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Os poliésteres alifáticos, como poli(caprolactona) (PCL) e poli(ácido lático) (PLA), são comumente usados em produtos biodegradáveis. Esses materiais são ecológicos e o uso de fibras vegetais com estes polímeros corrobora em uma alternativa de lidar com os resíduos da agroindústria e da indústria madeireira. O objetivo deste estudo foi de investigar as propriedades resultantes da degradação abiótica e biótica das bioblendas de PCL/PLA e seus biocompósitos com fibras vegetais. As fibras vegetais avaliadas foram a de babassu (Orbignya phalerata), de cana-de-açúcar (Saccharum spp) e farinha de madeira (Pinus Ellioti). A bioblenda de PCL/PLA foi utilizada como referência na proporção de 70/30, 50/50 e 30/70 (m/m) e para cada biocompósito foi utilizado 20% de fibra vegetal com duas granulometrias, de 35 e 45 mesh. As misturas foram processadas via extrusão e moldados por compressão térmica em formato de fitas. As amostras foram expostas a intemperismo natural por um período total de 120 dias e avaliadas as mudanças de suas propriedades mecânicas, físicas, químicas, morfológicas e térmicas a cada 30 dias. Evoluções das superfícies deterioradas das amostras foram observadas por MEV e demonstraram que foram ocasionadas pelas condições climáticas severas e confirmadas por FTIR através de uma diminuição considerável dos grupos ésteres. A incorporação de maior quantidade PLA ao PCL nas bioblendas aumentou o módulo de elasticidade e resistência à tração. Os biocompósitos reforçados com fibras vegetais com granulometria de 45 mesh destacaram-se em maior resistência à tração, e, após envelhecimento natural de 30 dias apresentaram menor decaimento assim como o módulo elástico. A estabilidade térmica dos biocompósitos com farinha de madeira de Pinus e fibras de cana-de-açúcar foi maior do que as de babaçu. O biocompósito reforçado com fibras de cana-de-açúcar destacou-se com maior desempenho mecânico indicando que houve uma melhor interação entre fibra e matriz polimérica. Resultados do monitoramento da degradação biótica avaliados em câmara respirométrica indicaram que o PCL apresentou menor velocidade de biodegradação em relação ao PLA. As bioblendas e biocompósitos com maior teor de PCL mostraram menor produção de CO2 ao longo do período avaliado. O biocompósito com menor teor de PCL e reforçado com fibra de cana-de-açúcar destacou-se com uma maior velocidade de biodegradação e pela maior produção de CO2. As propriedades resultantes da degradação abiótica e biótica destes materiais auxiliam no desenvolvimento de produtos de vida útil curta, bem como, na preservação do meio ambiente. / Aliphatic polyesters, such as poly(caprolactone) (PCL) and poly(lactic acid) (PLA) have been commonly used in biodegradable products. These materials are ecological and use of vegetal fibers in these composites also provides an alternative way to deal with agricultural residues. This study aims to evaluate the properties resulting from the abiotic and biotic degradation of PCL/PLA bioblends and their biocomposites. The vegetal fibers evaluated were babassu (Orbignya phalerata), sugarcane (Saccharum spp) and wood flour (Pinus Ellioti). PCL/PLA bioblends were used as reference with 70/30, 50/50 and 30/70 (w/w) ratio and each biocomposite had 20% of vegetal fiber content with 35 and 45 mesh granulometry was used. The bioblends were processed by extrusion and molded in tape format. The samples were exposed to natural weathering for 120 days and the changes in their mechanical, physical, chemical, morphological and thermal properties were evaluated every 30 days. Damaged surface evolution was performed by SEM and showed that they were caused by the severe climatic conditions and confirmed by FTIR through a considerable decrease of the ester groups. Addition of PLA to the PCL in the bioblends increased the modulus of elasticity and tensile strength. Reinforcements with vegetable fibers with 45 mesh granulometry increased tensile strength, and, after natural aging of 30 days, showed lower decrease as well as the modulus. Thermal stability of the biocomposites with wood flour and sugarcane fibers was higher than babassu. Biocomposites reinforced with sugarcane fibers highlighted in the higher mechanical performance indicating that there was a better interaction between fiber and polymer matrix. Results of the monitoring of biotic degradation indicated that PCL presented a lower rate of biodegradation in relation to PLA. Bioblends and biocomposites with higher PCL content showed lower CO2 generation over the period evaluated. Biocomposites with lower content of PCL and reinforced with sugarcane fiber stood out in the greater speed of biodegradation and the greater production of CO2. Properties resulting from the abiotic and biotic degradation prompted changes in its structures and to facilitate its degradation in times lower than conventional and aid in the development of short-lived products as well as in the preservation of the environment.

Os poliésteres alifáticos, como poli(caprolactona) (PCL) e poli(ácido lático) (PLA), são comumente usados em produtos biodegradáveis. Esses materiais são ecológicos e o uso de fibras vegetais com estes polímeros corrobora em uma alternativa de lidar com os resíduos da agroindústria e da indústria madeireira. O objetivo deste estudo foi de investigar as propriedades resultantes da degradação abiótica e biótica das bioblendas de PCL/PLA e seus biocompósitos com fibras vegetais. As fibras vegetais avaliadas foram a de babassu (Orbignya phalerata), de cana-de-açúcar (Saccharum spp) e farinha de madeira (Pinus Ellioti). A bioblenda de PCL/PLA foi utilizada como referência na proporção de 70/30, 50/50 e 30/70 (m/m) e para cada biocompósito foi utilizado 20% de fibra vegetal com duas granulometrias, de 35 e 45 mesh. As misturas foram processadas via extrusão e moldados por compressão térmica em formato de fitas. As amostras foram expostas a intemperismo natural por um período total de 120 dias e avaliadas as mudanças de suas propriedades mecânicas, físicas, químicas, morfológicas e térmicas a cada 30 dias. Evoluções das superfícies deterioradas das amostras foram observadas por MEV e demonstraram que foram ocasionadas pelas condições climáticas severas e confirmadas por FTIR através de uma diminuição considerável dos grupos ésteres. A incorporação de maior quantidade PLA ao PCL nas bioblendas aumentou o módulo de elasticidade e resistência à tração. Os biocompósitos reforçados com fibras vegetais com granulometria de 45 mesh destacaram-se em maior resistência à tração, e, após envelhecimento natural de 30 dias apresentaram menor decaimento assim como o módulo elástico. A estabilidade térmica dos biocompósitos com farinha de madeira de Pinus e fibras de cana-de-açúcar foi maior do que as de babaçu. O biocompósito reforçado com fibras de cana-de-açúcar destacou-se com maior desempenho mecânico indicando que houve uma melhor interação entre fibra e matriz polimérica. Resultados do monitoramento da degradação biótica avaliados em câmara respirométrica indicaram que o PCL apresentou menor velocidade de biodegradação em relação ao PLA. As bioblendas e biocompósitos com maior teor de PCL mostraram menor produção de CO2 ao longo do período avaliado. O biocompósito com menor teor de PCL e reforçado com fibra de cana-de-açúcar destacou-se com uma maior velocidade de biodegradação e pela maior produção de CO2. As propriedades resultantes da degradação abiótica e biótica destes materiais auxiliam no desenvolvimento de produtos de vida útil curta, bem como, na preservação do meio ambiente. / Aliphatic polyesters, such as poly(caprolactone) (PCL) and poly(lactic acid) (PLA) have been commonly used in biodegradable products. These materials are ecological and use of vegetal fibers in these composites also provides an alternative way to deal with agricultural residues. This study aims to evaluate the properties resulting from the abiotic and biotic degradation of PCL/PLA bioblends and their biocomposites. The vegetal fibers evaluated were babassu (Orbignya phalerata), sugarcane (Saccharum spp) and wood flour (Pinus Ellioti). PCL/PLA bioblends were used as reference with 70/30, 50/50 and 30/70 (w/w) ratio and each biocomposite had 20% of vegetal fiber content with 35 and 45 mesh granulometry was used. The bioblends were processed by extrusion and molded in tape format. The samples were exposed to natural weathering for 120 days and the changes in their mechanical, physical, chemical, morphological and thermal properties were evaluated every 30 days. Damaged surface evolution was performed by SEM and showed that they were caused by the severe climatic conditions and confirmed by FTIR through a considerable decrease of the ester groups. Addition of PLA to the PCL in the bioblends increased the modulus of elasticity and tensile strength. Reinforcements with vegetable fibers with 45 mesh granulometry increased tensile strength, and, after natural aging of 30 days, showed lower decrease as well as the modulus. Thermal stability of the biocomposites with wood flour and sugarcane fibers was higher than babassu. Biocomposites reinforced with sugarcane fibers highlighted in the higher mechanical performance indicating that there was a better interaction between fiber and polymer matrix. Results of the monitoring of biotic degradation indicated that PCL presented a lower rate of biodegradation in relation to PLA. Bioblends and biocomposites with higher PCL content showed lower CO2 generation over the period evaluated. Biocomposites with lower content of PCL and reinforced with sugarcane fiber stood out in the greater speed of biodegradation and the greater production of CO2. Properties resulting from the abiotic and biotic degradation prompted changes in its structures and to facilitate its degradation in times lower than conventional and aid in the development of short-lived products as well as in the preservation of the environment.

