Tese de Doutorado

This study presents an innovative approach to addressing the challenges of phase immiscibility and poor interfacial adhesion in polylactic acid (PLA) and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) blends by integrating gamma radiation-induced modifications and with nanocellulose reinforcement, offering a novel option to high-performance, eco-friendly materials that balance sustainability with functionality. Cellulose nanocrystals (CNCs) and cellulose nanofibrils (CNFs) were extracted from pineapple leaf fibers (PALF), which contain 50.5% cellulose, demonstrating their potential as a valuable source for nanocellulose production. Optimized hydrolysis conditions (55% H₂SO₄, 45ºC, 20-50 mg/mL) yielded CNCs with high crystallinity and minimal thermal degradation, achieving yields of 55-61%. Conversely, CNFs processed via ball milling for 196-360 hours exhibited disrupted crystallinity and aggregated structures, reclassified as cellulose nanoparticles (CNPs). Gamma irradiation using Co-60 was applied to induce chain scission in PLA, enhancing its interaction with PBAT through free radical formation. High doses (80-150 kGy) caused excessive degradation, reducing mechanical properties despite improved interfacial adhesion. In contrast, low doses (3-5 kGy) significantly improved mechanical properties (7.7% increase in tensile strength for 3 kGy, 12.9% increase in elongation at break for 5 kGy) and thermal stability (5.3ºC increase) while preserving rheological and viscoelastic characteristics. Incorporating 1-3% CNP into high-dose irradiated blends did not enhance mechanical or rheological properties due to material degradation and low fibrillation but improved thermal stability and crystallinity in non-irradiated blends. Environmental implications were significant, as gamma irradiation and nanocellulose incorporation accelerated biodegradability, making these blends suitable for sustainable packaging applications.

Este estudo apresenta uma abordagem inovadora para superar os desafios de imiscibilidade e baixa adesão interfacial em blendas de poliácido láctico (PLA) e poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT), combinando modificações por radiação gama e reforço com nanocelulose. O objetivo foi desenvolver materiais sustentáveis e de alto desempenho. Nanocristais de celulose (CNCs) e nanofibrilas de celulose (CNFs) foram extraídos de fibras de folhas de abacaxi (PALF), que contêm 50,5% de celulose, demonstrando seu potencial como fonte valiosa de nanocelulose. A hidrólise otimizada (55% H₂SO₄, 45 ºC, 2050 mg/mL) resultou em CNCs de alta cristalinidade e rendimentos de 55-61%. Já CNFs processados por moagem de bolas (196-360 horas) exibiram estruturas agregadas, sendo reclassificados como nanopartículas de celulose (CNPs). A irradiação gama com Co-60 foi aplicada para induzir cisão de cadeias no PLA, melhorando sua interação com o PBAT por meio da formação de radicais livres. Doses altas (80-150 kGy) causaram degradação excessiva, prejudicando as propriedades mecânicas, apesar do aumento na adesão interfacial. Em contrapartida, doses baixas (3-5 kGy) elevaram significativamente as propriedades mecânicas (aumento de 7,7% na resistência à tração para 3 kGy e de 12,9% no alongamento na ruptura para 5 kGy) e a estabilidade térmica (incremento de 5,3 ºC), preservando características reológicas e viscoelásticas. A incorporação de 1-3% de CNP em blendas irradiadas com doses altas não melhorou as propriedades mecânicas ou reológicas devido à degradação e baixa fibrilação, mas aumentou a estabilidade térmica e cristalinidade em blendas não irradiadas. As implicações ambientais foram relevantes, pois a irradiação gama e o uso de nanocelulose aceleraram a biodegradabilidade, tornando essas blendas adequadas para embalagens sustentáveis.