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Previous issue date: 2015-03-27 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Petroleumderived packaging are neither renewable nor biodegradable. Based on it, recent studies have been focused in biopolymer-based packaging, such as in
polysaccharides (e.g., pectin and chitosan), due to their good renewable and
biodegradable characteristics. However, their physical-chemical properties
(mechanical, thermal, and barrier) are urged to be improved. The addition of
nanoparticles (NPS) as reinforcing agents has been shown as a feasible means of
improving such properties. The goal of this work was the development of pectin
(PEC) (low and high methoxyl degree, MD)-based nanocomposite films
incorporated with chitosan (CS) and poly(ε-caprolactone) (PCL) nanoparticles
(CSNP and PCLNP, respectively). CSNP were obtained by ionotropic gelation
whereas PCLNP were obtained by the nanoprecipitation method. All NPS were
characterized as to their morphology, size, and zeta potential. The CSNP size was
nearly 100 nm and their zeta potential was close to + 20 mV, results which are in
agreement whit CS cationic properties and indicated good suspension stability.
PCLNP presented size values near to 130 nm and zeta potential of approximately
- 20 mV because the surfactant is spread over PCLNP surface. PCLNP showed a
smaller polydispersity index than CSNP, indicating a more homogenous
suspension. This was also observed through electron microscopy of PCLNP. The
nanocomposite films were obtained by casting from PEC/NPS film-forming
solutions. The nanocomposite films’ mechanical, thermal, and water barrier
properties were studied. The MD did not affect the analyzed properties of PECbased
films. The addition of NPS (CSNP and PCLNP) increased the tensile
strength and degradation temperature of all PEC-based films, suggesting good
interactions between PEC network and NPS surface. The addition of PCLNP to
low MD PEC films improved the tensile strength in more than 100%. Although,
NPS did not change the water vapor permeability of the PEC-based
nanocomposite films, which could be related with PEC good water solubility and
NPS affinity to water molecules. These results indicate a novel material with
physical-chemical properties desirable for food packaging applications, making
this product competitive when compared with petroleum-based packaging. / As embalagens produzidas a partir de polímeros petroquímicos possuem limitações relativas biodegradabilidade e sua fonte de origem não renovável. Derivados de polímeros naturais, como polissacarídeos, são
biodegradáveis e de fonte renováveis, demonstrando-se como uma alternativa na
fabricação de embalagens. Contudo, o desafio está em aprimorar as propriedades
físicas dessas novas embalagens (propriedades térmicas, de barreira a gases e
mecânicas). Uma forma de incrementar as propriedades físico-químicas dos
polissacarídeos é a adição de nanopartículas (NPS) como agentes de reforço.
Neste contexto, este trabalho teve como objetivo produzir filmes nanocompósitos
de pectina com NPS de quitosana (QS) ou poli(ε-caprolactona) (PCL). Os
materiais utilizados foram pectina (PEC) (de alto e baixo grau de metoxilação,
GM), QS e PCL. Nanopartículas de QS (NPQS) foram obtidas por gelatinização
ionotrópica e nanopartículas de PCL (NPPCL) por nanoprecipitação, e ambas
foram caracterizadas segundo seus tamanhos médios, potenciais zeta e
morfologias. O tamanho médio das NPQS ficou próximo dos 100 nm e potencial
zeta acima de + 20mV, potencial este condizente com a natureza catiônica da QS
e que indica estabilidade da suspensão. As NPPCL apresentaram tamanho médios
por volta de 130 nm e potencial zeta próximo de -20 mV, relacionado à superfície
da NPPCL ser recoberta com tensoativo. Em comparação com os dois tipos de
NPS, as NPPCL apresentaram os menores valores de índice de polidispersividade,
indicando suspensões mais homogêneas. Os filmes foram obtidos por casting a
partir de soluções filmogênicas de PEC/NPS. Os filmes foram caracterizados
segundo suas propriedades mecânicas, térmicas e de barreira ao vapor de água. O
GM não interferiu de maneira significativa nas propriedades dos filmes. A adição
das NPS (de QS e de PCL) incrementaram de forma significativa a tensão máxima
e as temperaturas de degradação dos filmes, sugerindo interações consistentes
entre a matriz de PEC e as NPS, sendo que o nanocompósito PEC com baixo GM
e NPPCL demostrou um incremento de mais de 100% na tensão máxima. Em
contraste com isso, as NPS não afetaram os valores de permeabilidade ao vapor
de água dos filmes devido à solubilidade da PEC em água e à afinidade das NPS
por moléculas de água, tornando a matriz mais propensa à permeação de água sem
diminuição das propriedades mecânicas. Contudo, os resultados sugerem que os
nanocompósitos podem representar uma alternativa para a produção de novas
embalagens biodegradáveis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/7516 |
| Date | 27 March 2015 |
| Creators | Lorevice, Marcos Vinicius |
| Contributors | Mattoso, Luiz Henrique Capparelli |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Química, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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