Os poliésteres alifáticos, como poli(caprolactona) (PCL) e poli(ácido lático) (PLA), são comumente usados em produtos biodegradáveis. Esses materiais são ecológicos e o uso de fibras vegetais com estes polímeros corrobora em uma alternativa de lidar com os resíduos da agroindústria e da indústria madeireira. O objetivo deste estudo foi de investigar as propriedades resultantes da degradação abiótica e biótica das bioblendas de PCL/PLA e seus biocompósitos com fibras vegetais. As fibras vegetais avaliadas foram a de babassu (Orbignya phalerata), de cana-de-açúcar (Saccharum spp) e farinha de madeira (Pinus Ellioti). A bioblenda de PCL/PLA foi utilizada como referência na proporção de 70/30, 50/50 e 30/70 (m/m) e para cada biocompósito foi utilizado 20% de fibra vegetal com duas granulometrias, de 35 e 45 mesh. As misturas foram processadas via extrusão e moldados por compressão térmica em formato de fitas. As amostras foram expostas a intemperismo natural por um período total de 120 dias e avaliadas as mudanças de suas propriedades mecânicas, físicas, químicas, morfológicas e térmicas a cada 30 dias. Evoluções das superfícies deterioradas das amostras foram observadas por MEV e demonstraram que foram ocasionadas pelas condições climáticas severas e confirmadas por FTIR através de uma diminuição considerável dos grupos ésteres. A incorporação de maior quantidade PLA ao PCL nas bioblendas aumentou o módulo de elasticidade e resistência à tração. Os biocompósitos reforçados com fibras vegetais com granulometria de 45 mesh destacaram-se em maior resistência à tração, e, após envelhecimento natural de 30 dias apresentaram menor decaimento assim como o módulo elástico. A estabilidade térmica dos biocompósitos com farinha de madeira de Pinus e fibras de cana-de-açúcar foi maior do que as de babaçu. O biocompósito reforçado com fibras de cana-de-açúcar destacou-se com maior desempenho mecânico indicando que houve uma melhor interação entre fibra e matriz polimérica. Resultados do monitoramento da degradação biótica avaliados em câmara respirométrica indicaram que o PCL apresentou menor velocidade de biodegradação em relação ao PLA. As bioblendas e biocompósitos com maior teor de PCL mostraram menor produção de CO2 ao longo do período avaliado. O biocompósito com menor teor de PCL e reforçado com fibra de cana-de-açúcar destacou-se com uma maior velocidade de biodegradação e pela maior produção de CO2. As propriedades resultantes da degradação abiótica e biótica destes materiais auxiliam no desenvolvimento de produtos de vida útil curta, bem como, na preservação do meio ambiente. / Aliphatic polyesters, such as poly(caprolactone) (PCL) and poly(lactic acid) (PLA) have been commonly used in biodegradable products. These materials are ecological and use of vegetal fibers in these composites also provides an alternative way to deal with agricultural residues. This study aims to evaluate the properties resulting from the abiotic and biotic degradation of PCL/PLA bioblends and their biocomposites. The vegetal fibers evaluated were babassu (Orbignya phalerata), sugarcane (Saccharum spp) and wood flour (Pinus Ellioti). PCL/PLA bioblends were used as reference with 70/30, 50/50 and 30/70 (w/w) ratio and each biocomposite had 20% of vegetal fiber content with 35 and 45 mesh granulometry was used. The bioblends were processed by extrusion and molded in tape format. The samples were exposed to natural weathering for 120 days and the changes in their mechanical, physical, chemical, morphological and thermal properties were evaluated every 30 days. Damaged surface evolution was performed by SEM and showed that they were caused by the severe climatic conditions and confirmed by FTIR through a considerable decrease of the ester groups. Addition of PLA to the PCL in the bioblends increased the modulus of elasticity and tensile strength. Reinforcements with vegetable fibers with 45 mesh granulometry increased tensile strength, and, after natural aging of 30 days, showed lower decrease as well as the modulus. Thermal stability of the biocomposites with wood flour and sugarcane fibers was higher than babassu. Biocomposites reinforced with sugarcane fibers highlighted in the higher mechanical performance indicating that there was a better interaction between fiber and polymer matrix. Results of the monitoring of biotic degradation indicated that PCL presented a lower rate of biodegradation in relation to PLA. Bioblends and biocomposites with higher PCL content showed lower CO2 generation over the period evaluated. Biocomposites with lower content of PCL and reinforced with sugarcane fiber stood out in the greater speed of biodegradation and the greater production of CO2. Properties resulting from the abiotic and biotic degradation prompted changes in its structures and to facilitate its degradation in times lower than conventional and aid in the development of short-lived products as well as in the preservation of the environment.

