dissertação

3D printing with citronella- incorporated resins: exploring printability and essential oil retention in hardened materials

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Universidade Federal de Lavras

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Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais

Agência de fomento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tipo de impacto

Tecnológico

Áreas Temáticas da Extenção

Saúde
Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

Este estudo investiga a incorporação de óleo essencial de citronela em resina UV curável lavável com água para fabricar materiais impressos em 3D e avalia a combinação do óleo e da resina. Formulações com 0%, 5%, 10% e 15% (v/v) de óleo de citronela foram analisadas quanto à cinética de cura sob exposição UV (fonte de 405 nm, tempos de exposição de 15–210 s), estrutura química, estabilidade térmica, transições térmicas, desempenho mecânico e repelência a insetos. A análise por GC-MS identificou a composição volátil de terpenoides do óleo, predominantemente geraniol (28,79%), citronelal (24,33%) e citronelol (16,49%), que governaram todas as propriedades observadas. Os resultados mostraram que maiores cargas de óleo atrasaram a cura UV e reduziram a massa final devido à volatilização dos terpenos. Uma redução dependente da concentração na estabilidade térmica inicial foi observada, enquanto a temperatura principal de degradação do polímero permaneceu praticamente inalterada. O FTIR confirmou o encapsulamento físico via interações não covalentes, e o DSC revelou um efeito de plastificação, indicado pela diminuição da temperatura de transição vítrea (Tg) de 133 °C para 128 °C. Os testes mecânicos mostraram uma relação de compensação (trade-off), em que o óleo reduziu a resistência à tração e o módulo de elasticidade, mas aumentou a ductilidade até 10% de carga, além da qual a separação de fase causou deterioração das propriedades. Bioensaios de repelência contra Musca domestica confirmaram forte bioatividade, com a formulação a 15% mantendo eficácia significativa após 10 dias. Esses achados destacam um compromisso crítico entre o desempenho do material e a funcionalidade, estabelecendo uma janela ideal de formulação de 5 a 10% de óleo de citronela para o desenvolvimento de produtos impressos em 3D duráveis e repelentes a insetos para aplicações agrícolas e de consumo.

Abstract

This study investigates the incorporation of citronella essential oil into water-washable UV-curable resin to fabricate 3D-printed materials and evaluates the combination of both oil and resin. Formulations with 0%, 5%, 10%, and 15% (v/v) citronella oil were analyzed for curing kinetics under UV exposure (405 nm source, exposure times 15–210 s), chemical structure, thermal stability, thermal transitions, mechanical performance, and insect repellency. GC-MS analysis identified the oil's volatile terpenoid composition, predominantly geraniol (28.79%), citronellal (24.33%), and citronellol (16.49%), which governed all observed properties. Results showed that higher oil loadings delayed UV-curing and reduced final mass due to terpene volatilization. A concentration-dependent reduction in initial thermal stability was observed, while the main polymer degradation temperature remained largely unchanged. FTIR confirmed physical encapsulation via non-covalent interactions, and DSC revealed a plasticization effect, indicated by a decrease in glass transition temperature (Tg) from 133 °C to 128 °C. Mechanical testing showed a trade-off, with oil reducing tensile strength and modulus but enhancing ductility up to 10% loading, beyond which phase separation caused property deterioration. Repellency assays against Musca domestica confirmed strong bioactivity, with the 15% formulation sustaining significant efficacy after 10 days. These findings underscore a critical compromise between material performance and functionality, establishing an optimal formulation window of 5–10% citronella oil for developing durable, insect-repellent 3D-printed products for agricultural and consumer applications.

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SALAUDEEN, Abdulqudus Tope. 3D printing with citronella- incorporated resins: exploring printability and essential oil retention in hardened materials. 2025. 84 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Biomateriais) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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