| dc.creator | Horiuchi, Lucas Nao | |
| dc.date.accessioned | 2025-10-15T17:51:30Z | |
| dc.date.available | 2025-10-15T17:51:30Z | |
| dc.date.issued | 2025-08-22 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43232 | |
| dc.description.abstract | The growing concern over plastic pollution, particularly from non-biodegradable packaging materials used in agriculture, has driven the search for sustainable alternatives. Poly(butylene succinate) (PBS) is a promising bio-based aliphatic polyester due to its biodegradability and compatibility with conventional processing techniques. However, its high cost still limits its use in low-value applications such as seedling trays and agricultural packaging. In this context, the present study aimed to develop cost-effective, high-performance PBS-based hybrid eco-composites reinforced with Canabrava natural fiber (Gynerium sagittatum) (Cana), kraft lignin, and sepiolite or montmorillonite clay and epoxidized soybean oil. The goal was to reduce the overall cost, enhance functional properties, and provide an environmentally responsible alternative material to conventional non-biodegradable thermoplastics. Canabrava fiber, an underutilized lignocellulosic residue from Brazilian handicraft production, was used as sustainable reinforcement and processed by simple mechanical methods without chemical treatments. Lignin, a byproduct of the pulp and paper industry, was incorporated to improve thermal stability, melt flow, and biodegradability control. Sepiolite, a natural fibrous clay with high surface area, was added to improve thermal and mechanical performance. Epoxidized soybean oil (ESB) was also evaluated as a compatibilizer and plasticizer to mitigate the brittleness typically observed in fiber-reinforced biopolymers. The research was conducted in two experimental phases. In the first, PBS/Cana composites containing lignin and clays (sepiolite or montmorillonite) were formulated and characterized through mechanical, thermal, and structural analyses (FTIR, XRD, SEM). In the second phase, a design of experiments (DOE) approach was applied to optimize formulations by evaluating the individual and synergistic effects of lignin, sepiolite, and ESB on properties such as melt flow rate, stiffness, toughness, and soil biodegradability. The results showed that Canabrava fiber significantly increased PBS stiffness and yield strength, while lignin improved melt flow and thermal stability. Sepiolite enhanced dispersion and interfacial interaction with the polymer matrix, resulting in improved mechanical performance. Although epoxidized soybean oil (ESB) was primarily incorporated to enhance fiber-polymer compatibility and secondarily to improve ductility, its contribution to increased ductility was not significant, attributed to its limited solubility in PBS. Optimized formulations showed a good balance between mechanical performance, biodegradation behavior, and cost. The developed composites exhibited competitive technical properties compared to fossil-based polyolefins, while offering a fully biodegradable and renewable alternative. This work advances eco-composite technology by integrating low-cost biomass residues and natural additives into biopolymers, aligning with circular economy principles and sustainable development goals. The properties achieved by the bio composite are comparable to those of polyolefin resins, making it a promising candidate for applications in agriculture, for example. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | CNPq | pt_BR |
| dc.language | eng | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal da Bahia | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.subject | Poli(butileno succinato) | pt_BR |
| dc.subject | Eco-compósito | pt_BR |
| dc.subject | Fibra de Canabrava | pt_BR |
| dc.subject | Lignina | pt_BR |
| dc.subject | Sepiolita | pt_BR |
| dc.subject | Óleo de soja epoxidado | pt_BR |
| dc.subject.other | Poly(butylene succinate) | pt_BR |
| dc.subject.other | Eco-composites | pt_BR |
| dc.subject.other | Canabrava fiber | pt_BR |
| dc.subject.other | Sepiolite | pt_BR |
| dc.subject.other | Lignin | pt_BR |
| dc.subject.other | Epoxidized soybean oil | pt_BR |
| dc.title | Development of sustainable hybrid poly (butylene succinate) eco-composite for agricultural packaging applications | pt_BR |
| dc.title.alternative | Development of sustainable hybrid poly (butylene succinate) eco-composite for agricultural packaging applications | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| dc.contributor.referees | Barbosa, Renata | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI) | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFBA | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::ENGENHARIA DO PRODUTO::DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Fialho, Rosana Lopes Lima | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8528111459865939 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Azevedo, Joyce Batista | |
| dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0001-5757-0811 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1078191261050953 | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Fialho, Rosana Lopes Lima | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8528111459865939 | pt_BR |
| dc.contributor.referee2 | Azevedo, Joyce Batista | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/1078191261050953 | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Silva, Jânia Betania Alves da | |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/8274283822651950 | pt_BR |
| dc.contributor.referee4 | Pisanu, Luciano | |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/1174538736804728 | pt_BR |
| dc.contributor.referee5 | Ueki, Marcelo Massayoshi | |
| dc.contributor.referee5Lattes | http://lattes.cnpq.br/2893590781444170 | pt_BR |
| dc.creator.ID | https://orcid.org/0009-0006-7223-1897 | pt_BR |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0052691518398944 | pt_BR |
| dc.description.resumo | A crescente preocupação com a poluição plástica, especialmente proveniente de materiais de embalagem não biodegradáveis utilizados na agricultura, tem impulsionado a busca por alternativas sustentáveis. O poli(butileno succinato) (PBS) é um poliéster alifático de base renovável promissor devido à sua biodegradabilidade, compatibilidade com técnicas convencionais de processamento. No entanto, seu elevado custo ainda limita aplicações em produtos de menor valor agregado, como bandejas para mudas e embalagens agrícolas. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo desenvolver eco compósitos híbridos de PBS com desempenho técnico e custo reduzido, reforçados com fibra natural de Canabrava (Gynerium sagittatum) (Cana), lignina kraft, argila sepiolita ou montmorilonita e óleo de soja epoxidado. A proposta foi diminuir o custo final do material, melhorar suas propriedades funcionais e oferecer uma alternativa ambientalmente responsável aos polímeros convencionais não-biodegradáveis. A fibra de Canabrava, um resíduo lignocelulósico subutilizado proveniente do artesanato em comunidades brasileiras, foi empregada como reforço sustentável e processada por métodos mecânicos simples, sem tratamentos químicos. A lignina, subproduto da indústria de celulose, foi incorporada para melhorar a estabilidade térmica, a fluidez do fundido e o controle da biodegradação. A sepiolita, argila fibrosa natural com alta área superficial, foi usada para reforçar o compósito e aprimorar seu desempenho térmico e mecânico. Também foi avaliado o uso de óleo de soja epoxidado (ESB) como plastificante e compatibilizante, a fim de reduzir a fragilidade típica de biopolímeros reforçados com fibras. A pesquisa foi conduzida em duas fases experimentais. Na primeira, compósitos de PBS/Cana contendo lignina e argilas (sepiolita e montmorilonita) foram formulados e caracterizados por análises mecânicas, térmicas e estruturais (FTIR, DRX, MEV). Na segunda fase, aplicou-se planejamento experimental (DOE) para otimização das formulações, avaliando os efeitos individuais e combinados de lignina, sepiolita e ESB sobre propriedades como fluidez, rigidez, tenacidade e biodegradabilidade em solo. Os resultados mostraram que a adição de fibra de Canabrava aumentou significativamente a rigidez e a resistência ao escoamento do PBS, enquanto a lignina melhorou a fluidez e a estabilidade térmica. A sepiolita favoreceu a dispersão e a interação interfacial com a matriz polimérica, resultando em melhores propriedades mecânicas. Embora o óleo de soja epoxidado (ESB) tenha sido incorporado principalmente para melhorar a compatibilidade fibra-polímero e, secundariamente, para aumentar a ductilidade, sua contribuição para uma maior ductilidade não foi significativa, atribuída à sua limitada solubilidade no PBS. As formulações otimizadas apresentaram bom equilíbrio entre desempenho mecânico, perfil de biodegradação e custo. Os compósitos desenvolvidos mostraram desempenho técnico competitivo frente a resinas de origem fóssil como poliolefinas, oferecendo uma alternativa renovável e biodegradável. Este trabalho avança na tecnologia de eco compósitos ao integrar resíduos de biomassa e aditivos naturais a biopolímeros, alinhando-se à economia circular e aos objetivos de desenvolvimento sustentável. As propriedades alcançadas pelo biocompósito são comparáveis às das resinas poliolefinas, tornando-o um candidato promissor para aplicações na agricultura, por exemplo. | pt_BR |
| dc.publisher.department | Escola Politécnica | pt_BR |
| dc.contributor.refereesLattes | http://lattes.cnpq.br/4917843873626040 | pt_BR |
| dc.type.degree | Doutorado | pt_BR |