O desempenho de materiais compósitos plástico-madeira ou ―wood plastic composites‖(WPC) requerem uma avaliação eficiente de sua resistência ao envelhecimento natural ao longo do tempo e contra sua biodeterioração por micro-organismos. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi investigar os mecanismos de degradação abiótica e biótica de compósitos termoplásticos com fibras vegetais, a fim de determinar seu comportamento, do ponto de vista da estabilidade, nas condições em que serão usados. A aplicação proposta para estes materiais é sua utilização em ambientes externos, com o propósito de substituir a madeira, em artefatos para construção civil, como portas, janelas, pisos, decks e divisórias. Além disso, a eficácia da utilização do agente de acoplamento (AC) na durabilidade dos compósitos envelhecidos foi investigada. Para a produção dos compósitos foi utilizada a proporção polímero-madeira de 70/30 m/m, sendo que a matriz polimérica foi constituída de uma blenda de polipropileno-copolímero de etileno acetato de vinila (PP-EVA) pós-consumo provenientes de tampas de garrafa, e as madeiras usadas na forma de serragem, utilizando as espécies de eucalipto e pinus. O polipropileno graftizado com anidrido maleico foi usado como AC na proporção de 3 % m/m. As misturas foram processadas por extrusão e os compósitos moldados por compressão térmica e injeção. No teste de degradação por fungos foram utilizados quatro espécies de fungos basidiomicetos, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus e Fuscoporia ferrea, todos de podridão branca. Na degradação abiótica, foram avaliadas as propriedades físicas, mecânicas, térmicas, reológicas, químicas e morfológicas dos compósitos nos diferentes estágios e formas de degradação. Para a degradação biótica, foram realizados ensaios de biodegradação em solo simulado (respirometria) e inoculação com fungos (deterioração fúngica). Os resultados mostraram que as condições climáticas afetaram diretamente as características dos compósitos avaliados, causando mudanças na cor e em sua viscosidade, com o aumento do índice de fluidez dos materiais e também alterações em suas estruturas químicas, com aumento do índice de carbonila, indicando a ocorrência de foto-oxidação das amostras. Em relação aos ensaios de biodegradabilidade, houve uma pequena perda de massa nas amostras avaliadas e formação de biofilmes nas superfícies dos compósitos, verificados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A deterioração fúngica ocorre especialmente na superfície das amostras. O fungo Fuscoporia ferrea foi o mais efetivo na deterioração dos compósitos, com maior perda de massa e até mesmo o surgimento de estruturas de reprodução após o período de incubação, porém não penetrou na parte interna dos materiais. Por respirometria também foi verificado um aumento na geração de CO2 ao longo do período avaliado, indicando que há um início de metabolização das amostras por micro-organismos incubadas no solo, principalmente nas amostras expostas a nove meses de intemperismo natural. A presença das fibras protegeu a matriz de PP-EVA da degradação na face não exposta diretamente ao sol, o que é interessante para aplicações que visam longa vida útil, porém a utilização de aditivos para preservação contra radiação UV, oxigênio e micro-organismos se tornam necessárias para otimização e maior durabilidade destes materiais em estudos futuros. / Performance tests on "wood plastic composites" (WPC) require efficient evaluation of their resistance to natural aging over time and against its biodegradation by microorganisms. In this sense, the objective of this study was to investigate the abiotic and biotic degradation mechanisms of thermoplastic composites with vegetable fibers, in order to determine its behavior from the point of view of stability under conditions that will be used. The proposed application for these materials is their use outdoors, in order to replace the wood, in building construction, such as doors, windows, floors, decks and bulkheads. In addition, the effective use of the coupling agent (CA) in durability of aged composites was investigated. For the production of composite was used wood-polymer ratio of 70/30 w/w, wherein the polymeric matrix is comprised of a blend of polypropylene and ethylene-vinyl acetate copolymer (PP-EVA) from post-consumer caps bottle, and the woods used in the form of sawdust, using the eucalyptus and pine species. The polypropylene grafted with maleic anhydride was used as coupling agent in the proportion of 3% w/w. The mixtures were processed by extrusion and composites molded by injection and thermal compression. In fungal degradation tests were used four species of basidiomycete fungi, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus and Fuscoporia ferrea, all white rot fungi. In abiotic degradation, physical, thermal, mechanical, rheological, chemical and morphological properties of composites at different stages of degradation and shapes were evaluated. For biotic degradation, biodegradation tests were performed on soil (respirometry) and inoculated with fungi (fungal deterioration). The results showed that the climatic conditions directly affect the characteristics of the evaluated composites, causing changes in color and its viscosity with increasing melt flow index of the materials and also changes in their chemical structures with increased carbonyl index of samples exposed to natural weathering, thus indicating a photo-oxidation of the samples. Regarding the degradation tests, there was a small weight loss in the evaluated samples, and growth of microorganisms on the surface of composites, evidenced by scanning electron microscopy (SEM). The fungal deterioration occurs especially on the surface. The fungus Fuscoporia ferrea was the most effective in composites deterioration, with greater weight loss and even the emergence of reproductive structures after the incubation period, but did not penetrate inside the material. By respirometry also can be seen an increase in the generation of CO2 over the months, indicating a beginning of metabolism of the samples incubated by microorganisms in the soil, especially in samples exposed to 9 months of natural weathering. The presence of fibers protected the PP-EVA matrix of degradation in the face not exposed to direct sunlight, which is interesting for applications that aim to long life, but the use of additives for preservation against UV radiation, oxygen and microorganisms become necessary for optimization and durability of these materials in future studies.

