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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Conventional plastics, known for their durability and versatility, have generated serious
environmental problems. Their characteristic of not easily degrading results in the
massive accumulation of plastic waste in oceans, soils, and landfills, causing
environmental pollution. In addition, the production of conventional plastics from oil
contributes significantly to carbon dioxide emissions, exacerbating climate change.
To address these environmental problems, biodegradable plastics have emerged. They are
designed to decompose more quickly in specific conditions, such as industrial composting
or natural environments, which helps to reduce the accumulation of plastic waste. In
addition, many biodegradable plastics are derived from renewable sources such as plants,
decreasing dependence on non-renewable resources and reducing CO2 emissions during
production.
This work aimed to develop a chestnut starch-based film reinforced with fibers from the
chestnut shell. The first step was to compare the efficiency of three extraction techniques:
High Shear in Water method using deionized water (Sdw), High Shear in Water method
using tap (Stw) and extraction using Na2S2O5 (Ssm). High Shear in Water method using
deionized water (Sdw), showed a slightly better yield was with means of 26.67%.
However, the chestnut starch extracted by the High Shear in Water method using tap
water (Stw) showed greater similarities with the commercial potato starch (CS).
To produce the films, an alkaline extraction was carried out on the chestnut shells to
obtain fibers which were then bleached. Four different films were prepared by the solvent
casting technique, using four types of starch: CS, Sdw, Stw and Ssm. The obtained films
were characterized regarding some mechanical, optical, and functional properties. Its
biodegradability and application to a system food were also evaluated. The film in which
the migration of the phenolic content from the food (toast) to the film was higher was the
FCS. Elongation percentage varied between 4.32 ± 0.14 % (FCS) and 9.64 ± 0.70 %
(FSsm). Tensile Strength varied between 1.25 ± 0.19 (FStw) and 2.08 ± 0.01 (FSdw),
while the elastic modulus varied between 13.90 ± 3.67 N/mm2
(FSsm) and 40.06 ±3.15
N/mm2
(FCS). The film prepared with Ssmwas the most biodegradable, with around 15 % of mass loss after a 5-weeks in contact with soil. Life cycle analysis was realized to help determine the more environmentally safe method
of starch extraction. The results showed that the Stw was clearly the more sustainable
extraction method.
Os plásticos convencionais, conhecidos pela sua durabilidade e versatilidade, têm gerado sérios problemas ambientais. A sua característica de não se degradarem facilmente resulta na acumulação massiva de resíduos plásticos nos oceanos, solos e aterros, causando poluição ambiental. Além disso, a produção de plásticos convencionais a partir do petróleo contribui significativamente para as emissões de dióxido de carbono, agravando as alterações climáticas. Para enfrentar estes problemas ambientais, surgiram os plásticos biodegradáveis. Eles são concebidos para se decomporem mais rapidamente em condições específicas, como compostagem industrial ou ambientes naturais, o que ajuda a reduzir a acumulação de resíduos plásticos. Além disso, muitos plásticos biodegradáveis são derivados de fontes renováveis, como plantas, diminuindo a dependência de recursos não renováveis e reduzindo as emissões de CO2 durante a produção. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um filme à base de amido de castanha reforçado com fibras da casca de castanha. O primeiro passo foi comparar a eficiência de três técnicas de extração: método High shear in water usando água desionizada (Sdw), método High shear in water usando água da torneira (Stw) e a extração utilizando Na2S2O5 (Ssm). O método High shear in water usando água desionizada (Sdw) mostrou um rendimento ligeiramente melhor, com uma média de 26,67%. No entanto, o amido de castanha extraído pelo método High shear in water usando água da torneira (Stw) apresentou maior semelhança com o amido de batata comercial (CS). Para produzir os filmes, foi realizada uma extração alcalina nas cascas de castanha para obter fibras que foram posteriormente branqueadas. Foram preparados quatro filmes diferentes pela técnica de fundição de solvente, utilizando quatro tipos de amido: CS, Sdw, Stw e Ssm. Os filmes obtidos foram caracterizados em relação a algumas propriedades mecânicas, óticas e funcionais. Foram também avaliadas a sua biodegradabilidade e a aplicação num sistema alimentar. O FCS foi o filme que apresentou a maior migração do teor fenólico do alimento (tostas) para o filme. A percentagem de elongação variou entre 4,32 ± 0,14% (FCS) e 9,64 ± 0,70% (FSsm). A resistência à tração variou entre 1,25 ± 0,19 (FStw) e 2,08 ± 0,01 (FSdw), enquanto o módulo elástico variou entre 13,90 ± 3,67 N/mm2 (FSsm) e 40,06 ± 3,15 N/mm2 (FCS). O filme preparado com Ssm foi o mais biodegradável, com cerca de 15% de perda de massa após um período de 5 semanas em contacto com o solo. Foi realizada uma análise de ciclo de vida para ajudar a determinar o método de extração de amido ambientalmente mais seguro. Os resultados mostraram que o Stw foi claramente o método de extração mais sustentável.
Os plásticos convencionais, conhecidos pela sua durabilidade e versatilidade, têm gerado sérios problemas ambientais. A sua característica de não se degradarem facilmente resulta na acumulação massiva de resíduos plásticos nos oceanos, solos e aterros, causando poluição ambiental. Além disso, a produção de plásticos convencionais a partir do petróleo contribui significativamente para as emissões de dióxido de carbono, agravando as alterações climáticas. Para enfrentar estes problemas ambientais, surgiram os plásticos biodegradáveis. Eles são concebidos para se decomporem mais rapidamente em condições específicas, como compostagem industrial ou ambientes naturais, o que ajuda a reduzir a acumulação de resíduos plásticos. Além disso, muitos plásticos biodegradáveis são derivados de fontes renováveis, como plantas, diminuindo a dependência de recursos não renováveis e reduzindo as emissões de CO2 durante a produção. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um filme à base de amido de castanha reforçado com fibras da casca de castanha. O primeiro passo foi comparar a eficiência de três técnicas de extração: método High shear in water usando água desionizada (Sdw), método High shear in water usando água da torneira (Stw) e a extração utilizando Na2S2O5 (Ssm). O método High shear in water usando água desionizada (Sdw) mostrou um rendimento ligeiramente melhor, com uma média de 26,67%. No entanto, o amido de castanha extraído pelo método High shear in water usando água da torneira (Stw) apresentou maior semelhança com o amido de batata comercial (CS). Para produzir os filmes, foi realizada uma extração alcalina nas cascas de castanha para obter fibras que foram posteriormente branqueadas. Foram preparados quatro filmes diferentes pela técnica de fundição de solvente, utilizando quatro tipos de amido: CS, Sdw, Stw e Ssm. Os filmes obtidos foram caracterizados em relação a algumas propriedades mecânicas, óticas e funcionais. Foram também avaliadas a sua biodegradabilidade e a aplicação num sistema alimentar. O FCS foi o filme que apresentou a maior migração do teor fenólico do alimento (tostas) para o filme. A percentagem de elongação variou entre 4,32 ± 0,14% (FCS) e 9,64 ± 0,70% (FSsm). A resistência à tração variou entre 1,25 ± 0,19 (FStw) e 2,08 ± 0,01 (FSdw), enquanto o módulo elástico variou entre 13,90 ± 3,67 N/mm2 (FSsm) e 40,06 ± 3,15 N/mm2 (FCS). O filme preparado com Ssm foi o mais biodegradável, com cerca de 15% de perda de massa após um período de 5 semanas em contacto com o solo. Foi realizada uma análise de ciclo de vida para ajudar a determinar o método de extração de amido ambientalmente mais seguro. Os resultados mostraram que o Stw foi claramente o método de extração mais sustentável.
Description
Keywords
Chestnut starch starch-based films biodegradability food system Life cycle assessment