Desenvolvimento de biocompósito à base de amido de mandioca e fibras de eucalipto modificadas com nanopartículas de prata
| dc.contributor.advisor1 | Machado, Marta Albuquerque | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0001-8335-3351 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5991893415892784 | |
| dc.contributor.author | Santos, Luisa Borges dos | |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0009-0001-9653-5186 | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/3784351753717889 | |
| dc.contributor.referee1 | Silva, Marcelo Henrique Prado da | |
| dc.contributor.referee2 | Silva Filho, Elói Alves da | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-04T16:41:02Z | |
| dc.date.available | 2025-06-04T16:41:02Z | |
| dc.date.issued | 2025-03-19 | |
| dc.description.abstract | This study describes the production of a thermoplastic starch-based (ATP) biocomposite reinforced with eucalyptus fibers (FE) chemically treated and modified with silver nanoparticles by thermocompression technique. The fibers were subjected to an alkaline process, followed by bleaching by hydrogen peroxide. To investigate the particle size effect of the reinforcing fibers, biocomposites containing 20 %(w/w) fibers in the particle size ranges of 75–250 𝜇m (ATP/FE75), 250–600 𝜇m (ATP/FE250) e 600–1800 𝜇m (ATP/FE600) were prepared. Then, the effect of the reinforcement load content (5, 10, 20 and 30 %w/w) was evaluated, maintaining the fixed particle size (600–1800 μm). Finally, silver nanoparticles were incorporated into the bleached fibers and the biocomposite (ATP/Ag@FE) containing the modified fibers was prepared in order to evaluate the influence of the modification. The treated fibers were analyzed by Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) to evaluate changes in the composition of the fibers and their crystal structure. All biocomposite samples formulated in this study were characterized by scanning light and electron microscopy, tensile tests, moisture absorption, and swelling. The sorption capacity of the biocomposites in petroleum/water emulsion was also evaluated. Micrographs revealed a higher matrix-fiber adhesion for the ATP/FE600 sample, which resulted in a 30% increase in maximum tensile strength, 63 % in tensile modulus and a 27 % reduction in elongation compared to the unreinforced sample. In contrast, tensile tests identified that a higher fraction of reinforcement fibers per volume of the biocomposite can impair adhesion, generating points of failure in the material. Regarding fiber content, the sample containing 10 %(w/w) showed an increase of 226 % in the maximum tensile strength and reduction of 63.9 % in elongation in relation to the sample without reinforcement. Meanwhile, samples containing 20 and 30 %(w/w) of fibers showed lower adhesion between the fiber and matrix, as evidenced by tensile tests and optical and scanning electron micrographs. In addition, surface modification with nanoparticles can improve the storage capacity of the material and can be applied to the treatment of oily emulsions, with a sorption capacity of the material of 53.8 %, and preserving the integrity of the material, slowing down the growth of microorganisms. The control of size and fraction, as well as the possibility of modifying the surface of the reinforcement material emerge as strategies to improve mechanical attributes and mitigate moisture/water absorption tendencies in starch-based biocomposites, contributing to sustainable and high-performance materials. | |
| dc.description.resumo | Este estudo descreve a obtenção de biocompósitos à base de amido termoplástico (ATP) de mandioca reforçado com fibras de eucalipto (FE) tratadas quimicamente e modificadas com nanopartículas de prata por meio da técnica de termocompressão. As fibras foram submetidas a um processo alcalino, seguido de branqueamento por peróxido de hidrogênio. Para investigar o efeito do tamanho de partícula das fibras de reforço, prepararam-se biocompósitos contendo 20 %(m/m) de fibras nas faixas granulométricas de 75–250 𝜇m (ATP/FE75), 250–600 𝜇m (ATP/FE250) e 600–1800 𝜇m (ATP/FE600). Em seguida, avaliou-se o efeito do teor de carga de reforço (5, 10, 20 e 30 %m/m) mantendo a granulometria fixa (600–1800 𝜇m). Por fim, incorporou-se nanopartículas de prata nas fibras branqueadas e o biocompósito (ATP/Ag@FE) contendo as fibras modificadas foi preparado a fim de avaliar a influência da modificação. As fibras tratadas foram analisadas por Espectroscopia de Absorção na região do Infravermelho (FTIR) e por difração de raios X (DRX) para avaliar alterações na composição das fibras e sua estrutura cristalina. Todas as amostras de biocompósitos formuladas neste estudo foram caracterizadas por microscopia ótica e eletrônica de varredura, testes de tração, absorção de umidade e intumescimento. Também foi avaliada a capacidade de sorção dos biocompósitos em emulsão de petróleo em água. As micrografias revelaram uma maior adesão matriz-fibra para a amostra de ATP/FE600, que resultou em um aumento de 30 % na resistência máxima à tração, 63 % no módulo elástico e uma redução de 27 % no alongamento em relação à amostra sem reforço. Por outro lado, testes de tração identificaram que uma maior fração de fibras de reforço por volume do biocompósito pode prejudicar a adesão, gerando pontos de falha no material. Quanto ao teor de fibras, a amostra contendo 10 %(m/m) apresentou um aumento de 226 % na resistência máxima à tração e redução de 63,9 % no alongamento em relação à amostra sem reforço. Entretanto, as amostras contendo 20 e 30 %(m/m) de fibras demonstraram menor adesão entre a fibra e a matriz, evidenciados pelos testes de tração e micrografias ótica e eletrônica de varredura. Além disso, a modificação da superfície com nanopartículas pode aprimorar a capacidade de armazenamento do material, podendo ser aplicado a tratamento de emulsões oleosas, com uma capacidade de sorção do material de 53,8 %, além de preservar a integridade do material, retardando o crescimento de fungos em sua superfície. O controle do tamanho e fração, bem como a possibilidade de modificação da superfície do material de reforço surgem como estratégias para melhorar os atributos mecânicos e mitigar tendências de absorção de umidade/água em biocompósitos à base de amido, contribuindo para materiais sustentáveis e de elevado desempenho. | |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ufes.br/handle/10/19693 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Mestrado em Química | |
| dc.publisher.department | Centro de Ciências Exatas | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Amido termoplástico | |
| dc.subject | Fibras de eucalipto | |
| dc.subject | Biopolímeros | |
| dc.subject.cnpq | Química | |
| dc.title | Desenvolvimento de biocompósito à base de amido de mandioca e fibras de eucalipto modificadas com nanopartículas de prata | |
| dc.title.alternative | Development of biocomposite based on cassava starch and eucalyptus fibers modified with silver nanoparticles | |
| dc.type | masterThesis |