Desenvolvimento de sistemas de liberação lenta de ureia à base de amido e produtos de reciclagem de poli(tereftalato de etileno)

Abstract

O desenvolvimento de materiais poliméricos provenientes de fontes renováveis e resíduos pós-consumo é uma estratégia promissora para aplicações agrícolas sustentáveis, incluindo sistemas de liberação controlada de fertilizantes. Neste trabalho, foram produzidos hidrogéis à base de amido plastificado, incorporando produtos de reciclagem de poli(tereftalato de etileno) (dPET), visando a liberação lenta de ureia. Inicialmente, hidrogéis foram preparados pelo método solvent casting, empregados como prova de conceito para avaliar a viabilidade da incorporação de dPET na matriz de amido. Após essa etapa, formulações adicionais foram produzidas por processamento em estado fundido, visando investigar a obtenção do material por uma rota de processamento potencialmente escalável para aplicação industrial. As amostras foram caracterizadas por termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), absorção de água e analisadas quanto ao aspecto ambiental para verificar seu potencial de biodegradabilidade. A liberação de ureia em meio aquoso, utilizando concentrações iniciais de 5, 10 e 15%, mostrou forte dependência do plastificante, sendo mais gradual nas formulações com dPET, que liberaram cerca de 70% em 24 h, enquanto as com glicerol apresentaram liberação rápida, atingindo aproximadamente 100% no mesmo período. Testes de biodegradação em solo foram conduzidos para investigar alterações estruturais e químicas ao longo de 35 dias, revelando degradação da rede polimérica, evidenciada por mudanças morfológicas observadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e pela redução das bandas de estiramento do grupo éster na espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), indicando hidrólise das ligações do dPET. Observou-se também o surgimento de uma banda atribuída à vibração N-H de amida secundária, possivelmente associada à atividade microbiana no processo de biodegradação. Os resultados demonstram o potencial dos hidrogéis à base de amido/dPET como sistemas de liberação lenta de ureia e ressaltam a importância da formulação para otimizar o desempenho em condições reais de uso.

The development of polymeric materials derived from renewable sources and post-consumer waste is a promising strategy for sustainable agricultural applications, including controlled-release fertilizer systems. In this study, starch-based plasticized hydrogels incorporating recycled poly(ethylene terephthalate) products (dPET) were produced for the slow release of urea. Initially, hydrogels were prepared by the solvent casting method and used as a proof of concept to evaluate the feasibility of incorporating dPET into the starch matrix. After this stage, additional formulations were produced through melt-state processing to investigate the possibility of obtaining the material through a processing route compatible with industrial-scale production. The samples were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and water uptake measurements, and were evaluated from an environmental perspective to assess their biodegradability potential. Urea release in an aqueous medium, using initial concentrations of 5, 10, and 15%, showed strong dependence on the plasticizer, being more gradual in the dPET formulations, which released about 70% within 24 h, whereas the glycerol-based samples exhibited rapid release, reaching approximately 100% over the same period. Soil biodegradation tests were conducted to investigate structural and chemical changes over 35 days, revealing degradation of the polymeric network, as evidenced by morphological changes observed through scanning electron microscopy (SEM) and by the reduction of ester stretching bands in Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), indicating hydrolysis of dPET linkages. The appearance of a band attributed to secondary amides was also observed, possibly associated with microbial activity during the biodegradation process. Overall, the results demonstrate the potential of starch/dPET-based hydrogels as slow-release urea systems and highlight the importance of formulation design to optimize performance under real-use conditions.