Desenvolvimento de um antitranspirante foliar a partir de matérias-primas renováveis e resíduo industrial com adição de TiO2 para a redução do estresse hídrico em cultivares

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2021.O emprego de matérias-primas de fontes renováveis no desenvolvimento de novas tecnologias tem como objetivo principal a substituição de derivados de petróleo, além de possuírem maior potencial biodegradável. Um grande desafio das indústrias é encontrar soluções para seus resíduos e fornece-lhes um destino mais nobre. Diante destas premissas, foi desenvolvido um biopoliol a partir de óleo de mamona, glicerol e licor negro para a aplicação na agricultura como agente antitranspirante. As matérias-primas, o poliol e as dispersões foram caracterizadas quanto a análises de pH, densidade, viscosidade, comportamento reológico, teor de sólidos, teor de cinzas, tamanho de partícula, índice de acidez, teor de umidade, estudo da síntese, DRX, FTIR, TGA, DSC, potencial zeta, estabilidade acelerada e ésteres metílicos. As dispersões foram aplicadas em folhas de soja e café e analisado a emissividade, espalhabilidade, temperatura foliar e massa aplicada. Também foi determinado o FPS e a fitotoxicidade. Para a produção do biopoliol empregou-se uma concentração limite de 30% v/v de licor negro sob a proporção de óleo de mamona. O poliol apresentou densidade relativa de 1503,9 kg·m-3 e comportamento reológico de um fluido pseudoplástico com limite de escoamento. A proporção encontrada de ésteres metílicos por CG-MS do óleo de mamona e biopoliol é similar, constatando que a reação de interesterificação não degradou significativamente suas estruturas. A análise de FTIR mostrou um desvio no número de onda do óleo de mamona 964 cm-1 para o biopoliol 924 cm-1 o que pode estar indicando que houve a reação de interesterificação. Como não foi adicionado catalisador ao processo, foi investigado sua atuação na reação e foi constatado que a temperatura de 210 °C favorece a quebra das ligações alifáticas da lignina e proporciona o aumento dos grupos fenólicos, induzindo a uma geração de catalisador. O poliol foi disperso em água nas concentrações de 1% (dispersão B1) e 2% (dispersão B2) m/v com objetivo de atuar como antitranspirantes em cultivares. Visando maximizar os resultados, foi adicionado às formulações de biopoliol, 0,5% m/v de TiO2 para atuar como agente reflexivo. As formulações apresentaram pH médio de 8,6, e tamanho de partícula abaixo de 300 nm podendo ser consideradas nanométricas. O potencial zeta encontrado ficou em torno de -20 mV, inferindo que as dispersões possuem baixa estabilidade eletrostática e a estabilidade por análise acelerada, constatou que as dispersões B1 e B2 são estáveis, indicando que pode estar ocorrendo impedimento estérico. As formulações foram aplicadas em folhas de soja (Glycine max) e a variação da temperatura foliar foi avaliada. Os resultados mostram que na maior concentração de poliol a temperatura foliar ficou acima das demais, caracterizando a ação antitranspirante. Quando adicionado TiO2 à formulação, as temperaturas foliares decaíram, ficando evidente a ação reflexiva desse composto. A formulação que se destacou foi na menor concentração de poliol com adição de TiO2, onde apresentou as menores temperatura foliares. Os testes de fitotoxicidade por germinação de sementes, constataram que nas maiores concentrações as formulações são altamente tóxicas e nas menores, são estimulantes.Abstract: The use of raw materials from renewable sources in the development of new technologies has as its main objective the replacement of petroleum derivatives, in addition to showing greater biodegradable potential. A major challenge for industries is to find solutions for their waste and provide them with a nobler destination. Given these premises, a biopolyol was developed from castor oil, glycerol and black liquor for agricultural application as an antitranspirant agent. The raw materials, biopolyol and the dispersions were characterized for pH, density, viscosity, rheological behavior, solids content, ash content, particle size, acid index, water content, synthesis study, XRD, FTIR, TGA, DSC, zeta potential, accelerated stability and methyl esters content. The dispersions were applied to soybean and coffee leaves and analyzed for emissivity, spreadability, leaf temperature and application mass. The SPF and phytotoxicity were also determined. For the production of polyol, a limit concentration of 30% v/v of black liquor was used under the proportion of castor oil. The polyol shows a relative density of 1503.9 kg·m-3 and rheological behavior of a yield pseudoplastic. The proportion of methyl esters found by GC-MS of castor oil and biopolyol is similar, revealing that the interesterification reaction did not significantly degrade their structures. The FTIR analysis showed a shift in wavenumber from castor oil 964 cm-1 to biopolyol 924 cm-1 which may be indicating that an interesterification reaction occurred. In addition to the catalyst present in the black liquor, there was generation of catalyst during the synthesis due to the elevated temperature 210 °C, favoring the break of aliphatic bonds of lignin and increasing the phenolic groups, inducing catalyst generation. Polyol was dispersed in water at concentrations of 1% (dispersion B1) and 2% (dispersion B2) m/v in order to act as antitranspirant in cultivars. In order to maximize results, 0.5% m/v TiO2 was added to the biopolyol formulations to act as a reflective agent. The formulations had an average pH of 8.6 and particle size below 300 nm, that can be considered nanometric. The zeta potential found was around -20 mV, inferring that the dispersions have low electrostatic stability, also, the stability evaluated by the accelerated analysis found that the dispersions B1 and B2 are stable, indicating that steric shielding may be occurring. The formulations were applied to soybean leaves (Glycine max) and leaf temperature variation was evaluated. The results showed that at the highest concentration of polyol (B2) the leaf temperature was higher than the others, showing the antitranspirant action. When TiO2 was added to the formulation, leaf temperatures decreased, making evident the reflective action of this compound. The highlighted formulation was the B1T where it presented the lowest leaf temperature. Phytotoxicity tests by seed germination found that at the highest concentrations, the formulations are highly toxic and at the lowest, they are stimulant