DSpace/Manakin Repository

Development of sustainable hybrid poly (butylene succinate) eco-composite for agricultural packaging applications

Mostrar registro simples

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


Arquivos deste item

Este item aparece na(s) seguinte(s) coleção(s)

Mostrar registro simples