Alternativas para a redução da hidrofilicidade de espumas à base de amido : adição de película de amendoim, modificação química e aplicação de revestimento

Abstract

Materiais expandidos à base de amido, também conhecidos como espumas de amido, têm sido propostos como alternativa ao uso do poliestireno expandido (EPS). No entanto, esses materiais possuem limitações, principalmente relacionadas à hidrofilicidade, o que dificulta a aplicação em diferentes áreas. Diante disso, diferentes alternativas foram avaliadas a fim de reduzir a hidrofilicidade dessas espumas. Uma dessas alternativas é a utilização de resíduos agroindustriais que possuam principalmente fibras, proteínas e lipídios em sua composição. Nesse contexto, tem-se a película de amendoim, a qual possui mais de 60 % de sua composição em lipídios, proteínas e fibras lignocelulósicas, e sua adição pode resultar em alterações nas propriedades das espumas em comparação a espumas à base de amido sem esse componente. Foram desenvolvidas espumas com diferentes concentrações de amido de mandioca, película de amendoim e glicerol, como plastificante, definidas a partir de um planejamento de misturas de três componentes com restrições. As espumas foram obtidas por termoprensagem e foi avaliado o efeito e as interações dos componentes nas propriedades mecânicas (ensaios de flexão) e na capacidade de absorção de água (CAA), nos tempos de 1 e 30 min. A função desejabilidade foi aplicada a fim de otimizar a formulação para obtenção de uma espuma com menor afinidade pela água, mais flexível e mais resistente, e obteve-se como resposta uma formulação com 24 % (m/m) de película de amendoim e 13 % de glicerol (m/m), sob a massa de sólidos (amido de mandioca + película de amendoim). A espuma otimizada apresentou significativa redução na capacidade de absorção de água no tempo de 30 min (67 ± 7 %) em relação à espuma à base de amido de mandioca sem a presença de película de amendoim (245 ± 57 %). Também foi avaliado a modificação do amido de mandioca por esterificação (acetilação), em dois graus de substituição (GS), 0,5 e 1,5, a fim de verificar a influência de diferentes combinações de amido de mandioca nativo e amido acetilado (0 – 40 %, sob a massa de amido) na formulação otimizada. Os amidos acetilados apresentaram redução na temperatura e na entalpia de gelatinização, na solubilidade e no grau de inchamento, bem como perda da cristalinidade em comparação ao amido de mandioca nativo. As espumas com amido acetilado com GS igual a 0,5 apresentaram redução da CAA no tempo de 30 min, enquanto que para a espuma com amido acetilado com GS igual a 1,5 não foi observada diferença significativa em relação à espuma sem o amido modificado. A degradação das espumas contendo 30 % (m/m) de amido acetilado, independente do GS (0,5 ou 1,5), foi mais rápida do que da espuma otimizada contendo apenas amido nativo. Além disso, foi avaliado, para a redução da hidrofilicidade das espumas, a aplicação de revestimentos por imersão em uma solução contendo cera de abelha. As espumas revestidas (controle e otimizada) apresentaram redução da capacidade de absorção de água e da umidade de equilíbrio (em diferentes condições de umidade) e aumento do ângulo de contato. A alteração na hidrofilicidade das espumas revestidas resultou no aumento do tempo de degradação das amostras para cerca de 77 dias, mas, mesmo assim, esses materiais revestidos ainda podem ser considerados biodegradáveis. Com base nos resultados obtidos a aplicação de revestimentos contendo cera de abelha foi uma das alternativas mais promissoras e eficazes para a redução da hidrofilicidade dos materiais propostos, o que amplia suas possibilidades de aplicação em diferentes áreas.

Starch-based foams are proposed as alternative to the expanded polystyrene (EPS) use. These materials have drawbacks mainly related to high hydrophilicity, which difficult the broaden applications. In this way, different alternatives are used to reduce the hydrophilicity of the foams. The use of agro industrial waste is a potential alternative due to its composition regarding to fibers, proteins and lipids presence. In this context, the peanut skin emerges as alternative, since it has more than 60 % of its composition comprises lipids, protein and lignocellulosic fibers. These components may change foams properties compared to starch-foams without additives. Considering this, foams were developed with different content of cassava starch, peanut skin and glycerol as plasticizer. The effect of each component and their interactions on flexural mechanical properties and water absorption capacity (WAC), in 1 and 30 min, of the foams were evaluated applying a mixture experimental design, with constraints in component proportions, to develop the formulations and after the foams were obtained by thermopressing process. Desirability function was applied to optimize the formulation with lowest water affinity, more flexible and resistant, resulting in an optimized formulation consisted of 24 % (w/w) peanut skin and 13 % (w/w) glycerol, based on solids content. The optimized foam showed an important improvement in hydrophilicity indicated by a decrease in WAC at 30 min (67 ± 7 %), compared to starch-based foam without peanut skin (245 ± 57 %). Thereafter, chemical modification of the starch by esterification (acetylation) was evaluated, in two degrees of substitution (DS) of 0.5 and 1.5, in order to verify the influence of the blend of native cassava starch and acetylated cassava starch in different proportions (0 – 40 % of modified starch, based on starch mass) in optimized foam in terms of hydrophilicity. Acetylated starches showed a decrease in temperature and enthalpy of gelatinization, water solubility and swelling power, as well as loss of crystallinity compared to native starch. Acetylated starch foams with DS = 0.5 showed a decrease in WAC for 30 min, whereas for acetylated starch foams with DS = 1.5 no significant difference was observed, at this time, compared to the foam without modified starch. The degradation of foams containing 30 % (w/w) of acetylated starch, regardless of DS (0.5 or 1.5), was faster than optimized foam obtained only with native starch. In addition, the application of coatings by immersion in a solution containing beeswax was evaluated to reduce the hydrophilicity of the foams. The coated foams (control and optimized) showed a reduction in water absorption capacity and equilibrium moisture content in different humidity conditions and an increase in contact angle. The change in the hydrophilicity of the coated foams resulted in an increase in the degradation time of the samples to about 77 days, but these coated materials can still be considered biodegradable. Based on the results obtained, the application of coatings containing beeswax was one of the most promising and effective alternatives for reducing the hydrophilicity of the proposed materials, which expands their possibilities of application in different areas.