Desenvolvimento de bionanocomp?sitos utilizando nanofibras celul?sicas de bambu como agente de refor?o em matriz de amido e ?lcool polivin?lico.

Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metal?rgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.Diante da necessidade de produtos mais sustent?veis, nanofibras de materiais lignocelul?sicos podem ser uma alternativa para o desenvolvimento de novos materiais a serem utilizados em diferentes aplica??es. Neste sentido, bionanocomp?sitos a partir da mistura de pol?meros biodegrad?veis refor?ados com nanofibras de polpa de bambu, para aplica??es na ind?stria de embalagens pl?sticas e setor agr?cola, utilizando o m?todo ?casting?, foram confeccionados. As polpas de bambu foram obtidas industrialmente atrav?s do processo qu?mico soda/antraquinona, seguido de refino em moinho de disco, a partir de bambu com dois anos de idade. O primeiro estudo teve como meta determinar a metodologia de branqueamento da polpa. Os resultados mostraram que a solu??o com 4% de hidr?xido de s?dio e 24% de peroxido de hidrog?nio, na propor??o de 1:1, proporcionou melhores rendimento e alvura. A efici?ncia promovida pelos pr?-tratamentos qu?micos e mec?nico foi avaliada atrav?s dos resultados de suas analises qu?micas durante o segundo estudo experimental. As analises confirmaram a efici?ncia ao revelar um aumento gradativo do teor de alfa-celulose, apos o primeiro branqueamento, em rela??o ? fibra ?in natura?. No terceiro estudo, a polpa branqueada foi utilizada na obten??o de nanofibras atrav?s de um desfibrilador mec?nico Super Masscolloider Masuko Sangyo MKCA6-3, seguido de cavita??o em sonicador de 450W. A influencia do numero de passagens das suspens?es de nanofibras pelo desfibrilador nas suas propriedades morfol?gicas, estruturais, ?ticas, t?rmicas e viscosim?tricas foi analisada e avaliada apos sua dilui??o e sonica??o. Apos 30 passagens, a suspens?o se mostrou mais dispersa e transparente na faixa compreendida entre 400 e 800 nm, tornando-se mais est?vel que as demais. A an?lise de microscopia de forca at?mica revelou uma redu??o de 87,2% nos valores m?dios das larguras das nanofibras destas suspens?es em rela??o aquelas com 5 passagens. O quarto estudo foi norteado para averiguar as propriedades morfol?gicas, viscoamilogr?ficas, t?rmicas, microestruturais e funcionais dos gr?nulos de polissacarideos. Por apresentar baixos valores de setback e viscosidade de quebra, aliado a elevados valores de viscosidade m?xima, viscosidade final e temperatura de pasta, os gr?nulos de amido de modificado de mandioca (FMM) exibiram um alto potencial para forma??o de biofilmes. O quinto estudo foi dirigido a produ??o e sele??o de biofilmes para a forma??o da blenda. Ap?s a defini??o das concentra??es de solu??o filmog?nica e plastificantes dos biofilmes de polissacarideo e ?lcool polivin?lico (PVA), fundamentado nas suas propriedades subjetivas, morfol?gicas, mec?nicas, t?rmicas, microestruturais e f?sicas, foram escolhidas as formula??es com 3% de FMM e 12% de glicerol e com 4% de PVA e 25% de glicerol. O sexto estudo foi conduzido para a elabora??o da blenda. Cinco formula??es foram elaboradas e avaliadas em fun??o de suas propriedades funcionais, morfol?gicas, mec?nicas, t?rmicas e f?sicas. A blenda com 80% de PVA e 20% de FMM se mostrou mais eficiente exibindo caracter?sticas almejadas para a forma??o da matriz do bionanocomp?sito. No s?timo estudo, a blenda selecionada foi refor?ada com nanofibras obtidas apos 5 e 30 passagens pelo desfibrilador nas concentra??es de 0,5; 1,5; 4,5 e 6,5% (b.s). Os bionanocomp?sitos foram avaliados segundo suas propriedades mec?nicas, estruturais, morfol?gicas, f?sicas e t?rmicas. O bionanocomp?sito com 6,5% de nanofibras com 30 passagens apresentou um aumento de 24 e 51% em seus valores m?dios de tens?o e alongamento m?ximo na ruptura, respectivamente, em rela??o a blenda de controle. O contrario aconteceu com os valores m?dios de permeabilidade ao vapor de ?gua e solubilidade. Houve uma redu??o de 20 e 30%, respectivamente.Considering the need to more sustainable products, nanofibrils from lignocellulosic materials can be an alternative for developing of new materials for different applications. In this sense, bionanocomposites were made using the casting method from the mixture of biodegradable polymers reinforced with nanofibrils of bamboo pulp for applications on the industry of plastic packages and agricultural sector. The bamboo pulp were obtained industrially by the soda-anthraquinone chemical process followed by refining in a disk mill from bamboo with two years of age. The first study aimed to determine the methodology of pulp whitening. Results showed that the solution with 4% of sodium hydroxide and 24% of hydrogen peroxide in the proportion 1:1 provided the best income and whiteness. The efficiency promoted by the chemical and mechanical pre-treatments was evaluated through the results of chemical analysis during the second study. Analyses have confirmed the efficiency when revealing a gradual increase on the content of alpha-cellulose after the first whitening in relation to the native fiber. In the third experimental study, the bleached pulp was used to obtain the nanofibrils in a mechanical defibrillator super Masscolloider Masuko Sangyo MKCA6-3, followed by cavitation in sonicator of 450W. The influence of number of passages of the nanofibril suspensions through the mechanical defibrillator under the morphological, structural, optical and viscosimetric properties was analyzed and assessed after dilution and sonication. After 30 passages the suspension was more disperse and transparent in the range between 400 and 800 nm, thus becoming more stable than others. The analysis at atomic force microscopy revealed a reduction of 87.2% on mean values of the nanofribril width of these suspensions in relation to those with 5 passages. The forth study was conducted in order to verify the morphological, viscoamylographic, thermal, microstructural and functional properties of the polysaccharide granules. Due to the low values of setback and breaking viscosity allied to the high values of maximum and final viscosity and paste temperature, the granules of modified cassava starch (FMM) exhibited a high potential to form biofilms. The fifth study was directed to the production and selection of biofilms for the blend formation. After defining the concentrations of the filmogenic solution and plasticizers for biofilms of polysaccharide and polyvinyl alcohol (PVA) based on their subjective, morphological, mechanical, thermal, microstructural and physical properties, the formulations with 3% of FMM and 12% of glycerol and 4% of PVA and 25% of glycerol were chosen. The sixth study was conducted to make the blend. Five formulations were made and assessed according to their functional, morphological, mechanical, thermal and physical properties. The blend with 80% of PVA and 20% of FMM was more efficient, exhibiting desirable characteristics for the formation of the bionanocomposite matrix. In the seventh study, the selected blend was reinforced with nanofibrils obtained after 5 and 30 passages by the defibrillator in the concentrations 0.5, 1.5, 4.5 and 6.5% (dry weight). The produced bionanocomposites were assessed according to their mechanical, structural, morphological, physical and thermal properties. The bionanocomposite with 6.5% of nanofibrils and 30 passages presented an increase of 24 and 51% on mean values of maximum tensile strength and maximum elongation at break, respectively, in relation to the control blend. The opposite was observed with mean values of water vapor permeability and water solubility. There was a reduction of 20 and 30%, respectively