O desempenho de materiais compósitos plástico-madeira ou ―wood plastic composites‖(WPC) requerem uma avaliação eficiente de sua resistência ao envelhecimento natural ao longo do tempo e contra sua biodeterioração por micro-organismos. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi investigar os mecanismos de degradação abiótica e biótica de compósitos termoplásticos com fibras vegetais, a fim de determinar seu comportamento, do ponto de vista da estabilidade, nas condições em que serão usados. A aplicação proposta para estes materiais é sua utilização em ambientes externos, com o propósito de substituir a madeira, em artefatos para construção civil, como portas, janelas, pisos, decks e divisórias. Além disso, a eficácia da utilização do agente de acoplamento (AC) na durabilidade dos compósitos envelhecidos foi investigada. Para a produção dos compósitos foi utilizada a proporção polímero-madeira de 70/30 m/m, sendo que a matriz polimérica foi constituída de uma blenda de polipropileno-copolímero de etileno acetato de vinila (PP-EVA) pós-consumo provenientes de tampas de garrafa, e as madeiras usadas na forma de serragem, utilizando as espécies de eucalipto e pinus. O polipropileno graftizado com anidrido maleico foi usado como AC na proporção de 3 % m/m. As misturas foram processadas por extrusão e os compósitos moldados por compressão térmica e injeção. No teste de degradação por fungos foram utilizados quatro espécies de fungos basidiomicetos, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus e Fuscoporia ferrea, todos de podridão branca. Na degradação abiótica, foram avaliadas as propriedades físicas, mecânicas, térmicas, reológicas, químicas e morfológicas dos compósitos nos diferentes estágios e formas de degradação. Para a degradação biótica, foram realizados ensaios de biodegradação em solo simulado (respirometria) e inoculação com fungos (deterioração fúngica). Os resultados mostraram que as condições climáticas afetaram diretamente as características dos compósitos avaliados, causando mudanças na cor e em sua viscosidade, com o aumento do índice de fluidez dos materiais e também alterações em suas estruturas químicas, com aumento do índice de carbonila, indicando a ocorrência de foto-oxidação das amostras. Em relação aos ensaios de biodegradabilidade, houve uma pequena perda de massa nas amostras avaliadas e formação de biofilmes nas superfícies dos compósitos, verificados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A deterioração fúngica ocorre especialmente na superfície das amostras. O fungo Fuscoporia ferrea foi o mais efetivo na deterioração dos compósitos, com maior perda de massa e até mesmo o surgimento de estruturas de reprodução após o período de incubação, porém não penetrou na parte interna dos materiais. Por respirometria também foi verificado um aumento na geração de CO2 ao longo do período avaliado, indicando que há um início de metabolização das amostras por micro-organismos incubadas no solo, principalmente nas amostras expostas a nove meses de intemperismo natural. A presença das fibras protegeu a matriz de PP-EVA da degradação na face não exposta diretamente ao sol, o que é interessante para aplicações que visam longa vida útil, porém a utilização de aditivos para preservação contra radiação UV, oxigênio e micro-organismos se tornam necessárias para otimização e maior durabilidade destes materiais em estudos futuros. / Performance tests on "wood plastic composites" (WPC) require efficient evaluation of their resistance to natural aging over time and against its biodegradation by microorganisms. In this sense, the objective of this study was to investigate the abiotic and biotic degradation mechanisms of thermoplastic composites with vegetable fibers, in order to determine its behavior from the point of view of stability under conditions that will be used. The proposed application for these materials is their use outdoors, in order to replace the wood, in building construction, such as doors, windows, floors, decks and bulkheads. In addition, the effective use of the coupling agent (CA) in durability of aged composites was investigated. For the production of composite was used wood-polymer ratio of 70/30 w/w, wherein the polymeric matrix is comprised of a blend of polypropylene and ethylene-vinyl acetate copolymer (PP-EVA) from post-consumer caps bottle, and the woods used in the form of sawdust, using the eucalyptus and pine species. The polypropylene grafted with maleic anhydride was used as coupling agent in the proportion of 3% w/w. The mixtures were processed by extrusion and composites molded by injection and thermal compression. In fungal degradation tests were used four species of basidiomycete fungi, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus and Fuscoporia ferrea, all white rot fungi. In abiotic degradation, physical, thermal, mechanical, rheological, chemical and morphological properties of composites at different stages of degradation and shapes were evaluated. For biotic degradation, biodegradation