Nanocompósitos poliméricos biodegradáveis a base de poli(3-hidroxibutirato-CO-3-hidroxivalerato) – PHBV e óxido de grafeno (GO)
| dc.contributor.advisor | Fechine, Guilhermino José Macêdo | |
| dc.contributor.author | Silva, Giovanna da Cruz | |
| dc.date.accessioned | 2025-03-21T15:46:43Z | |
| dc.date.available | 2025-03-21T15:46:43Z | |
| dc.date.issued | 2024-02-09 | |
| dc.description.abstract | 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. | |
| dc.description.sponsorship | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível | |
| dc.identifier.uri | https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/40277 | |
| dc.language.iso | pt_BR | |
| dc.publisher | Universidade Presbiteriana Mackenzie | |
| dc.subject | PHBV | |
| dc.subject | óxido de grafeno | |
| dc.subject | nanocompósitos poliméricos biodegradáveis, | |
| dc.subject | propriedades mecânicas | |
| dc.subject | propriedades térmicas | |
| dc.title | Nanocompósitos poliméricos biodegradáveis a base de poli(3-hidroxibutirato-CO-3-hidroxivalerato) – PHBV e óxido de grafeno (GO) | |
| dc.type | Dissertação | |
| local.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/8109533360196619 | |
| local.contributor.advisorOrcid | https://orcid.org/0000-0002-5520-8488 | |
| local.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/4474098127701626 | |
| local.contributor.board1 | Maroneze, Camila Marchetti | |
| local.contributor.board1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2414168927233444 | |
| local.contributor.board1Orcid | https://orcid.org/0000-0002-6835-4476 | |
| local.contributor.board2 | Bettini, Sílvia Helena Prado | |
| local.contributor.board2Lattes | http://lattes.cnpq.br/3687551763124327 | |
| local.contributor.board2Orcid | https://orcid.org/0000-0001-6549-2980 | |
| local.contributor.coadvisor | Crespo, Janaina da Silva | |
| local.contributor.coadvisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0253893659766034 | |
| local.contributor.coadvisorOrcid | https://orcid.org/0000-0002-0935-242X | |
| local.description.abstracten | The unrestrained consumption of petrochemical-based plastic materials and the quantity of plastic waste produced have drawn attention to biodegradable polymers. The aim of this study is to evaluate the influence of graphene oxide (GO) addition on the thermal, mechanical, and soil biodegradability properties of biodegradable poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) nanocomposites. Graphite oxide (GrO) was synthesized using the Hummers oxidation method with a benchtop reactor. To verify the synthesis effectiveness, GrO was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis) and high-resolution scanning electron microscopy field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM). The results confirmed the graphite oxidation, making it possible to identify the presence of oxygenated groups and lateral size of GO layers. The PHBV/GO nanocomposites were produced with three filler contents (0.1, 0.3 and 0.5 wt%) through melt compounding technique with the aid of a twin-screw extruder. TGA and FTIR characterizations showed no significant changes between materials (neat polymer and nanocomposites), but a decrease in the molar mass of nanocomposites was observed by ball drop viscometry. Raman spectroscopy identified enhanced filler-matrix interaction for the nanocomposite with 0.1 wt% GO (PHBV-01). XRD results indicated that GO incorporation did not alter the PHBV crystallinity, but it allowed the formation of thinner crystalline lamellae. Differential scanning calorimetry (DSC) showed that GO acted as a nucleating agent, with increased crystallization temperatures in the nanocomposites. Concerning melting temperature, a trend toward a decrease in double-melting peaks was observed with increasing GO content, suggesting a more homogeneous crystalline structure. Dynamic mechanical analysis (DMA) revealed an increase in the storage modulus and a reduction in tan δ for all nanocomposites, indicating decreased molecular chain mobility. Mechanical tests for impact resistance and tensile strength revealed improved mechanical performance for PHBV-01 compared to PHBV. This behavior was associated, through FEG-SEM, with a slightly rougher surface fracture compared to other compositions. Regarding soil biodegradation tests, the addition of GO did not significantly reduce the biodegradation rate, especially for PHBV-01. Therefore, this study produced a nanocomposite with a very low GO concentration (0.1 wt%), enhancing the thermal and mechanical properties of PHBV. These are meaningful results considering that the melt blending technique, one of the most promising for industrial applications, was used to obtain the nanocomposites. | |
| local.keywords | graphene oxide | |
| local.keywords | biodegradable polymeric nanocomposites | |
| local.keywords | mechanical properties, | |
| local.keywords | thermal properties | |
| local.publisher.country | Brasil | |
| local.publisher.department | Escola de Engenharia Mackenzie (EE) | |
| local.publisher.initials | UPM | |
| local.publisher.program | Engenharia de Materiais e Nanotecnologia | |
| local.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS |