Avaliação da degradação abiótica de filmes de PEAD/PEBD processados com aditivos pró-degradantes

Abstract

O acúmulo de resíduos poliméricos no meio ambiente tem sido um problema enfrentado por todo o mundo, principalmente pela disposição incorreta de itens de uso único, tais como copos, garrafas, talhares e sacolas descartáveis. Tais itens, geralmente produzidos a partir de resinas petroquímicas não biodegradáveis, apresentam difícil degradação em condições ambientais normais. O uso de pró- degradantes que tornam as resinas poliméricas petroquímicas oxi-biodegradáveis pode ser uma opção viável para acelerar o processo de degradação dos artefatos plásticos. Os pró-degradantes, também conhecidos como pró-oxidantes, são aditivos que aceleram a degradação abiótica das cadeias poliméricas, levando à sua cisão e posterior oxidação, produzindo fragmentos menores e oxigenados passíveis de assimilação por microrganismos como bactérias, fungos e algas. No processo de assimilação, os microrganismos transformam os fragmentos em CO2, CH4, H2O e biomassa, o que depende do meio, se aeróbico ou anaeróbico. Essa conversão é chamada mineralização. Neste trabalho, foram produzidos, por extrusão tubular, filmes de polietileno de alta densidade (PEAD) e polietileno de baixa densidade (PEBD) (90/10), comumente utilizados na produção de sacolas descartáveis de supermercado, que foram aditivados com 1% do pró-degradante comercial, o d2wTM, e 1% de uma substância química totalmente orgânica, promissora como pró- oxidante, a benzoína. A degradação abiótica dos filmes de PE foi monitorada no processamento por extrusão tubular e após a submissão dos filmes a diferentes processos de degradação: natural (por ação do intemperismo natural) e acelerados (câmara de radiação UV e degradação térmica em estufa a 58ºC). As análises utilizadas para avaliar a degradação dos filmes foram: viscosimetria, FTIR, DSC, TGA e MEV. A presença dos pró-degradantes estimula o processo de degradação do PE já durante o processamento por extrusão, de forma mais intensa na presença da benzoína, com redução da massa molar viscosimétrica, indicando favorecimento de degradação termooxidativa, confirmada pela presença de carbonilas nos espectros de FTIR. No processo de degradação fotooxidativa em câmara UV, a benzoína atua como agente pró-degradante mais fortemente do que o d2wTM, o que também foi observado na degradação sob ação do intemperismo natural. O processo de degradação térmica, avaliado em temperatura de 58ºC, não foi decisivo para avaliação da ação pró-degradante dos aditivos avaliados uma vez que, nesta temperatura, prevaleceu o processo de reticulação. Além do processo de degradação abiótica, foi avaliada a ecotoxicidade dos filmes de PEAD/PEBD produzidos por extrusão tubular com utilização dos pró-degradantes ou sem eles, a partir de uma adaptação do teste de Allium cepa. O filme aditivado com benzoína apresentou menor ecotoxicidade, possivelmente porque o aditivo consumiu os agentes antioxidantes presentes no PEAD utilizado. Segundo informações do fabricante, apenas o PEAD continha aditivos antioxidantes que evitam a sua termodegradação durante os diferentes processamentos aos quais poderia ser submetido. Todos os resultados apontam que a benzoína tem grande potencial para ser utilizada como pró-oxidante, produzindo filmes atóxicos e passíveis de oxibiodegradação, o que constituem PADS, ou seja, plásticos ambientalmente degradáveis.

The accumulation of polymeric waste in the environment has been a problem faced by the whole world, mainly due to the incorrect disposal of single-use items, such as cups, bottles, cutlery, and disposable bags. Such items, usually produced from nonbiodegradable petrochemical resins, show difficult degradation under normal environmental conditions. The use of pro-degradants that make the petrochemical polymer resins oxy-biodegradable may be a viable option to accelerate the degradation process of plastic artifacts. Pro-degradants, also known as pro-oxidants, are additives that accelerate the abiotic degradation of polymer chains, leading to their scission and subsequent oxidation, producing smaller and oxygenated fragments that can be assimilated by microorganisms such as bacteria, fungi, and algae. In the assimilation process, the microorganisms transform the fragments into CO2, CH4, H2O and biomass, which depends on the medium, whether aerobic or anaerobic. This conversion is called mineralization. In this work, high-density polyethylene (HDPE) and low-density polyethylene (LDPE) films (90/10), commonly used in the production of disposable supermarket bags, were produced by tubular extrusion, and were additivated with 1% of the commercial pro-degradant, d2wTM, and 1% of an all organic chemical substance, promising as a pro-oxidant, benzoin. The abiotic degradation of PE films was monitored in the tubular extrusion processing and after the films were subjected to different degradation processes: natural (by natural weathering) and accelerated (UV radiation chamber and thermal degradation in an oven at 58ºC). The analyses used to evaluate the films degradation were: viscosimetry, FTIR, DSC, TGA and SEM. The presence of pro-degradants stimulates the PE degradation process already during extrusion processing, more intensely in the presence of benzoin, with reduction of the viscosimetric molar mass, indicating favoring of thermooxidative degradation, confirmed by the presence of carbonyls in the FTIR spectra. In the photooxidative degradation process in the UV chamber, benzoin acts as a pro-degrading agent more strongly than d2wTM, which was also observed in the degradation under the action of natural weathering. The thermal degradation process, evaluated at a temperature of 58ºC, was not decisive for the evaluation of the pro-degradation action of the additives evaluated since, at this temperature, the cross-linking process prevailed. Besides the abiotic degradation process, the ecotoxicity of HDPE/LDPE films produced by tubular extrusion with or without the use of pro-degradants was evaluated, based on an adaptation of the Allium cepa test. The HDPE/LDPE film with benzoin showed lower ecotoxicity, possibly because the additive consumed the antioxidants present in the HDPE used. According to the manufacturer's information, only the HDPE contained antioxidant additives that prevented its thermodegradation during the different processing to which it could be subjected. All the results point out that benzoin has great potential to be used as a pro-oxidant, producing non-toxic films that are susceptible to oxybiodegradation, which constitute environmentally degradable plastics (EDPs).