tests were performed on soil (respirometry) and inoculated with fungi (fungal deterioration). The results showed that the climatic conditions directly affect the characteristics of the evaluated composites, causing changes in color and its viscosity with increasing melt flow index of the materials and also changes in their chemical structures with increased carbonyl index of samples exposed to natural weathering, thus indicating a photo-oxidation of the samples. Regarding the degradation tests, there was a small weight loss in the evaluated samples, and growth of microorganisms on the surface of composites, evidenced by scanning electron microscopy (SEM). The fungal deterioration occurs especially on the surface. The fungus Fuscoporia ferrea was the most effective in composites deterioration, with greater weight loss and even the emergence of reproductive structures after the incubation period, but did not penetrate inside the material. By respirometry also can be seen an increase in the generation of CO2 over the months, indicating a beginning of metabolism of the samples incubated by microorganisms in the soil, especially in samples exposed to 9 months of natural weathering. The presence of fibers protected the PP-EVA matrix of degradation in the face not exposed to direct sunlight, which is interesting for applications that aim to long life, but the use of additives for preservation against UV radiation, oxygen and microorganisms become necessary for optimization and durability of these materials in future studies.

O desempenho de materiais compósitos plástico-madeira ou ―wood plastic composites‖(WPC) requerem uma avaliação eficiente de sua resistência ao envelhecimento natural ao longo do tempo e contra sua biodeterioração por micro-organismos. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi investigar os mecanismos de degradação abiótica e biótica de compósitos termoplásticos com fibras vegetais, a fim de determinar seu comportamento, do ponto de vista da estabilidade, nas condições em que serão usados. A aplicação proposta para estes materiais é sua utilização em ambientes externos, com o propósito de substituir a madeira, em artefatos para construção civil, como portas, janelas, pisos, decks e divisórias. Além disso, a eficácia da utilização do agente de acoplamento (AC) na durabilidade dos compósitos envelhecidos foi investigada. Para a produção dos compósitos foi utilizada a proporção polímero-madeira de 70/30 m/m, sendo que a matriz polimérica foi constituída de uma blenda de polipropileno-copolímero de etileno acetato de vinila (PP-EVA) pós-consumo provenientes de tampas de garrafa, e as madeiras usadas na forma de serragem, utilizando as espécies de eucalipto e pinus. O polipropileno graftizado com anidrido maleico foi usado como AC na proporção de 3 % m/m. As misturas foram processadas por extrusão e os compósitos moldados por compressão térmica e injeção. No teste de degradação por fungos foram utilizados quatro espécies de fungos basidiomicetos, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus e Fuscoporia ferrea, todos de podridão branca. Na degradação abiótica, foram avaliadas as propriedades físicas, mecânicas, térmicas, reológicas, químicas e morfológicas dos compósitos nos diferentes estágios e formas de degradação. Para a degradação biótica, foram realizados ensaios de biodegradação em solo simulado (respirometria) e inoculação com fungos (deterioração fúngica). Os resultados mostraram que as condições climáticas afetaram diretamente as características dos compósitos avaliados, causando mudanças na cor e em sua viscosidade, com o aumento do índice de fluidez dos materiais e também alterações em suas estruturas químicas, com aumento do índice de carbonila, indicando a ocorrência de foto-oxidação das amostras. Em relação aos ensaios de biodegradabilidade, houve uma pequena perda de massa nas amostras avaliadas e formação de biofilmes nas superfícies dos compósitos, verificados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A deterioração fúngica ocorre especialmente na superfície das amostras. O fungo Fuscoporia ferrea foi o mais efetivo na deterioração dos compósitos, com maior perda de massa e até mesmo o surgimento de estruturas de reprodução após o período de incubação, porém não penetrou na parte interna dos materiais. Por respirometria também foi verificado um aumento na geração de CO2 ao longo do período avaliado, indicando que há um início de metabolização das amostras por micro-organismos incubadas no solo, principalmente nas amostras expostas a nove meses de intemperismo natural. A presença das fibras protegeu a matriz de PP-EVA da degradação na face não exposta diretamente ao sol, o que é interessante para aplicações que visam longa vida útil, porém a utilização de aditivos para preservação contra radiação UV, oxigênio e micro-organismos se tornam necessárias para otimização e maior durabilidade destes materiais em estudos futuros. / Performance tests on "wood plastic composites" (WPC) require efficient evaluation