The wide application of beneficial microorganisms in agriculture as inoculants to combat pests and diseases and/or to improve soil fertility and the nutrients availability for plants has been considered as an effective and more sustainable alternative than chemical fertilizers and agricultural defensives. However, it is necessary to examine all processing steps of these bio-based products under a more integrated view including the type of microorganisms and the whole production process in order to reduce dependence on synthetic chemical inputs. Here, recent developments on the production and formulation technologies of microbial inoculants and the main types of inoculants currently applied in agriculture are addressed. The different types of microbial formulations are compared with emphasis on the encapsulation technology. Moreover, the application of biofertilizers in seed coating and a new approach to apply biocomposites as fertilizers are discussed, presenting the main challenges and future perspectives to promote more sustainable agriculture practices.

The food nutritional content is reduced as result of vitamins degradation. In order to minimize such losses, the encapsulation technique into polymeric nanoparticles (NPs) could offer an additional protection, extending the stability. The crosslinking formed by the ionic gelation process of chitosan and tripolyphosphate (Chi-TPP) has been widely used as an encapsulating matrix for several chemical compounds. In this way, Chi-TPP was used for encapsulation of C, B9 and B12 vitamins. The stability of the vitamins in NPs was evaluated in aqueous suspension by UV-Visible spectroscopy under different conditions: stored in dark, light exposure and effect of oxygen bubbling. The results indicated that encapsulation had a positive effect in preserving the vitamins, mainly vitamin C. The encapsulation preserved 47% of the initial concentration of vitamin C by the tenth day and around 28% after 17 days. Conversely, in non-encapsulated controls (neutral and acidic medium) the losses were higher, reaching 13% by the tenth day and almost 3% after 17 days of storage in both medium. When exposed to light and O2 the protection provided by the encapsulation was even greater. By thermogravimetric analysis, the pure and the encapsulated vitamins showed distinct thermal behavior confirming Chi-TPP as a potential encapsulation material.

Nanocomposite materials have been incorporated into biopolymers, (e.g. hydroxypropyl methylcellulose), to improve their physical and chemical properties and enable them to be applied in food packaging, especially for their biodegradable and renewable properties. With this addition, fruit puree has been incorporated into the films to confer nutritional properties besides color and flavor. Chitosan is of interest in the packaging field since it is a biodegradable, bioabsorbable, antimicrobial agent. Furthermore, chitosan nanoparticles have been widely explored for their interesting properties and potential applications in food packaging. This work was divided into two stages: (1) chitosan nanoparticle synthesis; (2) addition of nanoparticles into HPMC and papaya puree films. Addition of chitosan nanoparticles to HPMC and papaya puree films improved film properties: mechanical, thermal and water vapor barrier. We have developed a novel nanomaterial with great potential for application in packaging to prolong the shelf life of food.

A borracha natural (BN) de três clones de seringueira [Hevea brasiliensis (Willd. exAdr. de Juss. Muell.-Arg.)] de um período de sete meses foi obtida por coagulação do látex com solução de ácido acético a 10% e seca a 65°C. As curvas TG-DTG foram utilizadas para monitorar as propriedades térmicas da BN. Os resultados indicaram pequenas variações entre clones e coletas, exceto no valor de Tf-T0, indicando que o clone IAC 301 sofre degradação mais rápida durante o processo termo degradação da BN seca. Não houve diferenças significativas nos valores de Tg entre clones e coletas.

Natural rubber (NR) tapped from three clones of the rubber tree [Heveabrasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss. Muell.-Arg.)] over a seven month period was obtained by coagulation of lattices with 10% acid acetic and dried at 65 °C. TG-DTG curves were used to monitor thermal properties of NR. The TG-DTG results indicated very small differences among the clones and tappings, except in the value of Tf-T0, which indicated that the IAC 301 clone suffered the fastest thermal degradation, during decomposition of the dried, raw NR. There was no significant difference in Tg values among clones and tappings.

A técnica de eletrofiação é conhecida desde a década de 1930, porém, somente com o advento das novas aplicações da nanotecnologia esta importante técnica foi re-descoberta. As potencialidades de nanofibras, de tamanhos da ordem de 50 a 500 nm e com extensão micrométrica, têm sido investigadas para diferentes materiais, com resultados promissores em diferentes aplicações. Nesta primeira parte, este trabalho de revisão propôs-se a detalhar as bases fundamentais do processo de eletrofiação. São descritas as influências das variáveis de processo, como campo aplicado, distância de trabalho, velocidade de rotação do coletor e de injeção da solução. Variáveis associadas ao sistema, como tipo de solvente e polímero de interesse, também são discutidas.

The electrospinning technique has been known since the 1930s, but only with the advent of new nanotechnology applications this technique was re-discovered and became important for production of nanomaterials. The potential for obtaining different nanofibers with sizes ranging from 50 to 500 nm and micrometer length has been investigated for different materials, with promising results in different applications. The first part of this review is aimed at describing the fundamentals of the electrospinning process. We describe the influence of process variables such as applied field, working distance, speed of rotation of the collector and solution injecting flow rate. The variables associated to this system, such as type of solvent and polymer of interest, are also discussed.

Neste trabalho foi reportada a caracterização de hidrogéis constituídos por metilcelulose (MC) e poliacrilamida (PAAm) preparados pelo processo de reticulação cruzada. As propriedades espectroscópicas e morfológicas foram investigadas por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier e microscopia eletrônica de varredura, respectivamente. O efeito da carga iônica, presença de sais, concentrações de monômero AAm e polissacarídeo MC na absorção de água e nas propriedades cinéticas dos hidrogéis foi detalhadamente investigado. Os resultados indicaram que o decréscimo da concentração de MC ou aumento da concentração de AAm, carga iônica do contra-íon do sal de cloreto e a presença de fertilizante no meio externo de intumescimento provocaram diminuição significativa na absorção de água dos hidrogéis. O mecanismo de absorção de água dos hidrogéis de PAAm-MC em água seguiu o modelo de difusão Fickiana; já o mecanismo dos hidrogéis intumescidos em sais (cloreto ou fertilizante) seguiu o modelo de transporte anômalo. Pela alta e rápida absorção de água, as matrizes porosas e tridimensionais compostas por PAAm e MC podem em potencial ser aplicadas na agricultura como veículos carreadores.

This work reported the characterization of hydrogels constituted by methylcellulose (MC) entrapped in polyacrylamide (PAAm) network prepared by cross-linking polymerization (gelling process). Spectroscopic and morphologic properties were investigated using Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy, respectively. Effects of AAm, MC contents, ionic charge of salt counter-ions (NaCl, KCl, NH4Cl, CaCl2, MnCl2, MgCl2, and AlCl3), and fertilizers [(NH4)2SO4 and KH2PO4] on kinetic and hydrophilic (swelling degree) properties were investigated in detail. By decreasing the MC content or by increasing acrylamide content, there was a pronounced decrease in water uptake by the hydrogels. The increase in counter-ion X-Cl salt and the presence of fertilizer on the external swelling medium also provoked a decrease in water uptake. The water uptake mechanism of PAAm-MC hydrogels swollen in water followed the Fickian diffusion, while the mechanisms of hydrogels swollen in salt or fertilizer aqueous media followed the anomalous transport process. With their fast and high water absorption, the porous, three-dimensional matrices containing PAAm and MC are promising for agriculture as carrier vehicles.

