Dissertations / Theses on the topic 'PHBV'

O objetivo desse trabalho foi desenvolver e caracterizar blendas poliméricas dos copolímeros de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) com poli(etileno-coacetato de vinila) (EVA) contendo altos teores de acetato de vinila (VA). Os teores de VA nos EVA utilizados foram de 65% (EVA65) e 90% (EVA90) em massa. Como as propriedades finais das blendas de PHBV, copolímero derivado de fonte renovável e biocompostável, com EVA, polímero de origem petroquímica e não biocompostável, são altamente dependentes do número de fases constituintes do sistema, esse trabalho investigou inicialmente a miscibilidade desses blendas. Assim, blendas contendo entre 10 e 90% (m/m) de EVA foram preparadas a partir do estado fundido em reômetro de torque e caracterizadas por calorimetria exploratória diferencial (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados da reometria de torque indicaram que o EVA65 sofreu degradação termomecânica (com ramificação e/ou reticulação das cadeias), enquanto que no PHBV predominou o processo de cisão. As blendas PHBV/EVA65 apresentaram duas transições vítreas e nítida separação de fases, em todas as composições, típicas de sistemas imiscíveis. Em contraste, o EVA90 não apresentou degradação nas condições de estudo. As curvas DSC das blendas PHBV/EVA90 apresentaram uma única temperatura de transição vítrea (Tg) cuja variação em função da fração em massa de cada componente foi prevista pela equação de Fox. As micrografias indicando a presença de uma única fase comprovam que as blendas PHBV/EVA90 são totalmente miscíveis em qualquer proporção. Após essa etapa, buscou-se avaliar a influência do teor de VA nas blendas PHBV/EVA. Para atingir esse objetivo, blendas contendo 5, 10, 20 e 30% (m/m) de EVA foram preparadas em extrusora dupla rosca co-rotacional interpenetrante e a influência do teor de VA na biodegradabilidade, morfologia e comportamento térmico e mecânico dessas blendas foi investigada por ensaio de biodegradação em solo, MEV, DSC, análise termo-dinâmico mecânica (DMA) e, ensaios mecânicos de tração e impacto. Além da influência sobre as transições térmicas dos polímeros mencionada anteriormente, os resultados de DSC mostraram que a temperatura de cristalização a frio (Tcc) e a entalpia de fusão (ΔHm) do PHBV aumentaram com o aumento do teor de EVA. Porém, o teor de VA e, consequentemente a miscibilidade das blendas, teve forte influência sobre a entalpia de cristalização a frio (ΔHcc) do PHBV. A presença do EVA65 reduziu significativamente os valores de ΔHcc, enquanto para as blendas preparadas com EVA90 esses valores foram superiores ao do polímero puro, sugerindo influência direta sobre a cinética de cristalização do PHBV. De uma maneira geral, as propriedades mecânicas em tração, tais como, resistência à tração e módulo elástico diminuíram com o aumento do teor de EVA, independentemente do teor de VA nas blendas. Entretanto, a deformação na ruptura foi altamente influenciada pelo teor de VA. Blendas PHBV/EVA65 apresentaram pequeno aumento na deformação na ruptura com o aumento do teor de EVA, provavelmente devido à fraca adesão interfacial entre seus os componentes. Já a deformação na ruptura de blendas PHBV/EVA90 contendo 30% (m/m) de EVA foi de 280%, muito superior à deformação na ruptura de 1,7% do PHBV. A taxa de biodegradação das blendas PHBV/EVA foi menor que a determinada para o PHBV. Apesar da baixa perda de massa determinada no PHBV e nas blendas PHBV/EVA após 180 dias de ensaio de biodegradação, foi possível observar que blendas PHBV/EVA65 apresentaram taxas de biodegradação superiores as apresentadas pelas blendas PHBV/EVA90. Além disso, blendas PHBV/EVA65 contendo altos teores de EVA apresentaram maiores taxas de biodegradação. Nas blendas PHBV/EVA90 as maiores taxas de biodegradação foram obtidas em composições contendo baixos teores de EVA. Esses resultados demonstraram que a miscibilidade afetou a biodegradabilidade das blendas PHBV/EVA de maneira negativa.
The aim of this work was to develop and characterize blends of poly (hydroxybutyrateco-hydroxyvalerate) (PHBV) and poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) containing high amount of vinyl acetate (VA). The VA amount in the EVA used here were 65% (EVA65) and 90% (EVA90) in mass. As the final properties of PHBV blends, a polymer derived from a renewable and biocompostable source with EVA, a polymer of petrochemical and non-biocompostable origin, are highly dependent on the number of constituent phases of the system. Therefore this work initially investigated the miscibility of these blends. PHBV/EVA blends containing 10 to 90% (m/m) of EVA were prepared from the molten state in a torque rheometer and characterized by differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The results of the torque rheometry indicated that EVA65 chains underwent thermomechanical degradation with branching and / or crosslinking, while in PHBV the scission process predominated. The PHBV/EVA65 blends presented two vitreous transitions and distinct phase separation, typical of immiscible systems. In contrast, EVA90 showed no degradation in the study conditions. The DSC curves of the PHBV/EVA90 blends presented a single glass transition temperature (Tg) whose variation as a function of the mass fraction of each component was predicted by the Fox equation. The micrographs indicating the presence of a single phase prove that PHBV blends/EVA90 are totally miscible in any proportion. After this step, the influence of VA amount on the PHBV/EVA blends was studied. PHBV/EVA blends containing 5, 10, 20 and 30% (m/m) EVA were prepared in an interpenetrating co-rotational double screw extruder and the influence of VA content on the biodegradability, morphology and thermal and mechanical behavior of these blends was investigated by soil biodegradation test, SEM, DSC, dynamic mechanical analysis (DMA) and mechanical tensile and impact tests. In addition to the influence on the thermal transitions aforementioned, the DSC results showed that the cold crystallization temperature (Tcc) and the melting enthalpy (ΔHm) of PHBV increased with increasing EVA amount. However, the VA content and hence the miscibility of the blends, had a remarkable influence on the cold crystallization enthalpy (ΔHcc) of PHBV. The presence of EVA65 significantly reduced ΔHcc values, while for blends prepared with EVA90 these values were higher than that of pure polymer, suggesting a direct influence on PHBV crystallization kinetics. In general, mechanical tensile properties, such as tensile strength and elastic modulus decreased with increasing EVA content, regardless of the VA content in the blends. However, the deformation at rupture was highly influenced by the VA amount. PHBV/EVA65 blends exhibited small increase in the elongation at break with increasing EVA amount, probably due to the poor interfacial adhesion between their components. The elongation at break of PHBV/EVA90 blends containing 30% (m/m) of EVA was 280%, much higher than the elongation at break of 1.7% of neat PHBV. The biodegradation rate of PHBV/EVA blends was lower than that determined for PHBV. Despite the low loss of mass determined in PHBV and PHBV/EVA blends after 180 days of biodegradation test, it was possible to observe that PHBV/EVA65 blends had higher biodegradation rates than PHBV/EVA blends90. In addition, PHBV/EVA65 blends containing high EVA amount showed higher rates of biodegradation. In the PHBV/EVA90 blends the highest rates of biodegradation were obtained in compositions containing low EVA contents. These results demonstrated that the miscibility affected the biodegradability of PHBV/EVA blends negatively.

Ce travail de recherche consiste à étudier les relations structure-propriétés de mélanges biopolymères à base de poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) et poly(butylène succinate) (PBS). Il est divisé en trois parties. La première partie est consacrée à l'étude des propriétés des mélanges PHBV/PBS préparés par voie fondue en fonction de la composition en termes de morphologie et de propriétés rhéologiques, mécaniques, thermiques et barrières. Les résultats obtenus ont été discutés par rapport aux polymères de base. La deuxième partie est consacrée à la compatibilisation des mélanges PHBV/PBS et l'amélioration des interactions à l'interface. Les effets de l'incorporation de la sépiolite à 5% en masse et du PHBV greffé par de l’anhydride maléique (PHBV-g-MA) à 5% en masse ont été étudiés en termes de changements morphologiques montrant un effet synergique entre le compatibilisant et la nanocharge sur les l’ensemble des propriétés des mélanges PHBV/PBS. Enfin, une étude sur le recyclage a été menée à travers une évaluation des effets du nombre de cycles d'extrusion sur les propriétés des matériaux. Elle révèle qu'après 6 cycles d'extrusion, la dégradation thermo-mécanique du PHBV est significativement réduite en présence du PBS
The main objective of this work was to study the structure-properties relationships of biopolymerblends based on poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and polybutylene succinate (PBS). The work was devised into three parts. The first part was devoted to the study of the properties of PHBV/PBS blends prepared by melt compounding at different weight ratio in terms of morphology and properties. The results obtained were discussed in terms of properties and compared with the neat polymers. The second part was devoted to the study of compatibility of PHBV/PBS blends aiming to improve the interactions at the interface between the two components. The effects of both sepiolite (5% wt.) and PHBV-g-MA (5% wt.) were studied in terms of properties. The results showed a synergistic effect between the compatibilizer PHBV-g-MA and the nanofiller sepiolite though an increase in thermal, mechanical and rheological properties. The last part dealing with the recyclability of PHBV/PBS through the study of the effects of repeated extrusion cycles on the properties of materials. The results showed that after 6 reprocessing cycles the thermo-mechanical degradation of PHBV is significantly reduced in the presence of PBS

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:53:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-25Bitstream added on 2015-05-14T16:58:44Z : No. of bitstreams: 1 000825396.pdf: 18579983 bytes, checksum: b592bc65fe954c0a216a07f77c7563db (MD5)
A produção de nanobiocompósitos tem crescido nos últimos anos considerando a necessidade no desenvolvimento de materiais que visam substituir aqueles produzidos com matéria-prima oriunda do petróleo e que demoram muito tempo para se degradarem, prejudicando o meio ambiente. Dentro deste contexto, foram confeccionados nanobiocompósitos de PHBV/nanocristais de celulose (NCC) por casting e eletrofiação. O desenvolvimento do trabalho consistiu inicialmente na determinação da melhor sequência de tratamentos químicos para a obtenção da celulose a partir do capim-sapê, e as condições determinadas foram: tratamento alcalino com solução de NaOH 5% (m/m), a 75°C, seguido por três etapas de branqueamento com H2O2/NaOH. Em seguida, foi realizado um planejamento de experimentos (PE) com o qual foi possível determinar as melhores condições de hidrólise ácida para a obtenção dos NCC, que foram: H2SO4 60% (m/m), a 60°C por 30 min (NCC4) e H2SO4 64% (m/m), a 35°C por 75 min (NCC9). Posteriormente, outro PE foi realizado para determinar os parâmetros mais adequados para a solubilidade e processamento do PHBV, e os resultados obtidos levaram à escolha dos seguintes parâmetros: solução de PHBV com 5% (m/m) de polímero em solventes dimetilformamida e clorofórmio (razão 22/78) solubilizados a 50°C por 30h, casting a 153°C e eletrofiação com agulha 20x10, rotação do tambor de 27 rpm, distância de trabalho de 10 cm, com condições ambientais próximas a 25°C e 50% de umidade. Por fim, foram confecionados os nanocompósitos PHBV/NCC4 e PHBV/NCC9, com a adição de 1% (m/m) de reforço, pelos processos de casting e eletrofiação, seguindo as condições de solubilidade e processamento estabelecidas no PE. A adição dos NCC nos nanocompósitos obtidos por casting não alterou a transparência dos filmes e proporcionou uma redução ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
The production of nanobiocomposites has grown in recent years considering the need to develop materials to replace those produced using raw materials derived from petroleum and that take a long time to degrade, damaging the environment. However, nanobiocomposites of PHBV/cellulose nanocrystals (CNC), were obtained by solvent casting and electrospinning. First of all, was determined the best sequence of chemical treatments to obtain cellulose from brazilian satintail, and the conditions were: alkali treatment with NaOH solution (5% w/w) at 75°C , followed by three stages of bleaching with H2O2/NaOH. Then, following a design of experiments (DOE) it was possible to determine the best conditions of acid hydrolysis to obtain the CNC: H2SO4 60% (w/w) at 60°C for 30 min (CNC4) and H2SO4 64% (w/w) at 35°C for 75 min (CNC9). Afterwards, other DOE was conducted to determine the most appropriate PHBV solubility and processing parameters, and the results obtained led to the choice of the following parameters: PHBV solution containing 5% (w/w) of polymer in solvent dimethylformamide and chloroform (ratio 22/78), solubilized at 50°C for 30h; casting at 153°C, and electrospinning with needle (20x10), drum rotation of 27 rpm, working distance of 10 cm and environmental conditions close to 25°C and 50% of moisture. Finally, the nanocomposites PHBV/NCC4 and PHBV/NCC9 were obtained with the addition of 1% (w/w) of reinforcement by casting and electrospinning process, following the solubility and processing conditions determined at DOE. The addition of CNC in the nanocomposites obtained by solvent casting did not change the transparency of the films and provided a significant decrease in the polymer crystallization temperature, mainly with the addition of CNC4, whereas for electrospun nanocomposites, provided a considerable improvement in process efficiency, by ... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald
Coorientador: Maria Odila Hilário Cioffi
Banca: Mirabel Cerqueira Rezende
Banca: Maysa Furlan
Banca: Marcelo Ornaghi Orlandi
Banca: Heitor Luiz Ornaghi Júnior
Resumo: A produção de nanobiocompósitos tem crescido nos últimos anos considerando a necessidade no desenvolvimento de materiais que visam substituir aqueles produzidos com matéria-prima oriunda do petróleo e que demoram muito tempo para se degradarem, prejudicando o meio ambiente. Dentro deste contexto, foram confeccionados nanobiocompósitos de PHBV/nanocristais de celulose (NCC) por casting e eletrofiação. O desenvolvimento do trabalho consistiu inicialmente na determinação da melhor sequência de tratamentos químicos para a obtenção da celulose a partir do capim-sapê, e as condições determinadas foram: tratamento alcalino com solução de NaOH 5% (m/m), a 75°C, seguido por três etapas de branqueamento com H2O2/NaOH. Em seguida, foi realizado um planejamento de experimentos (PE) com o qual foi possível determinar as melhores condições de hidrólise ácida para a obtenção dos NCC, que foram: H2SO4 60% (m/m), a 60°C por 30 min (NCC4) e H2SO4 64% (m/m), a 35°C por 75 min (NCC9). Posteriormente, outro PE foi realizado para determinar os parâmetros mais adequados para a solubilidade e processamento do PHBV, e os resultados obtidos levaram à escolha dos seguintes parâmetros: solução de PHBV com 5% (m/m) de polímero em solventes dimetilformamida e clorofórmio (razão 22/78) solubilizados a 50°C por 30h, casting a 153°C e eletrofiação com agulha 20x10, rotação do tambor de 27 rpm, distância de trabalho de 10 cm, com condições ambientais próximas a 25°C e 50% de umidade. Por fim, foram confecionados os nanocompósitos PHBV/NCC4 e PHBV/NCC9, com a adição de 1% (m/m) de reforço, pelos processos de casting e eletrofiação, seguindo as condições de solubilidade e processamento estabelecidas no PE. A adição dos NCC nos nanocompósitos obtidos por casting não alterou a transparência dos filmes e proporcionou uma redução ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: The production of nanobiocomposites has grown in recent years considering the need to develop materials to replace those produced using raw materials derived from petroleum and that take a long time to degrade, damaging the environment. However, nanobiocomposites of PHBV/cellulose nanocrystals (CNC), were obtained by solvent casting and electrospinning. First of all, was determined the best sequence of chemical treatments to obtain cellulose from brazilian satintail, and the conditions were: alkali treatment with NaOH solution (5% w/w) at 75°C , followed by three stages of bleaching with H2O2/NaOH. Then, following a design of experiments (DOE) it was possible to determine the best conditions of acid hydrolysis to obtain the CNC: H2SO4 60% (w/w) at 60°C for 30 min (CNC4) and H2SO4 64% (w/w) at 35°C for 75 min (CNC9). Afterwards, other DOE was conducted to determine the most appropriate PHBV solubility and processing parameters, and the results obtained led to the choice of the following parameters: PHBV solution containing 5% (w/w) of polymer in solvent dimethylformamide and chloroform (ratio 22/78), solubilized at 50°C for 30h; casting at 153°C, and electrospinning with needle (20x10), drum rotation of 27 rpm, working distance of 10 cm and environmental conditions close to 25°C and 50% of moisture. Finally, the nanocomposites PHBV/NCC4 and PHBV/NCC9 were obtained with the addition of 1% (w/w) of reinforcement by casting and electrospinning process, following the solubility and processing conditions determined at DOE. The addition of CNC in the nanocomposites obtained by solvent casting did not change the transparency of the films and provided a significant decrease in the polymer crystallization temperature, mainly with the addition of CNC4, whereas for electrospun nanocomposites, provided a considerable improvement in process efficiency, by ... (Complete abstract click electronic access below)
Doutor

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011
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O uso de nanopartículas poliméricas como carreadores de fármacos tem sido investigado por aumentar a biodisponibilidade do fármaco e por permitir novas rotas de administração. Polímeros naturais apresentam elevada biodegradabilidade e biocompatibilidade, que são características importantes para estas aplicações biomédicas. No entanto, as propriedades dos polímeros naturais não são tão facilmente manipuláveis como a dos polímeros sintéticos. Neste contexto, nanopartículas blenda (misturas físicas) e híbridas (ligações covalentes entre os polímeros) de polímeros naturais e polímeros sintéticos podem ser uma alternativa interessante para modificação/controle da liberação de fármacos. Neste trabalho, a técnica de miniemulsificação/evaporação do solvente foi utilizada para preparar nanopartículas de PHBV (poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)) e nanopartículas blenda PHBV, PS (poliestireno) e P(S-co-MAA) (poli(estireno-co-ácido metacrílico)). O PHBV de massa molar reduzida também foi utilizado para preparar nanopartículas híbridas com PS e P(S-co-MAA) via polimerização em miniemulsão. Os resultados mostraram que o PHBV de baixa massa molar apresentou menor separação de fases em todos os casos, resultando na formação de partículas com morfologia tipo core-shell devido às diferentes tensões interfaciais entre os polímeros e a água. Em relação às nanopartículas híbridas, o aumento da concentração de PHBV levou à redução da taxa de reação e à diminuição da conversão final de monômero, indicando a possibilidade dos radicais de PS em crescimento terem reagido com as duplas ligações terminais formadas durante a redução de massa molar do PHBV. As nanopartículas de PHBV de maior massa molar apresentaram maior degradação por hidrólise. Quando comparadas à degradação de micropartículas de PHBV, as nanopartículas mostraram uma redução da massa molar muito mais rápida devido a sua maior área superficial. Nanopartículas blenda PHBV/PS apresentaram redução da massa molar desprezível após 50 dias de hidrólise, mostrando a possibilidade de modificação da degradação das nanopartículas. Progesterona foi encapsulada nas nanopartículas de PHBV, blenda PHBV/PS e híbridas PHBV/PS e PHBV/P(S-co-MAA). Não houve alteração nas cinéticas de polimerização em miniemulsão em função da adição de progesterona. As maiores eficiências de encapsulação obtidas foram para as nanopartículas de PHBV estabilizadas com lecitina e para as nanopartículas híbridas PHBV/P(Sco-MAA) (95 e 99%, respectivamente).
Nanoparticles composed by natural polymers have been used in controlled release systems due to their biodegradability and biocompatibility. The use of polymer blends or hybrid polymers (presenting covalent bonds between two or more polymers) composed by natural and synthetic polymers is an interesting alternative to modify release rates. In this work the miniemulsification/solvent evaporation technique was used to obtain PHBV (poli(hidroxibutirato-cohidroxivalerato)) nanoparticles as well as PHBV/PS (polystyrene) and PHBV/P(S-co-MAA) (poly(styrene-co-methacrylic acid)) polymer blend nanoparticles. The influence of the preparation method, PHBV molecular weight, surfactant type and concentration, costabilizer type and concentration on the nanoparticles diameter was evaluated. In the case of the blend nanoparticles the evaluated experimental parameters were PS and PHBV molecular weights, and the amount of each polymer. Low molecular weight PHBV showed enhanced compatibility in all cases resulting in the formation of core-shell particles as expected due to the interfacial tensions between the polymers and the water phase. Hybrid nanoparticles composed by PHBV and P(S-co-MAA) or PS were also obtained. The increase in the PHBV amount led to a decrease in the polymerization rates as well in the total monomer conversion suggesting that the growing PS radicals may be reacted with the terminal double bonds of the reduced molecular weight PBHV. The hydrolytic degradation of the PHBV nanoparticles were evaluated for different temperatures, pH and molecular weights showing that the higher the molecular weight the higher the degradation. Nanoparticles degraded faster than PHBV microparticles due to the increased specific surface area. PS/PHBV blend nanoparticles presented negligible molecular weight reduction even after 50 days demonstration that the presence of PF can be used to modify the degradation rates. Progesterone was encapsulated in the PHBV nanoparticles (pure, blend and hybrid polymers). The miniemulsion polymerization kinetics were not affected by the presence of progesterone. The higher encapsulation efficiencies were found in the case of lecithin stabilized pure PHBV nanoparticles as well as in the case of PHBV/P(S-co-MAA) hybrid nanoparticles (95 and 99%, respectively).

