A dual approach with lignin and nanolignin: Reinforcing UV stability and sustainability in PVA matrices

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de Freitas, Amanda S. M. ; Rodrigues, Jessica S. ; Fre, Lucas V. B. ; Vieira, Henrique O. S. ; Nascimento, Maria E. S. ; Amaro, Stefanny F. ; Emidio, Livia S. ; Araujo, Daniele R. de ; Sepulveda, Anderson F. ; Komatsu, Daniel ; Botaro, Vagner R. ; Fraceto, Leonardo F. ; Ferreira, Marystela

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: International Journal of Biological Macromolecules; v. 314, p. 15-pg., 2025-06-01.

Resumo

Kraft lignin (KL) and its acetic acid-fractionated derivatives were evaluated for their antioxidant and ultraviolet C (UV-C)-absorbing properties to mitigate the photooxidative degradation of polyvinyl alcohol (PVA). PVA films were prepared with 4 % (w/w) KL macroparticles - including unfractionated KL and the fractionated forms KL30, KL40, and KL50 - and with 0.4 % (w/w) lignin nanoparticles (NP), derived from the same fractions (named NPKL, NP30, NP40, and NP50). All formulations, including the control (pure PVA), were blended with 10 % (w/w) NPK fertilizer (nitrogen-phosphorus-potassium, 10-10-10) and plasticized with glycerol for film casting. After 21 days of UV-C exposure, films containing LNP retained over 90 % transparency, compared to similar to 70 % for pure PVA. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and differential scanning calorimetry (DSC) confirmed reduced photooxidative and thermal degradation in lignin-containing films, especially those with KL30 and NP30. Biodegradation assays using respirometric CO2 analysis showed accelerated release for NP30 (up to 90 mg after 20 days), reflecting enhanced microbial activity. Leaching assays demonstrated controlled release of NPK ions over 40 days in films with NP. In mulch film application tests with cherry tomato, PVA + NP30 showed seedling development comparable to commercial mulch and superior to control films. These results confirm the potential of NP as sustainable, multifunctional additives for UV stabilization and controlled nutrient delivery in biodegradable agricultural films. (AU)

• Processo FAPESP: 23/06505-9 - Preparo de dispositivos flexíveis e biodegradáveis utilizando biopolímeros aditivados com materiais de carbono: Insights para uma agricultura sustentável
• Beneficiário: Marystela Ferreira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/10639-5 - Centro de Pesquisa em Biodiversidade e Mudanças do Clima
• Beneficiário: Leonor Patricia Cerdeira Morellato
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 23/00335-4 - AVALIAÇÃO DA CORRELAÇÃO ESTRUTURA-DESEMPENHO DE FRAÇÕES DE LIGNINA KRAFT: Insights para uma Agricultura Sustentável
• Beneficiário: Jessica de Souza Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 24/14149-0 - Valoração da biomassa para aplicações agrícolas: Uso da nanolignina em hidrogéis sustentáveis para liberação controlada de fósforo em solos
• Beneficiário: Amanda de Sousa Martinez de Freitas
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Fixação de Jovens Doutores
• Processo FAPESP: 24/01872-6 - Valoração da biomassa para aplicações agrícolas: Uso da nanolignina em hidrogéis sustentáveis para liberação controlada de fósforo em solos
• Beneficiário: Leonardo Fernandes Fraceto
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular