Preparação e caracterização de hidrogéis à base de quitosana com potenciais aplicações na agricultura
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Isolda Maria de Castro Mendes
Rochel Montero Lago
Rochel Montero Lago
Resumo
Hidrogéis absorventes são classificados como estruturas tridimensionais constituídas por polímeros reticulados que têm capacidade de absorver e liberar, controladamente, grandes quantidades de água, nutrientes e substâncias iônicas, sem dissolver-se. Polímeros biodegradáveis de quitosana e derivados vem sendo estudados como potenciais otimizadores de drenagem e disponibilidade de água no solo. Nesse trabalho, sintetizou-se a carboximetilquitosana (CMQ) e posteriormente preparou-se hidrogéis à base de quitosana e CMQ com reticulantes do tipo diisocianato em 6 proporções mássicas. A CMQ foi caracterizada através de espectroscopia na região do infravermelho, análise elementar, difração de raios X, termogravimetria e potencial zeta e o produto obtido é menos cristalino e mais hidrofílico que a quitosana. Os hidrogéis obtidos a partir de quitosana e CMQ foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura e submetidos a ensaios de inchamento em diferentes pHs e de absorção de fertilizantes do tipo NPK. Os resultados confirmaram o entrecruzamento das cadeias poliméricas através da identificação da formação de grupos ureia nos espectros de FTIR e mostraram a diferença de suas estruturas antes e após o inchamento. Os hidrogéis de quitosana não apresentaram absorção de água tão significativa quanto os hidrogéis de CMQ. As amostras CMQ02 e CMQ05 tiveram capacidade de absorção de água da ordem de 60g.g-1. Os ensaios de absorção de NPK mostraram que a amostra CMQ05 foi capaz de absorver aproximadamente 200mg de fertilizante por g de hidrogel. Os resultados obtidos sugerem que os hidrogéis preparados são promissores, devido a sua potencial biodegradabilidade e pelo fato de terem sido preparados através de metodologias simples e rápidas e utilizando água como solvente de reação.
Abstract
Absorbent hydrogels are classified as three-dimensional structures made up of polymers that are capable of absorbing and releasing, in a controlled manner, large amounts of water, nutrients and ionic substances, without dissolving, when subjected to a crosslinking process. Biodegradable polymers of chitosan and derivatives have been studied as potential optimizers for drainage and water availability in the soil. In this work, carboxymethyl chitosan (CMC) was synthesized and subsequently chitosan and CMCbased hydrogels were prepared with diisocyanate crosslinkers in 6 mass proportions. CMC was characterized by spectroscopy in the infrared region, elemental analysis, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and zeta potential and the obtained product is less crystalline and more hydrophilic than chitosan. The hydrogels were characterized by spectroscopy in the infrared region, thermal analysis, scanning electron microscopy and subjected to swelling tests at different pHs and absorption of NPK fertilizers. The results confirmed the crosslinking of the polymer chains by identifying the formation of urea groups in the FTIR spectra and showed the difference in their structures before and after swelling. Chitosan hydrogels did not show significant water absorption, while CMC02 and CMC05 samples had a water absorption capacity of 60 g.g-1 . The NPK absorption tests showed that the CMC05 sample was able to absorb approximately 200mg of fertilizer per gram of hydrogel. The study presented is a good start for the development of hydrogels with potential biodegradability prepared through simple and fast methodologies and using water as a reaction solvent
Assunto
Físico-química, Hidrogéis, Quitosana, Química agrícola, Agricultura
Palavras-chave
Hidrogéis, Quitosana, Agricultura, Carboximetilquitosana, Chitosan, Carboxymethyl chitosan, Hydrogels, Agriculture