Influência das taxas de crescimento, propriedades microestruturais e composição bioquímica na estabilidade térmica de micélios de fungos

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15105 (2022) Citar este artigo

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Espécies de fungos de micélio exibem características retardadoras de fogo. A influência do meio de crescimento nas taxas de crescimento fúngico, composição bioquímica e características microestruturais e sua relação com as propriedades térmicas é pouco compreendida. Neste artigo, demonstramos que o melaço pode suportar o crescimento de espécies fúngicas não patogênicas do filo Basidiomycota, produzindo materiais bioderivados com características potenciais de retardamento do fogo. A microscopia eletrônica de varredura e a espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) foram usadas para interrogar as propriedades microestruturais e bioquímicas das espécies de micélio cultivadas em melaço. A decomposição térmica de micélios alimentados com melaço foi avaliada por meio de análise termogravimétrica em interface com FTIR para análise de gases evoluídos em tempo real. As características morfológicas e microestruturais do carvão residual pós-exposição térmica também foram avaliadas. A caracterização do material permitiu estabelecer uma relação entre as propriedades microestruturais, bioquímicas e térmicas dos micélios alimentados com melaço. Este artigo apresenta uma exploração abrangente dos mecanismos que regem a degradação térmica de três espécies miceliais cultivadas em melaço. Essas descobertas da pesquisa avançam no conhecimento dos parâmetros críticos que controlam as taxas de crescimento e rendimentos dos fungos, bem como a forma como as propriedades microestruturais e bioquímicas influenciam a resposta térmica dos micélios.

O uso de compostos poliméricos estruturalmente eficientes em veículos de transporte de passageiros e residências é limitado por códigos de incêndio rigorosos (por exemplo, combustibilidade do material e propriedades de inflamabilidade)1. Compósitos poliméricos inflamam e queimam com combustão contínua quando expostos a altas temperaturas e ambientes oxidativos2. A queima de compósitos poliméricos gera calor que pode comprometer a integridade das estruturas de engenharia por meio do amolecimento da matriz, decomposição da matriz, rachaduras por delaminação e danos às fibras3. Além disso, a queima de polímeros produz gases e vapores tóxicos, como monóxido de carbono e hidrocarbonetos parcialmente decompostos (ou seja, fuligem de carbono), que são responsáveis ​​pela maioria das fatalidades relacionadas a incêndios4. O incêndio da Grenfell Tower em 2017, atribuído ao uso de painéis de revestimento compostos de alumínio incorporados em polietileno que não atendiam aos padrões de segurança contra incêndios, resultou em 72 mortes - a maioria causada por inalação de fumaça5. Da mesma forma, a fumaça densa, tóxica e irritante da queima de materiais da cabine causou 48 das 55 mortes no desastre do aeroporto de Manchester em 1985, no qual a aeronave British Airtours Flight 28 M pegou fogo devido a falha do motor durante a decolagem6. O incêndio da Grenfell Tower e o desastre do aeroporto de Manchester são apenas dois exemplos de muitas tragédias de incêndio que destacam a importância de entender as propriedades de reação ao fogo dos polímeros.

A integração de retardadores de chama (FRs) nos compósitos poliméricos mitiga efetivamente as reações de combustão flamejante e reduz o volume de gases e vapores tóxicos7,8. Existem vários métodos para integrar FRs em compósitos poliméricos, incluindo a modificação da matriz polimérica usando partículas FR de tamanho nano e micro9, a aplicação de revestimentos superficiais protetores térmicos10 e o uso de polímeros intrinsecamente retardadores de fogo, como resinas fenólicas11. Por muitos anos, os compostos halogenados foram os FRs de escolha para a maioria dos sistemas poliméricos devido aos seus mecanismos altamente eficientes de retardo de incêndio em fase gasosa8,12. Infelizmente, os retardantes de fogo halogenados liberam gases corrosivos e que destroem a camada de ozônio, limitando seu uso ou resultando em remoção em algumas jurisdições12,13. Até agora, a corrida para substituir os FRs halogenados tem sido dominada por fósforo orgânico e inorgânico e compostos contendo nitrogênio, incluindo polifosfato de amônio14, fosfato de melamina15, pentaeritritol16, compostos intumescentes17, nanomateriais à base de carbono (ou seja, CNTs, grafeno)18, sais metálicos19 e metais hidróxidos20. Embora os FRs sem halogênio sejam eficazes, sua ampla adoção é desafiada por processos de fabricação prejudiciais ao meio ambiente, saúde e segurança ocupacional relacionadas ao processamento e manuseio de materiais perigosos (ou seja, nanomateriais à base de carbono) e possíveis danos ambientais devido à lixiviação de metais pesados. Em contraste, FRs bioderivados, como o micélio, mostram potencial para FRs ambientalmente benignos que atendem tanto ao retardo de fogo quanto aos requisitos de fabricação sustentável. No entanto, a eficácia de retardo de fogo do micélio e os mecanismos de retardo de fogo correspondentes ainda não são totalmente compreendidos para informar com segurança a aplicação em larga escala. Ao cultivar micélio, é fundamental que um ambiente estéril seja mantido para evitar a contaminação por outras espécies patogênicas. Manter um ambiente de crescimento estéril em escala industrial pode ser um desafio. Além disso, a garantia da qualidade do produto será desafiada pela variabilidade do lote devido aos diferentes padrões de crescimento.