[pt] Atualmente existe grande empatia da sociedade por produtos de origem renovável, devido à crescente conscientização da finitude dos recursos naturais. Um resíduo muito comum da agroindústria e gerado em grande escala, sendo majoritariamente descartado em lixões, é a casca de coco. Com o intuito de dar um aproveitamento a este resíduo, o presente trabalho experimentou diferentes metodologias para se isolar a nano celulose proveniente da fibra de coco e caracterizou os produtos das diferentes etapas do seu processo de extração. A metodologia que obteve os melhores resultados consistiu em deslignificar exaustivamente com NaOH até o licor remanescente não apresentar mais a coloração escura, lignina. Em seguida, foi realizado um tratamento com H2O2 e NaOH por duas vezes e a hidrólise com ácido sulfúrico. As etapas posteriores objetivaram a remoção do ácido através de seguidos ciclos de centrifugação com a remoção do sobrenadante acompanhado de diálise até que o meio externo atingisse pH neutro. A dispersão final da nano celulose em meio aquoso foi feita através do ultrassom. As caracterizações da celulose hidrolisada e dos produtos das etapas realizadas até o isolamento da mesma foram feitas por: análise térmica gravimétrica; por difração de raios X e por microscopia eletrônica de varredura. Ao final foram determinadas as estabilidades térmicas das nano celuloses obtidas, os seus respectivos índices de cristalinidade e o tamanho do cristal obtido e os efeitos dos diferentes tratamentos experimentados. A lignina teve sua estrutura química atestada por FTIR, a partir do efluente gerado durante o isolamento da nano celulose, o licor negro. / [en] Nowadays there is great empathy from society for products from renewable resources, due to growing awareness of the finiteness of natural resources. A very common residue of agribusiness and generated on a large scale, being largely discarded in landfills, is coconut shell. With the objective of giving a benefit to this residue, this work tried different methods to isolate the nanocellulose derived from coconut fiber and characterized the products of the different stages of the extraction process. The methodology, which achieved the best results, was the one which did the mercerization with NaOH until the remaining liquor does not look like a black liquor anymore. After that, the bleaching was made twice with H2O2 and NaOH and the hydrolysis was carried with sulfuric acid. Subsequent steps aimed to remove the acid from the fibers. The centrifugation was made and supernatant was removed, followed by dialysis until the external medium reached neutral pH. The final dispersion of nanocellulose in aqueous medium was performed using ultrasound. The characterizations of hydrolyzed cellulose and the products of the process steps was performed by TGA analysis; by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The thermal stabilities were determined from the obtained nanocellulose, their respective indices of crystallinity and crystal size achieved and the effects of the different treatments tested. The chemical structure of the generated effluent from the isolation of the nanocellulose black liquor was attested by FTIR.

[pt] A celulose é um biopolímero abundante, renovável e altamente biodegradável com produção no Brasil de aproximadamente 20 milhões de toneladas em 2017. A obtenção de nanocelulose a partir de diversas fontes e sua utilização em uma variedade de aplicações tem sido objeto de uma grande quantidade de pesquisas, visto suas propriedades diferenciadas e possibilidade de modificações, a partir de reações com outras substâncias orgânicas e inorgânicas. Entre as potenciais aplicações que a nanocelulose apresenta está o tratamento de água e efluentes, por processos como separação por membranas, troca iônica e adsorção. O principal processo de obtenção de nano cristais de celulose é a hidrólise ácida da região amorfa, restando em sua maior parte as regiões cristalinas. Os procedimentos mais aplicados para a produção de nano cristais de celulose consistem na reação de material celulósico puro com ácidos fortes com temperatura, agitação e tempo controlados. A nanocelulose cristalina (CNC) foi obtida através de hidrólise ácida com ácido sulfúrico (40 por cento) e então modificada com ácido cítrico (1,2M), CNC-Mod, para posterior caracterização e ensaio de adsorção de cátions metálicos. As amostras produzidas foram caracterizadas por técnicas como MEV-EDS, AFM, DRX, FTIR e TGA. Soluções de nitrato de cobalto (Co(NO3)2), cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de mercúrio (HgCl2) foram colocadas em contato com amostras de celulose, CNC e CNC-Mod por um tempo máximo de 3h sendo o sólido e o sobrenadante separados. As amostras sólidas obtidas no processo de adsorção foram então submetidas a análises como DRX, MEV-EDS e TGA. Enquanto os sobrenadantes foram analisados por ICP-OES, os resultados indicam a ocorrência de adsorção para todas as amostras e cátions metálicos. / [en] Cellulose is an abundant, renewable and highly biodegradable biopolymer with production in Brazil of approximately 20 million tons in 2017. Obtaining nano-cellulose from different sources and using it in a variety of applications has been the subject of a great amount of research, given its differentiated properties and the possibility of modifications, based on reactions with other organic and inorganic substances. Among the potential applications that nanocellulose presents is the water and wastewater treatment, by processes such as membrane separation, ion exchange and adsorption. The main process for obtaining cellulose nanocrystals is the acid hydrolysis of the amorphous region, remaining more crystalline regions. The most applied production procedures for cellulose nanocrystals consist of the reaction of pure cellulosic material with strong acids with controlled temperature, stirring and time. The crystalline nano-cellulose (CNC) was obtained through acid hydrolysis with sulfuric acid (40 percent) and then modified with citric acid (1.2M), CNC-Mod, for further characterization and adsorption test of metal cations. The samples produced were characterized by techniques such as STEM-EDS, AFM, XRD, FTIR and TGA. Cobalt nitrate (Co(NO3)2), Sodium chloride (NaCl) and mercury chloride (HgCl2) solutions were placed in contact with cellulose, CNC and CNC-Mod samples for a maximum of 3 hours, then having the solid and supernatant separated. The solid samples obtained in the adsorption process were then subjected to analyzes such as XRD, STEM-EDS and TGA. While the supernatants were analyzed by ICP-OES and the results indicates the occurrence of adsorption for all samples and metallic cations.

O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante coproduto obtido a partir da produção convencional de etanol. No entanto, o bagaço vem se mostrando como uma importante fonte para a produção de etanol de segunda geração. No primeiro capítulo da tese é apresentado um estudo referente à distribuição espacial dos compostos na matriz de bagaço de cana-de-açúcar. A investigação foi realizada utilizando microscopia de fluorescência confocal e espectroscopia por excitação com um e dois fótons. Imagens de autofluorescência em combinação com as medidas de fluorescência e tempos de vida forneceram uma gama de informações necessárias para a caracterização de amostras de bagaço. Além disso, a técnica permite o acompanhamento de processos relacionados com a remoção de lignina. A nanocelulose cristalina (NCC) é um material promissor devido as suas propriedades intrínsecas, tais como seu formato alongado, medindo de 1 a 100 nm de diâmetro e seu comprimento variando de algumas dezenas a centenas de nanômetros. No capítulo 2, a nanocelulose cristalina foi obtida através da hidrólise da celulose cristalina (de Avicel®) com ácido sulfúrico. Em seguida, o material foi caracterizado por técnicas de microscopia SEM e TEM, confirmando a morfologia em forma de haste e a estrutura de tamanho nanométrico. A microscopia de campo largo convencional foi utilizada como ferramenta na caracterização da NCC dispersa em soluções poliméricas de PVA e PVP. A última parte do capítulo 2 descreve a caracterização de estruturas de NCC usando a microscopia de super-resolução de fluorescência STED (depleção de emissão estimulada). As imagens mostraram uma resolução de até 50 nm, permitindo a comparação com resultados de TEM e AFM. No capítulo 3, a nanocelulose cristalina foi covalentemente marcada com o corante ATTO-532, através da chamada reação \"click\". As propriedades relacionadas com o coeficiente de difusão da NCC foram determinadas por espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS). Em uma etapa posterior, a NCC foi colocada em diferentes soluções do polímero PEG, contendo quantidades diferentes. As propriedades dinâmicas foram analisadas por métodos de FCS e WFM. O uso de técnicas de espectroscopia e microscopia revelou detalhes relacionados à heterogeneidade das dispersões de NCC, as quais estão relacionadas com as propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas das soluções poliméricas. / The sugarcane bagasse is an abundant co-product obtained from the conventional production of ethanol. However, sugarcane bagasse has been proving to be an important source to the production of second-generation ethanol. In the first chapter, the spatial distribution of compounds in the sugarcane bagasse matrix was investigated by confocal fluorescence microscopy and spectroscopy with one and two-photon excitation. Autofluorescence images in combination to spectral emission and lifetime measurements provided a tool for the characterization of natural bagasse samples. Moreover, the technique allows the following of processes related to the lignin removal. Nanocrystalline cellulose (NCC) is a promisor material because of its properties, such as rod-shape with 1-100 nm in diameter, and tens to hundreds of nanometres in length. In the Chapter 2, NCC was obtained via sulphuric acid hydrolysis from Avicel®. Afterwards, the material was characterized by classic electronic microscopy SEM and TEM, confirming the rod-shaped morphology and the nano-sized structure. Conventional wide field microscopy was used as fluorescence microscopy tool in the characterization of NCC, when dispersed in polymeric solutions of PVA and PVP. The last part of the chapter 2 describes the characterization of NCC structures by using the super-resolution fluorescence microscopy STED (Stimulated Emission Depletion). The STED images showed a resolution down to 50 nm, allowing the comparison with TEM and AFM microscopy results. In the Chapter 3, the NCC was covalently labelled, by a click-chemistry reaction, with the ATTO-532 dye. Properties related to diffusion coefficient of NCC were determined by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) method. Afterwards, NCC was placed into a solution of PEG, containing different amounts polymer. The dynamic properties were evaluated by FCS and WFM methods. The use of spectroscopy and microscopy imaging techniques revealed heterogeneity details of NCC dispersions, which are related to the hydrophilic and hydrophobic properties of the polymer solution. A better understanding of polymer systems is achieved by investigation of diffusion properties, that allows the comprehension of rheological parameters, and, consequently, in polymer processing and assembly of plastics, films, and fibres. In the Chapter 4 is presented a study where fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and wide-field fluorescence microscopy (WFM) were used to follow changes in the diffusion coefficients of growing polymer chains, during the controlled radical polymerization process. Linear and star-shaped polystyrene were grown via nitroxide-mediated polymerization (NMP) from alkoxyamine-based initiators containing a highly fluorescent perylene diimide moiety. This study demonstrates that direct investigation of heterogeneity emerging during a controlled radical polymerization process by means of fluorescence of single-molecule chain initiator allows unravelling information related to the diffusion processes of the growing polymer chain.

Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas. / Due to concern for the environment and the growing volume of plastic waste in landfills, biodegradable polymers are being studied extensively. One of them is the PLA. Despite properties comparable to commodities polymers and engineering polymers, it is still necessary to improve certain characteristics of PLA, such as impact resistance. For this, the nanocelulose (CN) can be used without significant changes on the polymeric biodegradation. This study aimed to obtain nanocelulose, characterizes it and incorporates it to polylactic acid (PLA), even as, studies of thermal, morphological and mechanical properties of the composites processed. The CN was obtained by acid hydrolysis using phosphoric acid and it was, subsequently, silanized with three different silanes. The nanoparticles were characterized by Birefringence, Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetry (TG), Zeta Potential, Spectroscopy Absorption Vibrational Infrared Fourier Transform (FTIR) and X-Ray Diffraction (XRD). By images taken by TEM was possible to measure the size of particles CN. So, obtain the aspect ratio of 82 and the percolation limit of 1.1 wt%, demonstrating morphology of nanofiber. According to TG analysis, the beginning of thermal degradation increased when CN Pure was compared with modified CN. The composite, containing 3 wt% CN, were obtained by melt in mixing chamber and then injection molded. The composites were characterized by FTIR, Gel Permeation Chromatography (GPC), TG, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM), Impact and Tensile Strength. The results showed that the CN acts as a nucleating agent in PLA, facilitating the crystallization and acts as reinforcement in polymer matrix to improve the mechanical properties.

