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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10558
Document type: Tese
Title: Desenvolvimento de um aditivo biodegradante e sua aplicação em nanocompósito de PEBD biodegradável e compostável
Author: Menezez, Gabriela Messias Miranda 
Advisor: Ligabue, Rosane Angélica
Abstract (native): Devido ao acúmulo de plásticos no meio ambiente, tem crescido a busca por estratégias para conferir biodegradabilidade a estes materiais, como por exemplo a inserção de biomoléculas em materiais poliméricos durante o processamento termomecânico. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um aditivo biodegradante para ser aplicado como promotor e facilitador do processo de biodegradação de polietileno de baixa densidade (PEBD) comercial em ambientes naturais, como o solo. O aditivo biodegradante produzido foi caraterizado por técnicas espectroscópicas e microscópicas, análise termogravimétrica e dosagem da atividade enzimática. Após isso, nanocompósitos foram produzidos pela incorporação do mesmo em PEBD e os filmes destes materiais (PE/aditivo) foram caracterizados quanto as características estruturais, morfologia, propriedades térmicas, comportamento frente ao processo de envelhecimento acelerado e biodeterioração em condições de compostagem, bem como biodegradabilidade em solo na condição de 30°C durante 83 dias e isolamento dos possíveis microrganismos biodegradadores presentes durante este processo. Por fim, a ecotoxicidade dos filmes sem qualquer tratamento prévio foi avaliada por meio da quantificação da massa seca e fresca e do comprimento das raízes e da parte aérea da espécie vegetal Cucumis sativus L após 45 dias. A partir dos resultados obtidos, foi constatado a presença do aditivo nos filmes nanocompósitos de PEBD, a qual não gerou alterações nas propriedades térmicas do polímero. O processo de envelhecimento acelerado levou a muitas alterações na superfície do PE puro e PE/aditivo, como o aparecimento de micro rachaduras, bem como a fragmentação do material no nível de “bulk”. Grupos funcionais (C=O e –OH) foram incorporados na superfície, modificando as características estruturais das amostras. Também foram observadas alterações nas propriedades térmicas após o envelhecimento acelerado, como redução nas temperaturas iniciais de degradação térmica. Em relação a biodeterioração dos filmes antes e após o envelhecimento, a presença de uma quantidade maior de microrganismos aderidos foi observada na superfície dos materiais envelhecidos em comparação com os filmes não envelhecidos. Durante o período de incubação de PE/aditivo em solo foi observado uma grande produção de CO2 em relação a PE puro e comportamento similar ao controle positivo do ensaio. A partir do cultivo destes filmes biodegradados, foram isoladas dez cepas de bactérias Gram-positivas de morfologia bacilar e duas cepas de fungos filamentosos. Dos dez isolados bacterianos, seis foram identificadas como pertencentes aos gêneros Bacillus e Lysinibacillus. Filmes de PE/aditivo e PE puro geraram baixa toxicidade ao crescimento e à saúde da espécie vegetal avaliada. Portanto, com base nos resultados obtidos, este trabalho contribuiu para o entendimento sobre o processo de biodegradação e degradação abiótica de um filme nanocompósito de PEBD/aditivo biodegradante, bem como para a comprovação da efetividade do aditivo desenvolvido, o qual é baseado em compostos e substâncias naturais.
Abstract (english): Due to the plastics accumulation in the environment, the search for strategies to confer biodegradability to these materials has grown, such as the insertion of biomolecules in polymeric materials during thermomechanical processing. In this context, the objective of this work was to develop a biodegradable additive to be applied as a promoter and facilitator of the biodegradation process of commercial low-density polyethylene (LDPE) in natural environments, such as soil. The biodegradable additive produced was characterized by spectroscopic and microscopic techniques, thermogravimetric analysis and measurement of enzymatic activity. After that, nanocomposites were produced by incorporating it into LDPE and the films of these materials (PE/additive) were characterized in terms of structural characteristics, morphology, thermal properties, behavior against the accelerated aging process and biodeterioration under composting conditions, as well as biodegradability in soil at 30°C for 83 days and isolation of possible biodegrading microorganisms present during this process. Finally, the ecotoxicity of the films without any previous treatment was evaluated by quantifying the dry and fresh mass and the length of the roots and shoots of the plant species Cucumis sativus L after 45 days. From the results obtained, the presence of the additive in the LDPE nanocomposite films was verified, which did not generate changes in the thermal properties of the polymer. The accelerated aging process led to many changes in the surface of pure PE and PE/additive, such as the appearance of micro cracks, as well as material fragmentation at the bulk level. Functional groups (C=O and –OH) were incorporated into the surface, modifying the structural characteristics of the samples. Changes in thermal properties were also observed after accelerated aging, such as a reduction in the initial temperatures of thermal degradation. Regarding the biodeterioration of the films before and after aging, the presence of a greater amount of adhered microorganisms was observed on the surface of the aged materials compared to the non-aged films. During the period of incubation of PE/additive in soil, a great production of CO2 was observed related to pure PE and similar behavior to the positive control of the assay. From the cultivation of these biodegraded films, ten strains of Gram-positive bacteria of bacillary morphology and two strains of filamentous fungi were isolated. Of the ten bacterial isolates, six were identified as belonging to the genera Bacillus and Lysinibacillus. PE/additive and pure PE films generated low toxicity to the growth and health of the evaluated plant species. Therefore, based on the results obtained, this work contributed to the understanding of the biodegradation and abiotic degradation process of a nanocomposite film of LDPE/biodegradable additive, as well as to the confirmation of the effectiveness of the developed additive, which is based on compounds and natural substances.
Keywords: Aditivo Biodegradante
Biodegradação
Microrganismos Biodegradadores
PEBD
Biodegradable Additive
Biodegradation
Biodegrading Microorganism
LDPE
CNPQ Knowledge Areas: ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Institution Acronym: PUCRS
Department: Escola Politécnica
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Access type: Acesso Aberto
Fulltext access restriction: Trabalho protegido via processo de patente no Escritório de Transferência de Tecnologia / PROPESQ
Time to release fulltext: 60 meses
Date to release fulltext: 21/11/2027
URI: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10558
Issue Date: 31-Oct-2022
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais

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