Nanocompósitos poliméricos biodegradáveis a base de poli(3-hidroxibutirato-CO-3-hidroxivalerato) – PHBV e óxido de grafeno (GO)
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Tipo
Dissertação
Data de publicação
2024-02-09
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Silva, Giovanna da Cruz
Orientador
Fechine, Guilhermino José Macêdo
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Maroneze, Camila Marchetti
Bettini, Sílvia Helena Prado
Bettini, Sílvia Helena Prado
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
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.
Descrição
Palavras-chave
PHBV , óxido de grafeno , nanocompósitos poliméricos biodegradáveis, , propriedades mecânicas , propriedades térmicas