Esta Dissertação discorre sobre a pesquisa de caracterização de palha de milho e a sua utilização como matéria prima para a obtenção de nanocelulose. Segundo o IBGE, este resíduo agrícola foi produzido no Brasil, no ano de 2013, em cerca de seis milhões de toneladas. As amostras deste resíduo lignocelulósico utilizadas neste trabalho foram coletadas na forma cotidiana de descarte mais frequentemente encontrada em supermercados e feiras livres. Procedeu-se, então, ao beneficiamento mecânico, beneficiamento químico (mercerização e branqueamento) e hidrólise ácida dessas amostras, o que produziu os seguintes materiais: palha de milho beneficiada mecanicamente, palha de milho beneficiada quimicamente e nanocelulose. Cada um destes materiais foi caracterizado, conforme o tipo, por menos ou mais dos seguintes ensaios: determinação de densidade, determinação de umidade, determinação do teor de cinzas, resistência à tração, determinação do teor de extraíveis, determinação do teor de holocelulose, determinação do teor de hemicelulose, determinação do teor de alfacelulose, determinação do teor de lignina, análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia por infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), índice de cristalinidade por difração de raios-x (CrI), medição do tamanho de partícula por espalhamento de luz dinâmico (DLS), morfologia por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e determinação do rendimento dos produtos de hidrólise. Nesta pesquisa também se estudou, empregando a técnica de planejamento de experimento fatorial com ponto central, a influência dos fatores razão fibra/ácido e tempo da reação na obtenção da nanocelulose, conseguida com êxito em todos os experimentos executados com a palha de milho que foi branqueada de forma efetiva neste trabalho / The present research focuses on the characterization of corn husks and its use as a raw-material for the cellulose Nanowhiskers production. According to the IBGE (Brazilian Institute of Geography and Statistics), in 2013 about six million tons of this agricultural waste were produced in Brazil. The samples from this lignocellulosic waste used in this research were collected in the most usual form of discard found in supermarkets and street markets. After that, the mechanical processing, chemical processing (mercerization and bleaching) and acid hydrolysis of these samples were carried out, yielding the following materials: mechanically processed corn husk, chemically processed corn husk and cellulose nanowhiskers. Each one of these materials, according to the type, was characterized by the following standardized tests (some by fewer, others by almost all of the tests): density; moisture; ash; mechanical property; extractible, hemicellulose, cellulose and lignin contents; thermal behavior by thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), crystallinity index (CrI) by X-ray diffraction (XRD), distribution of particle size by dynamic light scanning (DLS); morphology by scanning electron microscopy (SEM) and determination of the yield of the hydrolysis products. The influence of the factors fiber/acid ratio and reaction time in the production of cellulose nanowhiskers was also studied in this research, using the factorial experiment design. The obtention of cellulose nanowhiskers was successfully achieved in all experiments performed with corn husk that was bleached effectively in this work

Esta Dissertação discorre sobre a pesquisa de caracterização de palha de milho e a sua utilização como matéria prima para a obtenção de nanocelulose. Segundo o IBGE, este resíduo agrícola foi produzido no Brasil, no ano de 2013, em cerca de seis milhões de toneladas. As amostras deste resíduo lignocelulósico utilizadas neste trabalho foram coletadas na forma cotidiana de descarte mais frequentemente encontrada em supermercados e feiras livres. Procedeu-se, então, ao beneficiamento mecânico, beneficiamento químico (mercerização e branqueamento) e hidrólise ácida dessas amostras, o que produziu os seguintes materiais: palha de milho beneficiada mecanicamente, palha de milho beneficiada quimicamente e nanocelulose. Cada um destes materiais foi caracterizado, conforme o tipo, por menos ou mais dos seguintes ensaios: determinação de densidade, determinação de umidade, determinação do teor de cinzas, resistência à tração, determinação do teor de extraíveis, determinação do teor de holocelulose, determinação do teor de hemicelulose, determinação do teor de alfacelulose, determinação do teor de lignina, análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia por infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), índice de cristalinidade por difração de raios-x (CrI), medição do tamanho de partícula por espalhamento de luz dinâmico (DLS), morfologia por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e determinação do rendimento dos produtos de hidrólise. Nesta pesquisa também se estudou, empregando a técnica de planejamento de experimento fatorial com ponto central, a influência dos fatores razão fibra/ácido e tempo da reação na obtenção da nanocelulose, conseguida com êxito em todos os experimentos executados com a palha de milho que foi branqueada de forma efetiva neste trabalho / The present research focuses on the characterization of corn husks and its use as a raw-material for the cellulose Nanowhiskers production. According to the IBGE (Brazilian Institute of Geography and Statistics), in 2013 about six million tons of this agricultural waste were produced in Brazil. The samples from this lignocellulosic waste used in this research were collected in the most usual form of discard found in supermarkets and street markets. After that, the mechanical processing, chemical processing (mercerization and bleaching) and acid hydrolysis of these samples were carried out, yielding the following materials: mechanically processed corn husk, chemically processed corn husk and cellulose nanowhiskers. Each one of these materials, according to the type, was characterized by the following standardized tests (some by fewer, others by almost all of the tests): density; moisture; ash; mechanical property; extractible, hemicellulose, cellulose and lignin contents; thermal behavior by thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), crystallinity index (CrI) by X-ray diffraction (XRD), distribution of particle size by dynamic light scanning (DLS); morphology by scanning electron microscopy (SEM) and determination of the yield of the hydrolysis products. The influence of the factors fiber/acid ratio and reaction time in the production of cellulose nanowhiskers was also studied in this research, using the factorial experiment design. The obtention of cellulose nanowhiskers was successfully achieved in all experiments performed with corn husk that was bleached effectively in this work

O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante coproduto obtido a partir da produção convencional de etanol. No entanto, o bagaço vem se mostrando como uma importante fonte para a produção de etanol de segunda geração. No primeiro capítulo da tese é apresentado um estudo referente à distribuição espacial dos compostos na matriz de bagaço de cana-de-açúcar. A investigação foi realizada utilizando microscopia de fluorescência confocal e espectroscopia por excitação com um e dois fótons. Imagens de autofluorescência em combinação com as medidas de fluorescência e tempos de vida forneceram uma gama de informações necessárias para a caracterização de amostras de bagaço. Além disso, a técnica permite o acompanhamento de processos relacionados com a remoção de lignina. A nanocelulose cristalina (NCC) é um material promissor devido as suas propriedades intrínsecas, tais como seu formato alongado, medindo de 1 a 100 nm de diâmetro e seu comprimento variando de algumas dezenas a centenas de nanômetros. No capítulo 2, a nanocelulose cristalina foi obtida através da hidrólise da celulose cristalina (de Avicel®) com ácido sulfúrico. Em seguida, o material foi caracterizado por técnicas de microscopia SEM e TEM, confirmando a morfologia em forma de haste e a estrutura de tamanho nanométrico. A microscopia de campo largo convencional foi utilizada como ferramenta na caracterização da NCC dispersa em soluções poliméricas de PVA e PVP. A última parte do capítulo 2 descreve a caracterização de estruturas de NCC usando a microscopia de super-resolução de fluorescência STED (depleção de emissão estimulada). As imagens mostraram uma resolução de até 50 nm, permitindo a comparação com resultados de TEM e AFM. No capítulo 3, a nanocelulose cristalina foi covalentemente marcada com o corante ATTO-532, através da chamada reação \"click\". As propriedades relacionadas com o coeficiente de difusão da NCC foram determinadas por espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS). Em uma etapa posterior, a NCC foi colocada em diferentes soluções do polímero PEG, contendo quantidades diferentes. As propriedades dinâmicas foram analisadas por métodos de FCS e WFM. O uso de técnicas de espectroscopia e microscopia revelou detalhes relacionados à heterogeneidade das dispersões de NCC, as quais estão relacionadas com as propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas das soluções poliméricas. / The sugarcane bagasse is an abundant co-product obtained from the conventional production of ethanol. However, sugarcane bagasse has been proving to be an important source to the production of second-generation ethanol. In the first chapter, the spatial distribution of compounds in the sugarcane bagasse matrix was investigated by confocal fluorescence microscopy and spectroscopy with one and two-photon excitation. Autofluorescence images in combination to spectral emission and lifetime measurements provided a tool for the characterization of natural bagasse samples. Moreover, the technique allows the following of processes related to the lignin removal. Nanocrystalline cellulose (NCC) is a promisor material because of its properties, such as rod-shape with 1-100 nm in diameter, and tens to hundreds of nanometres in length. In the Chapter 2, NCC was obtained via sulphuric acid hydrolysis from Avicel®. Afterwards, the material was characterized by classic electronic microscopy SEM and TEM, confirming the rod-shaped morphology and the nano-sized structure. Conventional wide field microscopy was used as fluorescence microscopy tool in the characterization of NCC, when dispersed in polymeric solutions of PVA and PVP. The last part of the chapter 2 describes the characterization of NCC structures by using the super-resolution fluorescence microscopy STED (Stimulated Emission Depletion). The STED images showed a resolution down to 50 nm, allowing the comparison with TEM and AFM microscopy results. In the Chapter 3, the NCC was covalently labelled, by a click-chemistry reaction, with the ATTO-532 dye. Properties related to diffusion coefficient of NCC were determined by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) method. Afterwards, NCC was placed into a solution of PEG, containing different amounts polymer. The dynamic properties were evaluated by FCS and WFM methods. The use of spectroscopy and microscopy imaging techniques revealed heterogeneity details of NCC dispersions, which are related to the hydrophilic and hydrophobic properties of the polymer solution. A better understanding of polymer systems is achieved by investigation of diffusion properties, that allows the comprehension of rheological parameters, and, consequently, in polymer processing and assembly of plastics, films, and fibres. In the Chapter 4 is presented a study where fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and wide-field fluorescence microscopy (WFM) were used to follow changes in the diffusion coefficients of growing polymer chains, during the controlled radical polymerization process. Linear and star-shaped polystyrene were grown via nitroxide-mediated polymerization (NMP) from alkoxyamine-based initiators containing a highly fluorescent perylene diimide moiety. This study demonstrates that direct investigation of heterogeneity emerging during a controlled radical polymerization process by means of fluorescence of single-molecule chain initiator allows unravelling information related to the diffusion processes of the growing polymer chain.

Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas. / Due to concern for the environment and the growing volume of plastic waste in landfills, biodegradable polymers are being studied extensively. One of them is the PLA. Despite properties comparable to commodities polymers and engineering polymers, it is still necessary to improve certain characteristics of PLA, such as impact resistance. For this, the nanocelulose (CN) can be used without significant changes on the polymeric biodegradation. This study aimed to obtain nanocelulose, characterizes it and incorporates it to polylactic acid (PLA), even as, studies of thermal, morphological and mechanical properties of the composites processed. The CN was obtained by acid hydrolysis using phosphoric acid and it was, subsequently, silanized with three different silanes. The nanoparticles were characterized by Birefringence, Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetry (TG), Zeta Potential, Spectroscopy Absorption Vibrational Infrared Fourier Transform (FTIR) and X-Ray Diffraction (XRD). By images taken by TEM was possible to measure the size of particles CN. So, obtain the aspect ratio of 82 and the percolation limit of 1.1 wt%, demonstrating morphology of nanofiber. According to TG analysis, the beginning of thermal degradation increased when CN Pure was compared with modified CN. The composite, containing 3 wt% CN, were obtained by melt in mixing chamber and then injection molded. The composites were characterized by FTIR, Gel Permeation Chromatography (GPC), TG, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM), Impact and Tensile Strength. The results showed that the CN acts as a nucleating agent in PLA, facilitating the crystallization and acts as reinforcement in polymer matrix to improve the mechanical properties.

Orientador: Danielle Goveia / Resumo: Estudos epidemiológicos mostram que uma parcela significativa da população mundial, independente de idade, etnia e localização geográfica, apresenta baixos níveis séricos de vitamina D3. Neste contexto, a incorporação da vitamina D3 em novos sistemas de liberação de fármacos, como os sistemas transdérmicos, têm sido apontados como alternativa para a administração deste medicamento. A extração da nanocelulose de fibras vegetais e sua utilização na fabricação de insumos da área da saúde tem se destacado na medicina, pois apresenta propriedades como biocompatibilidade, biodegradabilidade e baixa toxicidade. A celulose tem um longo histórico de aplicações na área da saúde, agindo como mediador na liberação controlada de fármacos, mas sua utilização nanoestruturada em membranas, como sistema de liberação local de fármacos ainda é um desafio. Neste estudo foi desenvolvida uma membrana, pela técnica de “casting”, de nanocelulose extraída do linter de algodão e vitamina D3 acrescidos dos componentes, álcool polivinílico, glicerina e tween 80. A nanocelulose e as membranas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-FEG), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), teste de tração no dinamômetro e a cinética de liberação do fármaco por espectroscopia molecular no ultravioleta visível (UV-Vis). A membrana apresentou reprodutibilidade na síntese, ótimas propriedades físicas como flexibilidade, transparência e elasticidade,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Epidemiological studies show that a significant portion of the population has low serum vitamin D3 levels, regardless of age, ethnicity and geographical location. In this context, the incorporation of vitamin D3 in new drug delivery systems, such as transdermal systems, has been suggested as an alternative for the administration of this drug. The extraction of nanocellulose from plant fibers and its use in the manufacture of health inputs has been highlighted in medicine, as it has properties such as biocompatibility, biodegradability and low toxicity. Cellulose has a long history of healthcare applications, acting as a mediator in controlled drug release, but its nanostructured use in membranes as a local drug delivery system is still a challenge. In this study a membrane was developed by casting technique of nanocellulose extracted from cotton linter and vitamin D3 plus the components, polyvinyl alcohol, glycerin and tween 80. Nanocellulose and membranes were characterized by high scanning electron microscopy. resolution (SEM-FEG), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), dynamometer tensile test and drug release kinetics by visible ultraviolet molecular spectroscopy (UV-Vis). The membrane showed reproducibility in synthesis, excellent physical properties such as flexibility, transparency and elasticity, as well as adequate resistance for biomedical applications. Through the FT-IR it was observed the presence of all active components in the sample, without structura... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre