Desenvolvimento e aplicação de sistemas para liberação prolongada de fertilizantes obtidos com nanofibras de POLI(3-hidroxibutirato) (PHB) incorporadas com hidrogéis.

Abstract

Para atender à crescente demanda de alimentos, o setor agrícola é obrigado a empregar enormes quantidades de fertilizantes produzindo um impacto ambiental indesejável. A expectativa é que a demanda per capita por alimento dobre por volta de 2050. Portanto, é de suma importância desenvolver sistemas que aumentem a produção e reduzam os problemas ambientais. Os potenciais riscos e outros fatores relacionados à poluição do meio ambiente têm imposto algumas limitações ao uso da ureia como fonte de nutrientes para as plantas. Portanto, é imperativo melhorar o desempenho da ureia durante a sua utilização. Fertilizantes de liberação controlada são tidos como uma das soluções para aumentar o rendimento das culturas, reduzindo a poluição ambiental causada pelas emissões perigosas de nitratos dos fertilizantes. O presente trabalho tem por objetivo desenvolver e testar sistemas de liberação prolongada para fertilizantes, usando nanofibras de PHB obtidas pela técnica de eletrofiação incorporadas com hidrogel de gelatina ou quitosana carregado com ureia. A morfologia das nanofibras obtidas foi acompanhada com auxílio do MEV. O grau de cristalinidade das nanofibras foi avaliado através de FTIR, XRD, DSC e SAXS. Os resultados de FTIR apontaram que as nanofibras de PHB são menos cristalinas do que o filme de PHB obtido por termoprensagem. Pela análise de XRD foi possível estimar o tamanho dos cristalitos de PHB nas nanofibras em 190 Å. A eficiência do carregamento de ureia no hidrogel de quitosana incorporado nas nanofibras de PHB foi mais alta do no hidrogel de gelatina incorporado nas nanofibras de PHB. Os resultados das propriedades mecânicas indicaram que a presença das nanofibras de PHB promoveu um aumento de 100 % na tensão na ruptura em relação à gelatina pura e demonstra a capacidade de reforço das nanofibras de PHB quando adicionado à matriz. No entanto, para a quitosana, a combinação das nanofibras com a matriz ocasionou uma redução no valor da tensão de ruptura, da ordem de 87% aproximadamente. As curvas de liberação da ureia obtidas com o uso do espectrofotômetro UV-Vis mostraram que o efeito “burst” ainda não superado, ocorrendo a liberação de grande parte da ureia no início dos experimentos. Apesar disso, foi possível perceber que após o “burst” inicial de liberação da ureia, o compósito obtido com gelatina passou a liberar a ureia mais lentamente do que aquele obtido com quitosana. Esse resultado foi explicado através das análises de MEV, realizadas para avaliar a interação entre as fases do sistema hidrogel/nanofibras Por fim, foi desenvolvido um dispositivo tridimensional para o crescimento de mudas de painço a partir dos compósitos PHB / hidrogel / ureia. Os resultados demonstraram que o dispositivo é promissor, pois além de prolongar a liberação da ureia, cria um ambiente com umidade constante devido à presença do hidrogel.