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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.85.2016.tde-24102016-145231
Documento
Autor
Nome completo
Carlos Eduardo Nascimento
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Moura, Esperidiana Augusta Barretos de (Presidente)
Alves, Wendel Andrade
Rosa, Derval dos Santos
Título em português
Síntese de superabsorventes poliméricos biodegradáveis por meio da extrusão reativa do Poli (álcool vinílico) e amido, em presença de aldeído e ácido glioxílico, para uso agrícola
Palavras-chave em português
amido
biodegradação
extrusão reativa.
poli (álcool vinílico)
polímero superabsorvente
Resumo em português
Com a alta taxa de desertificação dos solos e a necessidade de irrigação constante dos plantios, existe a necessidade da criação de um polímero superabsorvente (SAP) com a característica de ser biodegradável. Observando o estágio tecnológico relacionado às atividades de pesquisa e desenvolvimento de SAPs no Brasil, foi utilizado o poli (álcool vinílico)/PVA e o amido de mandioca para a formação de hidrogéis a partir de blendas poliméricas. Assim, soluções aquosas desses polímeros foram reticuladas quimicamente, usando o glutaraldeído como agente reticulante e comparadas com amostras reticuladas por radiação gama, irradiadas a uma dose de 25 kgy. Os hidrogéis resultantes foram caracterizados por diversas técnicas analíticas como a fração gel, o intumescimento em água destilada, a espectroscopia de infravermelho com refletância total atenuada ATR (FT-IR), a termogravimetria (TG/DTG), a calorimetria exploratória diferencial (DSC) e a microscopia eletrônica de varredura (MEV). Observou-se uma maior reticulação nos hidrogéis reticulados com o glutaraldeído e em consequência um menor grau de intumescimento quando comparadas com as amostras que foram irradiadas. Com vias a produzir hidrogéis em uma escala industrial, misturas de PVA e amido foram processadas por extrusão reativa, mudando assim o processo de preparação de solução aquosa para misturas secas. Foram extrudadas amostras de PVA com diferentes pesos moleculares tais como o PVA 26-88, o PVA 40-88, o PVA 110-99 e o poli (ácido glioxílico vinílico)/PVGA, este último sintetizado a partir da modificação do PVA 110-99. Foi adicionado na mistura o ácido glioxílico no desenvolvimento do SAP por reticulação química nas amostras do PVA, por ter grupos carboxílicos que podem aumentar o intumescimento e também servir como agente reticulante. Também foram feitas formulações de extrusão sem o ácido glioxílico para serem usados como brancos. Adicionou-se nas misturas diversos agentes plastificantes como a glicerina e o polietilenoglicol (PEG 400) e as propriedades mecânicas foram estudadas. Foram desenvolvidas duas análises fatoriais de 23 para analisar as mudanças na reticulação das formulações. Os pellets foram caracterizados com as mesmas técnicas analíticas que os hidrogéis feitos em solução, adicionando-se análises de intumescimento e reversibilidade de intumescimento em diversos solventes como a água pura, a água da chuva, as soluções tampão de pH 3, pH 7 e pH 10, além de soro fisiológico, visando a aplicação em diferentes solos com diferentes pH e salinidades. Os testes de intumescimento em diferentes sais demonstraram a ter menor retenção de água quando comparada com água pura. Os testes de reversibilidade de intumescimento dos pellets mostraram que a maioria das formulações perde a sua capacidade de intumescimento máximo aos seis primeiros ciclos. Foi feita a compressão dos pellets para observar a flexibilidade dos mesmos, visando aplicações debaixo do solo. Realizou-se um estudo de biodegradação em terra ao longo de 120 dias, e estudou-se a relação direta com os valores da fração gel. Os resultados mostraram que os pellets menos reticulados intumesceram mais, enquanto as microscopias mostraram que essas amostras tinham uma morfologia mais porosa, o que contribuiu na melhora na retenção do líquido. Além disso, eram mais flexíveis e biodegradaram mais rápido, sendo extremamente viáveis para a aplicação na agricultura. Foi verificado que o PVA 40-88 apresentou os melhores valores de intumescimento em diferentes sais. Com o SAP obtido, foi constatado que a extrusão reativa é um método viável para a produção dos SAPs.
Título em inglês
Superabsorbent synthesis of polymeric biodegradable through reactive extrusion of Poly (vinyl alcohol) and starch, in the presence of aldehyde and glyoxilic acid, for agricultural use
Palavras-chave em inglês
biodegradation
poly (vinyl alcohol)
reactive extrusion
starch
superabsorbent polymer
Resumo em inglês
With high soil desertification rate and the need for constant irrigation of the plantations, there is the need to create a superabsorbent polymer (SAP) with the characteristic of being biodegradable. Noting the technological stage related to research and development activities of SAPs in Brazil, we used poly (vinyl alcohol)/PVA and cassava starch for the formation of hydrogels from polymer blends. Thus, aqueous solutions of these polymers were chemically crosslinked using glutaraldehyde as crosslinking agent and compared to samples cross-linked by gamma irradiation, irradiated the a dose of 25 kgy. The resulting hydrogels were characterized by various analytical techniques such as gel fraction, swelling in distilled water, infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (ATR-FTIR), thermogravimetry (TG/DTG), the differential scanning calorimetry (DSC) and the scanning electron microscopy (SEM). There was a higher crosslink in the hydrogels crosslinked with glutaraldehyde and consequently a lower degree of swelling as compared to samples that were irradiated. With routes to produce hydrogels on an industrial scale, PVA and starch mixtures were processed by reactive extrusion, thus changing the aqueous solution preparation process to dry mix. PVA samples were extruded with different molecular weights such as PVA 26-88, PVA 40-88, PVA 110-99 and poly (vinyl glyoxylic acid)/PVGA, the latter synthesized from the modified PVA 110-99. It was added to the mixture glyoxylic acid in the SAP development by chemical crosslinking of the PVA sample for having carboxyl groups that may increase the swelling and also serve as crosslinker. Also extrusion formulations were made without the glyoxylic acid to be used as white. Was added to the mixture, various plasticizers such as glycerin and polyethylene glycol (PEG 400) and the mechanical properties were studied. two factor analyzes were developed from 23 to analyze the changes in crosslinking formulations. The pellets were characterized with the same analytical techniques that hydrogels made in solution by adding analyzes swelling and swelling of reversibility in various solvents such as pure water, rain water, pH buffer solutions 3, pH 7 and pH 10, in addition to saline solution, aimed at application in different soils with different salinities and pH. swelling tests at different salts shown to have lower water retention when compared to pure water. The pellets reversibility of the swelling tests showed that most formulations loses its swelling capacity up to the first six cycles. The compression of the pellets was taken to observe their flexibility, targeting applications underground. We conducted a study of biodegradation on land over 120 days, and studied the direct relationship with the gel fraction values. The results showed that the pellets swelled more crosslinked least while microscopy showed that these samples had a more porous morphology, which contributed to the improvement in fluid retention. Moreover, they are more flexible and biodegrade more rapidly and are extremely viable for use in agriculture. It has been found that PVA 40-88 showed better swelling values at different salts. With SAP obtained, it was found that the reactive extrusion is a viable method for the production of SAPs.
 
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Data de Publicação
2016-12-09
 
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