Desenvolvimento de sistema polímerico a base de amido e colágeno para liberação controlada de nutrientes no solo
| dc.contributor.advisor | Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira | |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/5625112455084806 | |
| dc.contributor.author | Couto, Maíra Lopes Silva do | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6869887709138145 | |
| dc.contributor.referee | Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira | |
| dc.contributor.referee | Oliveira, Luiz Carlos Alves de | |
| dc.contributor.referee | Souza, Patterson Patrício de | |
| dc.date.accessioned | 2025-03-17T20:49:50Z | |
| dc.date.available | 2025-03-17T20:49:50Z | |
| dc.date.issued | 2022-08-08 | |
| dc.description.abstract | O emprego de polímeros biodegradáveis provenientes de fontes renováveis nos mais diversos setores industriais e comerciais vêm sendo motivado pela necessidade de minimizar os impactos ambientais ocasionados pelos resíduos e descartes associados aos polímeros derivados de combustíveis fósseis (popularmente denominados de plásticos). Por consequência, a necessidade de substituição dos polímeros convencionais impulsiona as pesquisas voltadas para o desenvolvimento de materiais baseados em polímeros biodegradáveis e controle de suas propriedades. Especialmente, no setor agrícola, a aplicação de polímeros biodegradáveis na elaboração de sistemas de liberação controlada de fertilizantes vem recebendo cada vez mais atenção. Um grupo extenso de materiais é estudado para tal aplicação, dentre estes o amido tem apresentado um crescente interesse no que se refere ao uso de polímeros biodegradáveis. Já em relação aos fertilizantes nitrogenados, destaca-se o uso de fontes de nitrogênio proveniente de compostos orgânicos diferentes da uréia, que é comercialmente usada para esse fim, mas ainda apresenta algumas limitações. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um sistema polimérico a base de amido para liberação controlada de nutrientes no solo, incluindo nitrogênio de fonte orgânica, que promoverá a liberação dos componentes de forma lenta e contínua. Destaca-se como vantagens do sistema proposto o atendimento da demanda de nutrientes para determinadas culturas de plantas em um período adequado, evitando a ocorrência de sobredosagens e de perdas dos nutrientes para o ambiente e consequentemente o aumento na eficiência da fertilização. Como diferencial destaca-se, a presença do colágeno como fonte de nitrogênio aliada a biodegradabilidade dos polímeros envolvidos e a minimização dos danos ambientais causados pelas práticas agrícolas que demandam uso de fertilizantes. Em tal sistema polimérico se utilizou, além do colágeno, o fosfato de potássio (K2HPO4) como fonte de fósforo e potássio. Foram produzidos diferentes sistemas poliméricos via extrusão variando-se a composição ou o tipo de processamento, que pode ser reativo ou não. Para fins comparativos, foi realizado também o desenvolvimento de sistemas poliméricos com a incorporação de uréia. A caracterização dos materiais desenvolvidos ocorreu por meio da análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), difração de raio-X (DRX) e ângulo de contato. A avaliação da biodegradabilidade no solo foi realizada por meio da análise da percentagem de perda de massa. O aspecto físico macroscópico dos sistemas poliméricos desenvolvidos, se apresentaram semelhantes, com exceção aos sistemas nos quais houve a incorporação de uréia, apresentando coloração amarelada e integridade física no sentido do comprimento. A TGA indicou que a modificação do amido promove um aumento na estabilidade térmica; enquanto a incorporação do colágeno ocasiona uma redução na temperatura de ocorrência da decomposição do material. Na análise de FTIR detectou-se as bandas de absorção características do amido termoplástico, assim como aquelas formadas de ligações relativas às interações formadas entre a cadeia de amido e os compostos adicionados. O DRX evidenciou alterações no padrão cristalográfico das amostras desenvolvidas, de maneira que a modificação resulta em um aumento na cristalinidade e a incorporação dos compostos nutrientes em uma redução da cristalinidade. A incorporação dos compostos nutrientes, assim como a modificação do amido, ocasionou alterações estruturais que refletiram em mudanças nas propriedades térmicas, na cristalinidade e na hidrofilicidade do sistema polimérico e, consequentemente, na taxa de biodegradação. O sistema polimérico a base de amido para liberação controlada de nutriente se mostrou ser promissor, sendo atestado pela avaliação do desenvolvimento de mudas de pimenta malagueta em solos contendo tal sistema. | |
| dc.description.abstractother | The use of biodegradable polymers derived from renewable sources across various industrial and commercial sectors has been motivated by the need to minimize the environmental impacts caused by waste and disposal associated with fossil fuel-derived polymers (commonly referred to as plastics). Consequently, the necessity to replace conventional polymers drives research aimed at developing materials based on biodegradable polymers and controlling their properties. Particularly in the agricultural sector, the application of biodegradable polymers in the formulation of controlled-release fertilizer systems has been receiving increasing attention. A wide range of materials is being studied for this application, among which starch has garnered growing interest regarding the use of biodegradable polymers. In relation to nitrogen fertilizers, the use of nitrogen sources derived from organic compounds, other than urea (which is commercially used for this purpose), stands out, although it still presents some limitations. In this context, the present study aimed to develop a starch-based polymeric system for the controlled release of nutrients in the soil, including nitrogen from organic sources, promoting the slow and continuous release of components. The proposed system offers advantages such as meeting the nutrient demands of specific plant crops at appropriate times, preventing overdoses and losses of nutrients to the environment, and consequently increasing fertilization efficiency. A notable distinction is the inclusion of collagen as a nitrogen source, combined with the biodegradability of the involved polymers, which minimizes the environmental damage caused by agricultural practices that require the use of fertilizers. In this polymeric system, potassium phosphate (K2HPO4) was used as a source of phosphorus and potassium, in addition to collagen. Different polymeric systems were produced via extrusion, varying the composition or the type of processing, which could be reactive or non-reactive. For comparative purposes, polymeric systems incorporating urea were also developed. The characterization of the developed materials was carried out through thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and contact angle measurement. The evaluation of biodegradability in soil was conducted by analyzing the percentage of mass loss. The macroscopic physical aspect of the developed polymeric systems appeared similar, except for those systems that included urea, which showed a yellowish color and physical integrity in terms of length. TGA indicated that the modification of starch promotes an increase in thermal stability, while the incorporation of collagen leads to a reduction in the temperature at which material decomposition occurs. FTIR analysis detected characteristic absorption bands of thermoplastic starch, as well as those formed by bonds related to interactions between the starch chain and the added compounds. XRD revealed changes in the crystallographic pattern of the developed samples, indicating that modification results in increased crystallinity, while the incorporation of nutrient compounds reduces crystallinity. The incorporation of nutrient compounds, along with the modification of starch, caused structural changes that affected the thermal properties, crystallinity, and hydrophilicity of the polymeric system, and consequently, the biodegradation rate. The starch-based polymeric system for controlled nutrient release proved to be promising, as evidenced by the evaluation of the growth of malagueta pepper seedlings in soils containing this system. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/829 | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.publisher | Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais | |
| dc.publisher.country | Brasil | |
| dc.publisher.initials | CEFET-MG | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química | |
| dc.subject | Amido | |
| dc.subject | Polímeros - Biodegradação | |
| dc.subject | Colágeno | |
| dc.subject | Fertilizantes | |
| dc.subject | Liberação controlada | |
| dc.title | Desenvolvimento de sistema polímerico a base de amido e colágeno para liberação controlada de nutrientes no solo | |
| dc.type | Dissertação |
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