of their resistance to natural aging over time and against its biodegradation by microorganisms. In this sense, the objective of this study was to investigate the abiotic and biotic degradation mechanisms of thermoplastic composites with vegetable fibers, in order to determine its behavior from the point of view of stability under conditions that will be used. The proposed application for these materials is their use outdoors, in order to replace the wood, in building construction, such as doors, windows, floors, decks and bulkheads. In addition, the effective use of the coupling agent (CA) in durability of aged composites was investigated. For the production of composite was used wood-polymer ratio of 70/30 w/w, wherein the polymeric matrix is comprised of a blend of polypropylene and ethylene-vinyl acetate copolymer (PP-EVA) from post-consumer caps bottle, and the woods used in the form of sawdust, using the eucalyptus and pine species. The polypropylene grafted with maleic anhydride was used as coupling agent in the proportion of 3% w/w. The mixtures were processed by extrusion and composites molded by injection and thermal compression. In fungal degradation tests were used four species of basidiomycete fungi, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus and Fuscoporia ferrea, all white rot fungi. In abiotic degradation, physical, thermal, mechanical, rheological, chemical and morphological properties of composites at different stages of degradation and shapes were evaluated. For biotic degradation, biodegradation tests were performed on soil (respirometry) and inoculated with fungi (fungal deterioration). The results showed that the climatic conditions directly affect the characteristics of the evaluated composites, causing changes in color and its viscosity with increasing melt flow index of the materials and also changes in their chemical structures with increased carbonyl index of samples exposed to natural weathering, thus indicating a photo-oxidation of the samples. Regarding the degradation tests, there was a small weight loss in the evaluated samples, and growth of microorganisms on the surface of composites, evidenced by scanning electron microscopy (SEM). The fungal deterioration occurs especially on the surface. The fungus Fuscoporia ferrea was the most effective in composites deterioration, with greater weight loss and even the emergence of reproductive structures after the incubation period, but did not penetrate inside the material. By respirometry also can be seen an increase in the generation of CO2 over the months, indicating a beginning of metabolism of the samples incubated by microorganisms in the soil, especially in samples exposed to 9 months of natural weathering. The presence of fibers protected the PP-EVA matrix of degradation in the face not exposed to direct sunlight, which is interesting for applications that aim to long life, but the use of additives for preservation against UV radiation, oxygen and microorganisms become necessary for optimization and durability of these materials in future studies.

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The discovery of antibiotics is considered as one of the most significant scientific achievements of the 20th century – lives of millions of people and animals have been saved. Thenceforth, substantial amounts of administered antibiotics and their metabo-lites have been excreted into waste stream via urine and faeces. In this dissertation, primary focus is the qualitative balance of 14 antibiotics and one metabolite in urban water management and in urban waters, respectively. In particular, antibiotics pre-scribed to human beings are drained in the urban sewer system and finally enter the environment: (i) Continuously via the effluent of the wastewater treatment plant after a partially effective removal or degradation or (ii) Intermittent via combined sewer overflow structures due to capacity limitations of the urban drainage system. The fate and the potential effects and risks of these substances on ecosystems and hu-man health are of major concern – their direct toxic effect to all trophic levels as well as the global spread of antibiotic resistance genes are challenging. Hence, an assessment of microbial community activity due to antibiotic exposure is presented. In particular, systematic work has been carried out to study the presence and character-istics of 14 antibiotics in urban waters. In detail, investigations were conducted to gain scientific knowledge with respect to adsorption, desorption, abiotic, biotic and photolyt-ic degradation as well as activity-inhibition of microorganism communities in sewage and of natural freshwater biofilm communities, respectively, due to inevitable urban drainage overflows. In order to provide information to assist potential management strategies, which miti-gate surface water pollution and minimize the adverse impacts of antibiotics on activity of microorganism communities, the following specific topics were addressed: ⑴ The