Produção e caracterização de um biocompósito polimérico com partículas do ouriço da castanha-do-Brasil - Freitas, Bruno Mello de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
As fibras naturais apresentam grande potencial para aplicação em materiais compósitos como reforço em sua matriz polimérica, e pesquisas recentes têm mostrado resultados satisfatórios para as fibras vegetais. Neste estudo foram fabricados e caracterizados biocompósitos poliméricos de PBAT - Poli (Butileno Adipato Co-Tereftalato) agregados com resíduos particulados do ouriço da castanha-do-Brasil, buscando uma melhor proporção para uma alternativa tecnicamente viável na aplicabilidade industrial. O ouriço da castanha foi quebrado, triturado e tamboreado, onde as partículas inferiores a 45 mesh foram processadas para fabricação do biocompósito em uma extrusora mono rosca, nas proporções de 90/10 e 80/20 (%p) de PBAT e partículas de ouriço da castanha, respectivamente. As amostras foram injetadas em uma temperatura de alimentação de 200°C e homogeneização entre 220°C e 230°C. Dessa forma, foi possível analisar e caracterizar a fibra e/ou o PBAT e/ou o biocompósito pelas técnicas de: Análise Termogravimétrica (TG) com sua derivada (DTG) para determinar a estabilidade térmica e as temperaturas de degradação das amostras; Difração de Raio X (XRD) para analisar as fases cristalinas presentes; espectroscopia de absorção na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR) para observar as bandas características dos componentes das fibras; e SEM para analisar as interações interfaciais no biocompósito. As propriedades mecânicas do compósito foram avaliadas por meio de ensaios de tração (norma ASTM D638), impacto Izod (norma ASTM D256) e dureza superficial Shore D. A adição das partículas do ouriço da castanha-do-Brasil no PBAT diminuiu levemente a temperatura inicial de resíduos em cinzas com menor temperatura para o Biocompósito com 20%p. A cristalinidade dos biocompósitos após a extrusão é muito semelhante à do PBAT, sem grandes diferenças entre as amostras. A morfologia mostrou uma estrutura com fraca adesão entre o PBAT e o ouriço, mas resultou em maior rigidez durante a deformação por tração e um biomaterial mais frágil no teste de impacto quando comparado ao PBAT e, em termos de dureza, a adição do ouriço proporcionou uma superfície mais resistente à penetração nos biocompósitos. No entanto, a adição das partículas do ouriço da castanha gerou uma superfície mais resistente à penetração, aumentando a dureza do biocompósito. Portanto, os valores encontrados para os biocompósitos apresentam grande potencial de aplicação e desenvolvimento de produtos industriais, o que poderá reduzir o consumo de plásticos não biodegradáveis e amenizar problemas ambientais.

Natural fibers have great potential for application in composite materials as reinforcement in their polymeric matrix, and recent research has shown satisfactory results for plant fibers. In this study, polymeric biocomposites of PBAT - Poly (Butylene Adipate Co-Terephthalate) aggregated with particulate waste from Brazil nut urchin fiber were manufactured and characterized, seeking a better proportion for a technically viable alternative in industrial applicability. The urchin was broken, crushed, and drumming, where the particles smaller than 45 mesh were processed to manufacture the biocomposite in a single-screw extruder, in the proportions of 90/10 and 80/20 (wt%) of PBAT and urchin particles, respectively. The specimens were injected at a feed temperature of 200°C and homogenized between 220°C and 230°C. In this way, it was possible to analyze and characterize the fiber and/or PBAT and/or biocomposite using the following techniques: Thermogravimetric Analysis (TG) and its derivative (DTG) to determine thermal stability and degradation temperatures; X-Ray Diffraction (XRD) to verify the presence of crystalline phases; Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) to observe the characteristic bands of the fiber components; and SEM to investigate interfacial interactions in the biocomposite. The mechanical properties of the composite were evaluated using tensile tests (ASTM D638 standard), impact tests (ASTM D256 standard), and Shore D surface hardness. Adding the urchin particles to the PBAT slightly reduced the initial ash residue temperature, with the lowest temperature for the 20 wt% biocomposite. The crystallinity of the biocomposites after extrusion is very similar to PBAT, with no major differences between the samples. The morphology showed a structure with weak adhesion between PBAT and the urchin but resulted in greater rigidity during tensile deformation and a more fragile biomaterial in the impact test when compared to PBAT, and in terms of hardness, the addition of the urchin provided a surface that was more resistant to penetration in the biocomposites. Therefore, the values found for biocomposites have great potential for application and the development of industrial products, which could reduce the consumption of non-biodegradable plastics and alleviate environmental problems.
Production and characterization of a polymeric biocomposite with Brazil nut urchin particles
Keywords: Materiais compósitos; Resíduos florestais; Biopolímeros; PBAT; Ouriço da castanha-do-Brasil; Compósito biodegradável; Composite materials; Forest residues; Biopolymers; Brazil nut urchin; Biodegradable composite