Desenvolvimento e caracterização de biocompósitos de caseína e celulose
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Data
Autores
Orientador
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Itapeva - ICE - Engenharia de Produção
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A crescente preocupação com os impactos ambientais associados ao uso de polímeros derivados do petróleo tem impulsionado o desenvolvimento de materiais biodegradáveis obtidos a partir de fontes renováveis. Nesse contexto, biocompósitos constituídos por proteínas e fibras lignocelulósicas têm despertado interesse devido à possibilidade de combinar biodegradabilidade, disponibilidade de matéria-prima e propriedades mecânicas adequadas para aplicações em embalagens e materiais de curta vida útil. Entre esses materiais, a associação entre caseína e celulose apresenta potencial promissor, uma vez que a caseína pode atuar como matriz coesiva enquanto a celulose contribui como fase estrutural de reforço. Entretanto, ainda são limitados os estudos que investigam de forma integrada o comportamento mecânico, morfológico e degradativo de compósitos formados por esses componentes, especialmente considerando diferentes proporções entre as fases. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar biocompósitos à base de caseína e celulose, avaliando a influência da composição sobre as propriedades físicas, mecânicas e estruturais dos materiais obtidos. A caseína foi extraída de leite integral por precipitação ácida, enquanto a polpa de celulose foi obtida a partir de eucalipto pelo processo Kraft. Foram produzidos corpos de prova com diferentes frações mássicas de celulose e caseína, utilizando ácido bórico como agente de reticulação. Os materiais foram submetidos à determinação do teor de umidade, ensaios mecânicos de tração e impacto Charpy, análises morfológicas e composicionais por MEV/EDS, além de testes de degradabilidade em água e em solo. Os resultados mostraram que o aumento da fração de caseína promoveu maior resistência ao impacto, sugerindo aumento da coesão estrutural do compósito. As análises por MEV/EDS indicaram melhor integração entre as fases nas formulações com maior teor proteico, embora tenham sido observadas heterogeneidades estruturais, vazios internos e falhas de compactação decorrentes do processo de fabricação. Nos ensaios de degradação, as amostras apresentaram perda progressiva de integridade física, especialmente aquelas com maior teor de celulose, indicando elevada susceptibilidade à umidade e comportamento compatível com materiais de potencial biodegradável. Como limitações do estudo, destacam-se a dificuldade de obtenção de corpos de prova íntegros constituídos exclusivamente por caseína, a variabilidade estrutural decorrente da compactação manual e o caráter predominantemente qualitativo dos ensaios de degradabilidade. Ainda assim, os resultados obtidos contribuem para o avanço do conhecimento sobre biocompósitos renováveis, demonstrando que a combinação entre caseína e celulose possui potencial para aplicações sustentáveis e fornecendo subsídios para futuros estudos voltados à otimização do processamento, estabilidade e desempenho desses materiais.
Resumo (inglês)
Growing concerns regarding the environmental impacts associated with petroleum-based polymers have driven the development of biodegradable materials derived from renewable resources. In this context, biocomposites composed of proteins and lignocellulosic fibers have attracted considerable interest due to their potential to combine biodegradability, raw material availability, and suitable mechanical properties for packaging and short-life-cycle applications. Among these materials, the combination of casein and cellulose is particularly promising, as casein can act as a cohesive matrix while cellulose provides structural reinforcement. However, studies investigating the mechanical, morphological, and degradation behavior of casein-cellulose composites in an integrated manner, particularly as a function of composition, remain limited. Therefore, the present study aimed to develop and characterize casein-cellulose biocomposites and evaluate the influence of composition on their physical, mechanical, and structural properties. Casein was extracted from whole milk by acid precipitation, while cellulose pulp was obtained from eucalyptus through the Kraft process. Specimens containing different mass fractions of cellulose and casein were produced using boric acid as a crosslinking agent. The materials were characterized in terms of moisture content, tensile and Charpy impact properties, morphology and elemental composition by scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), and degradation behavior in water and soil. The results showed that increasing the casein content enhanced the impact strength, suggesting improved structural cohesion within the composite. SEM/EDS analyses indicated better integration between the phases in formulations with higher protein content, although structural heterogeneities, internal voids, and compaction defects resulting from the manufacturing process were also observed. In degradation tests, the samples exhibited progressive loss of physical integrity, particularly those containing higher cellulose contents, indicating high susceptibility to moisture and behavior consistent with potentially biodegradable materials. The main limitations of the study include the difficulty in producing structurally stable specimens composed exclusively of casein, structural variability caused by manual compaction, and the predominantly qualitative nature of the degradation assessments. Nevertheless, the findings contribute to the advancement of knowledge on renewable biocomposites, demonstrating the potential of casein-cellulose systems for sustainable applications and providing a foundation for future studies focused on improving processing conditions, structural stability, and material performance.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português
Citação
CACHANESKI-LOPES, João Paulo. Desenvolvimento e caracterização de biocompósitos de caseína e celulose. 2026. 46 f. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado - Engenharia de Produção) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Instituto de Ciências e Engenharia, Itapeva, 2026.
