Obtenção e caracterização de filmes monocamadas para embalagens flexíveis: nanocompósitos à base de poli(adipato-co-tereftalato de butileno) e óxido de grafeno

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dc.contributor.advisorFechine, Guilhermino José Macêdo
dc.contributor.authorCardoso, Karina Laura Fernandes
dc.date.accessioned2025-03-21T11:04:43Z
dc.date.available2025-03-21T11:04:43Z
dc.date.issued2025-02-07
dc.description.abstractO uso de materiais plásticos contribuiu significativamente para o desenvolvimento econômico global. No entanto, seu consumo excessivo e descarte inadequado têm causado sérios problemas ambientais. Em resposta a essa questão, este trabalho propõe o estudo de nanocompósitos com uma matriz polimérica biodegradável, o PBAT, e nanocarga de óxido de grafeno (GO), para uso em embalagens flexíveis com teores de 0,05, 0,1 e 0,25% em massa de GO. O óxido de grafeno foi sintetizado através do método de Hummers modificado e caracterizado por meio de difração de Raio-X, análise termogravimétrica, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura. Verificou-se que o GO não modificou a hidrofobicidade e o grau de cristalinidade do PBAT. Os filmes nanocompósitos foram produzidos por mistura no fundido, mediante extrusão, e caracterizados quanto às propriedades morfológicas, de barreira a gases, mecânicas, transmissão de luz e biodegradabilidade. A redução da massa molar devido à incorporação de GO foi verificada, e pode ser a principal razão para a diminuição observada na resistência à tração e aumento no alongamento. A nanocarga permitiu bloqueio ultravioleta, estabilidade térmica e certas melhorias na barreira de oxigênio sem comprometer a transparência do filme. Comparado ao filme PBAT puro, a maior concentração, contendo 0,25% de GO apresentou uma redução do coeficiente de permeabilidade ao oxigênio em 13,6% e o alongamento e a tenacidade também foram melhorados em 90% e 33%, respectivamente. Além disso, essa composição também foi capaz de acelerar a taxa de mineralização de PBAT no solo, provavelmente devido a menor massa molar dos nanocompósitos em relação ao polímero puro. As informações preliminares obtidas neste trabalho indicam que o nível de degradação hidrolítica de PBAT durante o processo de extrusão não foi alto o suficiente para evitar sua aplicação em embalagens de alimentos, uma vez que a barreira térmica, barreira a gases, propriedades mecânicas e UV obtidas ainda demonstram uma combinação de desempenho adequada para esta finalidade. Esse equilíbrio de propriedades sugere que os nanocompósitos desenvolvidos podem ser aplicados em embalagens flexíveis, com potencial de otimização em pesquisas futuras.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
dc.description.sponsorshipCNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenzie
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/40268
dc.language.isopt_BR
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.subjectPBAT
dc.subjectóxido de grafeno
dc.subjectnanocompósitos poliméricos biodegradáveis
dc.titleObtenção e caracterização de filmes monocamadas para embalagens flexíveis: nanocompósitos à base de poli(adipato-co-tereftalato de butileno) e óxido de grafeno
dc.typeDissertação
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8109533360196619
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-5520-8488
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0827626894087638
local.contributor.board1Maroneze, Camila Marchetti
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2414168927233444
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6835-4476
local.contributor.board2Carvalho, Laura Hecker de
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/6358009621640820
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-3118-0123
local.description.abstractenThe use of plastic materials has significantly contributed to global economic development. However, their excessive consumption and improper disposal has caused serious environmental problems. In response to this issue, this work proposes the study of nanocomposites with a biodegradable polymer matrix, PBAT, and graphene oxide (GO) nanofiller, for use in flexible packaging with GO contents of 0.05, 0.1, and 0.25% by weight. Graphene oxide was synthesized through the modified Hummers method and characterized by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy. It was found that GO did not alter the hydrophobicity or the degree of crystallinity of PBAT. The nanocomposite films were produced by melt blending via extrusion and characterized regarding their morphological, gas barrier, mechanical, light transmission, and biodegradability properties. The molecular weight reduction due to GO incorporation was observed and may be the primary reason for the decrease in tensile strength and the increase in elongation. The nanofiller provided ultraviolet blocking, thermal stability, and certain improvements in oxygen barrier properties without compromising the film’s transparency. Compared to pure PBAT film, the highest GO concentration (0.25%) achieved a 13.6% reduction in the oxygen permeability coefficient, while elongation and tenacity were also improved by 90% and 33%, respectively. Additionally, this composition accelerated the PBAT mineralization rate in soil, likely due to the lower molecular weight of the nanocomposites compared to the neat polymer. Preliminary findings obtained in this study indicates that the level of PBAT hydrolytic degradation during the extrusion process was not high enough to prevent its application in food packaging, since the thermal barrier, gas barrier, mechanical and UV barrier properties obtained still demonstrate a combination of performance suitable for this purpose. This balance of properties suggests that the developed nanocomposites can be applied in flexible packaging, with potential for optimization through future research.
local.description.sponsorshipOtherEmpresa/Indústria: ITAL (Centro de Tecnologia de Embalagem)
local.keywordsPBAT
local.keywordsgraphene oxide
local.keywordsbiodegradable polymeric nanocomposites
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologia
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS
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