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Title: Desenvolvimento e caracterização de micropartículas poliméricas como sistema carreador de nitrogênio, fósforo e potássio para plantas.
Authors: Chagas, Júnior Olair
metadata.dc.contributor.advisor: Lobo, Fabiana Aparecida
Silva, Gilmare Antônia da
Keywords: Partículas
Adubo e fertilizantes
Solos - movimento de fertilizantes
Issue Date: 2016
metadata.dc.contributor.referee: Lobo, Fabiana Aparecida
Teófilo, Reinaldo Francisco
Santiago, Aníbal da Fonseca
Citation: CHAGAS, Júnior Olair. Desenvolvimento e caracterização de micropartículas poliméricas como sistema carreador de nitrogênio, fósforo e potássio para plantas. 2016. 123 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.
Abstract: Micropartículas poliméricas são sistemas carreadores de substâncias ativas que têm a capacidade de alterar as propriedades físico-químicas dos princípios ativos à elas incorporados, levando a algumas vantagens, além de proporcionar a minimização dos impactos ambientais gerados pelos métodos convencionais de fertilização. Com isto, este trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar sistemas de liberação controlada carreadores dos nutrientes nitrogênio, fósforo e potássio (NPK), através de micropartículas poliméricas de poli(ε-caprolactona) (PLC) e poliglicerol (PLG), a fim de criar uma possível alternativa para o uso de fertilizantes em produções agrícolas. Para atingir estes fins, inicialmente, utilizou-se de planejamentos experimentais para um estudo de preparo de amostras (micropartículas) para a análise em espectroscopia por absorção atômica por chama (FAAS) para a quantificação de potássio. Para tal processo, usou-se chapa aquecedora com agitação magnética com avaliação da degradação polimérica por um analisador de carbono orgânico total (TOC). Para o teor de carbono total (TC), o planejamento experimental completo 24 apontou o volume da amostra (VAM) como a variável significativa, em relação as demais variáveis volume de ácido (VAc), temperatura (T) e tempo de digestão (t). No entanto, de acordo com o gráfico da distribuição normal, observou-se uma possível interação significativa dos efeitos T e t. O mesmo foi notado para o TOC, incluindo o efeito das variáveis VAM × VAc × T, sugestivo de comportamento complexo. No planejamento experimental composto central (CCD) todas as variáveis foram novamente estudadas em outros níveis e o VAM foi a única significativa, promovendo uma diminuição de TC no menor nível estudado. Pela ANOVA um modelo quadrático, sem falta de ajuste, foi encontrado com o efeito significativo do termo quadrático VAc2. A condição ótima de digestão foi: 5,00 mL de amostra, 10,00 mL de ácido nítrico, 60 ºC e 90 min. Para otimizar o procedimento de síntese das partículas, estudou-se as variáveis que influenciam a taxa de associação (EE%) de NPK, por meio de planejamentos experimentais multivariados. As cinco variáveis estudadas foram: massa de poli(ε-caprolactona), massa de poliglicerol, volume de clorofórmio, volume de água na fase orgânica e concentração da solução de álcool polivinílico, e como resposta utilizou-se a taxa de associação de NPK. Por meio do planejamento fracionário 25-1 com triplicata no ponto central foi possível identificar que as cinco variáveis são significativas ao sistema e, para um estudo mais minucioso, aplicou-se o planejamento composto central (CCD) e a função de desejabilidade para definir as condições ótimas de associação dos nutrientes. Através dessa abordagem foi possível determinar as melhores condições de taxas de associação simultânea de NPK: 100 mg de poli(ε-caprolactona); 825 mg de poliglicerol; 9,25 mL de clorofórmio; 3,00 mL de água e 0,9% m/v para a solução de álcool polivinílico. Os resultados da caracterização mostraram partículas com diâmetros compreendidos entre 5 a 60 μm e uma eficiência de encapsulamento de 94,23% para o nitrogênio; 99,80% para o fósforo e 65,00% para o potássio. O perfil de liberação das micropartículas foi modulado com base na lei de Fick, onde eles são liberados através de um processo de difusão, e mostraram um comportamento esperado, isto é, mais lento e significativo em relação a estes nutrientes em solução pura. Estas observações fornecem evidências concretas da capacidade das micropartículas sintetizadas em propiciar a liberação contínua e prolongada de NPK para o processo de fertilização de plantas. Até onde se conhece, na literatura não são relatados trabalhos que avaliem a liberação controlada de NPK para plantas usando sistemas microestruturados, embora esse estudo apresente acentuada relevância no cenário econômico atual, uma vez que minimizará a utilização e a perda do princípio ativo de interesse. Além disso, este trabalho propõem uma alternativa de aplicação da um produto gerado abundantemente, e muitas vezes ainda sem utilização que é glicerina (na forma de poliglicerol). Assim este trabalho se torna de incomensurável importância, por apresentar um viés ambiental de bastante interesse, além do ineditismo para aplicação no agronegócio.
metadata.dc.description.abstracten: Polymeric microparticles are carrier systems of active substances that have the ability to alter the physicochemical properties of the active ingredients incorporated in them, leading to some advantages, in addition to providing the minimization of environmental impacts generated by conventional fertilization methods. With this, this study aimed to develop and characterize a controlled carriers release of nitrogen nutrients systems, phosphorus and potassium (NPK), using polymeric microparticles of poly (ε-caprolactone) (PLC) and polyglycerol (PLG) in order to create a possible alternative to the use of fertilizers in agricultural production. For these purposes, initially it was used for experimental design for the study of sample preparation (microparticles) for analysis by atomic absorption spectroscopy by flame (FAAS) for the quantification of potassium. For this process, we used plate heater with magnetic stirring with evaluation of polymer degradation by a total organic carbon analyzer (TOC). For the total carbon (TC), the complete experimental design 24 pointed out the sample volume (VSA) as a significant variable in relation to the other variables acid volume (VAc), temperature (T) and digestion time (t ). However, according to the normal distribution graph, there was a significant interaction effects can T and t. The same was noted for TOC, including the effect of variables VSA × VAc × T, suggestive of complex behavior. In the experimental central composite design (CCD) all variables were studied again at other levels and VSA was significant only by promoting a decrease of TC in the least studied level. ANOVA by a quadratic model, without lack of fit was found with the significant effect of the quadratic term (VAc2). The optimum condition of digestion was: 5.00 mL of sample, 10.00 mL of nitric acid, 60 ° C and 90 min. To optimize the synthesis procedure of the particles studied the variables that influence the membership fee (EE%) of NPK, by means of multivariate experimental designs. The five variables were studied: mass poly (ε-caprolactone), mass polyglycerol volume of chloroform, volume of water in the organic phase and concentration of the polyvinyl alcohol solution, and in response, we used the NPK association rate. Through fractional 25-1 with triplicate at the midpoint was possible to identify the five variables are significant to the system and, for a more detailed study, we applied the central composite design (CCD) and the desirability function to set the optimal conditions of association of nutrients. Through this approach it was possible to determine the best conditions of simultaneous membership fees of NPK: 100 mg of poly (ε-caprolactone); 825 mg of polyglycerol; 9.25 ml of chloroform; 3.00 ml of water and 0.9% w / v to the polyvinyl alcohol solution. The characterization results showed particles with diameters between 5 to 60 μm and a encapsulation efficiency 94.23% for nitrogen; 99.80% for phosphorus and to 65.00% potassium. The release profile of the microparticles was modulated based on Fick's law where they are released by a diffusion process, and showed an expected behavior, ie slower and significant in relation to these nutrients in pure solution. These observations provide evidence of the capacity of concrete synthesized on microparticles provide continuous and sustained release of NPK process for fertilizing plants. As far as is known in the literature are not reported studies assessing the controlled release NPK plant using microstructured systems, although this study presents sharp relevance in the current economic scenario as it will minimize the use and loss of the active principle of interest. Furthermore, this paper proposes an implementation alternative to a product generated abundantly, and often even without using what is glycerine (as polyglycerol). So this work becomes of immeasurable importance to present an environmental bias of much interest beyond the novelty for investment in agribusiness.
Description: Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/9092
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor, 25/10/2016, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta.
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