Neste trabalho, os efeitos de diferentes condições de tempo e temperatura usados para a preparação de whiskers de sisal foram investigados com o objetivo de se determinar a influência destes parâmetros experimentais na morfologia, cristalinidade e estabilidade térmica dos materiais preparados. A obtenção dos whiskers deu-se após o pré-branqueamento da fibra de sisal com solução alcalina de peróxido de hidrogênio. A fibra branqueada foi submetida ao processo de hidrólise com solução de ácido sulfúrico 60% (m/m) sob três diferentes condições de temperatura e tempos de extração: 45 °C e 60 minutos (WS45_60); 45 °C e 75 minutos (WS45_75) e 60 °C e 30 minutos (WS60_30). Os whiskers foram caracterizados quanto à morfologia por microscopia eletrônica de transmissão (MET), quanto à cristalinidade (DRX), carga superficial (potencial zeta) , teor de enxofre (análise elementar) e quanto à estabilidade térmica por termogravimetria (TGA). Os resultados mostraram que os whiskers de sisal apresentaram comprimento e diâmetro médios e 210 nm e 5 nm respectivamente. Devido à alta aglomeração dos whiskers, diferenças relativas às características dimensionais não puderam ser determinadas. Os resultados obtidos revelaram uma forte dependência da cristalinidade final dos whiskers com a temperatura e tempo de extração. O uso de temperatura mais alta (60 °C) associado a um menor tempo de extração (30 minutos) resulta em whiskers com boa estabilidade térmica (235 °C), maior cristalinidade e sem o comprometimento da estrutura cristalina da celulose.

In this work, the effects of different conditions of time and temperature, used for the preparation of whiskers from sisal, were investigated to determine the influence of experimental parameters on morphology, crystallinity and thermal stability of materials prepared. The whiskers were obtained after the bleaching of sisal raw fiber with a solution of hydrogen peroxide alkaline. The bleached fiber was submitted to the process of hydrolysis with sulphuric acid solution 60 wt. (%) under three different conditions of temperature and time of extraction: 45 °C and 60 minutes (WS45_60); 45 °C and 75 minutes (WS45_75) and 60 °C and 30 minutes (WS60_30). The whiskers were characterized as the morphology by transmission electron microscopy (MET), crystallinity (DRX), surface charge (zeta potential), sulfur content (by elemental analysis) and thermal stability by thermogravimetry (TGA). The sisal whiskers presented an average length and diameter of 210 nm and 5 nm, respectively. Due to the high agglomeration state of whiskers, differences on dimensional features could not be determined. The results showed a strong dependence on crystallinity of whiskers with temperature and time of extraction. Hydrolysis in higher temperature (60 °C) and lower extraction time (30 minutes) resulted in whiskers with good thermal stability (235 °C), higher crystallinity and preserving the crystalline structure of cellulose.

A influência de diferentes tratamentos das fibras de sisal nas propriedades dos compósitos de borracha nitrílica/fibras de sisal, e borracha nitrílica/carbonato de cálcio/fibras de sisal foi investigada. Os compósitos, com fibras curtas aleatoriamente distribuídas, foram processados em moinho de dois rolos e caracterizados através de ensaios mecânicos de resistência à tração, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise por termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). O tratamento de mercerização das fibras levou a uma maior adesão na interface fibra/matriz. O uso combinado de 67 pcr de carbonato com 33 pcr de fibras de sisal mercerizadas produziu um compósito com aumento significativo no módulo de elasticidade e sem perda da resistência à tração de ruptura. Os resultados da análise térmica mostraram que os compósitos são termicamente estáveis até cerca de 300 °C. Os materiais obtidos possuem uma boa relação custo/benefício tornando promissora sua utilização.

In this work, composites were produced with nitrile rubber and sisal fibers, and nitrile rubber with calcium carbonate and sisal fibers. The composites were processed on a two-roll mixing mill and their properties were investigated with regard to the influence of chemical treatments of the fibers. The composites, with short fibers randomly distributed, were characterized by mechanical analysis, scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). Mercerization treatment of the fibers promoted increasing the adhesion between the fiber and the rubber matrix. The composites of nitrile rubber with 67 pcr of calcium carbonate and 33 pcr of mercerized sisal fibers showed the best mechanical properties. Thermal analysis demonstrated that the composites are thermally stable up to 300 °C. The materials developed have a good cost/benefit relationship making their utilization promising.

As propriedades de termo estabilidade das nanofibras de celulose estão relacionadas diretamente com a sua aplicação e em especial ao processamento de polímeros cujas temperaturas típicas de processamento encontram-se em torno de 200 °C. Neste trabalho, nanofibras de algodão comercial foram extraídas empregando-se diferentes ácidos: ácido sulfúrico, ácido clorídrico e mistura (1:1; ácido sulfúrico: ácido clorídrico). As nanofibras resultantes foram caracterizadas quanto à morfologia por microscopia de transmissão (MET), potencial zeta, análise elementar, cristalinidade por difração de raio X (DRX) e estabilidade térmica em atmosfera de ar (TGA). Os resultados indicaram uma morfologia muito similar entre as nanofibras bem como a cristalinidade das mesmas, independentemente do ácido utilizado na hidrólise. A principal diferença encontrada foi em relação ao estado de agregação das mesmas e quanto à estabilidade térmica. O estado de agregação das nanofibras em suspensões seguiu a ordem HCl >H2SO4:HCl > H2SO4 devido ao aumento da carga superficial nesta ordem avaliada via medidas de potencial zeta. A incorporação de HCl ao H2SO4 para a obtenção de nanofibras de celulose revelou-se eficaz no aumento da estabilidade térmica das nanofibras relativamente a extrações empregando-se somente H2SO4 e uma melhor dispersão em relação a nanofibras obtidas com o uso somente de HCl.

The thermal stability of cellulose nanofibers is related to their application and especially to polymer processing normally occurring at ca. 200 °C. In this work, nanofibers of commercial cotton were obtained by acid hydrolysis employing different acids: sulfuric, hydrochloric and a mixture (1:1; sulfuric acid: hydrochloric acid).The morphology of the nanofibers were characterized by transmission microscopy (TEM), zeta potential, elemental analysis, crystallinity by X ray diffraction (XRD) and thermal stability (TGA) in air atmosphere by thermogravimetric analysis. The results indicated a very similar morphology and crystallinity among them. The main differences were lie in the aggregation state and thermal stability. The aggregation state of the suspensions decreases in the order HCl < H2SO4:HCl < H2SO4 due to the increase in surface charge as determined by zeta potential measurements. The hydrolysis with a mixture of HCl and H2SO4 resulted in cellulose nanofibers with higher thermal stability than those hydrolyzed with H2SO4. The hydrolysis employed with a mixture of sulphuric and hydrochloric acids also showed a better dispersion than those suspensions of nanofibers obtained by hydrolysis with only HCl.

In this paper, the effects of acrylamide (AAm), methylcellulose (MC) contents, pH and ionic strength on kinetic, network and hydrophilic properties of polyacrylamide and methylcellulose hydrogels were investigated. The hydrogels were characterized by evaluating of network [average molecular weight between crosslinks (M C), crosslink density (q) and the number of elastically effective chains (Ve)], and kinetic parameters [diffusional exponent (n), diffusion constant (k) and diffusion coefficient (D)]. Such properties were controlled by adjusting of the AAm, MC contents, pH and ionic strength factors. Due to high hydrophilicity and fast water-uptake, the PAAm-MC hydrogels can be considered as materials for potential applications in agricultural fields, mainly in controlled release of water or pesticides.

Nos últimos anos, o interesse pelo uso de fibras naturais em materiais compósitos poliméricos tem aumentado significativamente. Neste trabalho foram investigadas as propriedades, químicas, físicas, térmicas e estruturais da fibra de sisal brasileira da variedade Agave sisalana. Nosso objetivo foi avaliar a qualidade e o desempenho desta fibra para aplicações industriais. Foram realizados ensaios de resistência à tração, análise da composição química, difração de raios X, e estudos por microscopia eletrônica de varredura (MEV) ao longo do comprimento da fibra. A fibra de sisal brasileira apresentou propriedades mecânicas e térmicas dentro da faixa relatada na literatura, mostrando-se adequada para ser utilizada em materiais compósitos poliméricos.

In recent years, the interest in the use of natural fibers in polymeric composite materials has increased significantly. In this work were investigated the structural, thermal, chemical, and physical properties of Brazilian sisal fiber from Agave sisalana variety. Our aim was to evaluate the quality and the performance of this fiber for industrial applications. Mechanical properties, chemical composition, X ray diffraction, and scanning electron microscopy (SEM) have been investigated with fibers along their length. The Brazilian sisal fibers studied have exhibited mechanical and thermal properties within the range reported in the literature and were suitable for use in polymeric composites.

Neste trabalho estudou-se o desempenho mecânico e térmico de compostos de borracha natural (Hevea brasiliensis) de 4 diferentes clones (GT 1, IAN 873, PB 235 e RRIM 600) cultivados no Estado de São Paulo, assim como de uma mistura destes clones e de uma borracha comercial, GEB-1. Estas borrachas foram formuladas e vulcanizadas com tempos de 5, 7 e 9 minutos. A caracterização foi realizada por calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria, ensaios de resistência à tração, análise dinâmico-mecânica, medidas de dureza Shore A, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia na região do infravermelho. Os resultados permitiram concluir que o tempo de vulcanização e o tipo de clone não influenciaram na temperatura de transição vítrea (Tg) dos compostos. Os valores de Tg obtidos por DMA foram de cerca de -62 °C, e os resultados ensaios de dureza apresentaram valores próximos de 60 para todos os compostos estudados. Os ensaios de resistência à tração mostraram que o melhor desempenho mecânico foi obtido pelo clone RRIM 600. De acordo com os resultados obtidos neste trabalho, todos os clones atingiram as propriedades reportadas na literatura, podendo ser utilizados, em princípio, nas indústrias de artefatos de borracha separadamente ou na forma de mistura.

The objective of this work was to study the mechanical and thermal performance of natural rubber (Hevea brasiliensis) compounds of different types of clones (GT 1, IAN 873, PB 235 and RRIM 600), as well as a mixture made from these clones and a commercial rubber GEB-1. These rubbers were formulated and prepared in a two-roll mill and vulcanized at different times (5, 7 and 9 minutes). The evaluation of the mechanical and thermal performance of different natural rubber compounds was carried out by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry analysis (TGA), mechanical properties (tensile and hardness tests), dynamic mechanic thermal analysis (DMTA), scanning electron microscopy (SEM), and infrared spectroscopy (FTIR). The values obtained for glass transition temperature (Tg) for vulcanized rubbers were found to be around -62 °C, while in the hardness test the values obtained were close to 60, with no great variations when the vulcanization time and type of clone were varied. The tensile tests showed that the best performance was obtained for the clone RRIM 600. All the samples studied were in agreement with standard specifications required for application in the rubber industry, indicating that all clones can be used, in principle, in the rubber industry in blended or unblended forms.

Neste estudo, fibras de sisal foram utilizadas como reforço para a matriz constituída de amido, glúten de milho e glicerol. O teor de fibra em relação a matriz variou de 5 a 30%. O processamento da matriz e dos compósitos foi realizado em um reômetro de torque Haake à 130 °C, 50 rpm por 10 minutos. As misturas obtidas foram moldadas por compressão à quente. As propriedades mecânicas; termodinâmico-mecânico (DMTA) e de absorção de água foram investigadas em função do teor de fibras na matriz de amido/glúten de milho/glicerol. O aumento do conteúdo de fibra provocou uma melhoria nas propriedades mecânicas dos compósitos com relação à matriz. O compósito reforçado com 30% de fibra de sisal apresentou aumento no módulo de elasticidade e tensão na ruptura de aproximadamente de 560 e 162%, respectivamente e diminuição nos valores de elongação na ruptura de 81%. Os resultados obtidos por DMTA mostraram aumento progressivo do módulo de armazenamento (E') e diminuição do módulo de amortecimento (tan d) com o aumento do teor de fibra, confirmando o efeito de reforço das fibras de sisal na matriz de amido/glúten de milho/glicerol. A incorporação das fibras na matriz também provocou diminuição da absorção de umidade e no coeficiente de difusão de água. A análise da morfologia dos compósitos mostrou boa dispersão das fibras na matriz.

Biocomposites using starch/gluten/glycerol as matrix and sisal fibers were produced by melt-mixing in an intensive batch mixer connected to a torque rheometer at 130 °C. The samples were compression molded and than characterized by water absorption and mechanical test. In tensile test, the increasing in the Young's modulus and ultimate tensile strenght were respectively of aproximately 560 and 162% in relation to matrix, whereas elongation at break decreased. The storage modulus increased with increasing fiber content whereas tan d curves decreased, confirming the reinforcing effect of the fibers. The addition of sisal fibers in matrix decreased the water absorption at equilibrium. The diffusion coefficient decreased sharply with 5% addition of fiber and further sisal fiber additions provoked only small variation. Optical microscopy observations revealed good dispersion of the sisal fibers into the matrix.

Amidos de milho contendo aproximadamente 72 e 100 % de amilopectina foram convertidos em amidos termoplásticos por processamento em um misturador intensivo a 160 ºC, usando glicerol como plastificante. Os amidos termoplásticos foram condicionados em ambiente de 53 ± 2% u.r. e caracterizados por medidas de absorção de água, difração de raios X, ensaios mecânicos de tração e por análises dinâmico mecânicas (DMA). O amido com menor teor de amilopectina apresentou maior viscosidade durante o processamento, que foi atribuída à estrutura da amilose. Os amidos termoplásticos TPS1 (72% de amilopectina) e TPS2 (100% de amilopectina) não mostraram diferenças apreciáveis nas propriedades de absorção de água. Após duas semanas de armazenamento, o TPS1 apresentou estrutura semicristalina, enquanto o TPS2 apresentou estrutura totalmente amorfa. Após seis semanas ocorreu um aumento da cristalinidade do TPS1 e ocorreu a formação de estruturas cristalinas no TPS2. As propriedades mecânicas e dinâmico-mecânicas foram afetadas pela cristalinidade do amido que é função da razão amilose/amilopectina.

Corn starches with approximately 72% and 100 % of amylopectin were processed in an intensive mixer connected to a torque rheometer in the presence of glycerol (plasticizer) at 160ºC. The thermoplastic starches were conditioned at 53 ± 2% of relative humidity for two weeks and characterized by X-ray diffraction, tensile test and dynamical mechanical analysis (DMA). The starch with lower amylopectin content presented higher viscosity during the processing which was attributed to linear amylose chains. The thermoplastic starches TPS1 (72% of amylopectin) and TPS2 (100% of amylopectin) did not display significant differences in water absorption. After two weeks of aging, TPS1 exhibited semicrystalline structure, whereas TPS2 presented a amorphous structure. After six weeks, the crystallinity of TPS1 increased and some crystalline behavior could be detected in TPS2. The mechanical and dynamical mechanical properties were affected by starch crystallinity, which is a function of amylose/amylopectin ratio.

Filmes ultrafinos de poli(o-etoxianilina)-POEA foram depositados sobre lâminas de quartzo pela técnica de automontagem a partir de soluções aquosas desse polímero em pH 3 e 5. A influência das condições de preparação sobre a quantidade de POEA adsorvida foi avaliada por meio de espectroscopia UV-Vis, microscopia de força atômica e voltametria cíclica. Verificou-se que em pH 5 a quantidade de POEA adsorvida é sempre maior que em pH 3, independentemente do tempo de imersão do substrato na solução polimérica. Imersões sucessivas do substrato na solução de POEA contribuíram para um aumento significativo da quantidade de polímero adsorvido. Quando as imersões foram realizadas em tempos longos o processo de adsorção atingiu um equilíbrio em cerca de 3 min. Por outro lado, se imersões sucessivas são feitas em curtos períodos de tempo, a quantidade de POEA nos filmes pode ser aumentada indefinidamente o que indica a existência de um processo de não-equilíbrio.

Ultra-thin films of poly(o-ethoxyaniline)-POEA were deposited onto quartz slides by the self-assembly technique from aqueous solutions of this polymer in pH 3 and 5. The influence of the experimental conditions on the amount of POEA adsorbed was evaluated by UV-Vis spectroscopy, atomic force microscopy and cyclic voltammetry. It was observed that in pH 5 the amount of POEA adsorbed is always greater than that in pH 3, regardless the time of substrate immersion into the polymeric solution. Repeatedly immersions of quartz substrate into the POEA solutions contributed to an increase on the amount of polymer adsorbed. When long time immersions were made the adsorption process reached a maximum around 3 minutes. However, if repeatedly short time immersions were adopted the amount of POEA adsorbed could be increased indefinitely indicating the existence of a non-equilibrium process.