Development of sustainable hybrid poly (butylene succinate) eco-composite for agricultural packaging applications

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Horiuchi, Lucas Nao
• Orientador(a): Fialho, Rosana Lopes Lima
• Banca de defesa: Barbosa, Renata , Fialho, Rosana Lopes Lima , Azevedo, Joyce Batista , Silva, Jânia Betania Alves da , Pisanu, Luciano , Ueki, Marcelo Massayoshi
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal da Bahia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI)
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Poli(butileno succinato); Eco-compósito; Fibra de Canabrava; Lignina; Sepiolita; Óleo de soja epoxidado
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::ENGENHARIA DO PRODUTO::DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO
• Link de acesso: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43232

A crescente preocupação com a poluição plástica, especialmente proveniente de materiais de embalagem não biodegradáveis utilizados na agricultura, tem impulsionado a busca por alternativas sustentáveis. O poli(butileno succinato) (PBS) é um poliéster alifático de base renovável promissor devido à sua biodegradabilidade, compatibilidade com técnicas convencionais de processamento. No entanto, seu elevado custo ainda limita aplicações em produtos de menor valor agregado, como bandejas para mudas e embalagens agrícolas. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo desenvolver eco compósitos híbridos de PBS com desempenho técnico e custo reduzido, reforçados com fibra natural de Canabrava (Gynerium sagittatum) (Cana), lignina kraft, argila sepiolita ou montmorilonita e óleo de soja epoxidado. A proposta foi diminuir o custo final do material, melhorar suas propriedades funcionais e oferecer uma alternativa ambientalmente responsável aos polímeros convencionais não-biodegradáveis. A fibra de Canabrava, um resíduo lignocelulósico subutilizado proveniente do artesanato em comunidades brasileiras, foi empregada como reforço sustentável e processada por métodos mecânicos simples, sem tratamentos químicos. A lignina, subproduto da indústria de celulose, foi incorporada para melhorar a estabilidade térmica, a fluidez do fundido e o controle da biodegradação. A sepiolita, argila fibrosa natural com alta área superficial, foi usada para reforçar o compósito e aprimorar seu desempenho térmico e mecânico. Também foi avaliado o uso de óleo de soja epoxidado (ESB) como plastificante e compatibilizante, a fim de reduzir a fragilidade típica de biopolímeros reforçados com fibras. A pesquisa foi conduzida em duas fases experimentais. Na primeira, compósitos de PBS/Cana contendo lignina e argilas (sepiolita e montmorilonita) foram formulados e caracterizados por análises mecânicas, térmicas e estruturais (FTIR, DRX, MEV). Na segunda fase, aplicou-se planejamento experimental (DOE) para otimização das formulações, avaliando os efeitos individuais e combinados de lignina, sepiolita e ESB sobre propriedades como fluidez, rigidez, tenacidade e biodegradabilidade em solo. Os resultados mostraram que a adição de fibra de Canabrava aumentou significativamente a rigidez e a resistência ao escoamento do PBS, enquanto a lignina melhorou a fluidez e a estabilidade térmica. A sepiolita favoreceu a dispersão e a interação interfacial com a matriz polimérica, resultando em melhores propriedades mecânicas. Embora o óleo de soja epoxidado (ESB) tenha sido incorporado principalmente para melhorar a compatibilidade fibra-polímero e, secundariamente, para aumentar a ductilidade, sua contribuição para uma maior ductilidade não foi significativa, atribuída à sua limitada solubilidade no PBS. As formulações otimizadas apresentaram bom equilíbrio entre desempenho mecânico, perfil de biodegradação e custo. Os compósitos desenvolvidos mostraram desempenho técnico competitivo frente a resinas de origem fóssil como poliolefinas, oferecendo uma alternativa renovável e biodegradável. Este trabalho avança na tecnologia de eco compósitos ao integrar resíduos de biomassa e aditivos naturais a biopolímeros, alinhando-se à economia circular e aos objetivos de desenvolvimento sustentável. As propriedades alcançadas pelo biocompósito são comparáveis às das resinas poliolefinas, tornando-o um candidato promissor para aplicações na agricultura, por exemplo.