Blendas de amido termoplástico e poliéster : estudo da influência de compatibilizantes e agentes de reforço

• Main Author: Juliana Bonametti Olivato
• Other Authors: Maria Victória Eiras Grossmann .
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos. 2013
• Online Access: http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000186960

A produção de materiais biodegradáveis tem sido o foco de inúmeras pesquisas atualmente. Como forma de superar as limitações do amido termoplástico, propõe-se a produção de blendas deste com polímeros de melhor desempenho. Nesse sentido, blendas de amido/poli (adipato co-tereftalato de butileno) (PBAT) adicionadas dos ácidos cítrico, málico ou tartárico em concentrações de 0,375; 0,75 e 1,5 g.100g-1, foram produzidas por extrusão reativa em uma única etapa. A inclusão dos ácidos orgânicos aumentou a resistência à tração e reduziu a permeabilidade ao vapor de água dos filmes, em função de sua atuação como compatibilizantes. O ácido tartárico (TA) mostrou resultados promissores e representa uma alternativa ainda não abordada por outros autores. Com isso, sua influência nas blendas foi investigada por meio de um planejamento de misturas. Diferentes e concomitantes papéis foram observados para o TA, desde a compatibilização das blendas, com a redução da tensão interfacial e obtenção de materiais mais homogêneos, até a hidrólise parcial das cadeias de amido, causando enfraquecimento dos materiais quando utilizado em elevadas proporções (> 1.5 g.100g-1). Análises de infravermelho (FT-IR) e ressonância magnética nuclear (13C CPMAS NMR) apontaram para a ocorrência de reações de esterificação / transesterificação promovidas pelo ácido tartárico, sendo esse seu principal mecanismo de ação como compatibilizante, o que é refletido nas demais propriedades dos materiais. De acordo com a técnica da Desejabilidade, a formulação mais desejada, isto é, a que produziu filmes mais resistentes, continha proporção intermediária de ácido tartárico (0.8 g.100g-1). Sacolas plásticas biodegradáveis produzidas utilizando-se a proporção otimizada entre os componentes (amido, PBAT, glicerol e TA) foram aprovadas em todos os ensaios constantes na norma ABNT NBR 14937:2010, o que indica que este material é adequado para o uso comercial. Em uma segunda etapa, com o objetivo de avaliar o efeito reforçador da nanoargila sepiolita, blendas de amido/PBAT, contendo 1, 3 e 5 g.100g-1 deste nanosilicato, foram produzidas utilizando-se duas proporções entre as fases poliméricas (50:50 e 80:20 amido termoplástico (TPS)/PBAT, respectivamente). A análise das imagens de microscopia eletrônica de varredura e dos espectros de difração de raios-x evidenciaram que a sepiolita apresentou-se bem dispersa e não alterou a morfologia e o perfil cristalino das blendas, mas aumentou significativamente o torque registrado durante o processamento dos materiais, como consequência da redução da mobilidade molecular. Ainda, foi observado um efeito reforçador significativo (aumento do módulo de Young e resistência à tração), principalmente para as formulações contendo 80:20 TPS/PBAT, uma vez que a sepiolita parece estar concentrada na fase de TPS, devido a sua maior compatibilidade molecular. Por fim, a inclusão de 5 g.100g-1 de sepiolita na matriz com proporção 50:50 TPS/PBAT levou a um aumento de 25°C na temperatura de transição vítrea (Tg) relativa à fase de amido, sem alteração na Tg do PBAT, reforçando a ideia da provável localização da nanoargila na blenda. Ainda, a análise dos dados referentes ao registro do ganho de água dos nano-biocompósitos com o tempo, em geral, mostraram menor velocidade de absorção de água e menor quantidade de água absorvida com a inclusão de sepiolita nas blendas. Dessa forma, a sepiolita mostrou-se uma alternativa interessante e promissora como agente de reforço em materiais a base de amido. === The production of biodegradable materials has been the focus of numerous studies currently. With the aim to overcome the thermoplastic starch drawbacks, blends with better performance materials has been proposed. In this direction, starch/poly (butylene adipate co-terephthalate) (PBAT) blends added of citric, malic or tartaric acids (in concentrations of 0.375; 0.75 e 1.5 g.100g-1) were produced by one-step reactive extrusion. The inclusion of organic acids increased the tensile strength and reduced the water vapour permeability of the films, as a consequence of their role as compatibilisers. Tartaric acid (TA) presented promisor results and represents an alternative not covered by other authors. Therefore, their influence in the blends was investigated by means of a mixture design. Different and concomitant roles of TA were observed, as the blends compatibilisation, reducing the interfacial tension and obtaining more homogeneous materials and, also the partial hydrolysis of the starch chains, weakening the materials when used in elevated proportions (> 1.5 g.100g-1). Infrared analysis (FT-IR) and nuclear magnetic resonance (13C CPMAS NMR) pointed to the occurrence of esterification / transesterification reactions promoted by tartaric acid, related with their compatibilising action, which is reflected in the other materials properties. According to the Desirability method, the most desirable formulation, i. e., which produced more resistant films, had intermediate proportions of tartaric acid (0.8 g.100g-1). Biodegradable bags produced using the optimised proportion between the components (starch, PBAT, glycerol and TA) were approved in all the requirements contained in the ABNT NBR 14937:2010 standard, indicating that they are appropriate for commercial use. In a second step, with the aim to evaluate the reinforcing effect of sepiolite, starch/PBAT blends, containing 1, 3 and 5 g.100g-1 of the nanoclay, were produced using two proportions between the polymeric phases (50:50 and 80:20 thermoplastic starch (TPS)/PBAT, respectively). Scanning electron microscopy analysis and x-ray diffraction spectra demonstrated that sepiolite was well dispersed and did not change the morphology and the crystalline profile of the samples, but increased the registered torque during the materials processing, as a consequence of the reduced molecular mobility. Moreover, a positive reinforcing effect was observed (higher Young's module and tensile strength), mostly for the 80:20 TPS/PBAT formulations, since sepiolite seems to be concentrated at TPS phase, due their greater molecular compatibility. Lastly, the inclusion of 5 g.100g-1 of sepiolite in the matrix with 50:50 TPS/PBAT proportion, increased the glass transition temperature (Tg) of starch phase in 25°C, without change the Tg of PBAT, which consolidate the probable localisation of the nanoclay in the blends. At least, data analysis referent to the water gain registered against time for the nano-biocomposites, showed, in general, that sepiolite decreased the water adsorption rate even as the water adsorption capacity of the materials. Thus, sepiolite clays represents an interesting and promisor alternative to reinforce starch-based materials.