Desenvolvimento de nanocompósitos de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) com nanopartículas de prata
Data
2016-02-25
Autores
Costa, Flavio de Souza 
Orientadores
Passador, Fabio Roberto
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
The utilization of biodegradable polymers from natural sources has been attracting attention from the academy and industry due to environmental issues. Among biodegradable polymers, PHBV (poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)), a polyhydroxyalkanoate (PHA), is an example of a polymer of renewable origin that presents good biodegradability and processability. In this work PHBV films were developed with the addition of silver nanoparticles (AgNP), synthesized by the Turkevich method of reduction of Ag+ ions of silver nitrate by the oxidation of citrate ions and particle size were controlled by the addition of ammonium hydroxide. During the study the AgNP synthesis temperature were varied (90 °C and 97 °C) and so did the time of addition of ammonium hydroxide (6 minutes and 9 minutes for the synthesis at 90 °C and 3 minutes for the synthesis at 97 °C), in order to obtain the AgNP. Ammonium hydroxide was added to the colloidal suspension to guarantee stability and the nanometric size of the AgNP. The characterization of colloidal nanometric silver suspensions was evaluated by particle size analysis by dynamic light scattering (DLS), measures of zeta potential of the nanoparticles surface, UV-VIS spectroscopy of the colloidal suspensions and also wide angle X-ray diffraction (WAXD) and scanning electronic microscopy (SEM) of the dried powders. The films of neat PHBV and PHBV / AgNP nanocomposites containing 0.1, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 wt % of AgNP were produced by solution mixing followed by solvent evaporation. The characterization of the films was evaluated by SEM, thermogravimetry (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). Biodegradable essays were carried out in liquid medium to verify the effect of addition of AgNP in the biodegradation process of neat PHBV films and PHBV / AgNP nanocomposites. It wasn´t observed difference in size between the AgNP synthesized at 90 °C with the addition of ammonium hydroxide having happened at 6 minutes or at 9 minutes. The synthesis at 97 °C led to the production of instable AgNP and was discarded as a possible route to synthesize the AgNP. The addition of AgNP to the PHBV matrix increases the crystallinity degree and decreases the thermic degradation temperature of the polymer. The biodegradable essay revealed that the addition of 0.5 wt% of AgNP inhibited the bacteria growth, which avoided the biodegradation of the PHBV matrix.
A utilização de polímeros biodegradáveis e de fontes naturais tem atraído muita atenção do meio acadêmico e da indústria devido a questões ambientais. Dentre os polímeros biodegradáveis, o PHBV (poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)), um polihidroxialcanoato (PHA), é um exemplo de polímero de fontes renováveis que apresenta boa biodegradabilidade e processabilidade. Nesse trabalho foram desenvolvidos filmes de PHBV com a adição de nanopartículas de prata (AgNP), estas sintetizadas pelo método de Turkevich de redução de íons Ag+ de nitrato de prata pela oxidação de citrato e controle do tamanho das partículas pela adição de hidróxido de amônio. Ao longo do estudo foram variadas as temperaturas de síntese das AgNP (90 ºC e 97 ºC) e também o tempo de adição de hidróxido de amônio (6 minutos e 9 minutos para a síntese a 90 °C e 3 minutos para a síntese a 97 °C), para a obtenção das AgNP. Hidróxido de amônio foi adicionado à suspensão coloidal para garantir a estabilidade e o tamanho nanométrico das AgNP. A caracterização das suspensões de prata nanométrica coloidal foi feita por análise do tamanho de partículas por difusão dinâmica da luz (DLS), medidas do potencial zeta da superfície das nanopartículas, medidas de espectroscopia na região do UV-VIS das suspensões coloidais e também difração de raios-X a altos ângulos (WAXD) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos pós secos. Os filmes de PHBV puro e de nanocompósitos de PHBV / AgNP com 0,1%, 0,5%, 1,0%, 1,5% e 2,0% m/m de AgNP foram produzidos por mistura em solução seguida de evaporação de solvente. A caracterização dos filmes foi feita por microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e também foram feitos ensaios de biodegradação em meio líquido para verificar o efeito da adição de AgNP no processo de biodegradação dos filmes de PHBV puro e dos nanocompósitos de PHBV / AgNP. Não foi observada diferença de tamanho entre as AgNP sintetizadas a 90 °C com adições de hidróxido de amônio aos 6 ou aos 9 minutos. A síntese a 97 °C, por sua vez, levou à produção de AgNP instáveis em suspensão e foi descartada como possível rota para síntese das AgNP. A adição de AgNP à matriz de PHBV ocasionou aumento do percentual de cristalinidade e diminuição da temperatura de degradação térmica do polímero. O ensaio de biodegradação revelou que a adição de 0,5% em massa de AgNP inibiu o crescimento das bactérias, o que impediu a biodegradação da matriz de PHBV.
A utilização de polímeros biodegradáveis e de fontes naturais tem atraído muita atenção do meio acadêmico e da indústria devido a questões ambientais. Dentre os polímeros biodegradáveis, o PHBV (poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)), um polihidroxialcanoato (PHA), é um exemplo de polímero de fontes renováveis que apresenta boa biodegradabilidade e processabilidade. Nesse trabalho foram desenvolvidos filmes de PHBV com a adição de nanopartículas de prata (AgNP), estas sintetizadas pelo método de Turkevich de redução de íons Ag+ de nitrato de prata pela oxidação de citrato e controle do tamanho das partículas pela adição de hidróxido de amônio. Ao longo do estudo foram variadas as temperaturas de síntese das AgNP (90 ºC e 97 ºC) e também o tempo de adição de hidróxido de amônio (6 minutos e 9 minutos para a síntese a 90 °C e 3 minutos para a síntese a 97 °C), para a obtenção das AgNP. Hidróxido de amônio foi adicionado à suspensão coloidal para garantir a estabilidade e o tamanho nanométrico das AgNP. A caracterização das suspensões de prata nanométrica coloidal foi feita por análise do tamanho de partículas por difusão dinâmica da luz (DLS), medidas do potencial zeta da superfície das nanopartículas, medidas de espectroscopia na região do UV-VIS das suspensões coloidais e também difração de raios-X a altos ângulos (WAXD) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos pós secos. Os filmes de PHBV puro e de nanocompósitos de PHBV / AgNP com 0,1%, 0,5%, 1,0%, 1,5% e 2,0% m/m de AgNP foram produzidos por mistura em solução seguida de evaporação de solvente. A caracterização dos filmes foi feita por microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e também foram feitos ensaios de biodegradação em meio líquido para verificar o efeito da adição de AgNP no processo de biodegradação dos filmes de PHBV puro e dos nanocompósitos de PHBV / AgNP. Não foi observada diferença de tamanho entre as AgNP sintetizadas a 90 °C com adições de hidróxido de amônio aos 6 ou aos 9 minutos. A síntese a 97 °C, por sua vez, levou à produção de AgNP instáveis em suspensão e foi descartada como possível rota para síntese das AgNP. A adição de AgNP à matriz de PHBV ocasionou aumento do percentual de cristalinidade e diminuição da temperatura de degradação térmica do polímero. O ensaio de biodegradação revelou que a adição de 0,5% em massa de AgNP inibiu o crescimento das bactérias, o que impediu a biodegradação da matriz de PHBV.
Descrição
Citação
COSTA, Flavio de Souza. Desenvolvimento de nanocompósitos de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) com nanopartículas de prata. 2016. 105 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São José dos Campos, 2016.