analysis, surface behavior (Zeta potential, contact angle and water sorption) and Confocal scanning laser microscopy. The PLA and its composites were similarly characterized, as well as mechanical tensile tests (Young's modulus, tensile strength and elongation) and of degradation in different liquid media (biotic and abiotic) currently standardized. The results showed that the agricultural cotton residue was an accessible source for low cost cellulosic reinforcement without the need for chemical treatment. Moreover, the addition of these fibers in macro scale mainly influences the fast retention of water and a high limit of sorption and, with increase of the Young's modulus. The reduction of the fibers to micro scale shows lower mechanical resistance with higher elasticity, lower wettability and crystallinity, presenting higher kinetic degradation constant, with higher biofilm growth. On the other hand, the PLAnano composite showed significant changes to increase wettability with low sorption of water, higher stability in abiotic and biotic degradation, and better mechanical performances in modulus and maximum strength. Finally, the results show that the dimensionality of cellulose reinforcement, macro, micro and nano, affects both the mechanical performance of the PLA composite as expected, but also modify other important properties to accelerate or retard its final degradation, and its profile of degradation kinetics.
PLA;cellulose nanocrystals;nanocomposites;cotton residue
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
MATERIAIS FUNCIONAIS AVANÇADOS
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Banca Examinadora

DERVAL DOS SANTOS ROSA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
ALEXANDRE TADEU PAULINO Participante Externo
RODRIGO DE FREITAS BUENO Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24

Vínculo

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Não