Leukaemia is defined as a group of haematological diseases (related to blood and blood-forming tissue) characterized by malignant proliferation of myeloblasts or lymphoblasts that replace normal bone marrow elements and infiltrate normal tissues. The study of leukaemia has been hindered by the lack of appropriate in vitro models, which can mimic this microenvironment. It is hypothesized that the fabrication of porous 3-D scaffolds for the biomimetic growth of leukaemic cells in vitro could facilitate the study of the disease in its simulated native 3-D niche. In this study, polyhydroxyalkanoate (PHA), in particular poly(hydroxybutyrate) (PHB) and poly(hydroxybutyrate-co-valerate) (PHBV) porous 3-D scaffolds with an improved thickness (in relative to the conventionally made PHA matrices) are utilized and investigated to model the abnormal 3-D leukaemic cellular growth system in the absence of exogenous cytokines. The polymeric porous 3-D scaffolds were fabricated using an ideal polymer concentration of 4% (w/v). The salt-leaching efficacy and the effect of salt residual on the cell growth media were carried out to validate the significant amount of salt remnant inside the porous materials. The physico-chemical characteristics of the porous 3-D scaffolds such as surface wetting, porosity, BET surface area and pore size distribution were studied by means of drop sessile analyzer (DSA), helium gas pycnometry, mercury intrusion porosimetry (MIP) and scanning electron microscopy (SEM). To increase probability of cellular attachment and proliferation, the polymeric scaffold surfaces were treated with O2-rf-plasma (100 W at 10 min) and NaOH (0.6M). Next, in order to improve the in vitro 3-D leukaemic cell culture, two main bone marrow extracellular matrix (ECM) proteins which are collagen type I or fibronectin were immobilized via physical adsorption on the treated surfaces of the polymeric porous 3-D scaffolds. Meanwhile, the in vitro degradation studies were conducted on both polymeric scaffolds with the hydrolytic degradation media of phosphate buffered saline (PBS) and cell growth media. The scaffolds were analyzed and compared for mass loss, morphology and pH changed of the PBS and cell growth media throughout 45 weeks and 9 weeks of the study respectively. Overall, PHB and PHBV displayed a good seeding efficiency (24 h) and excellent leukaemic cellular growth for up to 6 weeks (protein-coated scaffolds), assessed by MTS assay and SEM. Once the abnormal hematopoietic 3-D model (cell lines) was established, a new model to culture human primary acute myeloid leukaemia mononuclear cells (AML MNCs) was studied, compared and validated. All leukaemic cells grew better in PHBV scaffolds coated with 62.5 μg/ml collagen type I and sustained cell growth in the absence of exogenous cytokines. As a result, it was concluded that PHBV-collagen scaffolds may provide and could be used, as a practical model with which to study the biology and treatment of primary AML in an in vitro mimicry without the use of 2-D culture system and animal models.

The utilization of biodegradable polymers is critical for developing “cradle to cradle” mindset with ecological, social and economic consequences. Poly(hydroxy butyrate-co-valerate) (PHBV) shows significant potential for many applications with a polypropylene equivalent mechanical performance. However, it has limitations including high crystallinity, brittleness, small processing window, etc. which need to be overcome before converting them into useful products. Further the development of biodegradable strain sensing polymer sensors for structural health monitoring has been a growing need. In this dissertation I utilize carbon nanotubes as a self sensing dispersed nanofiller. The impact of its addition on PHBV and a blend of PHBV with poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) polymer was examined. Nanocomposites and blends of PHBV, PBAT, and MWCNTs were prepared by melt-blending. The effect of MWCNTs on PHBV crystallinity, crystalline phase, quasi-static and dynamic mechanical property was studied concurrently with piezoresistive response. In PHBV/PBAT blends a rare phenomenon of melting point elevation by the addition of low melting point PBAT was observed. The blends of these two semicrystalline aliphatic and aromatic polyesters were investigated by using differential scanning calorimetry, small angle X-ray scattering, dynamic mechanical analysis, surface energy measurement by contact angle method, polarized optical and scanning electron microscopy, and rheology. The study revealed a transition of immiscible blend compositions to miscible blend compositions across the 0-100 composition range. PHBV10, 20, and 30 were determined to be miscible blends based on a single Tg and rheological properties. The inter-relation between stress, strain, morphological structure and piezoresistive response of MWCNT filled PHBV and PHBV/PBAT blend system was thoroughly investigated. The outcomes of piezoreistivity study indicated MWCNT filled PHBV and PHBV/PBAT blend system as a viable technology for structural health monitoring. Finally, the compostability of pure polymer, blend system, and MWCNT filled system was studied indicating that PBAT and CNT decreased the biodegradability of PHBV with CNT being a better contributor than PBAT.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-21Bitstream added on 2014-06-13T20:16:41Z : No. of bitstreams: 1 passos_tm_me_rcla.pdf: 1663049 bytes, checksum: e9f20eb320808b33757af00afc28f9f7 (MD5)
O aumento do consumo de materiais plásticos, no mundo todo, tem sido objeto de grande preocupação e especial atenção por parte da comunidade científica, no sentido de promover o desenvolvimento de materiais que, ao serem descartados sejam biodegradados em tempo mais curto, no meio ambiente. Os plásticos sintéticos mais utilizados atualmente são de difícil degradação, por serem hidrofóbicos e resistentes à ação de enzimas microbianas. Entretanto, o uso de materiais alternativos, tais como as blendas de polímeros biodegradável e sintético, pode minimizar o efeito danoso do descarte desses materiais em lixões e aterros sanitários, por serem suscetíveis à ação de micro-organismo. Este trabalho visou investigar a biodegradação dos filmes de PHBV (biodegradável), PEBD (polietileno de baixa densidade) e da blenda de PEBD/PHBV (70/30), empregando fungos específicos em meios de cultura sólido e líquido, utilizando metodologias como: Microscopia óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Os fungos Penicillium funiculosum e Paecilomyces variotii degradam eficientemente o PHBV, sendo que o primeiro degradou o polímero com formação de ácidos insaturados, fortes indicadores da biodegradação deste tipo de material. Além disso, estes fungos aderem significativamente à superfície do PE, mudando expressivamente sua morfologia. A blenda de PE/PHBV (70/30), é um material suscetível à ação destes fungos, tendo sofrido mudanças, inclusive, na sua cristalinidade. Nesta blenda ficou evidente também a ação de proteção do PE, que inibiu o acesso do fungo à fase do PHBV contido na mesma. No meio mineral completo houve consumo da fase amorfa e...
The increase in consumption of plastics in the world has been the subject of great concern and special attention from the scientific community, to promote the development of materials that are biodegradable in a shorter time when discarded in the environment. The most widely used synthetic plastics are hardly degraded, because they are hydrophobic and resistant to the action of microbial enzymes. However, the use of alternative materials, such as blends of biodegradable polymers and synthetic, can minimize the harmful effect of the disposal of these materials in dumps and landfills, because they are susceptible to the action of microorganisms. This work aims to investigate the biodegradation of PHBV films (biodegradable), LDPE (low density polyethylene) and blends of LDPE / PHBV (70/30), using specific fungi in culture media solid and liquid, employing methods such as optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR). Penicillium funiculosum and Paecilomyces variotii degrade PHBV efficiently and the first one degraded the polymer producing insaturated acids, strong indicators of the biodegradation of this type of material. Besides that, they adhere significantly on PE surface, changing meaningly the morphology of these materials. The PE / PHBV (70/30) blend, is a material susceptible to the fungi action, having undergone changes, including in its crystallinity. It was also evident the protective action of the PE, preventing the access of the fungus to the PHBV phase contained in the blend. In the complete mineral medium there was a consumption of amorphous and crystalline phases (decrease and increase of carbonyl indices, respectively – FTIR) and in the incomplete mineral medium, the amorphous and crystalline phases were consumed, showing the efficiency of P. funiculosum... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Sandra Mara Martins Franchetti
Coorientador: José Carlos Marconato
Banca: Regina Teresa Rosim Monteiro
Banca: Carlos Renato Corso
Resumo: O aumento do consumo de materiais plásticos, no mundo todo, tem sido objeto de grande preocupação e especial atenção por parte da comunidade científica, no sentido de promover o desenvolvimento de materiais que, ao serem descartados sejam biodegradados em tempo mais curto, no meio ambiente. Os plásticos sintéticos mais utilizados atualmente são de difícil degradação, por serem hidrofóbicos e resistentes à ação de enzimas microbianas. Entretanto, o uso de materiais alternativos, tais como as blendas de polímeros biodegradável e sintético, pode minimizar o efeito danoso do descarte desses materiais em lixões e aterros sanitários, por serem suscetíveis à ação de micro-organismo. Este trabalho visou investigar a biodegradação dos filmes de PHBV (biodegradável), PEBD (polietileno de baixa densidade) e da blenda de PEBD/PHBV (70/30), empregando fungos específicos em meios de cultura sólido e líquido, utilizando metodologias como: Microscopia óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Os fungos Penicillium funiculosum e Paecilomyces variotii degradam eficientemente o PHBV, sendo que o primeiro degradou o polímero com formação de ácidos insaturados, fortes indicadores da biodegradação deste tipo de material. Além disso, estes fungos aderem significativamente à superfície do PE, mudando expressivamente sua morfologia. A blenda de PE/PHBV (70/30), é um material suscetível à ação destes fungos, tendo sofrido mudanças, inclusive, na sua cristalinidade. Nesta blenda ficou evidente também a ação de proteção do PE, que inibiu o acesso do fungo à fase do PHBV contido na mesma. No meio mineral completo houve consumo da fase amorfa e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: The increase in consumption of plastics in the world has been the subject of great concern and special attention from the scientific community, to promote the development of materials that are biodegradable in a shorter time when discarded in the environment. The most widely used synthetic plastics are hardly degraded, because they are hydrophobic and resistant to the action of microbial enzymes. However, the use of alternative materials, such as blends of biodegradable polymers and synthetic, can minimize the harmful effect of the disposal of these materials in dumps and landfills, because they are susceptible to the action of microorganisms. This work aims to investigate the biodegradation of PHBV films (biodegradable), LDPE (low density polyethylene) and blends of LDPE / PHBV (70/30), using specific fungi in culture media solid and liquid, employing methods such as optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR). Penicillium funiculosum and Paecilomyces variotii degrade PHBV efficiently and the first one degraded the polymer producing insaturated acids, strong indicators of the biodegradation of this type of material. Besides that, they adhere significantly on PE surface, changing meaningly the morphology of these materials. The PE / PHBV (70/30) blend, is a material susceptible to the fungi action, having undergone changes, including in its crystallinity. It was also evident the protective action of the PE, preventing the access of the fungus to the PHBV phase contained in the blend. In the complete mineral medium there was a consumption of amorphous and crystalline phases (decrease and increase of carbonyl indices, respectively - FTIR) and in the incomplete mineral medium, the amorphous and crystalline phases were consumed, showing the efficiency of P. funiculosum... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-04-03Bitstream added on 2014-11-10T11:58:38Z : No. of bitstreams: 1 000789456.pdf: 4124788 bytes, checksum: 893ba3b360feb1b81ce417904c8dde18 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Os plásticos são materiais que possuem larga escala de aplicação industrial e trazem importância econômica para sociedade atual. O uso dos plásticos sintéticos em embalagens e produtos descartáveis gera impactos sócio-ambientais devido ao descarte e disposição inadequada deste material. Uma das alternativas para minimizar esses impactos é a produção de blendas que possuam características próprias ao uso e que após a utilização, sejam absorvidas em um período curto de tempo pelo meio ambiente. Esse trabalho avaliou a biodegradação dos filmes de PHBV (poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)), dos filmes de PEBD (polietileno de baixa densidade) e da blenda de PEBD/PHBV (70/30), em coluna de solo, utilizando metodologias como: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e avaliação da perda de massa. Foi observado que o PHBV se biodegradou em 30 dias de exposição ao solo, período menor de exposição comparado ao PEBD e a blenda, 180 dias. Através do MEV foi possível observar mudanças micro morfológicas significativas na superfície dos filmes de PHBV e da blenda (furos, fraturas, descamações e erosões), o que complementa os valores encontrados de perda de massa, em que o PHBV teve uma redução de 43,9% e a blenda uma redução de 15,7%, nos respectivos períodos do processo biodegradativo. Os espectros de FTIR forneceram informações importantes para avaliação da biodegradação, pois foram capazes de mostrar as alterações estruturais relevantes após o processo biodegradativo, tal como a hidrólise de ésteres do PHBV na interfase entre o PEBD e PHBV. Através das análises de FTIR verificou se alteração de cristalinidade dos materiais poliméricos, que foi um indicativo que auxiliou a avaliação da biodegradação dos filmes. A blenda nessa proporção (70:30), demonstrou ser susceptível à comunidade microbiana do solo, sofrendo mudanças significativas...
Plastics are materials with large-scale industrial application and economic importance to modern society. The use of synthetic plastics in packaging and disposable products generates socio- environmental due to improper disposal and disposal of this material impacts . One alternative to minimize these effects is the production of blends which have their own characteristics and use after use, to be absorbed in a short period of time in the environment . This study evaluated the biodegradation of PHBV films (poly ( hydroxybutyrate-co- hydroxyvalerate ) ) , films of LDPE ( low density polyethylene ) and LDPE blend / PHBV ( 70/30 ) in the soil column using methodologies as: Scanning Electron Microscopy (SEM ) , Fourier Transform Infrared ( FTIR ) and weight loss evaluation. PHBV was biodegraded within 30 days of exposure to the soil , the less exposure time compared to LDPE and blends in 180 days . Through SEM we observed significant micro morphological changes on the surface of PHBV and blend films ( holes , fractures , desquamation and erosions ) , which complements the values found of mass loss , where the PHBV decreased by 43.9 % and the blend showed a reduction of 15.7% in the respective periods of the biodegradation process. The FTIR spectra provide important information for assessing biodegradation because they showed the important structural changes after the biodegradation process , such as hydrolysis of esters of PHBV at the interface between LDPE and PHBV . Using FTIR analysis was verified crystallinity change of the polymer materials, which was an indication of the films biodegradation. The blend in this ratio, shown to be susceptible to the soil microbial community, undergoing significant changes in its morphology

Orientador: José Carlos Marconato
Coorientador: Suely Patrícia Costa Gonçalves
Banca: Sandra Mara Martins Franchetti
Banca: Adriana de Campos
Resumo: Os plásticos são materiais que possuem larga escala de aplicação industrial e trazem importância econômica para sociedade atual. O uso dos plásticos sintéticos em embalagens e produtos descartáveis gera impactos sócio-ambientais devido ao descarte e disposição inadequada deste material. Uma das alternativas para minimizar esses impactos é a produção de blendas que possuam características próprias ao uso e que após a utilização, sejam absorvidas em um período curto de tempo pelo meio ambiente. Esse trabalho avaliou a biodegradação dos filmes de PHBV (poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)), dos filmes de PEBD (polietileno de baixa densidade) e da blenda de PEBD/PHBV (70/30), em coluna de solo, utilizando metodologias como: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e avaliação da perda de massa. Foi observado que o PHBV se biodegradou em 30 dias de exposição ao solo, período menor de exposição comparado ao PEBD e a blenda, 180 dias. Através do MEV foi possível observar mudanças micro morfológicas significativas na superfície dos filmes de PHBV e da blenda (furos, fraturas, descamações e erosões), o que complementa os valores encontrados de perda de massa, em que o PHBV teve uma redução de 43,9% e a blenda uma redução de 15,7%, nos respectivos períodos do processo biodegradativo. Os espectros de FTIR forneceram informações importantes para avaliação da biodegradação, pois foram capazes de mostrar as alterações estruturais relevantes após o processo biodegradativo, tal como a hidrólise de ésteres do PHBV na interfase entre o PEBD e PHBV. Através das análises de FTIR verificou se alteração de cristalinidade dos materiais poliméricos, que foi um indicativo que auxiliou a avaliação da biodegradação dos filmes. A blenda nessa proporção (70:30), demonstrou ser susceptível à comunidade microbiana do solo, sofrendo mudanças significativas...
Abstract: Plastics are materials with large-scale industrial application and economic importance to modern society. The use of synthetic plastics in packaging and disposable products generates socio- environmental due to improper disposal and disposal of this material impacts . One alternative to minimize these effects is the production of blends which have their own characteristics and use after use, to be absorbed in a short period of time in the environment . This study evaluated the biodegradation of PHBV films (poly ( hydroxybutyrate-co- hydroxyvalerate ) ) , films of LDPE ( low density polyethylene ) and LDPE blend / PHBV ( 70/30 ) in the soil column using methodologies as: Scanning Electron Microscopy (SEM ) , Fourier Transform Infrared ( FTIR ) and weight loss evaluation. PHBV was biodegraded within 30 days of exposure to the soil , the less exposure time compared to LDPE and blends in 180 days . Through SEM we observed significant micro morphological changes on the surface of PHBV and blend films ( holes , fractures , desquamation and erosions ) , which complements the values found of mass loss , where the PHBV decreased by 43.9 % and the blend showed a reduction of 15.7% in the respective periods of the biodegradation process. The FTIR spectra provide important information for assessing biodegradation because they showed the important structural changes after the biodegradation process , such as hydrolysis of esters of PHBV at the interface between LDPE and PHBV . Using FTIR analysis was verified crystallinity change of the polymer materials, which was an indication of the films biodegradation. The blend in this ratio, shown to be susceptible to the soil microbial community, undergoing significant changes in its morphology
Mestre

Se desarrollaron películas biodegradables activas a base de PHBV, combinadas con otros biopolímeros (PLA y almidón) y diferentes compuestos antimicrobianos (aceites esenciales (AE)), las cuales se caracterizaron en cuanto a sus propiedades funcionales y estructurales a fin de obtener materiales que satisfagan mejor los requisitos de envasado de alimentos. La plastificación del PHBV se llevó a cabo mediante el uso de diferentes compuestos con el objetivo de mejorar el rendimiento mecánico de los films. Asimismo, se incorporaron diferentes activos (AE de orégano y clavo, así como sus respectivos compuestos mayoritarios, carvacrol (CA) y eugenol (EU)) en películas bicapa de PHBV pulverizando los activos entre dos monocapas obtenidas por termocompresión. También se analizó la potencial sinergia entre diferentes compuestos de AE, así como sus aplicaciones a diferentes alimentos cuando se incorporan en películas bicapa de PHBV. Se desarrollaron películas antimicrobianas multicapa donde se combinaron láminas polares (almidón), apolares (poliéster) y CA, ya sea pulverizado entre ambas capas o incorporado en la solución filmogénica de poliésteres, a fin de optimizar la funcionalidad del material. El proceso de valorización de la cascarilla de arroz, basado en extracción con agua subcrítica, permitió obtener xilanos bioactivos y fracciones celulósicas con potenciales aplicaciones en el envasado de alimentos. Pese a que la adición de polietilenglicol (PEG) de diferente peso molecular o ácido láurico disminuyó significativamente la rigidez y la resistencia de las películas de PHBV, solo el PEG1000 dio lugar a películas más extensibles. No obstante, estrategias adicionales fueron necesarias a fin de adaptar las propiedades mecánicas de los films de PHBV a ciertos requisitos de envasado. La pulverización de activos en la interfaz de ambas monocapas de PHBV generó películas antimicrobianas con propiedades físicas adecuadas. Además, la liberación de los activos desde las películas permitió controlar el crecimiento de Escherichia coli y Listeria innocua en condiciones in vitro. Ambos activos, CA y EU, se liberaron de manera efectiva en diferentes simulantes alimentarios. En este sentido, la tasa de liberación mejoró cuando disminuyó la polaridad de los simulantes. El efecto sinérgico más notable para los compuestos de AE se observó para las mezclas CA/cinnamaldehído para ambas bacterias, pero usando diferentes proporciones de compuestos. De esta forma, los resultados obtenidos permitieron la optimización de la dosis de activos utilizados para la aplicación de alimentos, minimizando así su impacto sensorial. Las películas de PHBV con compuestos activos de AE fueron altamente efectivas contra L. innocua y E. coli in vitro, pero mucho menos activas en alimentos. Asimismo, no se observó ninguna correlación entre la cantidad de activo migrada al alimento y el efecto antibacteriano en las diferentes matrices, lo que refleja que existen numerosos factores composicionales que afectan a la disponibilidad de los activos a la hora de ejercer su acción antibacteriana sobre un alimento determinado. La formulación 75:25 PLA-PHBV con PEG1000 exhibió las mejores propiedades físicas y, por lo tanto, se utilizó como soporte del CA mediante casting, así como para desarrollar bicapas con almidón. La incorporación de CA pulverizarlo entre las láminas de poliéster y almidón no fue eficaz a la hora de retener el compuesto activo en las bicapas. Sin embargo, la incorporación de CA en películas de poliésteres mediante casting dio lugar a una retención de CA prácticamente total, lo que condujo a una notable actividad antimicrobiana. Además, estas bicapas exhibieron propiedades físicas altamente mejoradas con respecto a la monocapa de almidón. La valorización de la cáscara de arroz mediante extracción con agua subcrítica, permitió obtener hemicelulosas mejor conservadas, con actividad antioxi
Biodegradable active films based on PHBV, combined with other biopolymers (PLA and starch) and different antimicrobial compounds (essential oils (EO)), were developed and characterized as to their functional and structural properties to obtain materials that better meet food packaging requirements. Plasticization of PHBV was analysed by using different compounds to enhance the PHBV mechanical performance. Likewise, different active compounds (oregano and clove EO, as well as their respective main compounds, carvacrol (CA) and eugenol (EU)) were incorporated into PHBV bilayer films by spraying the actives between two thermo-compressed monolayers. The potential synergy between different EO compounds and their applications to different food when incorporated into PHBV films was also analysed. Multilayer antimicrobial films combining polar (starch) and non-polar (polyester) sheets, incorporating CA, either by spraying it between both layers or incorporating it in the polyester casting solution, were developed to optimise the material functionality. Bioactive xylans and cellulosic fractions from rice husk, which are useful for food packaging applications, were obtained by using an eco-friendlier valorization process based on subcritical water extraction. Although the addition of polyethylene glycol (PEG) of different molecular weight and lauric acid significantly decreased the stiffness and the resistance to break of PHBV films, only PEG1000 yielded more extensible films. Nonetheless, additional strategies would be required to adapt PHBV mechanical properties to certain packaging requirements. Spraying actives at the interface of both PHBV monolayers produced antimicrobial films with appropriate physical properties. The release of the actives from the films was adequate to control the growth of E. coli and L. innocua in vitro. Both actives, CA and EU were effectively released into different food simulants. The release rate was enhanced when the polarity of the simulants decreased, but it fell markedly in fatty systems. The most remarkable synergistic effect for the EO compounds was observed for CA/cinnamaldehyde blends for both bacteria but using different compound ratios. Thus, the results allowed for the optimization of the dose of actives used for food application, thus minimizing their sensory impact. PHBV films with active EO compounds were highly effective against L. innocua and E. coli in the in vitro tests, but they were much less effective in foods. Likewise, no correlation between the amount of active that migrated to the food and the antibacterial effect was observed, which reflected that many compositional factors affect the availability of the antimicrobials to exert their action on a specific food. The 75:25 PLA-PHBV formulation with PEG1000 exhibited the best properties in terms of physical properties and, thus it was used to be the carrier of CA by casting and to develop bilayers with starch. Incorporating CA by spraying it between the polyester and starch sheets was not effective at retaining this active in the bilayers. However, the incorporation of CA into casted polyester films was highly effective at providing practically total CA retention, which led to a notable antimicrobial activity. Moreover, these bilayers exhibited highly improved tensile and water vapour barrier capacity with respect to the starch monolayer. The rice husk valorization, based on subcritical water extraction, allowed for obtaining better preserved hemicelluloses, with antioxidant and antibacterial activity, useful as additives for food or food packaging applications, and cellulosic reinforcing agents to develop biocomposites with enhanced mechanical performance.
Es van desenvolupar pel·lícules biodegradables actives a base de PHBV, combinades amb altres biopolímers (PLA i midó) i diferents compostos antimicrobians (olis essencials (OE)), les quals es van caracteritzar quant a les seues propietats funcionals i estructurals a fi d'obtindre materials que complisquen millor els requisits d'envasament d'aliments. La plastificació del PHBV es va dur a terme per mitjà de diferents compostos amb l'objectiu de millorar el rendiment mecànic dels films. Així mateix, es van incorporar diferents actius (OE d'orenga i clau, així com els seus respectius compostos majoritaris, carvacrol (CA) i eugenol (EU)) en pel·lícules bicapa de PHBV polvoritzant els actius entre dos monocapas, obtingudes per termocompressió. També es va analitzar la potencial sinergia entre diferents compostos d'OE, així com les seues aplicacions a diferents aliments quan s'incorporen en pel·lícules bicapa de PHBV. Es van desenvolupar pel·lícules antimicrobianes multicapa on es combinaren làmines polars (midó) i apolars (polièsters) i carvacrol, ja siga polvoritzat entre ambdós capes o incorporat en la solució filmogénica de polièsters, a fi d'optimitzar la funcionalitat del material. El procés de valoració de la corfeta d'arròs, basat en extracció amb aigua subcrítica, va permetre obtindre xilans bioactius i fraccions cel·lulòsiques amb potencials aplicacions en l'envasament d'aliments. A pesar que l'addició de polietilenglicol (PEG) de diferent pes molecular o àcid làuric va disminuir significativament la rigidesa i la resistència de les pel·lícules de PHBV, només PEG1000 va donar lloc a pel·lícules més extensibles. No obstant això, estratègies addicionals varen ser necessàries a fi d'adaptar les propietats mecàniques dels films de PHBV a certs requisits d'envasament. La polvorització d'actius a la interfase d'ambdós monocapes de PHBV va generar pel·lícules antimicrobianes amb propietats físiques adequades. L'alliberament dels actius des de les pel·lícules va permetre controlar el creixement d'Escherichia coli i Listeria innocua en assajos in vitro. Ambdós actius, CA i EU, es van alliberar de manera efectiva en els diferents simulantes alimentaris. La taxa d'alliberament va millorar quan va disminuir la polaritat dels sistemes aquosos. L'efecte sinèrgic més notable per als compostos d'OE es va observar per a les mescles de CA/cinnamaldehído per a ambdós bacteris, però utilitzant diferents proporcions. D'esta manera, els resultats van permetre l'optimització de la dosi d'actius utilitzats per a l'aplicació en aliments, minimitzant així el seu impacte sensorial. Les pel·lícules de PHBV amb actius d'OE van ser altament efectives front L. innocua i E. coli en les proves in vitro, però van ser molt menys efectives en aliments. Així mateix, no es va observar cap correlació entre la quantitat d'actiu migrada a l'aliment i l'efecte antibacterià en les diferents matrius, la qual cosa reflectix que hi ha molts factors composicionals que afecten la efectivitat del dels compostos actius per a exercir la seua acció sobre un aliment en concret. La formulació 75:25 PLA-PHBV amb PEG1000 va exhibir les millors propietats físiques i, per tant, es va utilitzar com a suport del CA per mitjà de càsting, així com per a desenvolupar bicapes amb midó. La incorporació de CA polvoritzat entre les làmines de polièsters i midó no va ser eficaç per a retindre el compost actiu en la bicapa. No obstan, la incorporació de CA en pel·lícules de polièster per càsting va permetre una retenció de CA pràcticament total, la que va conduir a una notable activitat antimicrobiana. A més, estes bicapas van exhibir una capacitat de barrera al vapor d'aigua i a la tracció altament millorades respecte a la monocapa de midó. La valoració de la corfa d'arròs, basada en l'extracció amb aigua subcrítica, va permetre obtindre fraccions hemicelulósiques millor conservades, amb activ
Requena Peris, R. (2018). Multilayer biodegradable active films based on PHBV for food packaging [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110079
TESIS

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3487.pdf: 10138404 bytes, checksum: 13b93cd4409d1c88ac70e1d1996e4e50 (MD5) Previous issue date: 2010-12-15
This study aimed to develop and characterize polymer blends using biodegradable and bioabsorbable polymers poly (hydroxybutyrate-co-valerate) PHBV with 12% valerate, and poly (ε-caprolactone) PCL, in order to make the PHBV less fragile for applications such as osteosynthesis devices. We studied the binary mixture of these polymers in the compositions PHBV / PCL (75/25 and 50/50). The polymer blends were prepared in order to simulate a large-scale industrial process, by extrusion followed by injection. The pure polymers and polymer blends were evaluated and characterized by: Melt Flow Index (MFI), Thermal Analysis (TG, DSC and DMTA), Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermal Test of the Heat Deflection Temperature (HDT), Mechanical Tests (impact, tensile and flexural), Size Exclusion Chromatography (SEC), analysis of in vitro degradation and Cytotoxicity Analysis, direct and indirect. The results obtained through different techniques indicated the immiscibility of PHBV / PCL blends. In terms of mechanical properties, the polymer blends analyzed indicated better characteristics than copolymer PHBV, presenting a less brittle behavior. In the in vitro study, in phosphate buffered saline solution with pH 7.3, the PHBV and PCL samples indicated a slow degradation behavior when compared to other bioabsorbable polymers. Along the degradation period, the polymers became more rigid, increasing the values of the Tensile Modulus of Elasticity. It was verified that, depending on the degradation period, there was a reduction in the values of molar masses of the samples studied. Through the cytotoxicity analysis, it was found that the pure polymers and the blends studied did not indicate indirect toxicity. However, the results indicated toxicity through the direct contact with the polymers studied, which may be related to the superficial characteristics thereof.
O objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar blendas poliméricas utilizando os polímeros biodegradáveis e biorreabsorvíveis poli(hidroxibutirato-co-valerato) PHBV, com 12% de valerato, e poli(ε- caprolactona) - PCL, com a finalidade de tornar o PHBV menos frágil para aplicações tais como dispositivos de osteossíntese. Estudou-se a mistura binária desses polímeros nas composições PHBV/PCL (75/25 e 50/50). As blendas poliméricas foram preparadas de maneira a simular um processo industrial em grande escala, por extrusão seguida de injeção. Os polímeros puros e as blendas poliméricas foram avaliados e caracterizados por: Índice de fluidez (MFI), Análises Térmicas (TG, DSC e DMTA), Microscopia óptica, Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Ensaio térmico de temperatura de deflexão ao calor sob carga (HDT), Ensaios mecânicos (impacto, tração e flexão), Cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), Análise de degradação in vitro e Análise de Citotoxicidade, indireta e direta. Os resultados obtidos através de diversas técnicas indicaram a imiscibilidade das blendas PHBV/PCL. Em termos das propriedades mecânicas, as blendas poliméricas estudadas apresentaram características melhores que o copolímero PHBV, apresentando comportamento menos frágil. No estudo in vitro, em solução tampão de fosfato salino com pH 7.3, as amostras de PHBV e de PCL mostraram um comportamento de degradação lenta quando comparados a outros polímeros biorreabsorvíveis. Em função do tempo de degradação os polímeros tornaram-se mais rígidos, aumentando assim os valores dos módulos de elasticidade em tração. Comprovou-se que, em função do tempo de degradação, houve uma redução nos valores das massas molares das amostras estudadas. Através da análise de citotoxicidade constatou-se que os polímeros puros e as blendas estudados não apresentaram toxicidade indireta. Porém, os resultados mostraram toxicidade por contato direto com os polímeros estudados, o que pode estar relacionado às características superficiais dos mesmos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2008
Made available in DSpace on 2012-10-24T02:59:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275389.pdf: 3136937 bytes, checksum: 8db60fa4cf0a2a81b42e9d06190468e5 (MD5)
Este trabalho teve por objetivo a obtenção de poli-hidroxialcanoatos (PHAs) biossintetizados por Chromobacterium violaceum, em diferentes condições de escala, concentração e variação de substrato, nutrientes limitantes e pH. Embora a produção de PHAs por C. violaceum tenha sido um dos motivos pelos quais este microrganismo tenha tido seu genoma completamente sequenciado por um consórcio envolvendo grupos de pesquisa de todo o país, não se tem conhecimento de nenhum estudo sistemático da produção desses poliésteres em escalas de laboratório e de bancada. As propriedades dos biopolímeros produzidos são consequência da sua composição molecular, que pode ser influenciada pelas condições de operação, assim como do(s) substrato(s) utilizado(s). Em particular, o grau de copolimerização é um parâmetro que pode interferir diretamente no tipo de aplicação do PHA produzido. Como a C. violaceum é capaz de produzir o homopolímero de poli-hidroxivalerato (PHV) e copolímeros PHBV, que incorporam unidades de 3-hidroxibutirato (3HB), isto é, P(3HB-co-3HV), este estudo concentrou seus esforços na obtenção de diferentes graus de incorporação de unidades de valerato no copolímero, visando características desejáveis para novas aplicações comerciais. Foram estudados os copolímeros de 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV) produzidos por C. violaceum em agitador orbital de laboratório e biorreator de 4 litros, a 30°C sob limitação de nitrogênio ou de fósforo, utilizando diferentes pH (6 e 7), concentrações de glicose (10, 20 e 30 g l-1) e concentração de propionato (0 e 10 mM). Os resultados demonstraram que a concentração de substrato, o pH e a adição de propionato afetam a quantidade total dos PHAs produzidos. Um acúmulo de 70% (g.g-1) foi obtido sob limitação de nitrogênio em agitador orbital a pH 7, 10 g l-1 de glicose e sem adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato aumentou a incorporação de unidades de valerato, mas diminuiu a quantidade de biomassa produzida. O controle do pH e da aeração nas condições de cultivo utilizando o biorreator aumentou a quantidade de biomassa formada, alcançando um máximo de 6,54 g l-1 sob limitação de fósforo, em pH 7, 20 g l-1 de glicose, sem a adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato às culturas realizadas em biorreator, contudo, não aumentou a incorporação de 3HV ao copolímero obtido, sugerindo que o controle do pH tem influência sobre a composição do PHBV acumulado. A caracterização dos polímeros extraídos dos cultivos em biorreator demonstrou que a incorporação de unidades de valerato ao polímero diminuiu a temperatura de fusão do material em relação ao PHB puro, ficando entre 174 e 178°C. A temperatura máxima de degradação do polímero também foi influenciada pelo percentual de unidades de valerato, ficando entre 302 e 312°C, cerca de 30°C acima da temperatura de degradação do PHB puro (278°C). A pureza dos copolímeros extraídos foi superior a 95%. As características físico-químicas analisadas destes biopolímeros (temperaturas de fusão, transição vítrea, degradação inicial, degradação total, grupos funcionais, incorporação de violaceína no biopolímero, diâmetro de poros das membranas formadas) sugerem que esses materiais podem ser utilizados para o desenvolvimento de novas aplicações nas áreas biotecnológica e biomédica como, por exemplo, na produção de novos arcabouços de engenharia de tecidos.Este trabalho teve por objetivo a obtenção de poli-hidroxialcanoatos (PHAs) biossintetizados por Chromobacterium violaceum, em diferentes condições de escala, concentração e variação de substrato, nutrientes limitantes e pH. Embora a produção de PHAs por C. violaceum tenha sido um dos motivos pelos quais este microrganismo tenha tido seu genoma completamente sequenciado por um consórcio envolvendo grupos de pesquisa de todo o país, não se tem conhecimento de nenhum estudo sistemático da produção desses poliésteres em escalas de laboratório e de bancada. As propriedades dos biopolímeros produzidos são consequência da sua composição molecular, que pode ser influenciada pelas condições de operação, assim como do(s) substrato(s) utilizado(s). Em particular, o grau de copolimerização é um parâmetro que pode interferir diretamente no tipo de aplicação do PHA produzido. Como a C. violaceum é capaz de produzir o homopolímero de poli-hidroxivalerato (PHV) e copolímeros PHBV, que incorporam unidades de 3-hidroxibutirato (3HB), isto é, P(3HB-co-3HV), este estudo concentrou seus esforços na obtenção de diferentes graus de incorporação de unidades de valerato no copolímero, visando características desejáveis para novas aplicações comerciais. Foram estudados os copolímeros de 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV) produzidos por C. violaceum em agitador orbital de laboratório e biorreator de 4 litros, a 30°C sob limitação de nitrogênio ou de fósforo, utilizando diferentes pH (6 e 7), concentrações de glicose (10, 20 e 30 g l-1) e concentração de propionato (0 e 10 mM). Os resultados demonstraram que a concentração de substrato, o pH e a adição de propionato afetam a quantidade total dos PHAs produzidos. Um acúmulo de 70% (g.g-1) foi obtido sob limitação de nitrogênio em agitador orbital a pH 7, 10 g l-1 de glicose e sem adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato aumentou a incorporação de unidades de valerato, mas diminuiu a quantidade de biomassa produzida. O controle do pH e da aeração nas condições de cultivo utilizando o biorreator aumentou a quantidade de biomassa formada, alcançando um máximo de 6,54 g l-1 sob limitação de fósforo, em pH 7, 20 g l-1 de glicose, sem a adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato às culturas realizadas em biorreator, contudo, não aumentou a incorporação de 3HV ao copolímero obtido, sugerindo que o controle do pH tem influência sobre a composição do PHBV acumulado. A caracterização dos polímeros extraídos dos cultivos em biorreator demonstrou que a incorporação de unidades de valerato ao polímero diminuiu a temperatura de fusão do material em relação ao PHB puro, ficando entre 174 e 178°C. A temperatura máxima de degradação do polímero também foi influenciada pelo percentual de unidades de valerato, ficando entre 302 e 312°C, cerca de 30°C acima da temperatura de degradação do PHB puro (278°C). A pureza dos copolímeros extraídos foi superior a 95%. As características físico-químicas analisadas destes biopolímeros (temperaturas de fusão, transição vítrea, degradação inicial, degradação total, grupos funcionais, incorporação de violaceína no biopolímero, diâmetro de poros das membranas formadas) sugerem que esses materiais podem ser utilizados para o desenvolvimento de novas aplicações nas áreas biotecnológica e biomédica como, por exemplo, na produção de novos arcabouços de engenharia de tecidos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Alimentos
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O objetivo deste trabalho foi investigar a aplicação de dióxido de carbono pressurizado como anti-solvente para a precipitação de -caroteno e poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) puros e para o encapsulamento de -caroteno em PHBV. Primeiramente, foram medidos dados experimentais de equilíbrio de fases do sistema binário CO2+acetato de etila, dos sistemas ternários envolvendo -caroteno, CO2 e os solventes orgânicos (etanol, diclorometano e acetato de etila) e do sistema ternário envolvendo PHBV, diclorometano e CO2 na faixa de temperatura de 30 a 70 C e pressões até 120 bar. A faixa de concentração investigada para os sistemas envolvendo o -caroteno foi de 40 a 90% em massa e para o sistema envolvendo o polímero foi de 30 a 90% em massa. Foram observadas transições de fases do tipo líquido-vapor com transições do tipo bolha e do tipo orvalho para os sistemas ternários CO2+etanol+ -caroteno e CO2+acetato de etila+ -caroteno. Para os sistemas ternários envolvendo CO2+diclorometano+ -caroteno e CO2+diclorometano+PHBV foram observadas transições de fases do tipo líquido-vapor e, do tipo sólido-líquido-vapor a partir de uma determinada concentração de CO2. Foi observado que em todos os sistemas ternários investigados a presença dos solutos praticamente não alterou o comportamento de fases dos sistemas binários CO2+solvente orgânico. Os dados experimentais dos sistemas ternários foram bem correlacionados com a equação de estado de Peng-Robinson, usando parâmetros de interação binária entre os sistemas binários envolvendo CO2 e os solventes orgânicos. A partir dos resultados obtidos no estudo do equilíbrio de fases foi possível determinar as faixas de temperatura, pressão e concentração, bem como o solvente orgânico para a realização dos experimentos de precipitação e encapsulamento. Para os experimentos de precipitação dos compostos puros e de encapsulamento, foi utilizado diclorometano como solvente orgânico e dióxido de carbono como anti-solvente e foram utilizadas duas câmaras de precipitação com dimensões diferentes. Quando a câmara de menor dimensão foi utilizada para a precipitação dos compostos puros e para o encapsulamento, os seguintes parâmetros foram mantidos constantes: temperatura (40 C) e vazão de solução (1 mL.min-1) e, os seguintes parâmetros foram investigados na precipitação do -caroteno puro: pressão (80 a 120 bar), vazão de anti-solvente (20 a 40 mL.min-1) e concentração de -caroteno na solução orgânica (4 e 8 mg.mL-1). Para a precipitação do PHBV puro os parâmetros investigados foram os mesmos e nas mesmas faixas, com exceção da concentração de PHBV na solução orgânica que variou entre 20 e 40 mg.mL-1. Para os experimentos de encapsulamento foi variada somente a concentração de PHBV na solução orgânica entre 16 e 32 mg.mL-1 e a concentração de -caroteno foi mantida constante em 8 mg.mL-1. Quando a câmara com as maiores dimensões foi utilizada na precipitação do -caroteno, os parâmetros investigados foram: temperatura (20 a 40 C), pressão (80 a 120 bar), concentração da solução (4 a 8 mg.mL-1), vazão de solução (1 a 4 mL.min-1) e vazão de anti-solvente (20 a 40 mL.min-1). Quando PHBV foi precipitado com a câmara maior, os parâmetros investigados foram: concentração da solução (10 a 40 mg.mL-1), vazão de solução (1 a 4 mL.min-1) e vazão de anti-solvente (20 a 40 mL.min-1). A temperatura foi mantida constante em 40 C e a pressão em 80 bar. Para os experimentos de encapsulamento os parâmetros investigados foram concentração de -caroteno (1 a 8 mg.mL-1) e concentração de PHBV (20 a 40 mg.mL-1) na solução orgânica. A temperatura foi mantida constante em 40 C, pressão em 80 bar, vazão de solução em 1 mL.min-1 e vazão de anti-solvente em 40 mL.min-1. Quando a câmara de menor dimensão foi utilizada para a precipitação dos compostos puros, dependendo das condições de operação, o tamanho médio de partícula variou entre 3,8 e 246,8 m para o -caroteno e entre 278 e 570 nm para o PHBV. Quando a câmara de maior dimensão foi utilizada o tamanho médio de partícula do -caroteno precipitado ficou entre 3,2 e 96,8 m e, do PHBV, entre 0,87 e 27,79 m. A morfologia do -caroteno precipitado foi modificada de partículas tipo placa para partículas tipo folhas, conforme verificado nas micrografias de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para a precipitação do PHBV puro, as micrografias de MEV mostraram que para todas as condições experimentais a morfologia do polímero foi diferente daquela do material não processado. O polímero precipitado apresentou partículas quase esféricas na faixa sub-micrométrica com superfície lisa e, partículas esféricas na faixa micrométrica com superfície irregular e porosa, enquanto que o material não processado era composto basicamente de filmes. Os resultados dos experimentos de encapsulamento mostraram que quando a câmara com menor dimensão foi utilizada, o maior percentual de encapsulamento obtido foi de 20,1% com eficiência de encapsulamento de 80% na condição que apresentava um percentual em massa de -caroteno na solução de 25,1%. Quando a câmara com maior dimensão foi utilizada nos experimentos de encapsulamento, a condição que apresentou o maior percentual de encapsulamento (7,92%) foi com 28,7% em massa de -caroteno.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1827.pdf: 6721890 bytes, checksum: 5cf441b067a707fc550eb62d9e64b631 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30
Universidade Federal de Sao Carlos
Plastics materials produced from petrochemicals are widely used due to their versatility, mechanical properties and low cost, but they cause environmental impact as a consequence of the accumulation of great amount of these conventional synthetic polymers. The problems caused by the waste disposal of these petrochemicals plastics impel the development, production and application of biodegradable polymers, however these polymers have high costs and nonsuitable mechanical and physical properties. Therefore, a study of polymeric blends and systems made of poly(hydroxyburyrate-co-valerate) PHBV, poly(butylyneadiapate-therefhtalate) Ecoflex® and corn starch, waxy corn starch and manioc starch has been done. These polymeric blends and systems were evaluated using the Melt Flow Index (MFI), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetry (TG), Heat Deflection Temperature (HDT), Mechanical Tensile and Impact tests, Scanning Electron Microscopy (SEM) and biodegradation test. The results obtained indicate transesterification reactions verified by DSC and TGA, lack of adhesion between corn starch and PHBV as indicate by mechanical tests and SEM, disagreement between the values obtained in this study and the values indicated by the manufacturer concern to the Ecoflex® and good biodegradation results. This study therefore indicates that it is possible to obtain materials viable for short-term applications, with adequate physical and mechanical properties and biodegradation.
Os polímeros derivados do petróleo são amplamente utilizados devido à sua versatilidade, propriedades mecânicas e custo relativamente baixo, mas causam impacto ambiental como conseqüência da grande quantidade de resíduos lançados ao meio ambiente. Os problemas gerados pelo descarte de plásticos de origem petroquímica impulsionam o desenvolvimento, produção e aplicação de polímeros biodegradáveis. Entretanto, estes polímeros apresentam custo elevado e propriedades nem sempre satisfatórias. Portanto, neste trabalho fez-se um estudo das blendas e sistemas poliméricos formados por poli(hidroxibutirato-covalerato) PHBV, poli(butilenoadipato-tereftalato) Ecolfex® e amidos de milho, de milho ceroso e de mandioca. Estas blendas e sistemas poliméricos foram avaliados quanto ao Índice de Fluidez (MFI), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG), Temperatura de Distorção do Calor (HDT), Ensaios mecânicos de tração e impacto, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaio de biodegradação. Os resultados obtidos através das diversas técnicas indicaram: existência de reações de transesterificação em todas as blendas e sistemas poliméricos através da análise de DSC e TG; baixa adesão matriz/carga nos sistemas contendo amido através dos ensaios mecânicos e MEV; valores discrepantes para o Ecoflex® quando comparado aos valores indicado pelo fabricante; bom resultado de biodegradação. Através deste estudo foi possível obter materiais para aplicação a curto prazo, a um custo viável, com propriedades físico-mecânicas e taxa de biodegradação adequadas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2137.pdf: 7766711 bytes, checksum: 88d3e36866e5f75e39203419471c46e9 (MD5) Previous issue date: 2008-08-05
Universidade Federal de Sao Carlos
The concept of environmentally correct products has been exhaustively discussed and, today, the use of biodegradable polymers appears as a feasible alternative for the problem of inadequate disposal of plastic waste products. Poly(hydroxybutyrate) PHB and the copolymer poly(hydroxybutyrate-cohydroxyvalerate) PHBV are among the main members of the class of biodegradable polymers, which are thermoplastic polymers produced from a renewable source and 100% biodegradable. However, PHB and PHBV still present several limitations, such as stiffness and brittleness, low thermal stability, and a narrow process window. However, the thermal and mechanical performance of PHB and PHBV can be improved through the use of additives. In view of this fact, the objective of this study was to produce materials with properties optimized through the incorporation of a plasticizer, nucleant and thermal stabilizer to the PHBV copolymer. The formulations were subjected to the following tests: tensile and notched Izod impact tests, melt flow index, differential exploratory calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG). Additivation of the copolymers proved effective, usually resulting in adequate processability due to the presence of the nucleant and the improved physicomechanical properties provided by the plasticizer. The thermal stabilizer proved dispensable since the stability of the PHBV was not improved. A comparison was made of the results obtained in some properties for the two copolymers with different hydroxyvalerate contents. The copolymer containing more HV proved better than the other, even displaying greater compatibility with the most efficient additives. The biodegradability was evaluated based on mass loss, alterations in the mechanical tensile properties, and SEM analysis after 180 days in organic soil. The additivated formulations presented higher mass loss than the pure copolymer, indicating the feasibility of producing a copolymer with adequate physical and mechanical properties combined with the desired biodegradability.
Atualmente, quando o conceito de ambientalmente correto vem sendo amplamente discutido, o uso de polímeros biodegradáveis aparece como uma alternativa viável para o problema do descarte inadequado de produtos plásticos. O poli(hidroxibutirato) PHB e o copolímero poli(hidroxibutirato-cohidroxivalerato) estão entre os principais membros da classe dos polímeros biodegradáveis: são polímeros termoplásticos produzidos a partir de fonte renovável e 100% biodegradáveis. No entanto, o PHB e o PHBV ainda apresentam algumas limitações como rigidez e fragilidade, baixa estabilidade térmica e estreita janela de processamento. Uma melhora no desempenho térmico e mecânico do PHB e do PHBV podem ser obtidos por meio da utilização de aditivos. Diante disto, o presente trabalho buscou a obtenção de materiais com propriedades otimizadas através da incorporação de plastificante, nucleante e estabilizante térmico ao copolímero PHBV. As formulações foram submetidas a ensaios de tração e de impacto Izod com entalhe, índice de fluidez, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Termogravimetria (TG). A aditivação dos copolímeros mostrou-se eficiente resultando, em geral, em uma processabilidade adequada devido à presença de nucleante e em melhores propriedades físico-mecânicas proporcionada pela ação do plastificante. O estabilizante térmico utilizado não tornou o PHBV mais estável, revelando-se dispensável. Foi possível também a comparação dos resultados obtidos em algumas propriedades para os dois copolímeros com diferentes teores de hidroxivalerato. O copolímero com maior quantidade de HV mostrou-se superior ao outro, apresentando até mesmo maior compatibilidade com os aditivos selecionados como mais eficientes. Uma avaliação da biodegradabilidade foi realizada através da perda de massa, alterações nas propriedades mecânicas de tração e observação em MEV após 180 dias em solo orgânico. As formulações aditivadas apresentaram perdas de massa superior ao copolímero puro. Assim, verificou-se a possibilidade de obter um copolímero com características físico-mecânicas apropriadas mantendo a desejável biodegradabilidade.

Poly(3-hydroxybuttersäure-co-3-hydroxyvaleriansäure), PHBV, ist ein Copolyester, der auf biologischem Weg durch Bakterien herstellbar und ein steifes sowie relativ festes Polymer ist. Seine Biokompatibilität und biologische Abbaubarkeit weckt das Interesse für diverse Anwendungen in Pharmazie und Medizin. PHBV reagiert mit Abbau empfindlich auf zugleich thermische und mechanische Belastungen, was ein Problem für die Verarbeitung darstellt. Produkte aus PHBV aus einmal geschmolzenem und verarbeitetem Pulver sind hochkristallin. Daher ist das Material spröde. Ferner wirkt sich die hohe Kristallinität sowie eine große Änderung der Dichte beim Abkühlen der Schmelze nachteilig auf die Spinnbarkeit des Materials aus. Nach dem Passieren der Spinndüse ziehen sich die Spinnfäden zusammen, was die Gefahr eines Fadenrisses beim Spinnen erhöht. Aufgrund der relativ hohen Kristallinität des Materials und einer verzögerten Kristallisationskinetik bei gesponnenen Polymerfäden kommt es zur Nachkristallisation in einem erheblichen Ausmaß, die Fäden verkleben nach dem Aufwickeln auf den Galetten und reißen beim Abwickeln. Zur Behebung der Nachteile wurden Verarbeitungsbedingungen vor allem bei Schmelzspinnprozessen mit der Kolbenspinnanlage und bei Mischungsprozessen optimiert. Die Polymermischungen und ?verbundstoffe enthalten kugelförmige Mikropartikel verschiedener Morphologie, die zuvor synthetisiert und charakterisiert wurden. Vor allem mit Vinylgruppen modifizierte Silikat-Submikropartikel mindern die Sprödigkeit von PHBV.

Parmi les biopolymères, le poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) fait l’objet d’un grand intérêt de la part des chercheurs et des industriels. Cependant, sa sensibilité thermique et son comportement mécanique fragile restreint son utilisation dans certaines applications. Ainsi pour améliorer ses propriétés, deux grandes stratégies ont été suivies au cours de cette thèse. La première consiste à incorporer une argile de type halloysite (HNT), issue du gisement de Djebel Debbagh à Guelma (Algérie). À cet effet, des nanocomposites PHBV/HNT ont été élaborés par voie fondue. Les résultats de la microscopie électronique à balayage (MEB) et STEM ont montré une distribution relativement homogène de l’HNT avec la présence de larges agrégats. En conséquence et dans le but, d’améliorer la dispersion de ces nanotubes, il a été nécessaire de procéder à la modification des interfaces polymère-argile, soit par la modification chimique de l’halloysite, soit par l’incorporation d’un compatibilisant de type PHBV-g-MA dans le système binaire. Les résultats obtenus mettent en évidence la coexistence d’agrégats et de nanotubes individualisés. La seconde approche consiste à mélanger le PHBV avec un autre biopolymère comme le polybutylène succinate (PBS). Celui-ci a été choisi pour sa bonne stabilité thermique et ses bonnes propriétés mécaniques. Des systèmes hybrides ont été préparés par voie "fondue" en incorporant l’HNT et le PHBV-g-MA comme compatibilisant. L’étude révèle à travers le MEB que l’ajout de 5% en masse de PHBV-g-MA améliore la morphologie du mélange PHBV/PBS 80/20 qui se traduit par une diminution de la taille des nodules de PBS. L’ajout de 5% en masse de l’HNT dans le mélange favorise aussi la diminution de la taille des nodules de PBS. Cependant, la combinaison du PHBV-g-MA et de l’HNT limite l’effet émulsifiant de l’agent compatibilisant dû à l’agrégation de l’HNT. Les résultats de DSC et d’ATG montrent que le PHBV-g-MA n’a aucun effet sur les propriétés et la stabilité thermiques du mélange PHBV/PBS. Toutefois, la présence de l’HNT joue un rôle positif dans la diminution du pic de dégagement de chaleur (HRR). Les propriétés mécaniques du mélange ternaire PHBV/PBS/HNT avec ou sans compatibilisant sont comparables à celles du mélange pur PHBV/PBS 80/20.Une dernière partie des travaux a été menée sur le recyclage thermomécanique à travers une évaluation des effets du nombre de cycles d'excursion répétés sur le PHBV, le PBS, les nanocomposites PHBV/HNT et PBS/HNT, le mélange binaire PHBV/PBS 80/20 et ternaire PHBV/PBS 80/20+HNT avec et sans compatibilisant. Les résultats de cette étude ont montré que la recyclabilité de ces systèmes est possible du fait que la nanostructure du matériau recyclé soit améliorée et que les propriétés thermiques et mécaniques ne sont pas affectées après 5 cycles d’extrusion
Among biopolymers, the poly (hydroxybutyrate-Co-hydroxyvalerate) (PHBV) has attracted the attention of researchers and industry. However, its thermal sensitivity and its fragility limited its use for some applications. Thus, to improve its properties, two great strategies were considering during this thesis. The first consists in incorporating halloysite (HNT), type of clay, collected from Djebel Debbagh in Guelma (Algeria). For this purpose, nanocomposites PHBV/HNT were prepared by melt compounding. The results of scanning electron microscopy (SEM) and STEM showed a relatively homogeneous distribution of the HNT with the presence of large aggregates. Consequently and in the aim to improve the dispersion of these nanotubes, it was necessary to carry out the modification of interfaces polymer-clay, either by the chemical modification of halloysite, or by the incorporation of compatibilizer like PHBV-g -MA in the binary system. The results obtained highlight the coexistence of individualized and aggregated nanotubes.The second approach consists in mixing the PHBV with another biopolymère like polybutylene succinate (PBS). This one was selected for its good thermal stability and its good mechanical properties. Hybrid systems were prepared by melt compounding by incorporating HNT and PHBV-g-MA as compatibilizers. The SEM analysis reveals that the addition of 5wt.% of PHBV-g-MA improves morphology of PHBV/PBS 80/20 blend inducing a reduction in the size of PBS nodules. The addition of 5wt.% of the HNT in the blend favorites also the reduction in the size of PBS nodules. However, the combination of PHBV-g-MA and the HNT limits the emulsifying effect of the compatibilizer due to the aggregation of the HNT. DSC analysis and TGA show that PHBV-g-MA has no effect on the thermal properties and the thermal stability PHBV/PBS blend. However, the presence of the HNT plays a positive role in the reduction in the peak of heat release rate (HRR). The mechanical properties of ternary mixture PHBV/PBS/HNT with or without compatibilisant are comparable with those of PHBV/PBS 80/20 pure blend.Another study came supplemented this work from thesis while being focused on the thermomechanical recycling of the PHBV, the PBS, nanocomposites PHBV/HNT and PBS/HNT, the PHBV/PBS 80/20 binary blend and PHBV/PBS 80/20+ HNT ternary blend with and without compatibilization. The results of this study showed that the recyclability of these systems is possible owing to the fact that the nanostructure of recycled material is improved and that the thermal and mechanical properties are not affected after 5 cycles of extrusion

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) PHBV is a biodegradable polyester produced by various microorganisms, which has been studied as an option for the production of disposable items in place of polymers derived from petroleum, thus contributing to the preservation of the environment. However, this thermoplastic has some disadvantages that limit its use in industrial scale applications: the relative difficulty of processing, low elongation at break, high degree of crystallinity and high cost of production relative to conventional polymers. An alternative to improve the properties of PHBV is the incorporation of small amounts of clay to the polymer, producing polymer /clay composites. The attapulgite is a typical fibrous clay. It has a surface area around 125 to 210 m2 /g and a cation exchange capacity from 20 to 30 milliequivalents per 100g of clay. The objective of this work was the production and characterization of biodegradable composites of poly (3-hydroxybutyrate-co- 3-hydroxyvalerate) - PHBV reinforced with natural attapulgite (AT) or attapulgite modified with hexadecylmethylammonium chloride (ATM) in different compositions ( 1, 3 and 5%). The composites were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The best results were obtained with incorporation of ATM levels greater than 3% (w /w). In these cases, it was observed reduction of the degree of crystallinity and decreasing of melting and glass transition temperatures as compared to PHBV films. However, the presence of attapulgite decreased the thermal stability of PHBV.
O poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) - PHBV é um poliéster biodegradável, produzido por diversos microorganismos que vem sendo estudado como uma opção para a produção de artigos descartáveis em substituição a polímeros derivados de petróleo, contribuindo, assim, para a preservação do meio ambiente. No entanto, este termoplástico apresenta algumas desvantagens que limitam seu uso no desenvolvimento de aplicações industriais: relativa dificuldade de processamento, baixo alongamento na ruptura, alto grau de cristalinidade e custo elevado de produção em relação a polímeros convencionais. Uma alternativa para melhorar as propriedades do PHBV é a incorporação de pequenas quantidades de argilomineral ao polímero, produzindo compósitos polímero/argila. A atapulgita é um argilomineral tipicamente fibroso. Possui uma área superficial em torno de 125 a 210 m2/g e uma capacidade de troca catiônica de 20 a 30 miliequivalentes por 100g de argila. O objetivo deste trabalho foi a obtenção e caracterização de nanocompósitos biodegradáveis de poli (3- hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) - PHBV reforçados com atapulgita natural (AT) ou com atapulgita modificada com cloreto de hexadecil trimetil amônio (ATM), em diferentes composições (1, 3 e 5%). Os compósitos foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Quando comparados com os filmes de PHBV, a incorporação de teores de ATM maiores do que 3% (p/p) propiciaram a redução do grau de cristalinidade, diminuição das temperaturas de fusão e de transição vítrea. A presença da atapulgita diminuiu a estabilidade térmica do PHBV. Foi observada uma diminuição na temperatura de cristalização e uma diminuição no grau de cristalinidade do polímero em função do acréscimo de argila à matriz do PHBV.

Ce travail a pour objectif de développer des biocomposites à base de poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV) et de farine grignons d'olive (FGO) préparés par mélange fondu. Il s'articule autour de quatre parties. La première partie comprend une étude de la morphologie et des propriétés physiques des échantillons biocomposites PHBV/FGO aux taux de charge de 10, 20 et 30% en masse. Les résultats indiquent que le système PHBV/FGO se caractérise par une séparation de phase dont le nombre et la taille des particules de FGO augmentent avec le taux de charge. De plus, la stabilité thermique et les propriétés barrières vis à vis de la vapeur d'eau et de l'oxygène ont diminué. Par contre, l'incorporation de la FGO dans le PHBV induit une augmentation du module d'Young qui s'accentue avec le taux de charge. La même tendance est également observée avec le module de conservation déterminé par DMA. Dans la seconde partie, l'impact du PHBV-g-MA comme agent compatibilisant dans les biocomposites PHBV/FGO a été évalué en fonction du taux de charge. La caractérisation morphologique du système ternaire a révélé que la présence du PHBV-g-MA dans les biocomposites PHBV/FGO induit une meilleure adhésion interfaciale entre les particules de la FGO et la matrice PHBV en raison des interactions charge-matrice. En conséquence, une nette amélioration des propriétés mécaniques, viscoélastiques et barrières aux gaz (vapeur d'eau et oxygène) est observée. Dans la troisième partie, une modification chimique de la FGO avec le trimethoxy (octadecyl)-silane (TMOS) et son influence sur la morphologie et les propriétés physiques de biocomposites PHBV/FGO: 80/20 ont été étudiées. Les résultats révèlent une dispersion fine et homogène de la FGO traitée au TMOS dans la matrice PHBV avec en apparence moins de microvides en comparaison avec le biocomposite non modifié. Les propriétés physico-mécaniques du biocomposite PHBV/FGO modifiée sont sensiblement améliorées. La dernière partie consacrée à une étude du vieillissement hygrothermique dans l'eau de mer à 25 et 40°C de films de biocomposites PHBV/FGO: 80/20 avant et après modification, révèle que la FGO favorise la cinétique de dégradation du système PHBV/FGO indépendamment du traitement. Toutefois, le biocomposite PHBV/FGO traité avec des organo-silanes se caractérise relativement par une résistance à la dégradation hygrothermique à 25 et 40°C par rapport au reste des échantillons biocomposites
This work aims to develop a biocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV) and olive husk flour (OHF) prepared by melt compounding. It's articulated around four parts. The first part includes a study of the morphology and physical properties of the PHBV/OHF biocomposite samples at the loading rates of 10, 20 and 30 wt%. The results indicate that the PHBV/OHF system is characterized by a phase separation whose number and size of OHF particles increases with the loading rate. Moreover, the thermal stability and the barrier properties against water vapor and oxygen have decreased. On the other hand, the incorporation of the OHF in the PHBV matrix induces an increase in the Young's modulus which is accentuated with filler content. The same trend is also observed with the storage modulus determined by DMA. In the second part, the effects of PHBV-g-MA used as the compatibilizer for PHBV/OHF biocomposites were evaluated as a function of the loading rate. The morphological characterization of the ternary system revealed that the presence of PHBV-g-MA in the PHBV/OHF biocomposites induces better interfacial adhesion between the OHF particles and the PHBV matrix due to filler-matrix interactions. Consequently, a significant improvement in the mechanical, viscoelastic and gas barrier properties (water vapor and oxygen) is observed. In the third part, a chemical modification of OHF with trimethoxy(octadecyl)-silane (TMOS) and its influence on the morphology and physical properties of PHBV/OHF: 80/20 biocomposites was studied. The results reveal a fine and homogeneous dispersion of the TMOS-treated OHF in the PHBV matrix with apparently fewer microvides compared to the unmodified biocomposite. The physical and mechanical properties of the modified PHBV/OHF biocomposite are significantly improved. The last part devoted to a study of the hygrothermal aging in sea water at 25 and 40°C of films of biocomposites PHBV/OHF: 80/20 before and after modification reveals that the OHF promotes the degradation kinetics of the PHBV/OHF system regardless of treatment. However, the organo-silane-treated PHBV/OHF biocomposite is relatively characterized by a resistance to hygrothermal degradation at 25 and 40°C compared to the rest of the biocomposite samples

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-04-30Bitstream added on 2014-06-13T19:03:39Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_spc_dr_rcla.pdf: 5626530 bytes, checksum: 213f4e6ddace53c7f1d5646655814102 (MD5)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Neste trabalho, estudou-se a biodegradação dos filmes de PHB-V, PCL, PP e das blendas de PCL/PHB-V (4:1) e PP/PHB-V (4:1) em solo. Os filmes poliméricos foram preparados por compressão a quente e analisados através das análises de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorímetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG) e difração de raio-X (DRX), para investigar os processos de biodegradação por um período de 120 dias. A atividade microbiana foi monitorada durante todo o período de experimento, bem como vários parâmetros: pH, temperatura, umidade, matéria orgânica, quantidade de CO2 e quantificação de microrganismos. Após os diferentes tempos do ensaio em solo, os filmes poliméricos apresentaram alterações quanto a sua estrutura molecular e morfologia em diferentes intensidades. Os processos de biodegradação observados nos diferentes filmes poliméricos, ocorreram via erosão superficial. O filme de PHB-V, foi o mais suscetível ao ataque microbiano, sendo completamente decomposto em 30 dias. O grau de cristalinidade de PHB-V permaneceu inalterado, pois a biodegradação ocorreu simultaneamente nas fases amorfa e cristalina. Para os filmes de PCL a biodegradação ocorreu tanto na fase amorfa como na interface do polímero. Os filmes de PP, após a biodegradação apresentaram uma ordenação na estrutura cristalina, denominada como “quemi-cristalização”. A biodegradação das blendas de PCL/PHB-V (4:1) e PP/PHB-V (4:1) ocorreu na interfase dos dois componentes da blenda, indicando que a imiscibilidade/morfologia são fatores que influenciam significativamente no processo de degradação.
In this works, we studied the biodegradation of the films of PHB-V, PCL, PP and the blends of PCL / PHB-V (4:1) and PP / PHB-V (4:1) in soil. The polymer films were prepared by melt-pressing and was evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA) and X-ray diffraction (XRD), and investigated with respect to their microbial degradation in soil after 120 days. Microbial activity was monitored during the whole experiment, and various parameters: pH, temperature, moisture, organic matter, amount of CO2 and quantification of microorganisms. After different times of the test in soil, the polymer films showed changes in their molecular structure and morphology in different intensities. The processes of biodegradation observed in various polymer films, occurred via surface erosion. The film of PHB-V was the most susceptible to microbial attack and was completely decomposed in 30 days. The degree of crystallinity of PHB-V remained unchanged since the degradation occurred in both crystalline and amorphous phases. For films of PCL biodegradation occurred in both the amorphous phase as the interface of the polymer. The films of PP after biodegradation underwent an arrangement of the crystalline structure, known as chemi-crystallization. The biodegradation of the blends of PCL / PHB-V (4:1) and PP / PHB-V (4:1) occurred in the interphase of the two components of the blends, indicating that the immiscibility/morphology are factors that significantly influence the process of degradation.

Orientador: Sandra Mara Martins Franchetti
Banca: José Manoel Marconcini
Banca: Guilhermino José Macedo Fechine
Banca: José Carlos Marconato
Banca: Marcos Roberto Monteiro
Resumo: Neste trabalho, estudou-se a biodegradação dos filmes de PHB-V, PCL, PP e das blendas de PCL/PHB-V (4:1) e PP/PHB-V (4:1) em solo. Os filmes poliméricos foram preparados por compressão a quente e analisados através das análises de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorímetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG) e difração de raio-X (DRX), para investigar os processos de biodegradação por um período de 120 dias. A atividade microbiana foi monitorada durante todo o período de experimento, bem como vários parâmetros: pH, temperatura, umidade, matéria orgânica, quantidade de CO2 e quantificação de microrganismos. Após os diferentes tempos do ensaio em solo, os filmes poliméricos apresentaram alterações quanto a sua estrutura molecular e morfologia em diferentes intensidades. Os processos de biodegradação observados nos diferentes filmes poliméricos, ocorreram via erosão superficial. O filme de PHB-V, foi o mais suscetível ao ataque microbiano, sendo completamente decomposto em 30 dias. O grau de cristalinidade de PHB-V permaneceu inalterado, pois a biodegradação ocorreu simultaneamente nas fases amorfa e cristalina. Para os filmes de PCL a biodegradação ocorreu tanto na fase amorfa como na interface do polímero. Os filmes de PP, após a biodegradação apresentaram uma ordenação na estrutura cristalina, denominada como "quemi-cristalização". A biodegradação das blendas de PCL/PHB-V (4:1) e PP/PHB-V (4:1) ocorreu na interfase dos dois componentes da blenda, indicando que a imiscibilidade/morfologia são fatores que influenciam significativamente no processo de degradação.
Abstract: In this works, we studied the biodegradation of the films of PHB-V, PCL, PP and the blends of PCL / PHB-V (4:1) and PP / PHB-V (4:1) in soil. The polymer films were prepared by melt-pressing and was evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA) and X-ray diffraction (XRD), and investigated with respect to their microbial degradation in soil after 120 days. Microbial activity was monitored during the whole experiment, and various parameters: pH, temperature, moisture, organic matter, amount of CO2 and quantification of microorganisms. After different times of the test in soil, the polymer films showed changes in their molecular structure and morphology in different intensities. The processes of biodegradation observed in various polymer films, occurred via surface erosion. The film of PHB-V was the most susceptible to microbial attack and was completely decomposed in 30 days. The degree of crystallinity of PHB-V remained unchanged since the degradation occurred in both crystalline and amorphous phases. For films of PCL biodegradation occurred in both the amorphous phase as the interface of the polymer. The films of PP after biodegradation underwent an arrangement of the crystalline structure, known as "chemi-crystallization". The biodegradation of the blends of PCL / PHB-V (4:1) and PP / PHB-V (4:1) occurred in the interphase of the two components of the blends, indicating that the immiscibility/morphology are factors that significantly influence the process of degradation.
Doutor

Orientador: Paulo Pinto Joazeiro
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Made available in DSpace on 2018-08-07T01:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucchesi_Carolina_M.pdf: 3174282 bytes, checksum: b63549c83e46027b51da37ffd45ad2d7 (MD5) Previous issue date: 2006
Resumo: O copolímero Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) tem sido intensamente estudado como substrato para a engenharia de tecidos, sendo conhecido como um poliéster hidrofóbico. A modificação da superfície por plasma é uma técnica efetiva e econômica para os materiais e tem ganhado crescente interesse da engenharia biomédica, por melhorar a biocompatibilidade da superfície. Neste estudo, avaliou-se as vantagens da modificação da superfície de membranas de PHBV tratadas por plasma de Oxigênio e Nitrogênio a fim de acelerar o processo de adesão e proliferação celular. O PHBV foi dissolvido em c1oreto de metileno à temperatura ambiente. Membranas de PHBV foram submetidas ao tratamento de plasma de Oxigênio e Nitrogênio, através de um gerador de plasma. As membranas foram esterilizadas por radiação UV por 30 min e colocadas em placas de 96 poços. Células Vero foram semeadas sobre as membranas, sendo determinada a proliferação celular sobre as matrizes, a citotoxicidade e adesão celular. Após 2, 24,48 e 120h de incubação, o crescimento e proliferação dos fibroblastos foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises das membranas indicaram que o tratamento por plasma aumentou o ângulo de contato e a rugosidade, alterando a morfologia da superfície, e conseqüentemente, melhorou ocomportamento hidrofílico do polímero. A microscopia eletrônica de varredura das células Vero mostrou que as modificações da superfície proporcionaram melhor adesão, espalhamento e proliferação celular. O tratamento da superfície do polímero somado às suas propriedades químicas é um caminho para obtenção de estruturas aplicáveis a engenharia de tecido
Abstract: The copolymers poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyvaleric acid) (PHBV) are being intensely studied as a tissue engineering substrate. It is know that Poly(hydroxybutic) (PHB) and their copolymers are quite hydrophobic polyesters. Plasma-surface modification is an effective and economical surface treatment technique for many materiaIs and of growing interest in biomedical engineering. In this study we investigate the advantages of oxygen and nitrogen plasma treatment to modify the PHBV surface to enable the acceleration of Vero cell adhesion and proliferation. PHBV was dissolved in methylene chloride at room temperature. The PHBV membranes were modified by oxygen or nitrogen-plasma treatments using a plasma generator. The membranes were sterilized by UV irradiation for 30 min and placed in 96-well plates. Vero cells were seeded onto the membranes and their proliferation onto the matrices was also determined by cytotoxicity and cell adhesion assay. After 2, 24, 48 and 120h of incubation, growth of fibroblasts on matrices was observed by scanning electron microscopy (SEM). The analyses of the membranes indicated that the plasma treatment increased the contact angle and their roughness, it also changed the surface morphology, and consequently, enhanced the hydrophilic behavior of PHBV polymers. Scanning electron microscopy analysis of Vero cell adhered to plasma treated PHBV showed that the modified surface had allowed better cell attachment, spreading and growth than the untreated membrane. This combination of surface treatment and polymer chemistry is a valuable guide to prepare appropriated surface for tissue engineering application
Mestrado
Histologia
Mestre em Biologia Celular e Estrutural

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2011
Made available in DSpace on 2012-10-26T08:21:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289260.pdf: 18654045 bytes, checksum: 8d26684a084949f9efefa9fb9f33e326 (MD5)
O objetivo geral desta tese foi estudar o processo de encapsulamento de ß-caroteno em PHBV (poli 3-hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) utilizando dióxido de carbono pressurizado como anti-solvente avaliando, posteriormente, o comportamento de liberação in vitro das partículas. Para o alcance de tal objetivo, primeiramente, foi realizado um estudo do efeito das variáveis de processo nas características das partículas de ß-caroteno e PHBV, puras e co-precipitadas. Na precipitação do PHBV puro, o efeito da pressão foi verificado, avaliando-o na faixa de 80 a 200 bar e constatou-se que o aumento da pressão de precipitação tende a formar menores partículas. A morfologia não foi influenciada pela ação desta variável, apenas obteve-se comportamento diferente do PHBV não processado, o qual inicialmente tinha formação fibrosa passando após a precipitação para estrutura do tipo esfera. Para o ß-caroteno puro foi investigado o efeito da sua concentração na solução e também da pressão de precipitação, os quais foram de 4 e 8 mg.ml-1 e 80 a 200 bar, respectivamente. Verificou-se que mantendo a concentração da solução fixa, ocorre um aumento do tamanho médio das partículas de ß-caroteno com o aumento da pressão e que no intervalo de pressão de 80 a 160 bar as partículas apresentaram valores crescentes e na faixa de 160 a 200 bar o valor médio do tamanho das partículas decresceu. Na etapa de encapsulamento foram estudadas concentrações de ß-caroteno na solução que variaram de 2 a 30 mg.ml-1 sempre mantendo a concentração de PHBV fixa e igual a 30 mg.ml-1. Os percentuais e eficiência de encapsulamento foram determinados submetendo as amostras do material co-precipitado à agitação manual por 20 segundos e agitação magnética por 300 segundos, a partir do qual obteve-se eficiência máxima de encapsulamento de 55,53 % e 45,06 % respectivamente, na concentração de 30 mg.ml-1 de ß-caroteno. Observou-se na faixa de concentração de 8 a 16 mg.ml-1 de ß-caroteno um comportamento exponencial da eficiência de encapsulamento em função da sua concentração na solução. Os experimentos em que se obtiveram os maiores percentuais e eficiência de encapsulamento foram selecionados para o estudo dos ensaios de liberação em meios puros (acetato de etila, n-hexano, etanol anidro e solução tampão fosfato # pH 7,4) à 40 °C ± 0,5 °C e 80 rpm. Constatou-se que em acetato de etila e n-hexano os comportamentos de liberação são semelhantes e caracterizados por um burst inicial (em aproximadamente 10 minutos), na qual grande parte do princípio ativo foi liberada. Em média, foram obtidos percentuais de liberação que variaram de 26,97 % a 71,15 %, e de 42,09 % a 55,96 %, para os meios puros contendo acetato de etila e n-hexano, respectivamente. Em etanol anidro o comportamento de liberação apresentou-se diferente, pois não foi verificado o burst inicial e a liberação ocorreu de forma gradual e lenta, atingindo percentuais e tempos de liberação de até 88,22 % e 16 dias, respectivamente. Os resultados encontrados para os ensaios de liberação em solução tampão fosfato (pH 7,4) indicaram que mesmo após 60 dias, o princípio ativo continuou a ser liberado. Enfim, para todos os ensaios de liberação constatou-se que a concentração do princípio ativo liberada foi proporcional à massa inicial de ß-caroteno e que através dos meios usados pode-se optar por liberações rápidas ou prolongadas.
The main objective of this work was to determine the in vitro release profiles of â-carotene microparticles encapsulated in PHBV through the use of supercritical fluid technology, using pressurized carbon dioxide as anti-solvent. For this purpose, at first, a study of the effect of process variables on the characteristics of the particles of â-carotene and PHBV, pure and co-precipitated was carried out. In the precipitation of pure PHBV, the effect of pressure was evaluated in the range from 80 to 200 bar, with a resulting negative effect on the particles average size. The morphology was not affected by this variable, leading to only a different behavior compared to raw PHBV, which initially had fibrous structure and after processing presented spherical type. For pure â-carotene, it was investigated the effect of concentration in the solution and also the precipitation pressure (4 and 8 mg.ml-1 and 80 to 200 bar, respectively). The results indicated that keeping the concentration of the solution fixed, there was an increase in the average size of â-carotene particles with increasing pressure and that the system pressure, in the range from 80 to 160 bar, promoted an increase in particle size and in the range of 160 to 200 bar, the mean particle size decreases. In the co-precipitation, it was studied the effect of â-carotene concentrations in solution (ranging from 20 to 30 mg.ml-1), keeping the concentration of PHBV fixed to 30 mg.ml-1. The percentage and encapsulation efficiency were analyzed submitting samples of the material co-precipitated to manual agitation (20 seconds) and magnetic stirring (300 seconds), with the maximum efficiency of encapsulation of 55.53% and 45.06%, respectively, for the â-carotene concentration of 30 mg.ml-1. An exponential behavior of the encapsulation efficiency depending on the â-carotene concentration (from 8 to 16 mg.ml-1) was also verified. The experiments that presented the highest percentage and encapsulation efficiency were selected for the study of the in vitro release, using pure solvent media (ethyl acetate, n-hexane, anhydrous ethanol and phosphate buffer - pH 7.4) at 313.15K and 80 rpm. It was observed that in ethyl acetate and n-hexane the release behaviors are similar and characterized by an initial burst (in about 10 minutes). In these solvents, the percentage of release ranged from 26.97 % to 71.15 %, and 42.09 % to 55.96 %, respectively. For anhydrous ethanol the release behavior was different because it was verified a gradual and slow release with percentage and release times of up to 88.22% and 16 days, respectively. The release results in phosphate buffer (pH 7.4) showed that even after 60 days the active principle continued to be released. For all tests, it was verified that the concentration of â-carotene released is proportional to the initial mass of this active principle and that the specific medium may be used to provide rapid or prolonged releases.

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-03-28Bitstream added on 2014-08-13T18:00:07Z : No. of bitstreams: 1 000766662.pdf: 2632561 bytes, checksum: d3661ec641b1928dd3c2e0951d7fdbf2 (MD5)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
As blendas de polímeros biodegradáveis com sintéticos constituem um campo promissor para a aplicação de materiais poliméricos, visando uma degradação mais rápida no meio ambiente, uma vez que a quantidade dos resíduos plásticos tem aumentado significativamente na última década. Este assunto necessita de muita investigação ainda sobre a resposta destas blendas a diferentes tratamentos, visando sua degradação. As blendas empregadas neste estudo foram de um polímero biodegradável, o poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV), 80%, com um copolímero sintético, o Polipropileno-co-polietileno (PP-co-PE), em quantidade 20%, com e sem aditivo pró-oxidante. Filmes destas blendas foram preparados por fusão em prensa com pressão controlada a partir de pellets. Estes filmes foram, então, submetidos ao termotratamento a 100ºC durante 40 h e seguido de biotratamento em colunas de solo. As caracterizações dos filmes antes e após os tratamentos foram feitas através de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X e teste de crescimento microbiano em placa. O filme de PHBV, após o tratamento com calor, foi totalmente biodegradado durante três meses em solo. O período do experimento não foi suficiente para que os filmes de PP-co-PE sofressem biodegradação, embora tenha havido adesão microbiana em sua superfície, após seis meses. A maior taxa de degradação da blenda sem aditivo foi após o termo/ biotratamento durante três meses, enquanto as blendas com aditivo apresentaram a maior taxa de degradação, após três meses enterradas em solo, sem o prévio tratamento por calor. Portanto, o aditivo influenciou significativamente o processo de biodegradação, na ausência do pré-tratamento com calor
Biodegradable synthetic polymers blends are a promising for the application of polymeric materials, aiming a faster degradation in the environment, even the amount of plastic waste is significantly increased over the last decade. This subject needs much further research on the response of these blends to different treatments to their degradation. The blends used in this study are biodegradable polymers such as poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) with a synthetic copolymer, the polypropylene-co-ethylene (PP-co-PE), in minor concentrations, with and without pro-oxidant additive. These blends films are prepared by melting in pressure-controlled press from pellets obtained previously in an internal mixer (torque rheometer), followed by cryogenic break, these films will be submitted to termotreatment at 100º C for 40 h and after to biotreatment in soil columns. The film analyzes will be made by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and growth test plate. The PHBV film, after the heat treatment, was completely biodegraded during 3 months in soil. The experimental period was not enough to the PP-co-PE films underwent biodegradation, although there has been microbial adhesion on their surface, after six months.The highest degradation rate of the no additive blend was after the thermal/biotreatment during 3 months, while the additive blends presented the highest degradation rate after 3 months buried in soil, without prior heat treatment. Therefore the additive influenced significantly the biodegradation process, in the absence of the heat pre treatment

Orientador: Sandra Mara Martins Franchetti
Coorientador: José Carlos Marconato
Banca: Regina Teresa Rosim Monteiro
Banca: Carlos Renato Corso
Resumo: As blendas de polímeros biodegradáveis com sintéticos constituem um campo promissor para a aplicação de materiais poliméricos, visando uma degradação mais rápida no meio ambiente, uma vez que a quantidade dos resíduos plásticos tem aumentado significativamente na última década. Este assunto necessita de muita investigação ainda sobre a resposta destas blendas a diferentes tratamentos, visando sua degradação. As blendas empregadas neste estudo foram de um polímero biodegradável, o poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV), 80%, com um copolímero sintético, o Polipropileno-co-polietileno (PP-co-PE), em quantidade 20%, com e sem aditivo pró-oxidante. Filmes destas blendas foram preparados por fusão em prensa com pressão controlada a partir de pellets. Estes filmes foram, então, submetidos ao termotratamento a 100ºC durante 40 h e seguido de biotratamento em colunas de solo. As caracterizações dos filmes antes e após os tratamentos foram feitas através de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X e teste de crescimento microbiano em placa. O filme de PHBV, após o tratamento com calor, foi totalmente biodegradado durante três meses em solo. O período do experimento não foi suficiente para que os filmes de PP-co-PE sofressem biodegradação, embora tenha havido adesão microbiana em sua superfície, após seis meses. A maior taxa de degradação da blenda sem aditivo foi após o termo/ biotratamento durante três meses, enquanto as blendas com aditivo apresentaram a maior taxa de degradação, após três meses enterradas em solo, sem o prévio tratamento por calor. Portanto, o aditivo influenciou significativamente o processo de biodegradação, na ausência do pré-tratamento com calor
Abstract: Biodegradable synthetic polymers blends are a promising for the application of polymeric materials, aiming a faster degradation in the environment, even the amount of plastic waste is significantly increased over the last decade. This subject needs much further research on the response of these blends to different treatments to their degradation. The blends used in this study are biodegradable polymers such as poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) with a synthetic copolymer, the polypropylene-co-ethylene (PP-co-PE), in minor concentrations, with and without pro-oxidant additive. These blends films are prepared by melting in pressure-controlled press from pellets obtained previously in an internal mixer (torque rheometer), followed by cryogenic break, these films will be submitted to termotreatment at 100º C for 40 h and after to biotreatment in soil columns. The film analyzes will be made by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and growth test plate. The PHBV film, after the heat treatment, was completely biodegraded during 3 months in soil. The experimental period was not enough to the PP-co-PE films underwent biodegradation, although there has been microbial adhesion on their surface, after six months.The highest degradation rate of the no additive blend was after the thermal/biotreatment during 3 months, while the additive blends presented the highest degradation rate after 3 months buried in soil, without prior heat treatment. Therefore the additive influenced significantly the biodegradation process, in the absence of the heat pre treatment
Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013.
Made available in DSpace on 2014-08-06T17:24:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325329.pdf: 2175421 bytes, checksum: 4f038e08269b194ac4633e70ffdb20cb (MD5) Previous issue date: 2013
O objetivo deste trabalho foi investigar a aplicação de dióxido de carbono pressurizado como anti-solvente para o encapsulamento da bixina em poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV). Para os experimentos de encapsulamento, utilizou-se diclorometano como solvente orgânico e dióxido de carbono como antissolvente e uma câmara de precipitação. Durante o processo de encapsulamento, os parâmetros mantidos constantes foram: vazão de solução (1,0 mL.min-1) e a vazão do antissolvente (20,0 mL.min-1), e a influência dos seguintes parâmetros foram investigados: pressão (80 a 100 bar), temperatura ( 308,5 e 313,5 K), concentração de bixina na solução orgânica (0,4 a 1,0 mg.mL-1) e concentração de PHBV na solução orgânica (1,0 a 20,0 mg.mL-1). O percentual e eficiência de encapsulamento foram determinadas submetendo as amostras do material coprecipitado à agitação manual por 20 segundos, a partir do qual foi obtido um percentual real de encapsulamento máximo e uma eficiência máxima de encapsulamento de 42,4 % e 92,0 %, respectivamente. Observou-se que tanto a pressão, temperatura, e a relação de concentração encapsulante e encapsulado na solução orgânica incial, possuem influência tanto na eficiência de encapsulamento como na morfologia das partículas. Os experimentos em que foram obtidos maiores percentuais e eficiência de encapsulamento foram selecionados para o estudo dos ensaios de liberação em meios puros (etanol, acetato de etila, acetona e éter etílico) a 28 °C ± 0,5 °C e 120 rpm. Constatou-se que em acetona o comportamento de liberação foi caracterizado por um burst inicial, na qual grande parte do princípio ativo foi liberada nos primeiros 20 minutos, onde o percentual médio máximo de liberação foi de 92,44 %. Em Acetato de etila, éter etílico e etanol os comportamentos das liberações apresentaram-se diferentes do encontrado em acetona, não sendo verificado o burst inicial. As liberações em éter etílico e etanol ocorreram mais lentamente que em acetato de etila, chegando próximo dos 600 minutos até atingir o percentual médio de liberação de 95,23 % quando o meio de dissolução era composto por etanol. Os valores de concentração dos princípios ativos liberados foram proporcionais aos percentuais reais de encapsulamento da bixina, e dependendo da polaridade do solvente onde se encontravam as partículas pode se obter uma liberação mais rápida ou mais lenta.

Abstract : The objective of this study was to investigate the application of pressurized carbon dioxide as anti-solvent for the encapsulation of bixin in poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV).For the encapsulation trials, dichloromethane and carbon dioxide were used as organic solvent and as antisolvent respectively, and also a precipitation chamber. During the encapsulation process , the parameters were maintained constant: flow solution (1.0 mL.min-1) and antisolvent flow rate (20.0 ml.min-1), and the influence of the following parameters were investigated : pressure (80 to 100 bar) and temperature ( 308.5 and 313.5 K), bixin concentration of the organic solution (0.4 to 1.0 mg.mL-1) and concentration of PHBV in organic solution (1.0 to 20.0 mg.mL-1).The rate and encapsulation efficiency were determined by subjecting samples of the material to coprecipitate manual shaking for 20 seconds, from which it was obtained a percentage of actual maximum and a maximum encapsulation efficiency of encapsulation of 42.4% and 92.0%, respectively. It was observed that both the pressure, temperature, and the ratio of encapsulating and encapsulated organic concentration in the initial solution have much influence on the encapsulation efficiency and particle morphology. The experiments in which higher percentages and encapsulation efficiency were obtained were selected for the study of the release tests in pure media (ethanol, ethyl acetate, acetone and ethyl ether) at 28 ° C ± 0.5 ° C and 120 rpm . It was found that in acetone the release behavior was characterized by an initial burst, in which much of the active ingredient was released in the first 20 minutes, being 92.44 % the maximum average percentage of release. In ethyl acetate, diethyl ether and ethanol releases showed behaviors were different from those found in acetone, although the initial burst was not verified. Releases in ethyl ether and ethanol occurred more slowly than in ethyl acetate, reaching close to 600 minutes to reach the average percentage of release of 95.23 % when the dissolution medium was composed of ethanol. The concentration values of the released active ingredients were proportional to the actual percentage of encapsulation of bixin, and depending on the polarity of the solvent in which the particles were can get a faster or a slower release.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2017.
Made available in DSpace on 2018-01-09T03:24:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348724.pdf: 3080719 bytes, checksum: 5f40a6331011196f3fd4ac8269e560c0 (MD5) Previous issue date: 2017
O trans-resveratrol é um composto polifenólico naturalmente presente em diferentes espécies vegetais, produzido pelas plantas em situações adversas. Diversos estudos in vitro tem provado propriedades benéficas à saúde relacionadas a sua atividade antioxidante, anti-inflamatória e cardioprotetora, entre outras. O presente trabalho teve como objetivo coprecipitar trans-resveratrol em poli(3-hidroxibutirato-co-3- hidroxivalerato) (PHBV) por meio da técnica de Dispersão de Solução Aumentada por Fluidos Supercríticos (Solution Enhanced Dispersion by Supercritical Fluids, na sigla em inglês SEDS) utilizando um Delineamento Composto Central (DCC) 2² com 3 pontos centrais, a fim de avaliar a influência da pressão de processo (80, 115 e 150 bar) e da concentração de trans-resveratrol (4, 12 e 20 mg·mL-1) sobre o percentual de encapsulamento (PE%), eficiência de encapsulamento (EE%) e tamanho médio de partícula ( ) produzidos. Eficiências de encapsulamento de até 99,54% foram obtidas na condição de 20 mg·mL- 1 de trans-resveratrol e 80 bar, para as quais a pressão do sistema apresentou um efeito significativo negativo (ao nível de confiança de 95%). As partículas coprecipitadas apresentaram predominantemente morfologia esférica e seus tamanhos variaram entre 390 e 570 nm, caracterizando-as como partículas submicrométricas. Análises das partículas formadas mostraram que o processo de coprecipitação não afetou a estrutura química do trans-resveratrol, mas reduziu sua cristalinidade, aumentou sua atividade antioxidante e fotoestabilidade. Demonstrou-se que as partículas coprecipitadas encontram-se livres de solvente orgânico e, portanto, em concordância com os padrões estipulados pelos órgãos reguladores. O comportamento de liberação foi caracterizado por um burst inicial e uma segunda fase estacionária, o que possibilita o uso das partículas para liberação de trans-resveratrol a longo prazo.
Abstract : Resveratrol is a polyphenolic compound naturally found in diverse vegetable species, produced by plants in adverse situations. Several studies in vitro have proved health beneficial properties related to its antioxidant activity, anti-inflammatory and cardioprotective activities, among others. The purpose of this work was to co-precipitate resveratrol in poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) by the Solution Enhanced Dispersion by Supercritical Fluids (SEDS) technique using a 2² Central Composite Design (CCD) with 3 central points, in order to evaluate the influence of pressure (80, 115 and 150 bar) and resveratrol concentration (4, 12 and 20 mg·mL-1) on the percentage of encapsulation (PE%), encapsulation efficiency (EE%) and particle size ( ) produced. Encapsulation efficiencies as high as 99.54% was obtained at 20 mg·mL-1 resveratrol concentration and 80 bar, for which system pressure showed a negative effect (95% confidence level). The co-precipitated particles were mostly spherical and the sizes ranged from 390 to 570 nm, which characterizes sub-micrometric particles. Analyses of the formed particles proved that the co-precipitation process did not affect the chemical structure of resveratrol but reduced its crystallinity, improved its antioxidant activity and photostability. It was shown that co-precipitated particles are free of organic solvents, and therefore in accordance with the standards set by the regulatory agencies. The release behavior was characterized by an initial burst and a second stationary phase, which enables the use of particles for long- term resveratrol delivery.

