Modificação de fibras de bagaço de cevada e uso em compósitos biodegradáveis de amido de milho produzidos por tape casting

dc.contributor.advisor1Paiva, Maria Faulstich de
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/7926832511513537
dc.contributor.authorCastanho, Maria Natalia
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/2807864150195202
dc.contributor.refereeFrollini, Elisabete
dc.contributor.refereeNunes, Andréa Oliveira
dc.contributor.refereeMaia, Amanda Alves Domingos
dc.contributor.refereeSilva, Maria Lúcia Pereira Antunes
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/2615524841845182
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/7620659413250570
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/7830680455593771
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/9040916399114048
dc.date.accessioned2026-03-23T19:57:56Z
dc.date.issued2025-12-19
dc.description.abstractThe use of starch to obtain biodegradable films of thermoplastic starch (TPS) presents several advantages, such as being derived from a natural, renewable, abundant, and low-cost source. However, starch films generally exhibit low tensile mechanical properties and high hydrophilicity. In this context, the study used brewer’s spent grain (BSG), considered a byproduct of the brewing industry, as reinforcement in corn starch–based composites. For this purpose, TPS composites plasticized with glycerol were developed using Farmal CS3650 corn starch, with an approximate composition of 28% amylose and 72% amylopectin. To produce the films, 10 wt% starch and 5 wt% glycerol were used, with the addition of 1 wt% barley bagasse fibers (unmodified, modified by alkaline treatment in sodium hydroxide (NaOH) solution, or carbonized at 200, 300, 400, and 500 °C). The films were produced using a microwave oven to heat the mixture, with pauses for manual stirring, and molded by tape casting, a technique that allows better thickness uniformity of the films compared to conventional casting. Tensile mechanical tests were performed, as well as Scanning Electron Microscopy (SEM) on fractured samples, Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Thermogravimetric Analysis (TG/DTG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), contact angle measurements, and soil biodegradation and phytotoxicity tests for possible agricultural application of the produced material. Improvements in tensile strength were observed for composites containing fibers carbonized at 400 °C (2.10 ± 0.09 MPa) and fibers modified by alkaline treatment (2.27 ± 0.16 MPa), representing increases of up to 51% compared to the TPS film without fiber incorporation (1.40 ± 0.11 MPa). Thermal analyses did not reveal significant differences in the thermal stability of the composites due to the low fiber content. The addition of modified fibers promoted a reduction in hydrophilicity and water absorption of the films. The incorporation of unmodified or alkali-treated fibers accelerated the biodegradation of the composites, whereas carbonized fibers maintained biodegradability similar to that of TPS. The produced films showed no phytotoxicity. Alkaline treatment and fiber carbonization proved to be promising strategies for obtaining composites with improved properties and sustainability. The developed composites show potential for applications in short-life biodegradable packaging and agricultural films, such as mulching and wraps for seeds and seedlings. Mechanical improvements and reduced hydrophilicity enhance the functional viability of materials developed. The use of agro-industrial waste (byproducts) and low-cost processes reinforces the sustainable character and application potential in environmentally responsible disposable products.eng
dc.description.resumoA utilização de amido para obtenção de filmes biodegradáveis de amido termoplástico (TPS - Thermoplastic Starch) apresenta diversas vantagens, como ser de fonte natural, renovável, abundante e de baixo custo. Porém, geralmente, os filmes de amido apresentam baixos valores de propriedades mecânicas de tração e alta hidrofilicidade. Neste contexto, este trabalho utilizou resíduo de fibras de bagaço de cevada, considerado um subproduto da indústria cervejeira, como reforço em compósitos à base de amido de milho. Com este objetivo, foram desenvolvidos compósitos de TPS plastificados com glicerol, utilizando o amido de milho Farmal CS3650, de composição aproximada de 28% de amilose e 72% de amilopectina. Para a obtenção dos filmes foram utilizadas 10% em massa de amido, 5% de glicerol, e adicionadas 1% de fibras de bagaço de cevada (sem modificação, modificadas por tratamento alcalino em solução de hidróxido de sódio (NaOH), ou carbonizadas à 200, 300, 400 e 500 °C). Os filmes foram produzidos utilizando um aparelho de micro-ondas para aquecimento da mistura, com pausas para agitação manual e moldados por tape casting, técnica que permite melhor uniformidade de espessura dos filmes, em relação ao casting convencional. Foram realizados ensaios mecânicos de tração, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) nas amostras fraturadas, Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), Termogravimetria (TG/DTG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia de infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios-X (DRX), ângulo de contato e ensaios de biodegradação em solo e de fitotoxicidade para possível aplicação agrícola do material produzido. Foram observadas acréscimos nos valores das propriedades mecânicas de resistência à tração dos compósitos contendo fibras carbonizadas à 400°C (2,10 ±0,09 MPa) e modificadas por tratamento alcalino (2,27 ±0,16 MPa) de até 51% em relação ao filme de TPS sem incorporação de fibras (1,40 ±0,11 MPa). As análises térmicas não revelaram diferenças significativas na estabilidade térmica dos compósitos, devido ao baixo teor de fibras. A adição de fibras modificadas, promoveu redução da hidrofilicidade e da absorção de água nos filmes. A adição de fibras sem modificação ou modificadas por tratamento alcalino, aceleraram a biodegradação dos compósitos, enquanto as fibras carbonizadas mantiveram a biodegradabilidade dos compósitos semelhantes ao do filme de TPS. Os filmes produzidos não apresentaram fitotoxicidade. O tratamento alcalino e a carbonização das fibras se mostraram promissores na obtenção de compósitos com melhores propriedades e sustentáveis. Os compósitos desenvolvidos apresentam potencial para aplicações em embalagens biodegradáveis de curta vida útil e filmes agrícolas, como mulching e envoltórios para sementes e mudas. As melhorias mecânicas e a redução da hidrofilicidade ampliam a viabilidade funcional dos materiais desenvolvidos. O uso de resíduos (subprodutos) agroindustriais e processos de baixo custo reforça o caráter sustentável e o potencial de aplicação em produtos descartáveis ambientalmente responsáveis.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationCASTANHO, Maria Natalia. Modificação de fibras de bagaço de cevada e uso em compósitos biodegradáveis de amido de milho produzidos por tape casting. 2025. Tese (Doutorado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23809.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23809
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus Sorocaba
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectAmido Termoplásticopor
dc.subjectBagaço de cevadapor
dc.subjectCompósitospor
dc.subjectTratamento alcalinopor
dc.subjectBiocharpor
dc.subjectThermoplastic starcheng
dc.subjectBrewer's spent graineng
dc.subjectCompositeeng
dc.subjectAlkaline treatmenteng
dc.subjectBiochareng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleModificação de fibras de bagaço de cevada e uso em compósitos biodegradáveis de amido de milho produzidos por tape castingpor
dc.title.alternativeModification of brewer's spent grain fibers and use in biodegradable corn starch composites produced by tape castingeng
dc.typeTese

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