Espumas à base de amido modificado quimicamente

Abstract

As embalagens descartáveis para alimentos feitas de poliestireno expandido (EPS) geralmente são descartadas após o uso e, por ser um material difícil de reciclar, geram grande quantidade de resíduos. O EPS pode ser substituído por espumas de amido termoplástico (TPS), cuja matéria prima é de fonte renovável e são biodegradáveis. No entanto, as espumas TPS são hidrofílicas, absorvem grandes quantidades de água, possuem propriedades mecânicas limitadas e quebram facilmente quando manuseadas, o que dificulta o uso destes materiais. Dentre as alternativas para estes problemas, a modificação química do amido é uma opção para torná-lo mais hidrofóbico e adicionar fibras naturais, como o algodão, é uma opção para gerar espumas mais resistentes. Nas Etapas 1 e 2, quatro modificações para o amido foram avaliadas: acetilação, esterificação com anidrido maleico e sililação com 3-cloropropil trimethoxisilano (CPMS) e Metiltrimethoxisilano (MTMS). Foram preparadas espumas com 6,7%, 13,3%, 20,0% e 26,7% (m/m) de amido modificado. Os resultados dos testes de absorção de água e mecânicos mostraram que as espumas absorvem menos água e se tornam mais resistentes com a adição de amido modificado. A espuma que absorveu menos água foi a contendo 26,7% de amido MTMS. Na Etapa 3, foi estudada a incorporação de fibras de algodão nas espumas TPS sem modificação. Dois tamanhos de fibra foram usados: fibra de algodão e microfibra de algodão em três teores: 0,7%, 2,0% e 3,3% m/m. As espumas com maior teor de fibras de algodão (2,0% e 3,3%) apresentaram os melhores desempenhos mecânicos de impacto e tração. Na Etapa 4, a ecotoxicidade e a biodegradabilidade das espumas TPS com os quatro amidos modificados das Etapas 1 e 2 foram avaliados. Foram utilizados o teste de Allium cepa, compostagem, biodegradação por respirometria e degradação enzimática. Os resultados mostraram que os amidos acetilado e esterificado apresentaram ecotoxicidade e que as espumas com amidos sililados apresentaram menor biodegradabilidade. Na Etapa 5 foi estudada a incorporação de fibras de algodão sililadas nas espumas TPS MTMS. Espumas contendo 3,3% de fibras sililadas apresentaram superfície hidrofóbica e propriedades mecânicas superiores ao EPS, além de apresentarem biodegradabilidade.

Disposable food packaging made from expanded polystyrene (EPS) are usually discarded after use and, as it is a difficult material to recycle, it generates a large amount of waste. EPS can be replaced by thermoplastic starch foams (TPS), which are made from renewable sources and are biodegradable. However, TPS foams are hydrophilic, absorb large amounts of water, have poor mechanical properties and break easily when handled, which makes the use of these materials difficult. Alternatives to these problems are: chemically modifying starch to make it more hydrophobic and adding natural fibers such as cotton to generate stronger foams. In Steps 1 and 2, four starch modifications were evaluated: acetylation, esterification with maleic anhydride and silylation with CPMS and MTMS. Foams were prepared with 6.67%, 13.34%, 20% and 26.67% (w/w) of modified starch. The results of water absorption tests and mechanical tests show that foams absorb less water and become stronger with the addition of modified starch. The foam that absorbed less water was the one containing 26.67% MTMS starch. In Step 3, the incorporation of cotton fibers in TPS foams was studied. Two types of fiber were used: cotton fiber and cotton microfiber. In addition, three fiber contents were evaluated: 0.67%, 2.00% and 3.33%. The foams with the highest amount of cotton fibers (2.00% and 3.33%) presented the best results in the impact and tensile tests. In Step 4, the toxicity and biodegradability of TPS foams with modified starches were studied. The four modified starches from Steps 1 and 2 were evaluated. The Allium cepa test, composting, biodegradation by respirometry and enzymatic degradation were used. The results showed that acetylated starch and esterified starch showed toxicity and that foams with silylated starches showed lower biodegradability. In Step 5, the incorporation of silylated cotton fibers in TPS MTMS foams was studied. Foams containing 3.33% silylated fibers presented a hydrophobic surface and better mechanical properties than EPS. In addition, these foams showed biodegradability.