Lim klassificeras som ett ämne som kan hålla ihop två ytor så att de motstår separation. Dagens lim kan anpassas efter vilken applikation de ska användas till och kan ha ett stort antal olika egenskaper. De fysikaliska och kemiska egenskaperna av limmet är de viktigaste faktorerna för att bilda en bra limbindning. I stort sett alla syntetiska lim består idag av polymerer, varav de flesta är petroleumbaserade. För att skapa ett mer miljövänligt alternativ undersökte denna studie tillämpningen av poly(3-hydroxibutyrat- co-3-hydroxivalerat), PHBV med 36 eller 56 vikt% HV, som huvudkomponent i ett lim. Huvudfokus ligger på hur väl PHBV är lämpligt för användning som lim och hur olika tillsatser kan förbättra dess egenskaperna. Flera olika limblandningar innehållande PHBV, mjukgörare (sebacinsyra, dimetylsebacat, etylbutanoat eller tributylcitrat) och förtjockningsmedel (Abalyn eller Foralyn) skapades och undersöktes. Ett single lap skjuvtest utfördes med kopieringspapper, filterpapper och träpinnar som vidhäftningsmaterialet, medan ett avskalningstest undersökte användningen av kopieringspappersetiketter och plastetiketter på en glasflaska samt frukt.  Båda testen visar att kopieringspapper har de mest lovande egenskaperna som en adherent för användningen av ett PHBV-baserat lim, både för PHBV innehållande 36 vikts% och 56 vikts% HV. Denna slutsats kunde dras då kopieringspapperet påvisade den starkaste bindningen med limmet. Ren PHBV uppvisade lovande häftstyrka och vidhäftning som ett smältlim. Tillsatsen av sebacinsyra tillsammans med Abalyn eller dimetylsebacat med Foralyn ökade limmets häftstyrka ytterligare. Vi fann också att lim som skapats med PHBV med 36 vikt% HV ger bättre hållfasthetsegenskaper. Framtida arbete innefattar mer exakta mätmetoder för att bestämma egenskaperna hos limblandningarna.
An adhesive is classified as a substance that holds two surfaces together and resists separation. Today’s adhesives can be modified according to various application demands, obtaining a large variety of properties. The most important factors of forming a good adhesive bond are the physical and chemical properties. Essentially all synthetic adhesives consist of polymers, most of them being petroleum-based. To obtain a more environmentally friendly option, this study investigated the use of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), PHBV with 36 or 56 wt% HV, as the main component in an adhesive. The main focus was to investigate on how well PHBV is suited for use as an adhesive and how different additives can improve the adhesive properties. Several different adhesive formulations containing PHBV, plasticizers (sebacic acid, dimethyl sebacate, ethyl butyrate, or tributyl citrate) and tackifiers (Abalyn or Foralyn) were created and investigated using various tests, such as single lap shear test, peel test, tackiness determination, optical analysis, and application testing. Single lap shear tests were performed using printing paper, filter paper, and wooden sticks as adherents, while peel tests explored the use of printing paper labels and plastic labels on a glass bottle and on fruit. It was determined that two PHBV adhesives, containing 36 wt% and 56 wt% of HV, performed best using printing paper as adherent. This conclusion could be drawn based on the good interaction between the adherent and the adhesive, thereby creating a strong bond. Pure PHBV with 36 or 56 wt% showed promising strength and tackiness properties as a hot-melt adhesive. The addition of sebacic acid together with Abalyn or dimethyl sebacate with Foralyn further increased the adhesive’s strength. It was also found that adhesive formulations created using a PHBV with a lower amount of HV (around 36 wt% of HV) yields better strength properties when used as an adhesive for paper labels. Future work involves more precise measurement methods to determine the properties of the adhesive formulations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009.
Made available in DSpace on 2012-10-24T09:41:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0
O uso de polímeros biorreabsorvíveis tem despertado grande interesse como alternativa para tratamento de lesões e perda de tecidos. O objetivo desse trabalho foi estudar a interação entre tecido biológico e scaffolds desenvolvidos a partir de poli-hidroxialcanoatos (PHAs), material biodegradável e biorreabsorvível. Os scaffolds foram preparados a partir de um tipo específico de PHA, o poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) com violaceína, obtido do cultivo em biorreator da bactéria Chromobacterium violaceum . O material foi prensado e parcialmente sinterizado. Amostras com 3 mm de diâmetro por 3 mm de comprimento foram implantadas em fêmur de ratos Wistar e analisadas após 30 e 60 dias de pós-operatório. Os animais foram radiografados antes da colocação do implante do material. O material retirado dos animais após o sacrifício foi submetido à radiografia, análise com microscopia eletrônica de varredura e análise de energia dispersiva de raios-X, que foi aplicada para a determinação da composição química presente na fase inorgânica (determinação semi-quantitativa de inorgânicos e razão Ca:P). As amostras foram também preparadas para análise histológica. Os resultados obtidos permitiram observar que não houve reação inflamatória induzida pelo material, não houve nenhum caso de infecção e houve formação de tecido ósseo no interior do implante. Os resultados obtidos indicam que os PHAs possuem grande potencial para serem utilizados em procedimento de medicina regenerativa, em especial em engenharia de tecidos ósseos.
Biopolymers have attracted great interest as alternative materials for wound and lost tissues treatments. The objective of this work is the study of the interaction between biological tissues and scaffolds produced from polyhydroxialkanoates (PHAs). PHAs are biodegradable and bioresorbable polymers. Scaffolds of PHA were produced in a bioreactor from poly(3-hydroxybutirate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) incorporated with violacein. The material was pressed and partially sintered to produce scaffolds with 3 mm of diameter and 3 mm of height. The scaffolds were implanted in femur of Wistar rats according to a protocol developed in this work. X-ray radiographs were taken after surgery. The materials were extracted and analyzed after 30 and 60 days of surgery. Microstructural characterization and chemical analysis to determine the inorganic constituents and the Ca:P ratio of the implanted biopolymers were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) coupled with X-ray dispersive energy spectroscopy (EDS). Histological evaluation revealed that no inflammatory reaction occurred and new bone tissue was formed in the implant. The results indicated that PHBVs with violacein are potential candidates for application in regenerative medicine, especially in bone tissue engineering.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3857.pdf: 19736919 bytes, checksum: 9770985ac3920a2894b8c061f67649f2 (MD5) Previous issue date: 2010-12-10
Financiadora de Estudos e Projetos
A current search for new materials that are economically viable and ecologically correct has led to the implementation of many studies aimed at improving the properties and processability of biodegradable polymers. This study sought to make viable the production of nano-biocomposites by conventional processing methods. It was selected a copolymer produced in Brazil from bacterial fermentation and completely biodegradable, poly(hydroxybutyrate-cohydroxyvalerate) PHBV, having an organo-modified montmorilonite (OMMT) as nanofiller, and acetyl tributyl citrate (ATBC) as plasticizer. The processing parameters and the formulations were controlled, yielding materials with good mechanical and barrier properties, having high biodegradability and better processability. The nano-biocomposites were characterized by thermal gravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), size exclusion chromatography (SEC), wide angle X-ray scattering (WAXS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), tensile, impact, permeability, and biodegradability tests. The results indicate that the addition of a plasticizer improved the processability and the mechanical properties of the nano-biocomposites.
A atual busca por novos materiais que sejam economicamente viáveis e ecologicamente corretos tem levado à realização de muitos estudos voltados à melhoria das propriedades e da processabilidade de polímeros biodegradáveis. Foram estudados nano-biocompósitos de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV)/montimorilonita modificada organicamente (OMMT) com a adição de plastificante (acetil tributil citrato - ATBC). Neste estudo foram controlados os parâmetros de processamento e as formulações, buscando obter materiais com boas propriedades mecânicas e de barreira, com alta biodegradabilidade e com maior facilidade de processamento. Este estudo mostrou que a nanocarga aumenta a estabilidade térmica, a barreira aos gases, a biodegradabilidade e as propriedades mecânicas do PHBV. A incorporação do plastificante leva a um aumento na faixa de processabilidade, porém não acarreta melhora na redução da fragilidade do PHBV. Tanto a nanocarga quanto o plastificante facilitam o processo de cristalização do PHBV. Ambos aditivos influenciam a estrutura cristalina da matriz, a nanocarga leva à redução na fração cristalina enquanto que o plastificante causa um alargamento na espessura dos esferulitos formados. A análise dos resultados de cromatografia por permeação em gel (GPC), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios X de alto ângulo (WAXS), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), propriedades mecânicas, de barreira aos gases e biodegradabilidade leva à conclusão de que a adição de plastificante aos nanobiocompósitos melhorou a processabilidade, não influenciou no estado de dispersão da carga nanométrica e aumentou a capacidade de deformação dos materiais submetidos à tensão. Com isso pode-se concluir que a adição de plastificante é uma boa alternativa para a processabilidade e alteração nas propriedades mecânicas dos nano-biocompósitos de PHAs.

Orientador: Prof. Dr. Arnaldo Rodrigues dos Santos Junior
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2014.
Na engenharia de tecidos, a utilização de uma fonte de celular juntamente com um biomaterial, representa uma alternativa clínica a ser aplicada a pacientes com graves lesões no tecido ósseo. Este estudo teve como objetivo avaliar células Vero, uma linhagem de célula fibroblásticas, e uma linhagem de células-tronco mesenquimais (Rat (SD) Mesenchymal Stem Cells) em testes de biocompatibilidade in vitro com polímeros de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV), poli(caprolactona) (PCL) e blendas 75/25 e 50/50 desenvolvidos para a bioengenharia de tecido ósseo. A diferenciação osteogênica das CTMs sobre os polímeros também foi analisada. Os biomateriais foram caracterizados morfologicamente através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Estereoscópio e Micrômetro. Polímeros porosos se mostram mais espesso que os densos. Através das imagens obtidas nota-se a distribuição, tamanho e morfologia dos poros, notando que os polímeros se mostram com características condizentes a de outros trabalhos. As células Vero e células-tronco mesenquimais (CTMs) foram cultivadas sobre as amostras citadas. Realizamos o ensaio com o MTT, análise morfológica e citoquímica. Para as CTMs fizemos ainda ensaios para avaliar a diferenciação osteogênica (fosfatase alcalina e vermelho alizarina). Nenhum dos polímeros foi considerado tóxico para as células Vero e na maioria deles foi notada atividade celular, camadas de células bem distribuídas. As blendas 50/50 mostraram resultados um pouco inferiores, quanto ao MTT, essa blenda porosa demonstrou ser a uma amostra onde adesão ocorre de forma bem mais lenta, os demais polímeros apresentaram resultados semelhantes e até superiores ao controle positivo de adesão, principalmente o PCL denso. Apesar das amostras 50/50 densa e porosa não se mostrarem tóxicas, aparentemente não funcionam com bons substratos como os demais polímeros, também apresentaram várias dificuldades na técnica de preparação, sendo assim descartadas. A relação das CTMs com os biomateriais se mostrou semelhante aos resultados com Vero. As células foram capazes de se espalhar por quase toda a superfície dos polímeros inclusive entre os poros dos materiais porosos. As CTMs apresentaram resultados de adesão (MTT) sobre os polímeros, mais rápido do que a Vero, demonstrando também maior afinidade pelo PCL denso. Através da análise da atividade da enzima fosfatase alcalina (usada como marcador de diferenciação), notamos que as células-tronco se mostraram capazes de se diferenciar em contato com os polímeros. Esses dados foram confirmados com o vermelho de alizarina, que também mostrou que a diferenciação celular se mostra um pouco mais lenta nos materiais do que nas placas. De uma forma geral os polímeros com exceção das blendas 50/50 se mostraram como bons substratos para as células, com ausência de toxicidade, características morfológicas dentro do recomendado e, além disso, não bloqueiam respostas biológicas específicas, como a diferenciação osteogênica.
In tissue engineering, the use of a cell source coupled with biomaterial represents a clinical alternative which can be applied to patients with severe bone damage. This study aimed to evaluate the biocompatibility between Vero a fibroblastic cell line and Mesenquymal stem cells (Rat (SD) MSC) with biomaterials developed as scaffolds for bone tissue engineering, bioresorbable polymers composed of poly ( hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate ) [ PHVB ] and poly ( caprolactone ) [ PCL ] pure and ratios of (75 /25) and (50 /50) blends. The osteogenic differentiation of MSCs on the polymers was also analyzed. Morphological characterization of the materials was performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), Stereoscope and micrometer. The porous polymers are thicker than dense. Through the images obtained it is possible to note distribution, morphology and pore size. The biomaterials seem to the same consistent characteristics of other studies. Vero cells and mesenchymal stem cells (MSCs) were cultured on the samples mentioned. We performed the assay with MTT, morphological and histochemical analysis. About MSCs we also evaluated the osteogenic differentiation (alkaline phosphatase and Alizarin red). None of the polymers was considered toxic to Vero cells and most of them presented cellular activity, layers of well-distributed cells was noted in most of them. However 50/50 blends showed no such significant results as other. In the MTT assay, this porous blend demonstrated to be the only sample where adhesion occurs more slowly, other polymers showed similar and even higher results than the adhesion positive control, especially the dense PCL. Although the dense and porous 50/50 samples do not show toxic, apparently they are not good substrates as the other polymers, also presented several difficulties in their preparation thus being discarded. The ratio of MSCs with biomaterials was similar to the Vero cells results. They were able to spread to almost all surface of the polymers including into the pores of porous materials. MSCs showed adhesion (MTT) faster than the Vero cell, also demonstrated a greater affinity for dense PCL sample. Through analysis of the enzyme alkaline phosphatase activity (used as a marker for differentiation), we noticed that the stem cells showed differentiation into contact with the polymers. These data were confirmed by alizarin red, which also showed that the cell differentiation was slower on the materials than on the plates. In general all the polymer blends but the 50/50 proved to be good substrates for cells, with no toxicity, morphological characteristics within recommended and in addition do not block specific biological responses, such as osteogenic differentiation.

Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-09-12T13:33:11Z No. of bitstreams: 1 DissBU.pdf: 6586964 bytes, checksum: 934910138375a2c3d090ed0f1d148376 (MD5)
Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-13T14:59:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBU.pdf: 6586964 bytes, checksum: 934910138375a2c3d090ed0f1d148376 (MD5)
Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-13T14:59:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBU.pdf: 6586964 bytes, checksum: 934910138375a2c3d090ed0f1d148376 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-09-13T14:59:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBU.pdf: 6586964 bytes, checksum: 934910138375a2c3d090ed0f1d148376 (MD5) Previous issue date: 2014-11-24
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
This research project aimed to develop high value-added products such as biodegradable composites reinforced with cellulose nanofibrils (CNF) making use of Amazonian pioneer plant species, useful in restoration of degraded forest areas. The initial objective was to obtain CNF from two pioneer species (Ochroma pyramidale and Spathelia excelsa) using a friction milling process. The oxidation effect of the bleached fibers mediated by 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) on the efficiency of the mechanical defibrillation process was studied. CNF were successfully obtained and the oxidation process favored a higher degree of defibrillation. The morphology analysis allowed the observation of CNF with smaller diameter and more dispersed. The final crystalinity index of the oxidized CNF was decreased, according to X-ray diffraction results, but its thermal stability was not altered, as observed by thermogravimetry (TG). Another objective of this study was to develop nanocomposites of a biodegradable poly(hydroxybutyrate-cohydroxyvalerate) (PHBV) matrix reinforced with eucalyptus CNF through melt processing. CNF were mixed in aqueous solution in the presence of poly(ethylene oxide) (PEO), and then were freeze-dried and milled for feeding in a twin-screw extruder, followed by injection molding. The influence of CNF and PEO on the crystallinity index and crystallization rate of PHBV, as well as the mechanical, thermal, dynamic-mechanical, rheological and morphological properties of the nanocomposites were evaluated. A small increase in mechanical properties in the presence of CNF was observed, limited by the agglomeration of CNF during the drying process, even in the presence of PEO. From the thermal analysis, it can be concluded that the CNF acted as a nucleating agent for PHBV, accelerating its crystallization. The thermal stability of the PHBV did not change in the presence of CNF and PEO, as revealed by TG.
Este trabalho buscou colaborar com a proposta de desenvolvimento de produtos de alto valor agregado, como compósitos biodegradáveis reforçados com nanofibrilas de celulose (NFC), que façam uso de espécies vegetais pioneiras amazônicas úteis na recuperação de áreas florestais degradadas. O objetivo inicial foi a obtenção de NFC de duas espécies pioneiras (Ochroma pyramidale e Spathelia excelsa) utilizando moinho de fricção. O efeito da oxidação das fibras branqueadas, mediada por catalisador 2,2,6,6- tetrametilpiperidino-1-oxilo (TEMPO), na eficiência deste processo de desfibrilação mecânica foi estudado. As NFC foram obtidas com sucesso e o processo de oxidação permitiu a obtenção de maior grau de desfibrilação. A análise de morfologia por Microscopia Eletrônica de Transmissão permitiu a observação de fibrilas de menor diâmetro e mais dispersas. O índice de cristalinidade final das mesmas foi diminuído, conforme resultados de Difração de Raio-X, mas sua estabilidade térmica não foi alterada, conforme termogravimetria. Outro objetivo deste trabalho foi desenvolver nanobiocompósitos poliméricos no estado fundido de uma matriz biodegradável poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) reforçada com NFC de eucalipto disponíveis comercialmente. As NFC foram misturadas em solução aquosa na presença de poli(óxido de etileno) (PEO), e foram então liofilizadas e moídas para alimentação em extrusora de dupla rosca, seguido de moldagem por injeção. Foram avaliadas a influência da presença de NFC e PEO no índice de cristalinidade e cinética de cristalização do PHBV, e nas propriedades mecânicas de tração e impacto, térmicas, dinâmico mecânicas, reológicas e morfológicas dos nanobiocompósitos. Foi observado um incremento sutil nas propriedades mecânicas na presença das NFC, limitado pela aglomeração das mesmas durante o processo de secagem, mesmo na presença do PEO. A partir da análise térmica conclui-se que as NFC atuaram como agente nucleante na matriz de PHBV, acelerando sua cristalização. A estabilidade térmica do PHBV não foi alterada na presença de NFC e PEO, conforme termogravimetria realizada.

Il 40% della plastica in Europa viene utilizzata per l’imballaggio ed ha una vita media molto breve o addirittura trova applicazioni nel monouso. Per rispondere ai problemi di inquinamento che derivano dal non corretto smaltimento della plastica e applicando i principi dell’economia circolare per un pianeta “plastic waste free”, si è cercato di preparare un materiale bio-based, biodegradabile e che presenti le caratteristiche adatte all’imballaggio. La scelta si è focalizzata sui poli(idrossialcanoati), poliesteri prodotti e accumulati dai batteri come riserva di energia e facilmente biodegradabili. L’impiego di questi materiali presenta, però, alcune criticità, quali le limitate proprietà meccaniche e l’elevata degradazione che si registra ad ogni ciclo termico eseguito, tale da renderne quasi impossibile il riciclo. La ricerca si è, quindi, concentrata sul tentativo di risolvere queste difficoltà, attraverso strategie che si basano sull’uso di opportuni stabilizzanti termici bio-based e/o adeguati additivi.

L'objectif principal de cette thèse est de concevoir un matériau d'emballage biosourcé et biodégradable adapté au conditionnement de frites surgelées en utilisant les sous-produits de leur fabrication. Deux stratégies ont été étudiées. La première stratégie consistait à fabriquer des mélanges de polymères à base de poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV), qui peuvent être obtenus par fermentation de sous-produits. Les mélanges PHBV-poly(butylène succinate -co-adipate) (PBSA) ont été conçus dans le but d'améliorer sa mise en oeuvre ainsi que d'augmenter la ductilité du PHBV. Les deux polymères étant immiscibles, la compatibilité interfaciale devait être optimisée. La compatibilisation réactive à l'aide de peroxyde de dicumyle (DCP) a été couronnée de succès et a permis la fabrication de films PHBV/PBSA par extrusion-soufflage à l'échelle du laboratoire. L'effet du DCP sur les propriétés morphologiques, thermiques, mécaniques et rhéologiques a été évalué dans le but d'optimiser la composition du mélange à l'échelle laboratoire. Pour améliorer les propriétés mécaniques des films, le plastifiant acétyl tri-butyl citrate (ATBC) a été utilisé. L'amélioration de la résistance à la fusion et de la viscosité élongationnelle des mélanges optimisés a permis de réaliser une campagne d'extrusion gonflage réussie à l'échelle pilote en utilisant l'ATBC et un peroxyde organique alternatif LUPEROX® 101, les deux molécules étant admises pour les matériaux en contact avec les aliments. La deuxième stratégie était l'utilisation directe de déchets d'amidon et de pelures de pommes de terre. Pour cela, la caractérisation biochimique des pelures de pomme de terre a été réalisée, et le potentiel d'extraction de molécules à haute valeur ajoutée a été évalué. La possibilité de produire des pelures de pomme de terre et des matériaux à base d'amidon adaptés à la fabrication d'articles à très courte durée de vie a été étudiée
The main objective of the present thesis is to design a bio-based and biodegradable packaging material suitable for frozen French fries using the by-products of their fabrication. Two strategies were investigated. The first strategy was the fabrication of polymer blends based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), which could be obtained by fermentation of by-products. PHBV-poly(butylene succinate-co-adipate) (PBSA) blends were designed with the aim to increase the processability and ductility of PHBV. Both polymers are immiscible, therefore the interfacial compatibility needed to be optimized. Reactive compatibilization using dicumyle peroxide (DCP) was successful and allowed the fabrication of PHBV/PBSA films by film blowing extrusion at the laboratory scale. The effect of DCP on morphological, thermal, mechanical and rheological properties was evaluated in the aim to optimize the composition at laboratory scale. To improve the mechanical properties of the films, the plasticizer acetyl tri-butyl citrate (ATBC) was used. The improved melt strength and extensional viscosity of the optimized blends allowed to perform a successful film blowing scale-up experiment to the small pilot scale using ATBC and an alternative organic peroxide LUPEROX® 101, both molecules being admitted for food contact materials. The second strategy was the direct use of waste starch and potato peels. For that, the biochemical characterization of potato peels was carried out, and the potential of extraction of high added value molecules coming was assessed. The possibility to produce potato peels and starch-based materials suitable for the fabrication of items with very short service life was investigated

Orientadores: Lucia Helena Innocentini Mei, Nelson Eduardo Duran Caballero
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Made available in DSpace on 2018-08-03T21:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_FranciscoAdaode_M.pdf: 3870739 bytes, checksum: 8b29280a89ca929d036f6d26922403f0 (MD5) Previous issue date: 2003
Resumo: A enorme quantidade de plásticos sintéticos, anualmente descartada, torna difícil prever um futuro da Humanidade sem uma política global para diminuir o impacto deste tipo de lixo no meio ambiente. Dessa maneira, muitos grupos de pesquisa têm buscado soluções que garantam um desenvolvimento sustentável, onde o Homem e o meio possam conviver sem causar prejuízos entre si. Com este princípio, buscamos neste trabalho o desenvolvimento de blendas biodegradáveis de polímeros naturais, com potencial para substituir alguns dos plásticos convencionais, contribuindo para o binômio produção versus preservação ambiental. Uma biomolécula natural utilizada foi a Lignina, uma macromolécula do bagaço de cana de açúcar, disponível em grande quantidade nos países tropicais como o Brasil. O outro componente da blenda, o copolímero de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) ou PHBV, é um termoplástico natural, biodegradável e biocompatível. Blendas de Lignina: PHBV foram processadas num misturador Haake, e preparadas em várias porcentagens (m/m); isto é: (20:80)%, (40:60)%, (50:50)%; (60:40)%; (80:20)% e (0:100) %, respectivamente. A porcentagem (50:50)% foi escolhida para os estudos de propriedades mecânicas por apresentar boas características de resistência, sendo processada no misturador Haake, extrusora monorosca e injetada para a confecção dos corpos de prova. Foi estudada a biodegradação das amostras, em meio líquido e sólido, por ação dos fungos Trametes versicolor e Phanerochaete chrysosporium. A caracterização da Blenda 50:50% foi feita por infravermelho com transformada de Fourier(FT-IV); Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC); Análise Dinâmico Mecânica (DMA); Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); Análise Elementar e Ressonância Magnética Nuclear de Próton (RMN- H). Através dos resultados pode-se constatar que o material obtido foi susceptível à biodegradação com Trametes versicolor e Phanerochaete chrysosporium e apresenta um bom potencial pela rigidez apresentada para utilização na área de Engenharia, especificamente na área de ciências de materiais
Abstract: The great amount of synthetic polymers discharged every year in the urban solid waste is growing fast and makes difficult to see the future without a global politics to solve this environmental problem. In this way, many groups of researchers are studying solutions that may guarantee a sustainable development, where Man and Environment can live in a good balance. With this principle, the aim of this work was the development of biodegradable blends , using two natural polymers, with potencial to substitute some of those conventional polymers, contributing to the balance Production versus Environment. In this work, we used a natural biomolecule called Lignin, a macromolecule from sugar-cane bagasse that is abundant in tropical countries like Brazil. The other component of the blend was a copolymer of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) or PHBV, a natural biodegradable polyester, from polyhydroxyalKanoates¿ family (PHAs). Blends of Lignin:PHBV were processed in a mechanical mixer and prepared in several percentages (w/w) : (20:80)%, (40:60)%, (50:50)%; (60:40)%; (80:20)% e (0:100) % , respectively. The blend corresponding to (50:50)% was chosen for the studies of mechanical properties for presenting appropriate characteristics for the study, than the other mixtures, being processed in a single screw extruder and injected to obtain ASTM (D 638) specimens for mechanical tests. The samples biodegradation was studied in liquid and solid medium, in the action of Trametes versicolor and Phanerochaete chrysosporium, a kind of fungi. The blend (50%:50%) characterization was done by Infrared spectroscopy (FT-IR), Differential Scanning Calorimetric (DSC), Mechanical Dynamic Analysis (DMA); Scanning Electron Microscopy (SEM), Nuclear Magnetic Resonance of Proton (H-NMR,) elementary analysis and Thermogravimetry. Through the results it may be seen that the material obtained is susceptible to biodegradation by Trametes versicolor and Phanerochaete chrysosporium, a kind of whiterot fungi, and it presents a good potential for application in the engineering field
Mestrado
Mestre em Engenharia Química

Con el fin de contrarrestar las limitaciones técnicas del PHBV, en este trabajo de tesis, se han desarrollado nuevas formulaciones biodegradables por adición al PHBV de una segunda fase para modular su comportamiento. Las estrategias de mejora se han abordado desde una perspectiva de viabilidad técnica y de aplicabilidad sencilla en un entorno industrial.
In order to counteract the PHBV technical limitations, in this thesis work, new biodegradable formulations have been developed by addition to PHBV of a second phase to modulate their behavior. The improvement strategies have been approached from a perspective of technical feasibility and simple applicability in an industrial environment.

Antibiotic use is a vital method for the treatment of most diseases involving bacterial infections. Unfortunately, in certain cases these agents are not effective in treatments against diseases for either some limitation in antibiotic usage because of the side effects or some distribution problems caused by physiological or pathological barriers in the body. Such problems are thought to be minimized by development of controlled release systems which involve implantation of antibiotic loaded polymeric systems directly to the site of infection. Present study involves Vancomycin, a very strong antibiotic with a wide spectrum of activity, and two biocompatible and biodegradable polymers, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-valerate) PHBV and poly(L-lactide-co-glycolide) PLGA, in the construction of rod shaped controlled release systems designed for the aim of local treatment of osteomyelitis. Vancomycin carrying rods of either PHBV 8 or PLGA (50:50) polymers were prepared by the use of cold paste and hot extrusion methods in two different loading ratios (2:1 and 1:1 P:V). In situ release kinetics of each type of rod was determined by spectrophotometric measurement of vancomycin concentration. For determination of drug content of the controlled release rods initially and at the end of the release experiments, extraction and IR (infrared) studies were carried out. The efficacy of the system was measured in vitro on the bacterial strain, B. subtilis. Characterization of the rods was made by the use of stereomicroscopy and SEM (scanning electron microscopy). In situ release results of the controlled Vancomycin release formulations revealed that for both polymer types, hot extrusion process enabled the formation of a more compact system that provided slower release of the agent compared to the cold paste method. With the combined effect of variable loading proportion and polymer type the most prolonged release was obtained by PHBV rods having 2:1, P:V, ratio (prepared by hot extrusion method). In general, the release kinetics from the rods obeyed the Fickian diffusion kinetics except for PLGA rods prepared by cold paste method with 1:1 and 2:1 (P:V) loading ratios, which had a first order rate of drug release. According to in vitro bioactivity assays, all the groups effectively inhibited bacterial growth with the first day release samples. On the seventh day, however, only two cold paste samples, PHBV:Vancomycin 1:1 and PLGA:Vancomycin 1:1 had drug content barely sufficient for MEC while the others were in the ineffective range. The IR and grinding-extraction studies proved that Vancomycin was still present within the rods after a ten day release period. The PHBV rods with 2:1 (P:V) ratio prepared by hot extrusion method seem to be the most promising drug delivery system in terms of providing prolonged release as an implantable drug delivery system for the treatment of bacterial infections of the bone, namely osteomyelitis.

Sustainable polymeric materials put emphasis on mastering the whole life-cycle of polymeric materials. This includes the choice of raw materials, selection of synthesis and processing, environmental impact during long-term use followed by detailed knowledge about recycling and waste management.  Within this large efforts are put in the design and development of new biocomposites using renewable fibres instead of inert ones. The thesis deals with surface modifications of agricultural fibres and the design of biocomposites with optimal long-term properties balancing the potential risk for biodegradation.  The first part of this thesis involved surface modifications of oil palm fibres and production of biocomposites with PP as matrix. The chemical surface modifications of oil palm fibres explored propionylation, PPgMA grafting via solution modification and reactive blending and vinyltrimethoxy silanization as methods. All modified fibre/PP biocomposites showed improvements in the mechanical properties followed also by an improvement of water resistance. In comparison with unmodificed fibres/PP matrix the highest water resistance after the surface modifications of oil palm fibres were observed for silanization followed by PPgMA modified,  PPgMA blending and  propionylation. The second part aimed at producing fully biodegradable biocomposites and analysing the resulting properties with respect to potential risk for biodegradation. Sisal fibres were incorporated in PLA and PHBV and the resulting risk for biodegradation using a fungus, Aspergillus niger, monitored. Neat PLA and PHBV were compared with the corresponding biocomposites and already without fibres both polymers were notably biodegraded by Aspergillus niger. The degree of biodegradation of PLA and PHBV matrices was related to the extent of the growth on the material surfaces. Adding sisal fibres gave a substantial increase in the growth on the surfaces of the biocomposites. Correlating the type of surface modification of sisal fibres with degree of biodegradation, it was demonstrated that all chemically modified sisal/PLA biocomposites were less biodegraded than unmodified sisal biocomposites.  Propionylated sisal/PLA demonstrated the best resistance to biodegradation of all biocomposites while sisal/CA/PLA demonstrated high level of biodegradation after severe invasion by Aspergillus niger. In general, the biodegradation correlated strongly with the degree of water absorption and surface modifications that increase the hydrophobicity is a route to improve the resistance to biodegradation. Designing new biocomposites using renewable fibres and non-renewable and renewable matrices involve the balancing of the increase in mechanical properties, after improved adhesion between fibres and the polymer matrix, with the potential risk for biodegradation.

QC 20130325

Orientadores: Lucia Helena Innocentini Mei, Nelson Eduardo Duran Caballero
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Made available in DSpace on 2018-08-13T07:57:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_FranciscoAdaode_D.pdf: 5687735 bytes, checksum: 30f309fc3c8612bce1b126f965cd65a9 (MD5) Previous issue date: 2009
Resumo: A produção de plásticos sintéticos tem aumentado ano após ano, por ser barato, resistente, etc. Mas, os especialistas advertem que o lucro obtido na industrialização e comercialização dos plásticos não pode por em risco o futuro da humanidade. Os fatos demonstram que o planeta já foi prejudicado, principalmente a fauna e a flora marinha. A solução para este problema é o desenvolvimento de materiais biodegradáveis, que garantam um desenvolvimento sustentável, onde o homem e o meio possam conviver sem causar prejuízos entre si. Com este princípio, buscamos neste trabalho o desenvolvimento de blendas biodegradáveis de polímeros naturais, com potencial para substituir alguns dos plásticos convencionais, contribuindo para o binômio produção versus preservação ambiental. A lignina é uma biomacromolécula, assim como o tanino, os quais são disponíveis em grande quantidade no Brasil. O outro componente da blenda, o copolímero de poli(3- hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) ou PHBV, é uma biomolécula, termoplástico natural, biodegradável e biocompatível. Foi escolhida esta proporção (50:50)% (m/m), esta proporção foi a proporção estudada anteriormente, para a blenda de lignina de bagaço de cana com o PHBV, no aparelho Haake. Os estudos das propriedades mecânicas mostraram boas características de resistência, sendo processada na extrusora dupla rosca e injetada para a confecção dos corpos de prova. Foi estudada a biodegradação das amostras, em meio sólido, por ação dos fungos e bactérias do solo. As caracterizações das blendas (50:50) %, (m/m), ligninas, taninos, PHBV e PHB foram feitas por: Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Análise Dinâmico Mecânica (DMA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Elementar (CHN), Espectroscopia de Fluorescência, Fluorescência de Raios-X e Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (RMN- 1H).
Abstract: The production of synthetic plastics has been increasing year after year, for being cheap, resistant, and soon however, the specialists notice that the profit obtained in the industrialization and commercialization of the plastics should not put in risk the Humanity's future. The facts demonstrate that the planet was already harmed, mainly the fauna and the sea flora. The solution for this problem is the development of biodegradable materials to guarantee a sustained development, where the man and the environment have together without causing damages amongst themselves. With this objective, we decided to study in this work the development of biodegradable blends of natural polymer, with potential to substitute some of the conventional plastics, contributing thus the binomial production versus environmental preservation. The lignin is a biomacromolecule, as well as the tannin, theses components are available in great amount in the tropical countries like Brazil. The other component of the blends, the copolymer of poly(3-hydroxybutirate-co-3-hydroxyvalerate) or PHBV, is a natural biomolecule, thermoplastic, biodegradable and biocompatible. It was chosen this proportion (50:50) % (w/w), also this proportion was studied previously in our research group, for the blend of lignin of sugar cane bagasse with PHBV, in the apparatus Haake. The studies of mechanical properties because showed good resistance characteristics. The blends were processed in the twin screw extruders and injected for the making of the test sample. It was studied the biodegradation of the samples, in solid medium, in presence of the fungi and bacteria of the soil. The characterization of blends (50:50%) (w/w), lignins, tannins, PHBV's and PHB's were made by: Fourier Transform Infrared (FT-IR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Microscopy Electronic (SEM), Elementary Analysis (CHN), Spectroscopy of Fluorescence, Fluorescence of ray-X and Nuclear Magnetic Resonance of Hydrogen (NMR -1H).
Doutorado
Ciencia e Tecnologia de Materiais
Doutor em Engenharia Química

Orientadora: Profa. Dra. Mariselma Ferreira
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016.
Este trabalho investigou as condições de eletrofiação do poli(3-hidroxibutirato-co-3- hidroxivalerato), o PHBV, com o objetivo de produzir mantas eletrofiadas de PHBV com fibras sem contas e com diâmetros na escala nanométrica. Os parâmetros de eletrofiação estudados foram: tensão de eletrofiação, distância de trabalho e concentração da solução, nesta ordem. Para a realização deste estudo foram preparadas soluções de PHBV e clorofórmio. O primeiro estudo foi o da tensão de eletrofiação, para realiza-lo foram eletrofiadas três amostras, cada uma com uma tensão (15 kV, 20 kV e 25 kV) mantendo fixas as concentrações de PHBV na solução e a distância de trabalho. Para o estudo da distância de trabalho fixou-se a tensão e a concentração. Foram utilizadas cinco distâncias de trabalho diferentes, 8, 10, 12, 15 e 20 cm. Para o estudo da concentração fixou-se a tensão e a distância de trabalho. Foram preparadas quatro amostras para o estudo da concentração em massa do PHBV na solução, uma com 10 %, outra 15 %, outra com 20 % e outra com 25 % (m/m). Desse modo foi possível decidir qual a melhor combinação destes três fatores. As amostras foram observadas ao microscópio eletrônico de varredura e concluiu-se que as melhores condições foram: tensão = 25 kV, distância de trabalho = 15 cm e concentração = 15 % (m/m) de PHBV. Em um segundo momento foi feito um estudo alterando o solvente das soluções, o clorofórmio se manteve como o solvente principal e adicionou-se 10 % acetona para uma amostra, 10 % de metanol para outra, 5% de acetona e 5 % de metanol para outra, 1 % de acetato de etila para outra e 1% de 1,2-dicloroetano para outra. Todas essas amostras foram eletrofiadas com uma tensão de 25 kV e uma distância de trabalho de 15 cm. Através do exame no microscópio eletrônico de varredura, concluiu-se que a melhor combinação foi a de clorofórmio com 10 % de metanol. Por último, se fez um novo estudo de tensões com esta solução: ela foi eletrofiada com 20, 22 e 25 kV. Com essa mistura de solventes e esse novo estudo foi possível encontrar ao menos uma região de uma manta eletrofiada que não apresentou contas e foi composta por fibras na escala manométrica, a da amostra contendo 10 % de metanol eletrofiada com 20 kV. Essa descoberta avança um pouco mais o trabalho de Tong e Wang (2011) já que eles conseguiram diminuir o diâmetro médio de 3310 nm para 822 nm com a adição de sal à solução, enquanto neste trabalho se conseguiu um diâmetro médio de 596 nm. Isso pode indicar mais um passo em direção à fabricação de plataformas biológicas de suporte temporário para a engenharia de tecidos.
This work has investigated the electrospinning parameters of poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate) (PHBV), aiming to produce electrospun mats without beads and with nanometric fibers. The electrospinning parameters studied were: applied voltage, working distance and polymer concentration of solution. The solutions were prepared with chloroform as the solvent. Three samples were produced to study the applied voltage (15, 20 and 25 kV). Five samples were electrospun to study the working distance (8, 10, 12, 15 and 20 cm). Four samples were produced to study the concentration (10, 15, 20 and 25 wt % of PHBV). Each one of those samples were observed at the scanning electron microscope and the best conditions were: applied voltage = 25 kV, working distance = 15 cm and polymer concentration = 15 %. After that the solvent of the solutions was changed, the chloroform was maintained as the main solvent and it was added 10 % of acetone to produce one sample, 10 % of methanol to produce another sample, 5 % of acetone and 5 % of methanol to produce another one, 10 % of ethyl acetate to produce another one and 10 % of 1,2-dichloroethane to produce another one. All those samples were electrospun with an applied voltage of 25 kV and working distance of 15 cm. With the scanning electron microscope, the best combination was found to be the one with chloroform and methanol. At last, this solution containing PHBV, chloroform and methanol was electrospun with three different applied voltage (20, 22 e 25 kV). With that combination of solvents and this new study of applied voltage, it was possible to produce an electrospun mat with no beads and nanometric diameters. This was a little more than the work of Tong and Wang (2011) since they manage to reduce de diameter from 3310 nm to 822 nm with the addition of salt to the solution and here it was produced an average diameter of 596 nm. This could be another step toward the fabrication of scaffolds for the tissue engineering area.

Diploma thesis deals with the grafting of vinyltrimethoxysilane (VTMOS) onto poly(3–hydroxybutyrate)PHB. Subsequent characterization of the amount of grafted VTMOS and changes in the thermal properties associated with the rate of crystallization. The theoretical part deals with mechanism and the influences of grafting. In the experimental part VTMOS was grafted onto PHB without subjecting VTMOS to hydrolysis and subsequent crosslinking. By differential scanning calorimetry (DSC) and Avrami equation, the effect of grafted silane group on pure was studied. The MVR was used to compare the rheological properties of initial PHB, grafted PHB and crosslinked PHB by siloxane linkages.