Biopolímeros à base de ágar com adição de nanofibras de celulose e nanoplaquetas de grafeno
| dc.contributor.advisor | Baldasso, Camila | |
| dc.contributor.author | Daneluz, Júlia | |
| dc.contributor.other | Dettmer, Aline | |
| dc.contributor.other | Zimmermann, Matheus | |
| dc.contributor.other | Poletto, Matheus | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-30T14:41:20Z | |
| dc.date.issued | 2026-06-27 | |
| dc.date.submitted | 2026-05-20 | |
| dc.description | O ágar destaca-se como um biopolímero promissor para a produção de filmes poliméricos sustentáveis, porém apresenta limitações em algumas propriedades físico-químicas. A incorporação de nanopartículas, como nanocelulose e grafeno, surge como uma estratégia para aprimorar o desempenho desses materiais. Apesar do potencial dessas combinações, ainda há escassez de estudos comparativos que avaliem seus efeitos de forma sistemática. Nesse contexto, o desenvolvimento e a investigação desses compósitos são relevantes para o avanço de novos materiais sustentáveis e de alto desempenho. O objetivo do presente estudo foi desenvolver filmes poliméricos sustentáveis de ágar e adicionar diferentes concentrações (0,5, 2 e 4% m/m) de nanofibras de celulose (NC) e de nanoplaquetas de grafeno (NG) como cargas de reforço. Os filmes foram produzidos por casting e caracterizados quanto às propriedades, com análise estatística dos resultados. Os filmes com grafeno apresentaram-se mais escuros, enquanto a nanocelulose não alterou a aparência. As análises por microscopia óptica e MEV mostraram filmes densos e sem poros, com dispersão da NC, embora com alguns aglomerados, e dispersão heterogênea das NG, com tendência à aglomeração. A espessura não foi influenciada pela NC, mas aumentou com a adição de NG, apresentando valores maiores que a NC em concentrações acima de 0,5% (m/m). A coloração dos filmes aumentou com as nanocargas a partir de 2% (m/m) para NC e 0,5% (m/m) para NG, sendo mais pronunciada com NG. A transparência foi reduzida com o aumento da concentração adicionada de ambas as nanocargas, com o filme com NG apresentando valores menores. O grau de inchamento não foi afetado com a adição de NC, mas aumentou com NG em 4% (m/m). O ângulo de contato, no geral, reduziu com NC, indicando maior hidrofilicidade, e aumentou com NG, sugerindo maior hidrofobicidade. A energia superficial não apresentou variação com a adição das nanocargas. A solubilidade em água reduziu com NG até 2% (m/m), apresentando em 0,5% (m/m) um resultado menor que a NC, que por sua vez não provocou alterações. A análise por FTIR indicou a formação de redes estruturais mais estáveis por meio de ligações de hidrogênio e interações físico-químicas entre a matriz e os aditivos. A adição das nanocargas diminuiu a resistência à tração e o módulo de elasticidade dos filmes, enquanto o alongamento na ruptura não sofreu alterações. Os filmes com NC apresentaram maior resistência à tração que com NG em 0,5% (m/m), maior alongamento na ruptura e menor módulo de elasticidade acima de 0,5% (m/m). As análises térmicas (TGA e DSC) evidenciaram melhorara na estabilidade térmica dos filmes com nanocargas, com deslocamentos dos picos para temperaturas mais elevadas. A permeabilidade ao vapor de água não apresentou variação com a adição das nanocargas. O grafeno apresentou efeito antimicrobiano contra Escherichia coli e Staphylococcus aureus. O teste de prateleira evidenciou a estabilidade dos filmes ao longo do tempo. A exposição ao intemperismo acelerado indicou que a estabilidade fotoquímica dos filmes de ágar é aprimorada pela incorporação de nanocargas, especialmente o grafeno. O teste de biodegradabilidade mostrou que a adição de nanocargas não prejudicou o caráter biodegradável dos filmes. Comparando as duas nanocargas de reforço, a adição de NC é promissora para aplicações que necessitam manter a aparência original dos filmes, com uma maior flexibilidade. As NG se destacam pela maior transparência/menor opacidade, menor solubilidade em água, ação antimicrobiana e eficiência contra degradação UV. [resumo fornecido pelo autor] | pt_BR |
| dc.description.abstract | Agar stands out as a promising biopolymer for the production of sustainable polymeric films; however, it presents limitations in some physicochemical properties. The incorporation of nanoparticles, such as nanocellulose and graphene, has emerged as a strategy to improve the performance of these materials. Despite the potential of these combinations, comparative studies systematically evaluating their effects remain scarce. In this context, the development and investigation of these composites are relevant for advancing new sustainable, highperformance materials. The aim of the present study was to develop sustainable agar-based polymeric films and incorporate different concentrations (0.5, 2, and 4 wt%) of cellulose nanofibers (CNF) and graphene nanoplatelets (GNP) as reinforcing fillers. The films were produced by the casting method and characterized regarding their properties, with statistical analysis of the results. The films containing graphene exhibited a darker appearance, whereas nanocellulose did not alter the visual appearance of the films. Optical microscopy and SEM analyses revealed dense, pore-free structures, with CNF showing generally good dispersion despite the presence of some aggregates, while GNP exhibited a more heterogeneous distribution with a tendency toward agglomeration. Film thickness was not influenced by CNF addition but increased with GNP incorporation, presenting higher values than CNF-containing films at concentrations above 0.5 wt%. Film coloration increased with the addition of nanofillers from 2 wt% for CNF and 0.5 wt% for GNP, with a more pronounced effect for GNP. Transparency decreased as the concentration of both nanofillers increased, with GNPcontaining films exhibiting lower transparency values. The swelling degree was not affected by CNF incorporation but increased with the addition of 4 wt% GNP. Contact angle values generally decreased with CNF, indicating greater hydrophilicity, and increased with GNP, suggesting enhanced hydrophobicity. Surface energy showed no significant variation with the incorporation of either nanofiller. Water solubility decreased with GNP addition up to 2 wt%, with the film containing 0.5 wt% GNP presenting lower solubility than CNF-containing films, while CNF did not significantly affect this property. FTIR analysis indicated the formation of more stable structural networks through hydrogen bonding and physicochemical interactions between the polymer matrix and the additives. The addition of nanofillers reduced the tensile strength and elastic modulus of the films, whereas elongation at break remained unchanged. Films reinforced with CNF exhibited higher tensile strength than those containing GNP at 0.5 wt%, greater elongation at break, and lower elastic modulus at concentrations above 0.5 wt%. Thermal analyses (TGA and DSC) demonstrated improved thermal stability in nanofillercontaining films, evidenced by shifts of degradation and transition peaks toward higher temperatures. Water vapor permeability was not affected by the incorporation of nanofillers. Graphene exhibited antimicrobial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Shelf-life testing demonstrated the stability of the films over time. Accelerated weathering exposure indicated that the photochemical stability of agar films was enhanced by the incorporation of nanofillers, particularly graphene. Biodegradability tests showed that the addition of nanofillers did not impair the biodegradable nature of the films. Comparing the two reinforcing nanofillers, CNF addition is promising for applications requiring preservation of the original film appearance and greater flexibility. In contrast, GNP stands out due to its lower opacity, reduced water solubility, antimicrobial activity, and superior protection against UVinduced degradation. [resumo fornecido pelo autor] | en |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ucs.br/11338/15651 | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.language.iso | en_US | |
| dc.subject | Biopolímeros | pt_BR |
| dc.subject | Nanopartículas | pt_BR |
| dc.subject | Ágar | pt_BR |
| dc.subject | Polímeros | pt_BR |
| dc.subject | Grafeno | pt_BR |
| dc.subject | Nanotecnologia | pt_BR |
| dc.subject | Biopolymers | en |
| dc.subject | Nanoparticles | en |
| dc.subject | Polymers | en |
| dc.subject | Graphen | en |
| dc.subject | Nanotechnology | en |
| dc.title | Biopolímeros à base de ágar com adição de nanofibras de celulose e nanoplaquetas de grafeno | |
| dc.type | Tese | |
| mtd2-br.advisor.instituation | Universidade de Caxias do Sul | |
| mtd2-br.advisor.lattes | http://lattes.cnpq.br/8134548493620678 | |
| mtd2-br.author.lattes | Daneluz, Júlia | |
| mtd2-br.campus | Campus Universitário de Caxias do Sul | |
| mtd2-br.contributor.coorientador | Silvestre, Wendel Paulo | |
| mtd2-br.program.name | Doutorado em Engenharia de Processos e Tecnologias |
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