O objetivo do presente estudo foi agregar valor a fibras de sisal, a dois dos componentes principais de fibras lignocelulósicas (celulose e lignina) e a PET reciclado, via produção de materiais com elevado valor agregado. Neste contexto, foram investigadas condições que levassem a mats constituídos por nanofibras/fibras ultrafinas, alinhadas (coletor rotativo) e não alinhadas (coletor estático), a partir da eletrofiação de soluções contendo essas matérias-primas, combinadas ou não [PET/sisal, PET/celulose e/ou lignina, PET/CNC (combinado ou não com OM)], em TFA. Parâmetros de solução, como razão PET/componente da biomassa e tempo de dissolução, foram diversificados, assim como parâmetros de processo (taxa de vazão da solução e velocidade de rotação do coletor utilizado, por exemplo). Os resultados de DMA indicaram a influência positiva do alinhamento das fibras nos superiores valores de E\' [tanto para os mats de PET/sisal, quanto para os mats de PET/celulose e/ou lignina e PET/CNC (combinado ou não com OM)] e também foi possível observar que não houve uma influência significativa desse alinhamento na Tg do PET nestes materiais. Como exemplo, o valor de E\' (a 30 °C) para o mat de fibras alinhadas, com razão de sisal/PET = 0,40 (S/PET0,40 – A dir), caracterizado na direção preferencial de alinhamento das fibras, foi superior (765,0 MPa), em comparação ao valor apresentado pelo mat de fibras orientadas aleatoriamente, de composição correspondente, S/PET0,40 (E’ = 358,0 ± 1,5 MPa). A molhabilidade dos mats foi intrinsicamente dependente da razão fibra de sisal/PET e variou de altamente hidrofóbico (PETref, ACA de 134°), a super hidrofílico (S/PET0,40, ACA de 0°). Observou-se que, as principais influências da presença de lignina foram na morfologia achatada das fibras e no aumento do alongamento na ruptura dos materiais, de aproximadamente 90%, comparativamente a PETref. A presença da celulose resultou principalmente em um elevado diâmetro médio das fibras (valores de até 365,9 ± 139,7 nm) e módulo de Young dos materiais (com valores de até 360,4 ± 41,5 MPa), comparativamente ao apresentado pelos mats contendo PET e este polímero combinado com lignina. Os resultados mostraram que os CNCs exerceram uma ação efetiva como agentes de reforço, principalmente nos mats constituídos por fibras orientadas aleatoriamente de PET, considerando as propriedades mecânicas apresentadas por esses materiais (como resistência à ruptura de 4,6 ± 0,5 MPa), em comparação ao mat PETref (resistência à ruptura = 1,8 ± 0,2 MPa). O OM atuou como agente compatibilizante entre o PET reciclado e os CNCs, principalmente com relação ao superior valor de módulo de Young de PET/OM/CNC (354,2 ± 46,1 MPa), em comparação ao valor apresentado por PET/CNC (19,9 ± 3,9 MPa). Assim, os objetivos do presente trabalho foram atingidos com a preparação via eletrofiação, até onde se tem conhecimento, pela primeira vez, de mats de fibras alinhadas e não alinhadas baseadas em biomassa lignocelulósica nativa e dois de seus principais constituintes (celulose e lignina). Os materiais preparados apresentam uma vasta gama de possíveis aplicações, como sistemas de filtração de ar, por exemplo. / The aim of the present investigation was to add value to sisal fibers, to two of the major components of lignocellulosic fibers (cellulose and lignin) and recycled PET via preparation of materials with high added value. In this context, conditions that lead to mats of nanofibers and ultrathin fibers were investigated, aligned (rotating drum collector) and nonaligned (stationary collector), via electrospinning of solutions containing these raw materials, combined or not {PET/sisal fiber, PET/cellulose and/or lignin, PET/CNC [combined or not with castor oil (CO)]} in TFA. Solution parameters such as the ratio of PET/biomass component and dissolution times were diverse, as well as process parameters (e.g. solution flow rate and rotational speed of the collector). The DMA results indicated the positive influence of fiber alignment on the higher storage modulus – E’ [for mats of PET/sisal, PET/cellulose and/or lignin and PET/CNC (combined or not with CO)] and it was also possible to observe no significant influence of fiber alignment on the Tg of PET for these mats. The value of E’ (at 30 °C) for the aligned fibers mat with sisal/PET ratio = 0.40 (S/PET0.40 - A dir), characterized in the preferred direction of fiber alignment, was higher (765.0 MPa) when compared to the value presented by the randomly oriented fibers mat of the corresponding composition, S/PET0.40 (E’ = 358.0 ± 1.5 MPa). The wettability of the mats was intrinsically dependent on the sisal/PET fiber ratio and ranged from highly hydrophobic (PETref, ACA of 134°) to super hydrophilic (S/PET0.40, ACA of 0°). It was observed that the main influences of the presence of lignin was on the flat fibers morphology and on the increase of the elongation-at-break of the materials of approximately 90% compared to PETref. The presence of cellulose resulted mainly in a high average fiber diameter (values up to 365.9 ± 139.7 nm) and elastic modulus of the materials (values up to 360.4 ± 41.5 MPa) compared to the ones presented by mats containing PET and by this polymer combined with lignin. The results showed that the CNCs were efficient as reinforcing agents, especially in the mats composed of randomly oriented fibers of PET, considering the mechanical properties presented by these materials (such as ultimate tensile strength of 4.6 ± 0.5 MPa) compared to PETref mat (ultimate tensile strength = 1.8 ± 0.2 MPa). CO acted as a compatibilizing agent between recycled PET and CNCs, mainly regarding the superior elastic modulus value of PET/OM/CNC (354.2 ± 46.1 MPa) compared to PET/CNC mat (19.9 ± 3.9 MPa). Therefore, the goals of the present study were reached for the first time with the preparation of aligned and nonaligned fiber mats based on native lignocellulosic biomass and two of its main constituents (cellulose and lignin), to the best of our knowledge. The prepared materials have a wide range of possible applications, such as air filtration systems, for example.

O objetivo do presente estudo foi agregar valor a fibras de sisal, a dois dos componentes principais de fibras lignocelulósicas (celulose e lignina) e a PET reciclado, via produção de materiais com elevado valor agregado. Neste contexto, foram investigadas condições que levassem a mats constituídos por nanofibras/fibras ultrafinas, alinhadas (coletor rotativo) e não alinhadas (coletor estático), a partir da eletrofiação de soluções contendo essas matérias-primas, combinadas ou não [PET/sisal, PET/celulose e/ou lignina, PET/CNC (combinado ou não com OM)], em TFA. Parâmetros de solução, como razão PET/componente da biomassa e tempo de dissolução, foram diversificados, assim como parâmetros de processo (taxa de vazão da solução e velocidade de rotação do coletor utilizado, por exemplo). Os resultados de DMA indicaram a influência positiva do alinhamento das fibras nos superiores valores de E\' [tanto para os mats de PET/sisal, quanto para os mats de PET/celulose e/ou lignina e PET/CNC (combinado ou não com OM)] e também foi possível observar que não houve uma influência significativa desse alinhamento na Tg do PET nestes materiais. Como exemplo, o valor de E\' (a 30 °C) para o mat de fibras alinhadas, com razão de sisal/PET = 0,40 (S/PET0,40 – A dir), caracterizado na direção preferencial de alinhamento das fibras, foi superior (765,0 MPa), em comparação ao valor apresentado pelo mat de fibras orientadas aleatoriamente, de composição correspondente, S/PET0,40 (E’ = 358,0 ± 1,5 MPa). A molhabilidade dos mats foi intrinsicamente dependente da razão fibra de sisal/PET e variou de altamente hidrofóbico (PETref, ACA de 134°), a super hidrofílico (S/PET0,40, ACA de 0°). Observou-se que, as principais influências da presença de lignina foram na morfologia achatada das fibras e no aumento do alongamento na ruptura dos materiais, de aproximadamente 90%, comparativamente a PETref. A presença da celulose resultou principalmente em um elevado diâmetro médio das fibras (valores de até 365,9 ± 139,7 nm) e módulo de Young dos materiais (com valores de até 360,4 ± 41,5 MPa), comparativamente ao apresentado pelos mats contendo PET e este polímero combinado com lignina. Os resultados mostraram que os CNCs exerceram uma ação efetiva como agentes de reforço, principalmente nos mats constituídos por fibras orientadas aleatoriamente de PET, considerando as propriedades mecânicas apresentadas por esses materiais (como resistência à ruptura de 4,6 ± 0,5 MPa), em comparação ao mat PETref (resistência à ruptura = 1,8 ± 0,2 MPa). O OM atuou como agente compatibilizante entre o PET reciclado e os CNCs, principalmente com relação ao superior valor de módulo de Young de PET/OM/CNC (354,2 ± 46,1 MPa), em comparação ao valor apresentado por PET/CNC (19,9 ± 3,9 MPa). Assim, os objetivos do presente trabalho foram atingidos com a preparação via eletrofiação, até onde se tem conhecimento, pela primeira vez, de mats de fibras alinhadas e não alinhadas baseadas em biomassa lignocelulósica nativa e dois de seus principais constituintes (celulose e lignina). Os materiais preparados apresentam uma vasta gama de possíveis aplicações, como sistemas de filtração de ar, por exemplo. / The aim of the present investigation was to add value to sisal fibers, to two of the major components of lignocellulosic fibers (cellulose and lignin) and recycled PET via preparation of materials with high added value. In this context, conditions that lead to mats of nanofibers and ultrathin fibers were investigated, aligned (rotating drum collector) and nonaligned (stationary collector), via electrospinning of solutions containing these raw materials, combined or not {PET/sisal fiber, PET/cellulose and/or lignin, PET/CNC [combined or not with castor oil (CO)]} in TFA. Solution parameters such as the ratio of PET/biomass component and dissolution times were diverse, as well as process parameters (e.g. solution flow rate and rotational speed of the collector). The DMA results indicated the positive influence of fiber alignment on the higher storage modulus – E’ [for mats of PET/sisal, PET/cellulose and/or lignin and PET/CNC (combined or not with CO)] and it was also possible to observe no significant influence of fiber alignment on the Tg of PET for these mats. The value of E’ (at 30 °C) for the aligned fibers mat with sisal/PET ratio = 0.40 (S/PET0.40 - A dir), characterized in the preferred direction of fiber alignment, was higher (765.0 MPa) when compared to the value presented by the randomly oriented fibers mat of the corresponding composition, S/PET0.40 (E’ = 358.0 ± 1.5 MPa). The wettability of the mats was intrinsically dependent on the sisal/PET fiber ratio and ranged from highly hydrophobic (PETref, ACA of 134°) to super hydrophilic (S/PET0.40, ACA of 0°). It was observed that the main influences of the presence of lignin was on the flat fibers morphology and on the increase of the elongation-at-break of the materials of approximately 90% compared to PETref. The presence of cellulose resulted mainly in a high average fiber diameter (values up to 365.9 ± 139.7 nm) and elastic modulus of the materials (values up to 360.4 ± 41.5 MPa) compared to the ones presented by mats containing PET and by this polymer combined with lignin. The results showed that the CNCs were efficient as reinforcing agents, especially in the mats composed of randomly oriented fibers of PET, considering the mechanical properties presented by these materials (such as ultimate tensile strength of 4.6 ± 0.5 MPa) compared to PETref mat (ultimate tensile strength = 1.8 ± 0.2 MPa). CO acted as a compatibilizing agent between recycled PET and CNCs, mainly regarding the superior elastic modulus value of PET/OM/CNC (354.2 ± 46.1 MPa) compared to PET/CNC mat (19.9 ± 3.9 MPa). Therefore, the goals of the present study were reached for the first time with the preparation of aligned and nonaligned fiber mats based on native lignocellulosic biomass and two of its main constituents (cellulose and lignin), to the best of our knowledge. The prepared materials have a wide range of possible applications, such as air filtration systems, for example.

