Desenvolvimento de hidrogéis funcionalizados com óleos essenciais aplicados a sistemas agrícolas

Abstract

O desenvolvimento de novos hidrogéis funcionalizados permite a obtenção de uma gama de propriedades especificas de materiais sintetizados em que a adoção de compostos químicos naturais, como óleos essenciais (OE), traz propriedades químicas as quais podem ser aplicadas a sistemas agrícolas. Além disso, o poli(álcool vinílico) – PVOH, exibe muitas propriedades importantes, por ser, biodegradável, biocompatível, atóxico, e possuir boa resistência química; entretanto, sua solubilidade, limita sua aplicabilidade final, em que a reticulação química traz estabilidade físico-química, garantindo as propriedades finais de inchamento. O objetivo desta tese é investigar a influência dos ácidos orgânicos: cítrico (AC), málico (AM) e tartárico (AT); e tempos de síntese química (20 min, 1, 2 e 3h) na reticulação e propriedades físico-químicas finais de hidrogéis de PVOH, incorporados com OE de baunilha (OEB), cravo (OEC) e laranja (OEL), visando aplicações em sistemas agrícolas. Os resultados obtidos mostram que a incorporação do AM e AT se mostraram mais eficientes e semelhantes na reticulação química com a estrutura do PVOH, quando avaliados pelas técnicas de intumescimento, fração sol-gel, FTIR, e liberação controlada de corante; enquanto o AC não teve a mesma performance de estabilidade físico-química, caracterizados por seu impedimento estérico. Posteriormente, o AM e AT e seus tempos de reação (20 min e 2h) foram escolhidos com base nos resultados anteriores, para experimentos de incorporação de OE por meio de incorporação utilizando o surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS) e método de sonificação. Os resultados mostraram efetividade na incorporação dos OE nos hidrogéis, especialmente observadas nas técnicas de FTIR, Microscopia óptica e liberação controlada. Nos experimentos ambientais simulados os OE apresentaram atividade fitotóxica, estimulando a repelência química em Myzus persicae, e reduzindo parcialmente o crescimento de plantas e Aspergillus fumigatus, especialmente observados na sequência de OEC (2h), OEL e OEB ambos em 20 min e 2h, respectivamente. Conclui-se que os hidrogéis de AM e AT podem ser utilizados na incorporação e liberação controlada de óleos essenciais para aplicação em sistemas agrícolas.

The development of new functionalized hydrogels makes it possible to obtain a range of specific properties from synthesized materials in which the adoption of natural chemical compounds, such as essential oils (EO), brings chemical properties that can be applied to agricultural systems. In addition, polyvinyl alcohol (PVOH) has many important properties, as it is biodegradable, biocompatible, non-toxic, and has good chemical resistance; however, its solubility limits its final applicability, where chemical crosslinking brings physicochemical stability, guaranteeing the final swelling properties. This thesis aims to investigate the influence of organic acids: citric (AC), malic (AM), and tartaric (AT); and chemical synthesis times (20 min, 1, 2, and 3h) on the crosslinking and final physicochemical properties of PVOH hydrogels, incorporated with vanilla (OEB), clove (OEC) and orange (OEL) essential oils, with a view to applications in agricultural systems. The results obtained show that the incorporation of AM and AT proved to be more efficient and similar in chemical crosslinking with the PVOH structure, when evaluated by the techniques of swelling, sol-gel fraction, FTIR, and controlled dye release; while AC did not perform as well in terms of physicochemical stability, characterized by its steric hindrance. Subsequently, AM and AT and their reaction times (20 min and 2h) were chosen based on the previous results, for EO incorporation experiments using the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and the sonification method. The results showed that the incorporation of the EOs into the hydrogels was effective, especially as observed in the FTIR, optical microscopy, and controlled release techniques. In the simulated environmental experiments, the EO showed phytotoxic activity, stimulating chemical repellency in Myzus persicae, and partially reducing the growth of plants and Aspergillus fumigatus, especially observed in the sequence of OEC (2h), OEL, and OEB both at 20 min and 2h, respectively. It is concluded that AM and AT hydrogels can be used for the incorporation and controlled release of essential oils for application in agricultural systems.