occurrence of 14 antibiotics and one metabolite were determined in sewag-es at three sampling sites in the city of Dresden, Germany. ⑵ The adsorption affinities of 14 antibiotics and one metabolite to size dependent sewer sediments were determined in experimental investigations, three sam-pling campaigns and subsequently an antibiotic-specific adsorption coefficient, normalized to organic content, was quantified. ⑶ The desorption affinity and -dynamics of 14 antibiotics and one metabolite were quantified in size dependent sewer sediments in experimental investigation and with statistical analysis. ⑷ The abiotic, biotic and photolytic degradation affinity of 14 antibiotics and one metabolite were quantified based on batch experiments with three different sewages at 7°C and 22°C, with artificial irradiation and different dilution ratios of the sewage at 30°C and subsequently a model framework decrypted ranges of abiotic, biotic and photolytic degradation coefficients. ⑸ The occurrence of three antibiotics, namely ciprofloxacin, clarithromycin and doxycycline was determined in sewage sampled during dry weather conditions in a small catchment of Dresden, which spills intermittently combined sewage (a mixture of sewage and storm water) to an adjacent brook in the case of capacity limitations of the urban drainage system during periods of intense rainfall and subsequently the three antibiotics were determined in the adjacent brook water. ⑹ Then, the activity-inhibition of microorganism community in sewage of this small catchment was quantified due to an exposition with three different antibiotics and three different antibiotic concentrations. ⑺ Last but not least, the activity-inhibition of natural freshwater biofilm communities in the adjacent brook was quantified via exposure to three antibiotics, which were individually dosed in three different concentrations, and also in mixture. ⑻ Finally, a two-dimensional hierarchical cluster analysis with dendrogram and heat map based on before mentioned activity inhibition of natural freshwater biofilm communities were conducted to identify hot spots of antibiotic tolerant and resistant bacterial subpopulations due to inevitable urban drainage system overflows.:List of Figures IV List of Tables VIII Symbols and Abbreviations XII List of Publications on the Ph.D. topic XIX 1 General Introduction 2 1.1 Background 2 1.2 Aims and Objectives 3 1.3 Innovation and Contribution to the Knowledge 4 1.4 Outline of this Thesis 4 1.5 References 6 2 Adsorption and Desorption Affinity of 14 Antibiotics and One Metabolite for particulate components in urban drainage systems 10 2.1 Introduction 11 2.2 Materials and Methods 12 2.2.1 Study area 12 2.2.2 Sewer sediment and sewage sample collection 12 2.2.3 Sediment fractionation 13 2.2.4 Antibiotic determination in sewage and sediment 13 2.3 Results and Discussion 18 2.3.1 Antibiotics in composite sewage samples 18 2.3.2 Antibiotics adsorbed to sewer sediments 19 2.3.3 Organic-bound antibiotic load as a linear function of liquid concentration 20 2.3.4 Adsorption dynamics and adsorption coefficient determined by bath experiments 20 2.3.5 Mineral composition of sewer sediment SED#1B 23 2.3.6 Initial characteristics of sediment SED#1B 23 2.3.7 Desorption dynamics and desorption coefficient of SED#1B 24 2.4 Conclusions 25 2.5 References 26 3 Abiotic, Biotic and Photolytic Degradation Coefficients of 14 Antibiotics and One Metabolite 32 3.1 Introduction 34 3.2 Materials and Methods 35 3.2.1 Study area and sample collection 35 3.2.2 Experimental set up 35 3.2.3 Modelling framework 38 3.2.4 Procedure of model calibration 40 3.3 Results and Discussion 43 3.3.1 Primary metabolic parameter 43 3.3.2 Secondary metabolic parameter 44 3.4 Conclusions 50 3.5 References 50 4 Activity-Inhibition of Microorganisms due to an Exposition with different Antibiotics and Concentrations 56 4.1 Assessing Antibiotic Resistance of Microorganisms in Sanitary Sewage 56 4.1.1 Introduction 57 4.1.2 Material and Methods 58 4.1.2.1 Sampling Site and Antibiotic Agents 58 4.1.2.2 Analyzing Antibiotics 60 4.1.2.3 Respiration Rate 60 4.1.3 Results and Discussion 60 4.1.3.1 Concentration Range of Antibiotics and Typical Sewage Parameters 60 4.1.3.2 Oxygen Uptake Rate 62 4.1.4 Summary and Conclusions 63 4.1.5 References 64 4.2 Hot Spots of Antibiotic Tolerant and Resistant Bacterial Subpopulations in Natural Freshwater Biofilm Communities due to Inevitable Urban Drainage System Overflows 66 4.2.1 Introduction 68 4.2.2 Material and Methods 69 4.2.3 Results and Discussion 72 4.2.4 Conclusions 76 4.2.5 References 76 5 Summery and General Coclusions 82 5.1 Adsorption and Desorption Affinity 82 5.2 Abiotic, Biotic and Photolytic Degradation 83 5.3 Activity-Inhibition of Microorganism Communities due to Antibiotic Exposure 84 5.4 Enhancement of the Stockholm County Council (2014) assessment of antibiotics 84 5.5 References 87 6 Proposed Directions of Future Research 90 7 Appendixes 94 7.1 Chapters 94 7.2 Figures 95 7.3 Tables 115 7.4 References 139