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2017-03-14T15:14:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Mariana Dias Antunes.pdf: 1431622 bytes, checksum: 9905ccf2b784bdcc91d69fa8ef93c413 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-03-17T21:29:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação Mariana Dias Antunes.pdf: 1431622 bytes, checksum: 9905ccf2b784bdcc91d69fa8ef93c413 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T21:29:49Z (GMT). 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No entanto, torna-se necessário a complexação com alguma molécula a fim de reduzir algumas características indesejáveis, como a alta volatilidade. As ciclodextrinas são moléculas em forma de cone capazes de acomodar no seu interior moléculas apolares, como os óleos essenciais. Uma tecnologia eficaz capaz de incorporar compostos bioativos em nanomateriais, é a técnica de electrospinning. Com isso, o objetivo desse estudo foi produzir fibras ultrafinas de zeína incorporando um complexo de inclusão (CI) entre β-Ciclodextrina (β-CD) e óleo essencial de eucalipto (Eucalyptus citriodora) (OEE) através da técnica de electrospinning a fim de se obter membranas antimicrobianas como embalagens ativas para alimentos. O OEE foi caracterizado quanto a composição química e atividade antimicrobiana contra 7 bactérias de importância em alimentos. O CI foi avaliado quanto aos grupos funcionais, morfologia e propriedades térmicas. As soluções poliméricas de zeína pura, em diferentes concentrações, foram avaliadas quanto a viscosidade aparente e condutividade elétrica e as membranas resultantes após o processo de electrospinning foram avaliadas quanto a morfologia e distribuição de diâmetro. As soluções de zeína 30% (p/v) foram adicionadas de CI nas concentrações de 6, 12, 18 e 24% (p/v), sendo estas caracterizadas quanto a viscosidade aparente e condutividade elétrica. Após o processo de electrospinning das soluções com CI, estas membranas foram avaliadas quanto a morfologia e distribuição de diâmetro, propriedades térmicas, grupos funcionais e atividade antimicrobiana em microatmosfera contra S. aureus e L. monocytogenes. Os resultados indicaram atividade antimicrobiana do OEE contra as bactérias testadas. Através da análise dos grupos funcionais e da morfologia, pode-se observar uma efetiva complexação do OEE e da β-CD. As fibras obtidas com 30% (p/v) de zeína na solução polimérica apresentaram melhores características morfológicas. Todas as membranas formadas com CI reduziram o crescimento microbiano de S. aureus e L. monocytogenes. A concentração de 24% (p/v) de CI foi a que se obteve maior percentual de redução de crescimento, em micro-atmosfera, com 24,3% e 28,5% para S. aureus e L. monocytogenes, respectivamente. As membranas antimicrobianas apresentaram características para possível aplicação como embalagens ativas para alimentos. / Microbial control is a constant concern in the food packaging industry. Active packaging is capable of inhibiting microbial growth in food. In addition, the use of biodegradable polymers has been extensively studied. Zein is a biodegradable polymer that has great potential in the packaging industry and can encapsulate bioactive compounds in its polymer matrix. Essential oils (EO) are naturally occurring bioactive compounds due to the secondary metabolism of some plants and have been studied as antimicrobial agents in active packaging. However, complexation with some molecule is necessary in order to reduce some undesirable characteristics, such as high volatility. Cyclodextrins are cone-shaped molecules capable of accommodating apolar molecules such as essential oils. An effective technology capable of incorporating bioactive compounds into nanomaterials is the electrospinning technique. The objective of this study was to produce ultrafine zein fibers by incorporating an inclusion complex (IC) between β-Cyclodextrin (β-CD) and eucalyptus essential oil (EO) through the electrospinning technique in order to Antimicrobial membranes as active food packaging. The EEO was characterized by the chemical composition and antimicrobial activity against 7 bacteria of importance in food. CI was evaluated for functional groups, morphology and thermal properties. Polymer solutions of pure zein at different concentrations were evaluated for apparent viscosity and electrical conductivity and the resulting membranes after the electrospinning process were evaluated for morphology and diameter distribution. The 30% (w/v) zein solutions were added with IC at concentrations of 6, 12, 18 and 24% (w/v), which were characterized for apparent viscosity and electrical conductivity. After the electrospinning process of IC solutions, these membranes were evaluated for morphology and diameter distribution, thermal properties, functional groups and micro-atmosphere antimicrobial activity against S. aureus and L. monocytogenes. The results indicated antimicrobial activity of EEO against all tested bacteria. Through the analysis of functional groups and morphology, an effective complexation of EEO and β-CD can be observed. The fibers obtained with 30% (w/v) zein in the polymer solution showed better morphological characteristics. All membranes formed with IC reduced the microbial growth of S. aureus and L. monocytogenes. The concentration of 24% (w/v) IC was obtained with the highest percentage of growth reduction in micro-atmosphere, with 24.3% and 28.5% for S. aureus and L. monocytogenes, respectively. The antimicrobial membranes showed characteristics for possible application as active food packaging.