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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Estudo da substituição parcial do poli(adipato-co-tereftalato de butileno) pelo isolado proteico de soro de leite : incorporação de materiais de fontes renováveis em blendas poliméricas
Title Alternative: Study of parcial replacement of poly(butylene-adipate-co-terephthalate) by whey protein isolate : incorporation of bio-based materials in polymer blends
Author: Cosate de Andrade, Marina Fernandes, 1988-
Advisor: Morales, Ana Rita, 1958-
Abstract: Resumo: Estudos sobre a utilização de proteínas como materiais para embalagens são recentes e promissores. As proteínas possuem boas propriedades de barreira ao oxigênio e podem ser adicionadas à matriz de polímeros comerciais para melhorar suas propriedades. Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da substituição parcial de um polímero proveniente do petróleo, o poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT), pelo isolado proteico do soro de leite termoplástico (IPST). A proteína, em sua forma natural, não é processável e sua desnaturação e plastificação são necessárias para transformá-la em um material termoplástico. Para a obtenção do IPST, as condições de processamento e os plastificantes glicerol e polietilenoglicol (PEG) foram estudados. Blendas de PBAT/IPST foram preparadas em um reômetro de torque, e caracterizadas quanto às propriedades reológicas por reometria de placas paralelas e morfológicas por microscopia eletrônica de varredura. Nas blendas com glicerol como plastificante, a cera de abelha foi adicionada com intuito de melhorar sua barreira ao vapor da água. As propriedades estruturais das blendas com glicerol foram estudadas por espectroscopia Raman. As blendas PBAT/IPST com glicerol mostraram a presença de domínios de IPST com interface bem definida e sem adesão com a matriz de PBAT. Isso foi associado à predominância da componente elástica do IPST e do PBAT nas condições de processo e à razão de viscosidade entre os componentes em não favorecer um alto nível de dispersão e mistura. Estas blendas foram consideradas incompatíveis e por este motivo as propriedades de barreira ao oxigênio e ao vapor da água não foram estudadas nesta etapa. A cera de abelha não influenciou nenhuma propriedade estudada. O PEG, como plastificante, e a adequação das condições de preparação do IPST e de processamento reduziram a razão de viscosidade entre os polímeros e a componente elástica do IPST e do PBAT. As blendas com PEG apresentaram morfologia homogênea, tamanho de domínios reduzido e não houve presença de interfaces bem definidas e visíveis entre a fase dispersa e a matriz. Além disso, as blendas com PEG foram estudadas por microscopia de força atômica com espectroscopia de infravermelho integrada, em que se observou a presença de ambos os polímeros em cada fase, o que é um indício de miscibilidade parcial. As propriedades de desempenho avaliadas foram as mecânicas por ensaios de tração e de permeabilidade ao oxigênio e ao vapor da água. A adição de 30% de IPST nas blendas com PEG mostrou redução de 20% no coeficiente de permeabilidade ao oxigênio. A presença do IPST causou aumento no módulo de Young e no coeficiente de permeabilidade ao vapor da água da blenda. O comportamento dos sistemas foi discutido em termos das interações entre os componentes

Abstract: The study of proteins as packaging materials is recent and promising. Proteins have good oxygen barrier properties and it could be added to commercial polymer matrix to improve its properties. The objective of this work was to study the effect of partial substitution of a commercial petroleum polymer, poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), by the thermoplastic whey protein isolate (WPIT). Protein, in its natural form, is not processable and its denaturation and plasticization are necessary to transform it into a thermoplastic material. To obtain WPIT, processing conditions and plasticizers as glycerol and polyethylene glycol (PEG) were studied. PBAT/WPIT blends were prepared using a torque rheometer and characterized for rheological properties by parallel plate and morphological properties by scanning electron microscopy. Blends with glycerol as plasticizer received an addition of beeswax in order to improve its water vapor barrier. The structural properties of glycerol blends were studied by Raman spectroscopy. Glycerol blends showed the presence of well-defined WPIT domains with no adhesion to PBAT matrix. This behavior was associated with the predominance of elastic component of WPIT and PBAT in process conditions as well as the viscosity ratio between components in not favoring a high level of dispersion and mixing. As these blends were considered incompatible, oxygen and water vapor barrier properties were not studied. Beeswax did not influence any property studied. PEG, used as plasticizer, improved WPIT preparation as well as blends processing conditions, which reduced the viscosity ratio between polymers and the elastic component of WPIT and PBAT. PEG blends presented homogeneous morphology, reduced domain size and there were no well-defined and visible interfaces between the dispersed phase and the matrix. Moreover, PEG blends were studied by atomic force microscopy-based infrared spectroscopy, which showed the presence of both WPIT and PBAT in each phase, which is an evidence of partial miscibility. The performance properties evaluated were mechanical properties by tensile test and tests of oxygen and water vapor permeability. With the addition of 30% of WPIT, PEG blends showed a reduction of 20% in the oxygen permeability coefficient. The presence of WPIT in blend caused an increase in Young's modulus as well as in water vapor permeability coefficient. The behavior of the systems was discussed in terms of the interactions between the components
Subject: Blendas poliméricas
Proteínas do soro do leite
Cera de abelha
Biopolímeros
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: COSATE DE ANDRADE, Marina Fernandes. Estudo da substituição parcial do poli(adipato-co-tereftalato de butileno) pelo isolado proteico de soro de leite: incorporação de materiais de fontes renováveis em blendas poliméricas. 2019. 1 recurso online (137 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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