Blendas à base de amido compatibilizadas com ácidos orgânicos

Abstract

Devido ao impacto ambiental provocado pelo descarte incorreto e a não biodegradabilidade dos polímeros sintéticos, o setor industrial de produtos descartáveis busca matérias-primas alternativas, especialmente de fontes renováveis. A mistura de polímeros naturais, como o amido termoplástico (TPS), com sintéticos é relativamente barata e rápida. Contudo, a incompatibilidade química entre esses dois materiais leva à utilização de um agente compatibilizante. Assim na etapa 1 deste trabalho estudou-se o efeito de diferentes agentes compatibilizantes sustentáveis, os ácidos orgânicos: ácido mirístico (C14) e esteárico (C18), com teores mássicos de 3, 6,5 e 10%, nas propriedades das blendas de PP/TPS (70/30). Foi avaliada a influência de dois grades de PP (baixo e alto indice de fluidez (IF)). As blendas foram influenciadas positivamente pela adição de ácido, sendo o teor de 3% ótimo. Para cada grade de PP houve um ácido preferencial. O PP com alto IF teve sua propriedade reológica mais afetada pela inserção do ácido, enquanto o PP com baixo IF teve sua biodegradabilidade mais afetada. Ciclos de reprocessamento por injeção foram usados para simular a reciclagem mecânica das blendas. Na etapa 2, avaliou-se a influência de diferentes tipos amidos (milho, batata e mandioca) em blendas TPS/PP (70/30). Os resultados sugeriram que o efeito compatibilizante dos ácidos depende do tipo de amido e do comprimento da cadeia ácida, onde blendas de mandioca com C14 apresentaram melhores resultados. A inserção do ácido aumentou a resistência à tração e a deformação na ruptura, mas reduziu o módulo elástico, indicando um efeito plastificante. Esse comportamento foi relacionado à formação de complexos amilose-lipídios. Redução de torque e deslocamento de Tg também foram observados para blendas com ácido. As micrografias mostraram duas dispersões morfológicas diferentes e um efeito de não gelatinização devido a inserção do ácido. Na 3ª etapa avaliou-se a incorporação dos ácidos em blenda binária com alto teor de amido, TPS/PP (90/10), e em blenda ternária composta de TPS e proteína de soja concentrada (PSC), TPS/PSC/PP (70/20/10). Os resultados mostraram que na proporção de 90/10 TPS/PP, a adição de ácido (3 %) não mostrou efeito como compatibilizante. Os resultados de torque, IF, resistência à tração e permeabilidade ao vapor d’água apontaram que as condições de processamento da pré-mistura, TPS/PSC, não foram suficientes para que houvesse reticulação da proteína. Por outro lado, as condicões de processamento durante a mistura com o PP se mostraram suficientes para a formação da reticulação, como observado pelo aumento da energia mecânica específica, diminuição do índice de fluidez, aumento da resistêcia ao impacto e diminuição da absorção de umidade. As blendas TPS/PSC/PP com C14 apresentaram os maiores valores de resistência ao impacto. Através das imagens de MEV observou-se que tanto o amido quanto a proteína foram capazes de formar uma matriz contínua, mas esse comportamento foi influenciado pela presença do ácido. A biodegradação das blendas com PSC foi favorecida tendo no geral uma maior perda de massa e maior geração de gás carbônico. O resíduo da biodegradação não apresentou impacto negativo na germinação das sementes, indicando os compostos utilizados não apresentam ecotoxicidade.

Due to the environmental impact caused by incorrect disposal and the non-biodegradability of synthetic polymers, the industrial sector of disposable products seeks alternative sources of raw materials, especially natural and renewable solutions. Mixing natural polymers, such as thermoplastic starch (TPS), with synthetics is relatively cheap and fast. However, the incompatibility between these two materials leads to the use of a compatibilizer agent. Thus, in step 1 of this work, organic acids – myristic (C14) and stearic acid (C18) – were used as sustainable compatibilizer agent, with contents from 0% to 10%, on PP/TPS blends (70/30). The influence of two grades of PP (low and high melt flow index (MFI)) was evaluated. Blends were positively influenced by acid addition being 3 % the optimal content. For each grade of PP there was a preferred acid. PP with high MFI had its rheological properties most affected by the insertion of acid, while PP with low MFI had its biodegradability most affected. Injection reprocessing cycles were used to simulate the mechanical recycling of blends. In step 2, the influence of starch source (corn, potato and manioc) on TPS/PP blends (70/30) was evaluated. The results suggested that the compatibilizer effect of acids depends on the starch source and the length of the acid chain, where cassava blends with C14 showed better results. Acid insertion increased tensile strength and deformation at break, but reduced the elastic modulus, indicating a plasticizer effect. This behavior was related to the formation of amylose and lipid complexes. Torque reduction and Tg displacement were also observed for acid blends. The SEM images showed two different morphological dispersions and a non-gelatinization effect due to the acid insertion. In the step 3, acid incorporation was evaluated in binary blend with high starch content, TPS/PP (90/10), and in a ternary blend composed of TPS and concentrated soy protein (PSC), TPS/PSC/PP (70/20/10). Results showed that at 90/10 (TPS/PP), 3% of acid had not shown effect as a compatibilizer agent. Results of torque, MFI, tensile strength and WVP pointed out that the processing conditions of the pre-mix, TPS/PSC, were not sufficient to protein cross-linking. On the other hand, processing conditions with PP were shown to be sufficient to protein crosslinking, as observed by the increase of the specific mechanical energy, decrease of MFI, increase of impact resistance and decrease of humidity absorption. TPS/PSC/PP blends with C14 showed the highest impact resistance values. Through SEM images demonstrated that starch and protein were able to form a continuous matrix, but this behavior was influenced by the presence of the acid. The biodegradation of blends with PSC was favored, having in general a greater loss of mass and greater generation of carbon dioxide. The biodegradation residue did not have a negative impact on seed germination, indicating the compounds used do not present ecotoxicity.