Obtenção de nanomateriais de celulose contendo lignina residual a partir da madeira de seringueira e sua aplicação em filmes nanocompósitos com caseína

dc.contributor.advisor-co1Martins, Maria Alice
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5449448657729439por
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6416-6929por
dc.contributor.advisor1Mattoso, Luiz Henrique Capparelli
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5839043594908917por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-7586-1014por
dc.contributor.authorSilva, Maycon Jhony
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/9467299367671426por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0001-5284-107Xpor
dc.date.accessioned2023-12-18T11:06:50Z
dc.date.available2023-12-18T11:06:50Z
dc.date.issued2023-10-11
dc.description.abstractIn light of the escalating global population and the mounting environmental concerns, the quest for sustainable and renewable solutions has emerged as a paramount focus in scientific exploration across diverse fields. Plant-derived fibers stand out as a compelling sustainable option for fabricating materials due to their intriguing physical and mechanical attributes. Within this context, this study aimed to optimize the production of cellulose nanomaterials featuring varying lignin concentrations sourced from rubber tree wood fibers, and to explore their application in nanocomposite films. In the initial phase, fibers with distinct lignin compositions (15.3%, 6.7%, and 3.1%) underwent acid hydrolysis at differing reaction durations (45 minutes, 75 minutes, and 120 minutes) to yield cellulose nanomaterials with residual lignin (LCNCs). Subsequently, the study assessed the impact of integrating LCNCs, possessing both higher and lower lignin contents, along with commercially available cellulose nanocrystals (CNCs), into a casein (CA) matrix. The chemical treatments demonstrated remarkable efficacy, resulting in LCNCs with an average diameter below 4.1 nm, showcasing a high Crystallinity Index (I.C. > 70%), and achieving a reaction yield surpassing 50% across all evaluated reaction durations. Additionally, LCNCs exhibiting higher lignin content displayed notable colloidal stability (> -40.0 mV). The resultant nanocomposite films exhibited a superior I.C. compared to the pure CA matrix (34%), presenting as transparent, uniform, and easily manipulable films. The incorporation of LCNCs amplified the contact angle (θ >82.5°), enhancing the films' hydrophobic characteristics. Furthermore, films integrated with commercial CNCs and LCNCs with elevated lignin content exhibited a significant increase (p<0.05) of approximately 45% and 40%, respectively, in tensile strength (TS). Additionally, there was a 20% and 23% enhancement in the modulus of elasticity (EM) compared to the pure CA matrix. This research delineated a precise methodology for producing lignin-infused cellulose nanomaterials, promisingly valorizing rubber tree biomass residues. Moreover, it underscored the potential of integrating these materials into the casein matrix, yielding films endowed with exceptional properties, thus fostering diverse applications.eng
dc.description.resumoDiante do constante aumento populacional e da crescente preocupação ambiental, a busca por soluções sustentáveis e renováveis tem se tornado uma prioridade nas pesquisas científicas de diferentes áreas do conhecimento. As fibras vegetais são uma ótima alternativa sustentável para criar materiais, já que possuem propriedades físicas e mecânicas interessantes. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi otimizar a produção de nanomateriais de celulose com diferentes teores de lignina a partir da fibra de madeira de seringueira e investigar sua aplicação em filmes nanocompósitos. Na primeira etapa, as fibras com diversos teores de lignina (15,3%, 6,7% e 3,1%) foram submetidas à hidrólise ácida com diferentes tempos de reação (45 minutos, 75 minutos e 120 minutos) para a produção de nanomateriais de celulose com lignina residual (LCNCs). Na segunda etapa foram avaliados os efeitos da incorporação dos LCNCs com maior e menor teor de lignina e nanocristais de celulose (CNCs) comercial em matriz de caseína (CA). Os tratamentos químicos demonstraram alta eficiência, resultando em LCNCs com diâmetro médio menor que 4,1 nm, elevado Índice de cristalinidade (I.C.>70%) e rendimento reacional superior a 50% em todos os tempos de reação avaliados. Além disso, os LCNCs com maiores teores de lignina demonstraram também alta estabilidade coloidal (> -40,0 mV). Os filmes nanocompósitos produzidos exibiram um I.C. superior ao da matriz pura de CA (34%), apresentando-se como filmes transparentes, homogêneos e facilmente manuseáveis. A presença dos LCNCs aumentou o ângulo de contato (θ >82,5°), tornando os filmes mais hidrofóbicos. Adicionalmente, os filmes incorporados com os CNCs comercial e os LCNCs com maior teor de lignina demonstraram um aumento significativo (p<0,05) de aproximadamente 45% e 40%, respectivamente, na resistência à tração (TS) e de 20% e 23% no módulo de elasticidade (EM), quando comparados com a matriz pura de CA. A pesquisa revelou uma rota precisa para produzir nanomateriais de celulose com lignina, oferecendo uma alternativa promissora para agregar valor aos resíduos de biomassa da heveicultura. Além disso, evidenciou que a integração desses materiais na matriz de caseína resulta em filmes com propriedades excepcionais, abrindo portas para aplicações diversas.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso n° 141678/2019-4, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.identifier.citationSILVA, Maycon Jhony. Obtenção de nanomateriais de celulose contendo lignina residual a partir da madeira de seringueira e sua aplicação em filmes nanocompósitos com caseína. 2023. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19019.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19019
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectMadeira de seringueirapor
dc.subjectHidrólise ácidapor
dc.subjectNanocristais de celulose com lignina residualpor
dc.subjectFilmes nanocompósitospor
dc.subjectCaseínapor
dc.subjectRubberwoodeng
dc.subjectAcid hydrolysiseng
dc.subjectCellulose nanocrystals with residual lignineng
dc.subjectNanocomposite filmseng
dc.subjectCaseineng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDESpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICApor
dc.titleObtenção de nanomateriais de celulose contendo lignina residual a partir da madeira de seringueira e sua aplicação em filmes nanocompósitos com caseínapor
dc.title.alternativeObtaining nanocellulose materials containing residual lignin from rubberwood and their application in nanocomposite films with caseineng
dc.typeTesepor

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